岷江上游4个栽培树种细根功能性状垂直分布的差异性

细根(直径≤2 mm)功能性状及垂直分布格局是反映植物对土壤资源吸收策略和影响森林地下生态过程的关键。本研究以岷江上游4个人工林树种连香树(Cercidiphyllum japonicum)、白桦(Betula platyphylla)、华山松(Pinus armandii)和油松(P.tabuliformis)为对象,调查不同海拔树木细根功能性状及其在不同土层间的垂直分布格局,并分析细根功能性状分布与构型之间的相关关系。结果表明:阔叶树种比针叶树种有更大的根长密度、生物量、比根长和比表面积,而直径反之;4个树种细根集中在0~20 cm土层,根长密度和生物量在较高海拔地段均显著大于较低海拔,且均随土壤深度增加而减少,但比根长、比表面积和直径无显著的海拔差异,随土层加深也无明显的垂直变化规律;针阔树种间的细根构型差异显著,但不受海拔差异的影响,阔叶树的细根分支强度与一级根数量显著大于针叶树种;一级根数和根尖密度与比根长以及分根比与根长密度和生物量均呈显著正相关,而分叉与几个细根功能参数均呈负相关;随着土层深度增加,细根总生长量明显减少,但细根资源利用效率和策略不变;5个细根功能性状的垂直分布格局差异明显,且受树种特性影响显著,细根分支构型对其垂直分布及资源获取策略具有显著影响。     

常绿阔叶林外生和丛枝菌根树种细根形态和构型性状对氮添加的可塑性响应

以中亚热带常绿阔叶林外生菌根树种罗浮栲和丛枝菌根树种木荷为研究对象,采用根袋法进行野外原位氮添加试验,研究了细根形态性状(比根长、比表面积、组织密度、平均根直径)和构型性状(分枝数、分枝比、根长增长速率、根尖密度、分枝密度),分析不同菌根树种细根形态和构型性状对氮沉降的响应。结果表明: 随序级增加,外生和丛枝菌根树种细根比根长、比表面积和分枝数对氮添加的塑性响应逐渐降低,组织密度则相反;这反映了不同分枝等级细根的养分获取与资源维持在序级间存在权衡关系。不同菌根树种对土壤氮有效性的变化采取不同的适应对策: 氮添加后,罗浮栲细根采取机会主义策略,依靠细根本身来提高养分吸收效率、增强空间扩展和就地养分吸收能力,以快速的养分吸收策略为主;而木荷通过养分吸收效率和根系构建成本之间的权衡,并未改变细根形态性状,更多地依赖于菌根菌和细根构型之间的互补性进行养分获取。外生和丛枝菌根树种维持和构建细根碳(C)成本的差异,导致细根采取最适合自身的养分捕获方式,以达到生存的最优策略。     

杨树人工林细根数量和形态特征的季节动态及代际差异

采集欧美杨107Ⅰ代和Ⅱ代人工林细根样品,分析杨树不同根序细根数量特征(根长度、表面积和生物量)和形态特征(比根长、根长密度、根组织密度)对季节波动的响应及其代际差异.结果表明： 杨树各根序细根数量特征(根长度、表面积和生物量)均呈明显的季节变化,且具有明显的根序差异性.低级根序细根数量特征季节差异显著,细根生物量在生长季显著增加而生长季后显著下降.高级根序细根比根长季节波动显著,而根长密度和根组织密度等形态特征波动较小.连作导致人工林杨树1～2级细根长度、生物量、比根长和根长密度在生长季显著增大.1级细根数量特征与土壤温湿度呈显著正相关,与土壤有机质和速效氮含量呈显著负相关;而2级细根数量特征仅与土壤养分显著相关.杨树人工林细根特征的季节动态及代际差异体现了杨树对细根的碳投入变化,因连作引发的土壤养分匮乏可能引发植株对根系的碳投入增加,这种碳分配格局与人工林地上部分生产力形成密切相关.     

