Estimation of fine root production, mortality and turnover with Minirhizotron in Larix gmelinii and Fraxinus mandshurica plantations

Fine root turnover is a major pathway for carbon and nutrient cycling in forest ecosystems. However, to estimate fine root turnover, it is important to first understand the fine root dynamic processes associated with soil resource availability and climate factors. The objectives of this study were: (1) to examine patterns of fine root production and mortality in different seasons and soil depths in the Larix gmelinii and Fraxinus mandshurica plantations, (2) to analyze the correlation of fine root production and mortality with environmental factors such as air temperature, precipitation, soil temperature and available nitrogen, and (3) to estimate fine root turnover. We installed 36 Minirhizotron tubes in six mono-specific plots of each species in September 2003 in the Mao’ershan Experimental Forest Station. Minirhizotron sampling was conducted every two weeks from April 2004 to April 2005. We calculated the average fine root length, annual fine root length production and mortality using image data of Minirhizotrons, and estimated fine root turnover using three approaches. Results show that the average growth rate and mortality rate in L. melinii were markedly smaller than in F. mandshurica, and were highest in the surface soil and lowest at the bottom among all the four soil layers. The annual fine root production and mortality in F. mandshurica were significantly higher than in L. gmelinii. The fine root production in spring and summer accounted for 41.7% and 39.7% of the total annual production in F. mandshurica and 24.0% and 51.2% in L. gmelinii. The majority of fine root mortality occurred in spring and summer for F. mandshurica and in summer and autumn for L. gmelinii. The turnover rate was 3.1 a⁻¹ for L. gmelinii and 2.7 a⁻¹ for F. mandshurica. Multiple regression analysis indicates that climate and soil resource factors together could explain 80% of the variations of the fine root seasonal growth and 95% of the seasonal mortality. In conclusion, fine root production and mortality in L. gmelinii and F. mandshurica have different patterns in different seasons and at different soil depths. Air temperature, precipitation, soil temperature and soil available nitrogen integratively control the dynamics of fine root production, mortality and turnover in both species. Transtlated from Journal of Plant Ecology, 2007, 31(2): 333–342 [译自: 植物生态学报]     

植物挥发性物质对落叶松球果花蝇的驱避效果

为研究外源植物挥发性物质对落叶松球果花蝇（Strobilomyia spp.）对寄主定位的干扰作用,在哈尔滨市和大兴安岭加格达奇兴安落叶松（Larix gmelinii）种子园,用松节油、樟脑、丁香油进行了室内生测和林间喷施试验。在室内,球果花蝇对1％松节油的反应率为94.23％,与1％丁香油、3％松节油、20％丁香油相比差异显著;对1％樟脑的反应率为87.92％。球果花蝇对2％丁香油的反应率最低,仅为16.30％。在室内及林间,1％松节油及1％樟脑对球果花蝇都表现为驱避作用。1％松节油及其对照对球果花蝇的驱避效果最好,平均每果虫数较清水对照的3.51分别降低了2.85和2.66,使球果被害率降低了57.0％和46.2％,种子被害率分别降低了24.7％和27.7％。其次是1％脑及其对照,每果虫数较清水对照降低了1.83和1.44个,球果被害率分别降低了9.0％和30.7％,种子被害率分别下降了12.2％和26.9％。1％丁香油对花蝇在室内表现为诱引作用,在林间表现为驱避作用。在喷施3种挥发性物质及其对照后,各个处理的球果挥发性物质主要组分的总量都较清水对照增加,各处理的α-蒎烯相对含量较清水对照大幅度降低,降低幅度在13.56％-24.83％之间;各处理的β-罗勒烯都有不同程度的增加。β-蒎烯、3-蒈烯、月桂烯、水芹烯的相对含量在各处理中升降不一。     

