森林生态系统细根周转规律及影响因素

根系周转是陆地生态系统碳循环的关键过程, 对研究土壤碳库变化及全球气候变化均具有重要意义。然而由于根系周转率的测量计算方法较多, 不同方法得出的结果差异较大, 且目前对全球区域尺度上森林生态系统根系周转的研究还不够充分, 使得全球森林生态系统根系周转变化规律仍不清楚。该研究通过收集文献数据并统一周转率计算方法, 对全球5种森林类型的细根周转空间格局进行整合, 同时结合土壤理化性质和气候数据, 得出影响森林生态系统细根周转的因子。结果表明, 不同森林类型细根周转率存在显著差异, 且随着纬度的升高逐渐降低; 森林生态系统细根周转率与年平均温度和年平均降水量呈正相关; 森林生态系统细根周转率与土壤有机碳含量呈正相关但与土壤pH值呈负相关。该研究为揭示森林生态系统细根周转规律及机制提供了科学依据。     

鼎湖山南亚热带森林细根生产力与周转

 报道了鼎湖山季风常绿阔叶林和针阔叶混交林群落0～40cm土层中细根(≤2mm和2～5mm)的现存量、死亡量、生产力和周转率,并比较了用“连续钻取土芯法”和“埋无根土柱法”来估算表层土(0～20cm)细根生产力的差异。结果表明：在0～40cm土层中,季风常绿阔叶林≤2mm和2～5mm细根现存量分别为6.59t·hm-2和4.81t·hm-2,死根比率各为29.9％和22.9％;针阔叶混交林≤2mm和2～5mm细根现存量分别为5.35t·hm-2和4.24t·hm-2,死根比率各为34.4％和24.0％。细根现存量的季节性变化不显著。季风常绿阔叶林细根年分解量、年死亡量和年净生产力分别为0.90,1.59,2.65t·hm-2·a-1 (≤2mm)和0.41,0.63,1.25t·hm-2·a-1(2～5mm),针阔叶混交林的相应数值各为0.80,1.4l,2.42t·hm-2·a-1(≤2mm)和0.37,0.62,1.21t·hm-2·a-1(2～5mm)。季风常绿阔叶林细根年周转率为0.57 (≤2mm)和0.34次·a-1(2～5mm),针阔叶混交林分别为0.69(≤2mm)和0.38次·a-1(2～5mm)。     

5种温带森林生态系统细根的时间动态及其影响因子

细根(直径≤2 mm)的生长和死亡动态及其影响因子是森林生态系统能量流动和物质循环的重要研究内容,但因受到研究方法的限制而了解甚少.于2010年5-10月采用微根管技术对东北东部山区5种温带森林生态系统的细根生长量(FRP)和死亡量(FRM)进行了动态跟踪测定,并同步测定了土壤温度(Ts)、土壤湿度(Ms)、叶面积指数(LAI)等相关因子.结果表明:不同林型和取样时间的FRP和FRM均差异显著(P＜0.001).杨桦林、硬阔叶林、兴安落叶松林、红松林、蒙古栎林的FRP和FRM分别为:(13.34 ±0.90) μm·cm-2·d-1(平均值±标准误)和(5.02±0.36) μm· cm-2·d-1、(13.04±0.82)μm·cm-2·d-1和(6.85±0.32) μm· cm-2·d-1、(8.74±1.44) μm·cm-2·d-1和(5.05±0.61) μm·cm-2·d-1、(8.02±2.27) μm·cm-2·d-1和(3.88±0.35)μm·em-2·d-1、(7.59±0.82) μm·cm-2·d-1和(3.88±0.61) μm· cm-2·d-1.所有林型生长季期间FRP的时间变化均呈现明显的单峰型,但峰值出现的时间却因林型而异.FRM随生长季的进程而逐渐增加,杨桦林和硬阔叶林FRM在8月初出现峰值,而红松林、兴安落叶松林和蒙古栎林的FRM峰值均出现在生长季末期.Ts、Ms和LAI对FRP和FRM均存在显著的正效应(P＜0.05),3个因子的综合作用对各个林型FRP和FRM变异性的解释率分别达68％和53％以上,表明这些温带森林生态系统细根生长和死亡的时间动态主要受土壤温湿度和叶面积变化的联合影响.     