瓦屋山常绿阔叶次生林建群种扁刺栲的细根分布及其碳氮特征

四川瓦屋山国家森林公园是我国西部的中亚热带湿性常绿阔叶林的典型代表,具有四川现存的较为完好的扁刺栲(Castanopsis platyacantha)-华木荷(Schima sinensis)群系,该研究利用土钻法探讨了该群系内主要建群种扁刺栲标准木的细根分布及其碳氮特征。结果表明:(1)扁刺栲细根总生物量为173.62 g·m~(-2),其中活根生物量为135.29 g·m~(-2)。(2)随着土层深度的增加,扁刺栲细根生物量、根长密度、根系表面积和比根长呈下降趋势,0~30 cm土层所占比例分别为67.23%、69.53%、69.48%和57.20%;根长密度、根系表面积和比根长均随细根直径的增加而显著下降,直径小于1 mm的根系所占比例分别为58.84%、52.59%和51.36%。(3)扁刺栲细根生物量、根长和表面积消弱系数β均随根系直径的增加而增加。(4)根系C含量在第Ⅰ土层中随细根直径的增加而显著增加,在其他土层则无显著差异;直径小于2 mm的根系C含量在第Ⅰ土层中显著低于其他土层,大于2 mm的根系C含量在各土层间的差异不大。(5)根系N含量随根系直径和土层深度的增加而减少,C/N值则与之相反。该研究结果在一定程度上反映了该次生林地下细根的垂直分布及养分特征,为揭示该生态系统地下生态过程及今后在该生态系统研究环境变化对地下生态过程的影响提供了基础数据。     

柏木根系分泌物对栾树细根形态及N、P含量的影响

为研究混交过程中柏木根系分泌物对栾树细根生长的影响,以一年生栾树盆栽幼苗为研究对象,通过施加1株、2株、4株、8株4个浓度柏木根系分泌物(分别记为G1、G2、G4、G8)于栾树盆栽中,探讨柏木根系分泌物对栾树幼苗1～5级细根形态及N、P含量的影响。结果表明:(1)栾树细根直径随根序的增加而增大,施加根系分泌物显著减小了1～2级细根的直径(P0.05);细根比根长、比表面积均随根序的增加而减小,施加根系分泌物显著增大了1～2级细根的比根长及比表面积(P0.05);随根系分泌物施加浓度的提高,栾树比根长及比表面积先增大,而直径先减小,然后均趋于平缓波动的态势。(2)栾树细根N、P含量均随根序的增加而减小,而N/P在根序间的变化不显著;施加柏木根系分泌物显著增大了栾树1～2级细根的N、P含量(P0.05),但减小了1～5级细根的N/P;随根系分泌物施加浓度的提高,栾树细根P含量增大,N/P减小,而N含量先增加后呈现平缓变化的趋势。(3)栾树细根N、P含量均与其比根长、比表面积和直径等形态特征之间呈显著的相关关系(P0.05)。研究发现,柏木根系分泌物可改善土壤养分的有效性,从而缓解栾树植株的缺P症状,细根通过调整其形态以提高养分利用效率;柏木根系分泌物主要影响栾树1～2级细根的形态及N、P含量;4株柏木根系分泌物的剂量更有利于栾树根系的生长。     

郭岩山不同海拔丝栗栲细根功能性状及其与土壤因子的关系

为揭示丝栗栲(Castanopsis fargesii)细根功能性状对环境变化的适应机制,对郭岩山500、700、900 m海拔处丝栗栲细根功能性状及其与土壤因子的关系进行研究。结果表明,丝栗栲细根生物量与细根根长密度、表面积密度、组织密度及体积密度呈正相关,细根根长密度、体积密度、表面积密度和比根长4个性状间均呈极显著正相关关系,且均与细根组织密度呈显著负相关。根际土含水量、C和N含量与细根比根长、根长密度、体积密度、表面积密度均存在显著正相关关系,而土壤容重与细根组织密度呈正相关。海拔700 m的细根生物量、根长密度、表面积密度及体积密度显著大于海拔500和900 m的。500和900 m海拔的根长密度、表面积密度与土壤深度呈负相关,而500 m海拔细根的组织密度与土壤深度呈正相关。因此,郭岩山丝栗栲通过改变细根功能性状来适应海拔和土壤的变化。     