华北落叶松夜间树干液流特征及生长季补水格局

在宁夏六盘山北侧半干旱区的叠叠沟小流域,采用热扩散探针法在2011年生长季监测了华北落叶松(Larix principisrupprechtii)人工林的树干液流速率,分析了夜间树干液流和补水量的变化特征及与气象、土壤水分等环境因子的关系.结果表明:树干液流速率日变化表现为典型的单峰宽峰曲线,且整个生长季均存在微弱的夜间液流,一般表现为逐渐减小,特别是在晴天,且晴天的变幅显著大于雨天.除生长季中期雨天夜间液流平均速率显著高于晴天,生长季初期及末期雨天与晴天的差异并不显著.生长季内,夜间树干补水总量为11.03 mm,占总蒸腾量的7.22％;5月份的树干补水量最大(4.19mm),其他月份的树干补水量明显减小,在0.9-1.7mm的范围波动.但不同月份间的补水贡献率存在明显差异,表现为生长季末期(9、10月)＞初期(5月)＞中期(6-8月).相关分析表明,日补水量与各气象因子关系不大,仅与降水量显著正相关(P＜0.05),与土壤含水率、日间蒸腾量、日蒸腾总量极显著正相关(P＜0.01).夜间补水的月蒸腾贡献率与月均土壤含水率、月均气温、月均日间蒸腾量、月总蒸腾量等显著相关(P＜0.05);而夜间补水的日蒸腾贡献率与日最高气温、日均气温、日间蒸腾量、日均饱和水汽压差、日总蒸腾量、日均太阳辐射强度、日最低气温、日均空气相对湿度、日降水量、土壤含水率等极显著相关(P＜0.01),经逐步回归分析建立了日补水量蒸腾贡献率与环境因子的多元线性模型.     

秦岭中幼林龄华北落叶松针叶与土壤的碳氮磷生态化学计量特征

为探究华北落叶松人工林物质循环规律与养分元素的分配格局,将华北落叶松针叶和土壤结合起来,以秦岭地区7年(7a)、12年(12a)、22年(22a)生华北落叶松人工林为研究对象,综合探究中幼林龄华北落叶松针叶和土壤的C、N、P含量及C∶N∶P化学计量特征。结果表明,不同林龄间土壤C和P含量的差异显著,7a和12a的C和P含量显著高于22a的,N含量差异不显著,随土层深度的增加,土壤C、N、P均呈下降趋势;22a土壤的C∶P和N∶P显著高于7a和12a,说明随着林龄增加,P限制了人工林正常的生长发育,C∶N在林龄之间的差异不显著;不同林龄针叶C差异不显著,N和P差异显著,N和P含量在中龄林中最高;22a针叶的C∶N和C∶P均表现为显著下降,3种林龄华北落叶松针叶的N∶P在6.8—9.3之间,说明幼、中林龄华北落叶松主要受N的限制;华北落叶松针叶和土壤的C、C∶N之间呈显著的正相关,P、C∶P之间呈显著的负相关,N、N∶P之间相关性不显著。中林龄华北落叶松人工林土壤P元素含量低,主要是通过养分的再吸收来满足植株的生长需求,而非通过吸收土壤养分。     

不同海拔华北落叶松针叶三种抗氧化酶活性与光合色素含量

通过分析庞泉沟国家级自然保护区不同海拔(1 600～2 800 m)梯度华北落叶松针叶中3种抗氧化酶及光合色素含量的变化,探讨了高山林木适应环境的生理机制.结果表明,华北落叶松针叶中超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性随海拔梯度的变化规律相一致,即中海拔区(1 900～2 400 m)的3种抗氧化酶活性相对较低,而低海拔区(1 600～1 800 m)和高海拔区(2 500～2 800 m)活性相对较高.低海拔区3种酶活性分别比中海拔区提高62.79%、42.13% 和 7.87%,高海拔区分别提高75.20%、14.49% 和 63.38%,但临近森林垂直分布上限活性降低.膜脂过氧化产物丙二醛含量在低海拔区和高海拔区分别达9.27和14.06 μmol·g^-1 FM,而在中海拔区平均含量为5.58 μmol·g^-1 FM.叶绿素和类胡萝卜素含量随海拔梯度升高而降低,相关系数分别为-0.969和-0.986;但叶绿素a/b比值及Car的相对含量(Car/Chl)随海拔梯度升高而增加,相关系数分别为0.962和0.877.     

部分落叶松属植物核型研究

对落叶松属的兴安落叶松、长白落叶松、日本落叶松、华北落叶松、欧洲落叶松、美洲落叶松等6个种和日本落叶松×长白落叶松杂种进行了核型分析,所有材料的染色体数目均为2n=2x=24,2A核型。所有种的核型有着共同的构型,即二型核型。根据核型特征,可将以上各种分为三组:兴安落叶松、长白落叶松、日本落叶松为第一组,核型公式为2n=12m+10sm+2st;欧洲落叶松、美洲落叶松为第二组,核型公式为2n=12m+12sm;华北落叶松虽然具有与第二组相同的核型公式,但核型的对称性与其有一定差距,因此单独构成第三组。日本落叶松×长白落叶松杂种的核型数据和两个亲本的十分接近,表明这两个种杂交后染色体可能未发生明显的结构变异。作者认为长白落叶松和兴安落叶松的核型特征比较接近,从细胞学的角度作者支持长白落叶松作为兴安落叶松变种的观点。     