三峡库区马尾松细根生产和周转及其影响因子

采用连续根钻法、分解袋法、分室通量模型法计算三峡库区马尾松细根的年生产量和周转率,分析细根生产量和周转率与各影响因子的关系.结果表明: 马尾松<0.5、0.5～1和1～2 mm细根年均生物量分别为0.29、0.59、0.76 t·hm^-2,细根年生产量分别为0.13、0.49、0.37 t·hm^-2,细根年周转率分别为1.49、1.01、0.40 a^-1.各影响因子对不同径级细根生产与周转的影响不同.土壤温度、土壤钙含量显著影响<0.5 mm细根生产量与细根周转,且土壤温度解释生产量和周转率32.8%和25.0%的变异,土壤钙含量解释65.6%和73.1%的变异;细根生物量与细根生产量呈显著正相关,细根生物量分别解释<0.5、0.5～1和1～2 mm细根生产量41.0%、41.1%和54.5%的变异;细根P、K含量与<0.5 mm细根生产量具有显著相关性,分别解释<0.5 mm细根生产量32.2%、39.2%的变异.<0.5 mm细根与各影响因子的关系最为密切,土壤温度、土壤钙含量是细根生物量的主要影响因子.     

三峡库区马尾松人工林细根生产和周转

2011年3-12月,采用连续根钻法和分解袋法,研究了三峡库区20年生马尾松人工林细根的季节动态,计算了细根的年生产量和周转率.结果表明:三峡库区马尾松人工林细根(＜2 mm)年均生物量为146.98 g·m-2,其中活细根年均生物量(102.92 g·m-2)远大于死细根生物量(44.06 g·m-2);不同径级细根现存量的时间动态不同,＜1 mm根系季节动态较为明显,整体呈单峰型曲线;马尾松人工林细根(＜2 mm)的年生产量为104.12 g·m-2·a-1,年周转率为1.05 a-1,其中＜1 mm和1～2 mm的年生产量分别为58.35和45.77 g·m-2·a-1,周转率为1.41和0.69 a-1.     

森林细根分解研究进展

细根分解是森林生态系统养分和能量循环的重要环节,是一个贯穿着淋溶粉碎等物理作用以及土壤生物参与的生物化学作用交织在一起的复杂过程,对深入揭示陆地生态系统地表C平衡,认识细根分解的影响因素和机理具有重要意义.但由于细根埋藏于地下,难以在不破坏原有的土壤环境的情况下进行取样,同时分解过程对气候变化的响应受到土壤层的缓冲,致使各种因素对细根分解相对重要性的不同,是细根分解格局和地上部分凋落物分解格局差异的主要原因.本文综述了细根分解的影响因素及研究方法,提出了细根分解未来研究方向,以期加强细根分解的系统研究.     

青海省森林细根生物量及其影响因子

细根是植物吸收水分和养分的主要器官。全球变暖背景下,研究森林细根生物量及其环境因子的变化对生态系统碳平衡、碳收支及其贡献率具有重要意义。采用土钻法和室内分析法对青海省森林6个海拔梯度上5种林分类型的细根生物量和土壤理化性质进行测定,并分析了与环境因子之间的相互关系。结果表明:(1)青海省森林0—40 cm土层总细根生物量平均为8.50 t/hm~2,随着海拔梯度的增加先降低后升高,不同海拔梯度细根生物量差异显著(P0.05),最大值出现在2100—2400 m处。(2)5种林分0—40 cm土层总细根生物量为:白桦白杨云杉圆柏山杨,不同林分间细根生物量差异不显著。(3)细根垂直分布随土层深度增加而减少,且70%的细根集中在表层(0—20 cm)。(4)土壤容重深层(20—40 cm)显著大于表层(P0.05),并随海拔梯度逐步增加,且林分间差异较大。(5)全碳(Total carbon, TC)、全氮(Total nitrogen, TN)、全磷(Total phosphorus, TP)含量表层显著高于深层。TC、TN随海拔升高先增后降低,TP则随海拔逐步降低。不同林分间土壤养分差异较明显。(6)结构方程模型分析得到海拔、土层、容重直接影响细根生物量,细根生物量直接影响土壤养分。林分类型通过土壤容重间接影响细根生物量。因此,林分和海拔通过影响土壤微环境而影响到细根生物量及其空间分布格局。     