亚热带天然常绿阔叶林林下9种灌木细根形态和C、N化学计量特征

林下灌木是亚热带常绿阔叶林重要的构成部分,但林下灌木细根功能性状变异规律及地下生态策略仍不清楚。以福建建瓯万木林自然保护区内9种灌木为研究对象,对细根直径、根长、比根长、组织密度、碳浓度和氮浓度6个细根性状进行研究,采用序级划分法,分析不同树种细根性状序级间的变化特征、常绿和落叶灌木细根性状之间的差异,不同序级细根性状之间的关系以及细根性状变异维度。结果表明:树种和序级对9种灌木细根形态和化学性质有显著影响。直径、根长、根组织密度随着序级的增加而逐渐增加,比根长和氮浓度逐渐减小,碳浓度在序级间的变化趋势不一,未表现出明显的规律。落叶灌木细根直径、根长和氮浓度均显著高于常绿灌木,碳浓度和组织密度显著低于常绿灌木,表明与常绿灌木相比落叶灌木更偏向于资源获取型生态策略,常绿灌木则更偏向于保守型策略。灌木细根在不同序级间的直径与比根长、组织密度,氮浓度与组织密度有较强的相关性,细根其他性状间的关系并不密切或因序级而异。主成分分析结果表明灌木细根性状变异沿一个主成分轴发生变异,该轴表示灌木细根的资源获取和保守的权衡策略。     

弓杠岭不同海拔云杉细根生物量及形态特征

海拔变化是多环境因子的梯度效应,细根作为植物吸收水分与养分的重要器官,其性状特征在指示植物的生长和分布等方面意义重大.该研究以弓杠岭2500～3300 m海拔地的云杉(Picea asperata)细根为研究对象,采用根序分级法对云杉1～5级根序的生物量及细根形态(平均直径、比根长、根长密度、比表面积)进行测定,以明确...     

桢楠种源幼苗细根形态和生物量研究

为了解桢楠(Phoebe zhennan)不同种源细根形态和生物量分配的差异,采用全根调查的方法,对桢楠自然分布区13个种源2.5年生幼苗的细根形态和生物量进行了研究。结果表明,桢楠种源间各级细根的平均直径、总根长和表面积差异显著,在种源内细根的平均直径随根序的增加而增加,但根序间总根长和表面积差异规律不明显。根序生物量分配随根序增加而增加,1~4级根生物量分配分别为6.33%、14.47%、25.03%和54.17%。通过综合评价,以HT、LF、ES和WC种源的根系最优,具有较高的生长潜力。     

湖南会同5个亚热带树种的细根构型及功能特征分析

细根(直径2mm)具有复杂的分枝系统,不同树种间的细根在空间分布、形态和大小上有较大差异,研究不同树种的细根构型及不同根序的养分特征,对认识不同树种的细根形态和化学成分的变异格局,及其对树种地下生态位分离(niche segregation)、共存和森林生态系统功能过程的影响有着重要意义。在湖南会同林区选择青冈(Cyclobalanopsis glauca)、枫香(Liquidanbar formosana)、拟赤杨(Alniphyllum fortunei)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)等5个亚热带树种,用挖掘法采集完整的细根根系,按照Pregitzer细根分级方法对细根分级,用Win-RHIZO根系测定系统对细根构型的参数进行测定,同时测定各级根系的C、N含量,以探讨各树种各级细根的功能特征,揭示不同树种细根构型与养分策略之间的关系。结果表明:5个亚热带树种细根1级根比根长、比表面积最高,直径最细;3级根比根长、比表面积最低,直径最粗。不同树种之间细根形态特征和构型也表现出差异性:枫香的1级根序比根长最大,为31.45m·g-1,杉木的最小,为16.34m·g-1,枫香和杉木之间差异显著。马尾松的1、2级根序的比表面积最大,杉木的1级根序的比表面积最小,青冈2级根序的比表面积最小,3级根序比表面积杉木最大,青冈最小。不同树种之间的细根直径差异达到极显著水平,各根序的平均直径以杉木的最大,拟赤杨的最小。5个树种细根根尖密度大小顺序为马尾松青冈枫香杉木拟赤杨,各树种细根分叉数以拟赤杨和马尾松的较高,杉木最低。除杉木和枫香外,5个树种细根C含量均呈现出随着根序上升而增加的趋势,C/N比也随根序的上升而增加,而细根N含量呈现出随着根序上升而明显下降的趋势。细根平均C含量以杉木的最高,拟赤杨的最低,马尾松、青冈与枫香之间的差异不显著。细根平均N含量以拟赤杨的最高,马尾松的最低。C/N比以马尾松的最高,拟赤杨的最低。5个树种中,马尾松的外生菌根有很强的拓展能力,因此能显著地增强植物根系的养分、水分吸收能力,即使在贫瘠和干旱的土壤环境中,也能有效地利用有限的养分和水分,促进个体生长。而杉木细根吸收养分和水分的效率及能力最小。     

