增温和氮添加对杉木不同序级细根形态和化学性状的影响

全球气候变暖与氮(N)沉降是两个同时存在的全球变化主要因素,但目前关于二者的研究多以单因子为主。细根形态和化学性状等功能性状在促进植物养分获取和森林生物地球化学循环方面起着关键作用,但目前气候变暖、N沉降以及两者交互对细根形态和化学性状的影响尚不清楚。在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站陈大观测点开展土壤增温与N添加双因子试验,包括对照(无增温,无氮添加)、低氮(+4gN m^-2 a^-1)、高氮(+8gN m^-2 a^-1)、增温(+5℃)、增温+低氮(+5℃,+4gN m^-2 a^-1)、增温+高氮(+5℃,+8gN m^-2 a^-1)六个处理,探讨增温与N添加对杉木(Cunninghamia Lanceolata)细根形态和化学性状的影响。结果表明：(1)增温显著增加了细根直径(D)。增温和N添加的交互作用对细根比根长(SRL)、比表面积(SRA)及组织密度(RTD)均存在显著影响,与对照相比,增温处理及增...     

增温与氮添加对不同季节杉木幼苗细根不同形态氮吸收动力学的影响

为了揭示不同季节下杉木人工林不同形态氮吸收速率对全球变暖与氮沉降的地下响应,在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点开展增温和氮添加双因子试验,包括对照、增温、施氮、增温+施氮4个处理。结果表明:(1)在三个季节中,4个处理的杉木细根对不同浓度下硝态氮的吸收速率基本呈现出春季较高,夏秋季较低的态势,而对不同浓度下铵态氮的吸收速率则相反,为夏秋季较高,春季较低。(2)不同季节四个处理的离体根对不同浓度下铵态氮的吸收均遵循米氏-曼氏动力学方程,而对硝态氮的吸收并不完全遵循米氏方程,表现为双相动力学。(3)春季,与无氮添加相比,氮添加提高了NH⁺₄的最大吸收速率(V_max-NH⁺₄)。夏季,与无增温相比,增温提高了V_max-NH⁺₄。秋季,与无增温相比,增温降低了NH⁺₄的半饱和常数(K_m-NH⁺₄);...     

土壤增温与氮添加对杉木幼苗细根径级根长分布的影响

通过在福建省三明市陈大林业国有林场内开展土壤增温(增温5 ℃、不增温)和氮添加(不添加、4、8 g N·m^-2·a^-1)的交互试验(共6个处理),研究土壤增温、氮添加及二者交互作用对杉木细根径级根长分布的影响,用扩展模型可很好地拟合6个处理的径级根长分布(R²=0.97).结果表明: 增温使杉木细根总根长变小,但对细根直径影响不显著;氮添加使杉木细根总根长和直径均变小;增温和氮添加的交互作用对细根总根长有显著影响,但对细根直径无显著影响.6个处理细根径级根长分布均能用极值函数模型较好地拟合(R²>0.98).相关分析显示,直径<1 mm细根的比根长与极值模型拟合参数c值呈显著负相关,实际总根长与极值模型拟合参数b呈显著正相关.增温和氮添加及其交互作用可以影响杉木细根形态特征;极值模型拟合各处理径级根长分布所得参数在一定程度上可以反映细根形态特征对环境条件变化的响应.     

模拟氮沉降对杉木幼苗细根化学计量学特征的影响

为了揭示全球氮(N)沉降对杉木人工林细根碳(C)、N、磷(P)元素组成的影响,在福建三明陈大国有林场开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗模拟N沉降试验,设置了对照(CK)、低N(LN,40 kg N hm~(-2)a~(-1))、高N(HN,80 kg N hm~(-2)a~(-1))3个处理,每个处理5个重复。采用内生长环法通过2年4次取样探讨N沉降对细根C、N、P化学计量学的影响。结果显示:(1) N添加在2015年降低细根C浓度,此后低N处理无影响,高N添加在2016年增加了细根C浓度;高N添加提高了细根(特别是0—1 mm细根) N浓度,但低N添加则无显著影响,甚至在2016年7月显著降低细根N浓度; N添加在2015年对细根P浓度无显著影响,但在2016年导致细根(特别是0—1 mm细根) P浓度降低。(2)低N添加在2016年显著提高细根的C∶N比,而高N添加则在2015年1月显著降低细根的C∶N比;低N添加对细根N∶P比没有显著影响,而高N添加则在大部分取样时间里显著增加了细根N∶P比。(3)不同处理细根C浓度、C∶N比均随着时间的增加呈增加趋势,而细根N浓度和N∶P比呈降低趋势。本研究表明,N添加对杉木细根化学计量学特征的影响因不同N添加水平而异,并受苗木生长的稀释效应所调节。     