树木细根生产与周转研究方法评述

树木细根在森林生态系统能量流动和物质循环中起重要的作用。树木细根研究及方法探讨也成为当今森林生态学的研究热点。在中国,对树木细根生产和周转的研究尚未引起充分重视。在此介绍了目前国外普遍采用的树木细根研究方法及其优缺点、适用性以及不同方法的研究比较,以期对我国开展树木细根方面的研究有所裨益。     

中国森林生态系统土壤CO2释放分布规律及其影响因素

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环变化的关注。陆地生态系统在全球变暖格局下的地位与作用,尤其是土壤碳库对全球变暖格局的响应是全球变化研究的焦点。土壤CO2释放作为土壤-大气CO2交换的主要途径之一,也就成为各国生态学家研究的重点内容。在对我国森林生态系统CO2释放通量以及相关气候、生物等因子的资料进行收集、整理和分析的基础上,探讨了我国森林生态系统土壤CO2释放的分布规律,以及这种规律性分布的气候、生物影响因素。对于我国这样一个南北跨度大的国家,不同区域的森林生态系统土壤CO2释放通量间存在较大的差异,在全国尺度上,森林生态系统土壤CO2释放通量平均值为（1．79±0．86）gCm^-2d^-1,而且土壤CO2释放通量随着纬度增加逐渐降低。作为一个复杂的生态过程,土壤CO2释放受到生物、非生物因子或独立、或综合的影响。通过分析指出,在全国尺度上,年均温、降雨量、群落净生产力及凋落物量显著地影响森林土壤CO2释放通量。同时,也正是这些影响因子的纬度分布,导致了我国森林生态系统土壤CO2释放通量的纬度分布规律。作为衡量土壤CO2释放对温度敏感性的重要指标,计算了我国森林生态系统土壤CO2释放温度敏感性系数-Q10值,约为1．5,该值显著低于全球平均水平,2．0。     

施氮肥对水曲柳人工林细根生产和周转的影响

细根周转与土壤养分密切相关,但由于根系研究方法的差异以及研究对象的不同,土壤养分对细根周转影响的研究存在不一致的结论。本文以水曲柳（Fraxinus mandshurica）人工林为对象,应用3种方法研究施氮肥对细根生产和周转的影响。结果表明：施肥降低了活细根现存生物量,但施氮肥样地细根年生产量平均值（93．105g&#183;m^-2&#183;a^-1）与对照样地（93．505g&#183;m^-2&#183;a^-1）没有差异,不同方法得出施氮肥样地细根平均周转率（0．917次&#183;a^-1）大于对照样地（0．710次&#183;a^-1）;不同土层内细根的生产量显著不同,表层生产量最大,土层越深细根生产量越低,但细根周转率一般随土壤加深而加快;不同的研究方法得出细根的年生产量和周转率差异较大,分室模型法最高,其次是内生长土芯法,极差法和积分法最低。     

杉木,火力楠纯林及混交林细根周转的研究

系统研究了杉木、火力楠纯林及混交林细根生物量、生产力及年周转率。结果表明,杉木、火力楠纯林及混交林活细根生物量分别为８８０、３０３５和１５６０ｋｇ．ｈａ＾－１;死细根生物量为２３５、３９８和５６５ｋｇ．ｈａ＾－１;细根年周转率为１．２９、１．４２和１．４０;年生产量为１１３７、４３１８和２１７９ｋｇ．ｈａ＾－１;年死亡量为４９７．５９５和１１４９ｋｇ．ｈａ＾－１,分别相当于林分枯枝落叶年凋落量为３     

黄土高原地区森林生态系统地下生物量影响因素

根系将土壤和大气相连与植物体共同影响生态系统的碳循环,同时根系也是森林生态系统土壤碳库的重要来源。研究表明森林地下生物量受生物因素和非生物因素影响,因此研究各因素对根系生物量的影响对精确估算土壤碳库至关重要。基于我国相关部门的观测及调查数据,通过标准化计算和统计分析来量化各因素对黄土高原地区地下生物量的影响。结果表明：黄土高原森林生态系统地下生物量主要分布在11.99-27.46 Mg/hm²之间;非生物因素对地下生物量起主导作用,其中降雨量和地形影响最为显著;不同土壤类型地下生物量表现出：棕壤 > 褐土 > 岩性土;不同森林类型地下生物量大小为：针叶林 > 针阔叶混交林 > 落叶阔叶林;不同地形地下生物量由大到小为：丘陵、山地 > 高原、平原;地下生物量在坡位上的分布大小为：坡麓 > 上、中、下三个坡位 > 平地;人类活动和动物活动干扰对地下生物量的影响没有显著差异。另外,在分析中发现若影响因素中含经纬度,非生物和生物因素对地下生物量的影响程度分别为68.9%和31.1%;若影响因素中不含经纬度,非生物和生物因素对地下生物量的影响程度分别为81.1%和18.9%,说明经纬度与其他因素存在很强的相关性,并严重影响着生物因素和非生物因素对森林生态系统地下生物量的比重。研究结果对地下生物量的估测有一定的意义,可以为森林植被如何通过根系适应环境的研究提供参考,为植被恢复、森林经营管理及地下部分碳循环的研究提供依据。     