华北山地6个外生菌根树种的根属性及其与菌根侵染率的关系

该研究以共存于同一暖温带森林的6个外生菌根(ECM)树种为研究对象,测定分析不同根序(1～5级)和功能根系(吸收细根和运输细根)的主要形态和构型属性及ECM侵染率,探究不同外生菌根树种的根属性变异模式及其与菌根真菌侵染程度的关系。结果表明:(1)随着根序的增加,不同树种根直径和单根长度均增加,而比根长和根分支强度均降低;根属性在同一根序下均存在显著的种间差异,尤其是2个裸子植物(落叶松和油松)的根直径较其他4个被子植物大。(2)同一树种的所有根属性在吸收细根和运输细根之间均有显著差异;吸收细根和运输细根的根直径、比根长和根组织密度在树种间均存在显著差异,而其单根长度和根分支强度在树种间无显著差异。(3)ECM侵染率以落叶松最高,千金榆和白桦最低,且与根尖直径呈显著正相关关系,与根尖比根长呈显著负相关关系。研究发现,基于根序或者功能根系,根属性在种间的变异模式不完全一致,单根长度和根分支强度在两个功能根系中均没有表现出显著的种间差异;吸收细根的比根长和根分支强度的变异系数较大,对环境变化有较敏感的响应;古老树种的根直径相对较粗,对菌根真菌的依赖性更高。     

四种不同生活型树种细根寿命及影响因素

以4种不同生活型树种(常绿阔叶和针叶树种、落叶阔叶和针叶树种)为研究对象,通过微根管法现地观测细根的生长动态,比较不同生活型树种细根寿命在种内和种间的差异,探讨影响细根寿命的主要因子,研究结果对理解和预测森林生态系统碳及养分循环过程具有重要的理论意义。结果表明:(1)细根形态特征(分枝结构和直径)显著影响种内细根寿命,分枝等级越低、直径越小,细根的寿命越短;(2)4个树种的细根寿命表现出明显的土层效应和季节效应,即随土壤深度增加,细根的累积存活率逐渐增加,寿命延长;而不同季节出生的细根其寿命长短模式在树种间不一致,春季或夏季出生的细根寿命要长于秋冬季;(3)常绿树种(柳杉、石栎)的细根寿命要长于落叶树种(池杉、麻栎),同时,针叶树种(池杉、柳杉)的细根寿命要长于阔叶树种(麻栎、石栎)。在同一树种内,细根寿命受细根直径、根系分枝结构、土壤环境因子(土层)等因素显著影响,但在不同树种间,细根寿命可能更依赖于树木生长速率、碳分配模式等树木整体的功能性状差异。     