土壤增温对杉木幼苗细根生长量及形态特征的影响

为了揭示杉木人工林对全球变暖的地下响应,在福建省三明市陈大国有林场开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗土壤增温试验,采用内生长环法探讨增温实验开始后第2年(2015年1月、7月取样)和第3年(2016年1月、7月取样)杉木幼苗细根生长量和形态特征(比根长,SRL;比表面积,SRA;组织密度,RTD)的变化。结果表明:(1)随着苗木的生长,土壤增温对细根生长量的影响趋势是先抑制,再无显著影响,最后促进。(2)土壤增温对细根形态特征的影响在不同取样时间有差异:土壤增温对7月份(夏季)取样的细根SRL或SRA有显著促进作用,对1月份(冬季)取样的细根SRL、SRA均无显著影响。(3)土壤增温对第二、第三次取样的1—2 mm细根RTD有促进作用。表明土壤增温对杉木幼苗细根生长量的影响与苗木生长阶段有关;同时苗木可通过细根形态的调整(增大SRL和RTD)以适应土壤增温引起的土壤资源变化和环境胁迫,维持自身的生长。     

增温与氮添加对杉木幼苗细根化学计量学的影响

全球气候变暖与氮沉降是两个同时存在的全球变化主要因素,但目前关于二者的研究多以单因子为主。细根碳(C)、氮(N)、磷(P)浓度影响着森林生态系统生产力与碳汇,然而目前关于气候变暖与N沉降对细根化学组成元素的影响尚不清楚。本研究在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点开展增温(W,+4℃)与N添加(N,+40 kg N·hm-2·a-1)双因子试验,探讨增温与N添加对杉木细根C、N、P化学计量学的影响。结果表明:(1)增温提高了春季细根N浓度,对细根C与P浓度则无显著影响;增温降低了春季细根C∶N,对细根N∶P无显著影响。(2) N添加提高了细根C浓度与春季细根N浓度,对细根P浓度则无显著影响; N添加降低了春季细根C∶N,提高了春季细根N∶P。(3)增温与N添加的交互作用对春季1～2 mm径级细根C浓度有显著影响,但对0～1 mm径级细根C浓度无显著影响,并且增温与N添加的交互作用对细根N与P浓度均无显著影响。本研究表明,增温与N添加会促进亚热带森林生态系统养分循环,N添加并未改变亚热带杉木人工林N限制现状;增温与N添加的交互作用对细根C、N、P元素的影响并不一致,受苗木C投资权衡与生长稀释效应所调节。     

土壤增温对杉木幼苗细根生理生态性质的影响

为了揭示我国最重要人工林树种杉木对全球变暖的地下响应及其适应性,通过在福建省三明市陈大国有林场设置杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗土壤增温实验(增温+5℃和不增温两个处理,各5个重复),用土钻法和内生长环法探讨土壤增温约1年后的杉木幼苗细根生物量和形态特征(比根长,SRL;比表面积,SRA),化学计量学特征(C、N、P)和代谢特征(包括呼吸和非结构性碳水化合物,NSC)的变化。结果表明:1)与对照相比,土壤增温处理0—1 mm细根生物量显著下降,1—2 mm细根生物量没有变化,细根形态亦未有显著变化;2)土壤增温处理细根N浓度显著增加,细根P浓度没有显著变化,细根C/N显著降低而N/P显著增加;3)土壤增温处理细根呼吸没有出现驯化现象,细根NSC显著下降。可见,土壤增温改变了杉木细根生物量分配格局,并引起一定的营养失衡和代谢失衡现象,从而对杉木生长和生产力产生影响。     