森林生态系统土壤氮矿化影响因素研究进展

森林生态系统土壤氮矿化是生态系统中最重要的功能之一,综述了近10余年来森林生态系统土壤氮矿化影响因素的研究,在前人的基础上将其影响因素归成3类;（1）环境因子,（2）凋落物质量,（3）土壤动物和微生物,其中环境因子中的土壤温、湿度是影响土壤氮矿化的最重要因子,氮素可利用性、氮转化与群落演替、植物多样性间相互关系的研究正受到愈来愈多的重视,研究CO2倍增及其引起的全球变暖对土壤氮素转化的潜在影响也已成为当前全球变化问题研究的热点之一。     

森林生态系统微量元素循环及其影响因素

森林生态系统微量元素循环受制于森林中地下部分土壤环境条件和地上部分凋落物周转、穿透雨性质以及林火等重要生态过程.文中重点对森林生态系统地上部分微量元素循环及其影响因素进行了综合评述.文献资料显示,在大多数森林生态系统中,凋落物和穿透雨是保证林木微量元素营养供应和平衡的重要来源,而火烧、环境污染和施肥等也会对一些森林生态系统微量元素循环产生重要影响.凋落物分解的调控机理、全球变化及环境污染对微量元素循环过程的影响、退化生态系统恢复和重建过程中微量元素平衡等应是今后森林生态系统微量元素循环研究的重点.     

拉萨河谷杨树人工林细根的生产力及其周转

通过土钻取样和分解袋法对拉萨河谷杨树人工林细根的生长和周转进行了测定.结果表明,在该地区杨树人工林生态系统中,约80%的细根集中分布在0～30cm土壤表层中;接近树木一侧的活(死)细根生物量均高于外侧,但二者未达到显著的差异;在生长季期间,活细根生物量平均为2.576 t · hm-2,死细根生物量平均为1.566 t · hm-2,生长高峰出现在生长季初期.经估算,拉萨河谷杨树人工林细根年生长量为3.030 t · hm-2,年周转率为1.18次;但受高原低温的影响,细根分解缓慢,分解系数k平均为0.0007～0.0008.细根的这种生长特征是杨树对高原地区短暂生长季节和雨热同季气候条件的一种适应性表现.     

长白山阔叶红松林细根周转的研究

系统研究了长白山阔叶红松林细根生物量、生产力、年周转率及其在净生产力分配中的作用,生物量调查结果表明,阔叶红松林活细根的生物量为5049kg.ha~(-1),死细根生物量的平均值为1883kg.ha~(-1),细根的年周转率为0.96,年生产量为4860kg.ha~(-1),约占总净初级生产力的19.40％,年死亡量为2343kg.ha~(-1),相当于阔叶红松林枯枝落叶年凋落量的60％,由此提出了森林凋落物应包括枯枝落叶和根系凋落物的论点。     

细柄阿丁枫和米槠细根寿命影响因素

采用微根管技术对福建建瓯万木林自然保护区细柄阿丁枫(ALG)和米槠(CAC)细根进行了连续2 a的观测。估计细根寿命采用Kaplan-Meier方法,用对数秩检验(log-rank test)比较单一因素(细根直径、序级、出生年份、出生季节、土层以及邻近细根数量)对细根寿命的影响。同时采用Cox比例风险回归分析方法,分析上述因素对细根存活的影响程度。结果表明:细柄阿丁枫细根平均寿命和中值寿命分别为(286±8)d和(184±9)d,而米槠的则分别为(261±10)d和(212±8)d。仅考虑单一因素时,出生季节、径级、序级以及邻近细根数量对细柄阿丁枫和米槠细根寿命皆有极显著影响(P<0.01);出生年份对米槠细根寿命有极显著影响(P<0.01),但对细柄阿丁枫细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05);土层深度对细柄阿丁枫细根寿命有极显著影响(P<0.01),而对米槠细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05)。Cox比例风险回归分析则表明出生年份对二者细根寿命的影响皆无统计学意义(P>0.05),影响因素按照影响程度大小排列均依次是序级、出生季节、细根直径、邻近细根数量,而土层对细柄阿丁枫细根寿命的影响最弱,对米槠细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05)。     