模拟氮沉降对杉木幼苗细根的生理生态影响

细根对氮沉降的生理生态响应将显著影响森林生态系统的生产力和碳吸存。为了揭示氮沉降对杉木细根的生理生态影响,对一年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗进行了模拟氮沉降试验,并测定施氮1年后杉木幼苗细根生物量、细根形态学特征(比根长、比表面积)、元素化学计量学指标(C、N、P、C/N、C/P、N/P)、细根代谢特征(细根比呼吸速率、非结构性碳水化合物)。结果表明:(1)杉木细根生物量随氮添加水平的升高而显著降低,尤其是0—1 mm细根生物量;细根比根长和比表面积随氮添加水平升高而显著增大。(2)氮添加后杉木细根C含量、C/N、C/P显著降低,高氮添加导致1—2 mm细根N含量和N/P显著升高,而低氮添加导致1—2 mm细根P含量显著升高、N/P显著降低,而0—1 mm细根的N、P含量则保持相对稳定。(3)氮添加后杉木细根比呼吸速率无显著变化,细根可溶性糖含量随氮添加增加而显著增加,而淀粉含量和NSC显著降低。综合以上结果表明:氮添加后用于细根形态构建的碳分配减少,这可能会减少土壤中有机碳的保留,0—1 mm细根的形态更易发生变化,但是其内部N、P养分含量相对更稳定以维持生理活动,细根NSC对氮添加的响应表明施氮可能导致细根受光合产物的限制。     

氮磷配施对刨花楠幼林细根性状的影响

氮磷是陆地生态系统植物生长的主要限制性元素,细根对植物生长具有重要影响.为了解氮磷配施对刨花楠人工幼林细根性状的影响,以3年生刨花楠人工幼林为对象,于2016年和2017年每年4-9月的每月中旬进行氮磷配施(添加比例分别为8∶1、10∶1、12∶1、15∶1),测定比根长、比表面积、平均直径、根组织密度、总碳、总氮含量...     

川中丘陵区3个树种的细根形态和功能异质性分析

以川中丘陵区柏木低效林林窗改造初期种植的银木和香椿细根为研究对象,以未改造的柏木纯林为对照,采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定银木、香椿和柏木1~5级细根的原位呼吸速率,并探讨细根形态结构和养分元素浓度与细根呼吸的相关关系,以揭示细根结构与功能异质性。结果表明:银木、香椿和柏木细根的直径、根长、组织碳浓度均随着根序级别的增加而增加,而它们细根的比根长、组织氮浓度和比根呼吸速率均随着根序的增加而降低,树种、根序级及其交互作用对3个树种细根形态、养分浓度和比根呼吸均有显著或极显著影响。回归分析显示,3个树种比根呼吸速率均随细根直径、比根长、N浓度变化呈现出系统性的变化,三者分别能解释64.7%、87.6%和、67.6%的比根呼吸变异。可见,细根在形态和功能上存在明显的异质性,且细根的形态特征、组织化学含量和生理功能之间存在着紧密的联系,为理解植物根系结构与功能变异提供了依据。     

Interactive effects of phenolic acid and nitrogen on morphological traits of poplar (Populus × euramericana ‘Neva’) fine roots