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。     

杉木幼苗和伴生植物细根对土壤增温的生理生态响应

为揭示全球变暖背景下杉木人工林幼苗与其伴生的其它植物间的对土壤养分的竞争关系和适应性,本研究采用埋设加热电缆进行土壤增温(+5℃)技术,在福建省三明市陈大国有采育场内建立杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗试验小区,包括对照(NW)与增温(WNW)处理(均不除草)。采用内生长环法与土钻法相结合,测定增温对杉木幼苗及伴生的其他植物(主要为山油麻Helicteres angustifolia、东南野桐Mallotus lianus)等细根生物量、呼吸、形态、及根组织氮浓度的短期影响。结果表明,(1)增温显著降低了杉木1mm细根生物量,而显著增加了其他植物1mm细根生物量。增温显著提高了其他植物1mm细根的氮浓度,显著降低了其比根长(SRL)和比表面积(SRA);同时降低了比根呼吸(参比温度18℃,SRR_(18)),表明细根呼吸对增温产生了驯化现象。而增温对杉木细根的氮浓度没有显著影响,却显著提高了1mm细根比表面积;同时增温对杉木SRR_(18)没有显著影响,表明杉木细根呼吸没有产生驯化现象。(2)SRR_(18)与比根长间的关系受到增温的显著影响,但树种以及增温×树种的交互作用没有显著影响,表明杉木和其他植物细根竞争能力与维持成本间的平衡关系均受到增温的共同影响。综上结果显示,相较于杉木,伴生的其他植物在增温环境中对地下资源的竞争具有更强的优势,能通过增加细根生物量迅速抢夺吸收因增温而加速矿化的土壤养分,同时通过生理和形态的调整,减少根系单位质量的维持成本,从而提高其对全球变暖的适应性;而杉木在增温条件下面临其他植物的强烈竞争,细根生物量降低,处于不利地位,为了满足生长所需,需增大比根长和比根表面积,且因细根呼吸没有产生驯化现象,从而增加了细根单位质量的维持成本,说明杉木对全球变暖的适应性低于其他植物。该研究结果对于全球变暖下杉木人工林的管理具有重要意义。     

土壤增温对杉木幼苗细根呼吸和非结构性碳的影响

在福建省三明市陈大国有林场开展杉木幼苗土壤增温试验,采用内生长环法研究土壤增温(+5℃)对杉木幼苗细根比呼吸速率和非结构性碳的影响,分析杉木人工林对全球变暖的地下响应及其适应性.结果表明:增温第二年,土壤增温引起细根组织内非结构性碳水化合物(NSC)的较大变化,1月增温处理0~1 mm细根NSC和淀粉浓度下降,1~2 mm细根可溶性糖和NSC浓度下降;7月增温处理0~1 mm细根NSC、可溶性糖和淀粉浓度提高,使1~2mm细根淀粉浓度增加.增温第3年,土壤增温对细根NSC无显著影响.增温处理使0~1 mm细根比根呼吸速率在增温第二年7月增加,而在第三年7月下降;与0~1 mm细根相比,增温处理对1~2 mm细根比呼吸速率没有显著影响.细根呼吸对增温的响应与增温持续时间有关,随增温时间的延长,细根呼吸产生部分驯化,同时能够使细根NSC浓度保持稳定.     

Interactive effects of soil warming and nitrogen addition on fine root production of Chinese fir seedlings