闽楠人工林细根寿命及其影响因素

采用微根管技术对闽楠(Phoebe bournei (Hemsl.) Yang)人工林细根生长动态进行了连续2a的观测,通过Kaplan-Meier方法估计细根寿命,使用对数秩检验(Log-rank test)比较单一因素(细根直径、序级、出生季节和土层)对细根寿命的影响;并分析细根化学性质对细根寿命的影响.结果表明:出生季节极显著影响闽楠细根寿命(P＜0.01),细根主要在春季出生(82.36％),夏季出生的细根平均寿命和中值寿命皆最长,分别为(218±23)d和(175±65)d;土层对闽楠细根寿命的影响不显著(P＞0.05),下层(20-40 cm)细根平均寿命为(126±4)d高于表层(0-20cm)的(116±5)d;细根平均寿命随直径增大而极显著增大(P＜0.01),0-0.3 mm的细根平均寿命为(109±4)d,0.3-0.6 mm的为(123±5)d,0.6-1 mm的为(139±11)d,1-2 mm的为(185±25)d.随着径级增大,闽楠细根碳含量极显著增大(P＜0.01),氮含量极显著减小(P＜0.01),碳氮比极显著增大(P＜0.01),磷含量极显著减小(P＜0.01).细根平均寿命随序级增大亦显著增大(P＜0.05),其中一级根平均寿命和中值寿命分别为(120±4)d和(89±1)d,高级根的则为(137±7)d和(123±1)d.以上结果表明闽楠细根寿命受到细根形态结构(直径和序级)、出生季节以及细根化学性质的影响.     

杉木人工林细根寿命的影响因素

利用微根管技术探讨细根径级、序级、出生季节、土层和林龄对福建南平18年生和90年生杉木人工林细根寿命的影响。杉木林细根中值寿命随径级增大而延长,18年生杉木人工林直径d≤0.3 mm、0.3<d≤0.6 mm、0.6<d≤1.0 mm和d>1.0 mm的细根中值寿命分别为(125±47) d、(158±16) d、(248±18) d和(272±53)d;90年生杉木人工林直径d≤0.3 mm和0.3<d≤0.6 mm的中值寿命分别为(95±20) d和(200±17) d,而0.6<d≤1.0 mm和d>1.0 mm的细根在观测期结束时,其累积存活率仍高于50%。18年生和90年生杉木高序级细根累积存活率都显著高于一级根,一级细根中值寿命分别为(180±13) d和(200±18) d,而高级根在观测期结束时,其累积存活率仍大于50%。18年生杉木秋季出生的细根累积存活率显著高于夏季,90年生杉木冬季和秋季出生的细根累积存活率均极显著高于春季和夏季。18年生杉木冬季、秋季、春季、夏季出生细根的中值寿命分别为(216±16) d、(248±12) d、(172±6) d和125 d;90年生杉木秋季、春季、夏季出生细根中值寿命分别为383 d、(127±23) d和(106±19) d,而冬季出生的细根在观测期结束时累积存活率仍在50%以上。90年生杉木细根累积存活率随土壤深度增加而显著增加,土层深度0< D≤20 cm和20<D≤40 cm细根中值寿命分别为(156±14) d和(241±24) d,而40<D≤60 cm土层细根寿命在观测期结束时累积存活率仍在50%以上;18年生不同土层细根累积存活率则均无显著差异,中值寿命分别为(187±19) d、(216±28) d和(120±47) d。不同林龄相同径级或序级细根的存活曲线均无显著差异;除了夏季外,不同季节出生的同生根群存活率曲线在不同林龄之间均具有显著差异;0<D≤20cm、20<D≤40cm土层细根存活曲线在不同林龄间无显著差异,但40<D≤60cm土层的细根存活曲线在不同林龄间则存在显著差异。