Aims The relationship between rhizosphere process and fine root growth is very close but still obscure. In poplar plantation, phenolic acid rhizodeposition and soil nutrient availability were considered as two dominant factors of forest productivity decline. It is very hard to separate them in the field and they might show an interactive effect on fine root growth. The objective of this study is to examine the influence of phenolic acids and nitrogen on branch orders of poplar fine roots and to give a deeper insight into how the ecological process on root-soil interface affected fine root growth as well as plantation productivity. Methods The cuttings of health annual poplar seedlings (I-107, Populus × euramericana ‘Neva’) serve as experiment materials, and were cultivated under nine conditions, including three concentration of phenolic acids at 0X, 0.5X, 1.0X (here, X represented the contents of phenolic acids in the soil of poplar plantation) and three concentration of nitrogen at 0 mmol·L^-1, 10 mmol·L^-1, 20 mmol·L^-1, based on Hoagland solution. The roots were all separated from poplar seedlings after 35 days, and 30 percent of total fine roots of every treatment were taken as fine root samples. These fine roots were grouped according to 1 to 5 branch orders, and then the morphological traits of each group of fine roots were scanned via root analyzer system (WinRHIZO, Regent Instruments Company, Quebec, Canada) including total length, surface area, volume and average diameter. Meanwhile, the dry mass of fine root samples of every order was measured to calculate specific root length (SRL), root tissue density (RTD). All data were analyzed via SPSS 17.0 software, and interactive effect of phenolic acids and nitrogen on roots was analyzed through univariate process module. Principal component analysis (PCA) and redundancy analysis (RDA) were conducted via Canoco 4.5 software. Important findings Under the conditions without phenolic acids application, the fine roots growth was significantly inhibited in deficiency and higher nitrogen treatments, especially for 1-3 order roots. Only specific root length appeared decreased with nitrogen level, and other traits of fine roots did not demonstrate linear relationship with nitrogen concentrations. Compared to 0.5X phenolic acids treatment, 1.0X phenolic acids significantly promoted the diameter and volume of 1-2 order roots (p < 0.05). Both phenolic acids and nitrogen demonstrated influence on poplar fine root traits. However, the diameter and volume of 1-2 order roots were significantly affected by phenolic acids, while the total length and surface area of 4-5 order roots was affected by nitrogen. Two way ANOVA showed that phenolic acids and nitrogen made a synergistic or antagonistic effect on morphological building of fine roots. Furthermore, PCA and RDA indicated that the interactive effects of phenolic acids and nitrogen led to significant differences among 1-3 order, 4th order and 5th order of poplar fine roots. The PC1 explained about 60.9 percent of root morphological variance, which was related to foraging traits of roots. The PC2 explained 25.3 percent of variance, which was related to root building properties. The response of poplar roots to phenolic acids and nitrogen was closely related to root order, and nitrogen played more influence on poplar roots than phenolic acids. Thus, phenolic acids and nitrogen level would affect many properties of root morphology and foraging in rhizosphere soil of poplar plantation. But nitrogen availability would serve as a dominant factor influencing root growth, and soil nutrient management should be critical to productivity maintenance of poplar plantation.     

亚热带6种树种细根序级结构和形态特征

以福建省建瓯市万木林自然保护区内占优势的6种天然林树种(沉水樟Cinnamomum micranthum,CIM;观光木Tsoongiodendron odorum Chun,TOC;浙江桂Cinnamomum chekiangense,CIC;罗浮栲Castanopsis fabri,CAF;细柄阿丁枫Altingiagracilipes,ALG;米槠Castanopsis carlesii,CAC)为研究对象,对其1—5级细根的结构,形态特征及生物量进行了分析。结果表明:沉水樟,细柄阿丁枫和米槠细根分支比表现出在1,2级(4倍以上)明显大于其它序级(3倍左右);其余3种树种则是在3,4级的细根分支比最大,其中浙江桂达到8.65倍,其它序级则大致为3倍左右。6种树种1,2级细根数量占到总数的70%—90%。6种树种细根直径,根长,组织密度随序级升高逐渐增大,比根长减小,生物量未表现出一致的变化规律,6种树种生物量主要集中在高级根部分。方差分析表明,树种对细根分支比例有显著影响(P<0.05),浙江桂和米槠细根分支水平对分支比例有极显著影响(P<0.01),其余4种树种分支水平对分支比例有显著影响(P<0.05),树种和分支水平的交互作用对6种树种细根分支比均有极显著的影响(P<0.01);树种对细根根长,直径以及生物量均有极显著影响(P<0.01),对比根长有显著影响(P<0.05),而对组织密度的影响则不显著(P>0.05);树种和序级的交互作用对细根根长,直径以及生物量均有极显著影响(P<0.01),对组织密度有显著影响(P<0.05),对比根长影响不显著(P>0.05)。序级对6种树种细根根长,直径,比根长以及生物量的影响并未达到一致,对6种树种细根组织密度有极显著影响(P<0.01)。树种间1—4级根的比根长变异主要由组织密度引起,而5级根的比根长变异则由直径引起,同时在1级根中组织密度与直径呈现出权衡的关系。6种树种细根数量,直径,根长,比根长,组织密度以及生物量与序级之间回归分析发现它们与序级之间具有指数函数,线性函数,二次函数,三次函数或者幂函数关系。