Aims There have been a large number of studies on the independent separate responses of fine roots to warming and nitrogen deposition, but with contradictory reporting. Fine root production plays a critical role in ecosystem carbon, nutrient and water cycling, yet how it responds to the interactive warming and nitrogen addition is not well understood. In the present study, we aimed to examine the interactive effects of soil warming and nitrogen addition on fine root growth of 1-year-old Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) seedlings in subtropical China.
Methods A mesocosm experiment, with a factorial design of soil warming (ambient, +5 °C) and nitrogen addition (ambient, ambient + 40 kg·hm^-2·a^-1, ambient + 80 kg·hm^-2·a^-1), was carried out in the Chenda State-owned Forest Farm in Sanming City, Fujian Province, China. Fine root production (indexed by the number of fine roots emerged per tube of one year) was measured biweekly using minirhizotrons from March of 2014 to February of 2015.
Important findings (1) The two-way ANOVA showed that soil warming had a significant effect on fine root production, while nitrogen addition and soil warming × nitrogen addition had no effect. (2) The three-way ANOVA (soil warming, nitrogen addition and diameter class) showed that soil warming, diameter class and soil warming × diameter class had significant effects on fine root production, especially for the number of fine roots in 0-1 mm diameter class that had been significantly increased by soil warming. Compared with the 1-2 mm roots, the 0-1 mm roots seemed more flexible. (3) Repeated measures of ANOVA (soil warming, nitrogen addition and season) showed that soil warming, season, soil warming × season, and soil warming × nitrogen addition × season had significant effects on fine root production. In spring, the number of fine roots was significantly increased both by soil warming and soil warming × season, while soil warming, nitrogen addition, soil warming × nitrogen addition significantly decreased fine root production in the summer. (4) Soil warming, soil layer, soil warming × soil layer had significant effects on fine root production. The number of in-growth fine roots was significantly increased by soil warming at the 20-30 cm depth only. It seemed that warming forced fine roots to grow deeper in the soil. In conclusion, soil warming significantly increased fine root production, but they had different responses and were dependent of different diameter classes, seasons and soil layers. Nitrogen addition had no effect on fine root production. Only in spring and summer, soil warming and nitrogen addition had significant interactive effects.     

凋落物添加和移除对杉木人工林土壤水解酶活性及其化学计量比的影响

土壤生态酶化学计量比可用于评估微生物碳(C)、氮(N)和磷(P)养分的需求状况。以往从凋落物输入量变化对生态酶化学计量比的角度来探讨杉木人工林土壤养分状况的研究较少。以亚热带杉木人工林为研究对象,采用随机区组实验设计,对12块杉木人工林样地进行3种凋落物处理(凋落物添加(LA);凋落物移除(LR);对照(CK)),通过测定土壤C、N和P水解酶(β-葡糖苷酶(BG)、半纤维素酶(CB)、β-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP))的活性及土壤理化性质,探讨凋落物添加和移除对杉木人工林土壤养分状况的影响。结果表明:LR显著抑制了AP、BG、CB、NAG和LAP活性,同时降低了土壤含水量(SMC)、有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和有效氮含量;而LA对以上指标均存在显著的正效应,表明凋落物输入量变化主要是通过改变土壤水分和养分状况来影响水解酶的活性。LR和CK处理下土壤酶活性比ln(BG+CB):ln(AP)和ln(NAG+LAP):ln(AP)均低于全球尺度上土壤酶活性比ln(BG+CB):ln(AP)(0.62)和ln(NAG+LAP):ln...     

增温下土壤资源异质分布对杉木幼苗生长的影响

在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点开展大气温度控制、土壤温度控制和土壤资源分布3因子试验,探讨土壤资源异质分布和增温对杉木幼苗地下和地上生长的影响,以及增温是否能改变杉木幼苗细根对土壤资源异质分布的识别度,以明确杉木人工林在全球变暖背景下对土壤资源异质分布的响应.结果表明:杉木对土壤资源异质分布的识别度主要体现在吸收根(0~1 mm径级)上,而1~2 mm径级细根则不具有识别度.除了单独大气增温处理对杉木1~2 mm径级细根的避贫系数具有显著影响外,不同增温处理均未对杉木幼树细根的贫富比、趋富系数和避贫系数产生显著影响.与土壤资源均质分布相比,土壤资源异质分布增加了0~1 mm径级细根生物量,降低了树高.与无大气增温相比,大气增温降低了0~1和0~2 mm径级细根生物量,增加了树高.与无土壤增温相比,土壤增温降低了1~2 mm径级细根生物量,但增加了树高和侧枝长度.大气增温控制、土壤增温控制和土壤资源异质分布对杉木地下、地上生长都无显著交互作用.杉木幼苗吸收根本身对土壤资源异质分布具有识别度,但增温并不会改变杉木幼苗细根对土壤资源异质分布的识别度.