不同间伐强度下华北落叶松人工林土壤磷组分特征及其影响因素

间伐是人工林经营的重要措施,磷是森林生态系统的限制性养分元素之一,但间伐对土壤磷素的影响尚不明确.本研究采用Tissen改良的Hedley磷分级体系对土壤样品进行连续浸提,研究不同间伐强度[对照,未间伐;轻度间伐,15%;中度间伐,35%;重度间伐,50%]下山西太岳山好地方林场华北落叶松人工林表层土壤(0～10 cm)磷组分特征及其影响因素.结果表明: 与对照相比,中度间伐显著增强了土壤总无机磷含量;轻度和中度间伐显著增强了Resin-Pi、NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po、NaOH-Pi、微生物生物量磷和土壤酸性磷酸酶活性,显著降低了NaOH-Po含量;间伐对土壤全磷、总有机磷、稳定态磷(HCl-Pi、浓HCl-Pi和浓HCl-Po)和闭蓄态磷(Residual-P)的影响不显著.土壤有机碳含量、含水率、土壤微生物和酸性磷酸酶活性是影响土壤磷素有效性的重要因子.中度间伐能提高华北落叶松人工林土壤磷素的有效性.     

应用311-A最优回归设计研究ABA、PEG4000及AgNO_3对落叶松体细胞胚发生数量的影响

采用三因素多项式回归311-A最优设计方法对影响落叶松体细胞胚发生数量的ABA、PEG4000和AgNO3的用量进行了研究,建立了华北落叶松正常体细胞胚发生数量与ABA、PEG4000和AgNO3的数学模型,分析了落叶松体细胞胚发生数量试验因子的主效应和互作效应,优选了落叶松体细胞胚发生数量最佳结果的最佳技术组合方案为ABA18.9138mg/L,PEG400088.8007g/L与AgNO310.7513mg/L时,最佳体细胞胚数量应为107.5278个子叶胚/g.callus.实验结果表明:该方法是针叶树体细胞胚胎发生过程中,主要激素种类与浓度配比、处理组合,科学、合理的培养基优化途径.     

东北地区两种主要造林树种生态系统固碳潜力

自从1980年,我国开展了一系列举世瞩目的造林工程,增加了森林面积3亿hm2。造林后生态系统有机碳库的微小变化都显著影响大气碳库,对全球碳素循环和平衡起着重要的作用。研究了退耕还林不同年限长白落叶松林的植被、凋落物和土壤碳库的变化规律,并且选择可比性较强的退耕还红松林、退耕还草和红松原始林作为参照,分析总结了退耕还林对生态系统储碳能力和碳循环的影响。结果表明,退耕还林后生态系统的植被、凋落物碳储量随退耕还林年限增加而增加:从退耕3a到33a,植被和凋落物碳储量分别从4.134、0Mg/hm2增加到74.11、11.31Mg/hm2。土壤碳储量则是先降低再增加:在还林初期的12a里,土壤碳密度降低到最小量75.87Mg/hm2,随后逐渐恢复和积累,21a后,土壤碳密度恢复到农田的水平84.28Mg/hm2,随后土壤碳密度出现净积累。在长白山地区,退耕3、12、22a和33a长白落叶松、33a红松生态系统的碳储量分别是81.778、114.488、130.004、187.255Mg/hm2和178.580Mg/hm2。长白落叶松的固碳能力随林龄而增加,两种主要造林树种(长白落叶松和红松)的生态系统的固碳潜力没有显著差异。长期来看(如250a),生态系统碳库存的能力非常大(269.57Mg/hm2)。这种状况表明,在长白山地区退耕还林后,生态系统长期来看是一个可观的碳汇。     

东灵山华北落叶松人工林的分布格局及环境解释

应用TWINSPAN、CCA和物种多样性分析,从植物群落、植物种与环境的生态关系等方面研究了东灵山华北落叶松人工林的植被分布格局,并给予合理的环境解释。TWINSPAN分类将华北落叶松人工林分为4个类型,分类结果在CCA二维排序图上得到了较好的验证。样方与物种的CCA排序较好地揭示了该区华北落叶松人工林的分布格局与环境梯度的关系：坡位、坡度、土壤厚度和海拔是影响该区华北落叶松人工林的主导因子。结合物种多样性分析,结果表明东灵山绝大多数华北落叶松人工林生长良好,并根据华北落叶松喜凉湿习性,建议在该区自然分布海拔以下造林时,应优先选择阴坡和半阴坡的中、下位坡。