植物细根呼吸及其影响因子研究

细根呼吸是森林土壤CO2的主要来源,是全球生态系统碳循环研究的重要组分。细根呼吸对土壤呼吸的贡献在30%～50%左右。细根呼吸的测定方法有很多,但主要分为直接和间接测定,其中的直接测定法有离体根法、PVC管气室法和同位素法等,间接测定则主要是排除根法等。大量研究表明,细根呼吸受土壤温度、根组织N浓度、环境CO2浓度、土壤湿度、养分有效性等因素的影响。综述了国外近年来在该领域里的研究进展,目的是引起国内研究者关注,促进我国根系生态学的研究和发展。

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。

亚热带六种天然林树种细根养分异质性

以福建省建瓯市万木林自然保护区常绿阔叶林6种优势树种为研究对象,分析其1—5级细根养分特征及其与细根形态特征和叶片养分的关系。结果发现:除沉水樟细根C含量表现为随序级升高而增加外,其余5种树种均没有明显变化规律;6种树种N、P含量基本表现为随序级升高而降低,C/N随序级升高而增加;但N/P随序级升高均没有明显变化规律。单因素方差分析发现:树种对C、N、P含量和C/N、N/P具有极显著影响(P<0.01),序级对6种树种N、P含量和C/N有极显著或显著影响(P<0.01,P<0.05),对C含量和N/P影响并不显著(P>0.05);双因素方差分析发现:树种和序级的交互作用对C、N、P含量和C/N有极显著或显著的影响(P<0.01,P<0.05),对N/P影响不显著(P>0.05)。相关性分析表明:在较高级根中C、N含量之间呈现相关性,在较低级根中N、P含量呈现相关性,同时C/N、N/P的变化均主要由N含量变化决定;6种树种细根比根长和N、P含量、C/N有极显著相关性(P<0.01),而与C含量和N/P相关性并不明显。一级根的N、P含量和N/P相比于整个细根更接近于叶片,但一级根与叶片N、P、N/P之间并没有显著的相关性(P>0.05)。

中亚热带细柄阿丁枫和米槠群落细根的生产和死亡动态

采用微根管技术与挖掘法相结合的方式对福建省万木林自然保护区细柄阿丁枫和米槠天然林细根生产和死亡动态进行了为期两年多的观测,分析细根生产和死亡的季节变化、垂直分布及径级和序级分配,并估计细根的年生产量和年死亡量。结果表明:细柄阿丁枫细根年生产量和年死亡量分别为(230.1±162.8)g.m-.2a-1和(188.8±75.5)g.m-.2a-1,均略大于米槠的(214.5±185.8)g.m-.2a-1和(178.8±26.5)g.m-.2a-1,但两种森林群落的细根年生产量和年死亡量均无显著差异(P>0.05)。两森林群落细根生产均在春季达到高峰,其中米槠细根生产与月降水量呈极显著相关(P<0.01,r=0.566);细根死亡则呈现季节性地波动,米槠细根死亡峰值主要发生于夏季和秋季,而细柄阿丁枫则出现在秋季。两森林群落细根生产和死亡皆主要集中于土壤表层0—40 cm中,而且不同径级细根生产和死亡集中于0—1 mm细根中,其中0.3—0.6 mm细根的生产和死亡在两森林群落中均最大。两森林群落一级根的生产和死亡均大于高级根。

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)。

基于土芯法的亚热带常绿阔叶林细根空间变异与取样数量估计

树木细根具有高度空间异质性,确定合理的细根取样策略是林木细根研究的前提。通过在福建省三明米槠天然常绿阔叶林内随机钻取96个土芯,分析细根生物量和形态特征的空间变异特征,并估计各指标所需的取样数量。结果表明:(1)随着径级增加,细根各指标变异系数增大,相应的取样数量增加;(2)随着土壤深度增加,单位面积细根生物量变异程度和相应的取样数量均增加。在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0—1 mm和1—2 mm的细根,分别采集16和42个样品可以满足测定单位面积细根生物量,采集17和31个样品可以满足测定单位面积细根长度,采集25和33个样品可以满足测定单位面积细根表面积。Shapiro-Wilk检验表明,除表层土壤0—1 mm细根单位面积生物量符合正态分布外,其余细根生物量和形态指标数据均不符合正态分布。研究结果为亚热带常绿阔叶林细根的合理取样提供了科学依据。

亚热带6种天然林树种细根呼吸异质性

以福建省建瓯市万木林自然保护区6个优势树种为研究对象,使用Li-6400便携式光合测定仪离体测定6个树种1—5级细根呼吸速率。单因素和双因素方差分析表明:树种、序级及其交互作用对6种树种细根比根呼吸均有极显著影响(P<0.01);6种树种细根比根呼吸均随序级的升高呈极显著下降(P<0.01),这种变化可分别用二次函数,三次函数,指数函数或幂函数来拟合。相关性分析表明比根长和氮浓度可以很好地表征同一树种不同序级细根的比根呼吸,但两者不能有效表征不同树种同一序级的比根呼吸。协方差分析表明:细根比根呼吸与比根长的相关性在不同树种间具有显著差异,但在不同序级间则表现一致;细根比根呼吸与氮浓度的相关性则在不同树种和序级间均表现不一致。结果表明细根内部存在明显的功能异质性,而比根长可反映特定树种细根的这种功能异质性。

不同林龄人促更新林枯枝落叶层碳及养分贮量

对福建南平顺昌县不同林龄米槠（Castanopsis carlesii）人促更新林枯枝落叶层和主要营养元素现存量进行测定,探究其随林龄的变化趋势。结果表明：不同林龄米槠人促更新林枯枝落叶层现存量为3.94～4.95 t·hm-2,其中49 a生人促林枯枝落叶层现存量最小,31 a生的最大。不同林龄枯枝落叶层C、N、P、K的浓度分别为44.09%～47.46%,11.9～13.8 g·kg-1,0.5～0.9 g·kg-1,1.4～5.1 g·kg-1。21 a生和49 a生人促更新林枯枝落叶层C浓度明显高于31 a生林分。49 a生人促更新林枯枝落叶层N和P浓度均高于21 a生和31 a生林分,但该林分枯枝落叶层K浓度却最低。21 a生米槠人促更新林枯枝落叶层C贮量分别是31 a生和49 a生林分的1.03倍和1.23倍,49 a生米槠人促更新林K贮量远低于21 a生和31 a生。不同林龄枯枝落叶层碳和养分贮量差异与林分特征、各林分枯枝落叶层现存量及养分浓度等有关。

树种多样性对亚热带米槠林细根生物量和形态特征的影响

采用土芯法获取福建省三明市米槠人工林、米槠人促更新林和米槠天然更新林的细根（直径〈2 mm），研究树种多样性对细根生物量、垂直分布及形态特征的影响.结果表明： 米槠人工林、米槠人促更新林和米槠天然更新林0～80 cm土层的细根生物量分别为（182.46±10.81）、（242.73±17.85）和（353.11±16.46） g·m-2，细根生物量随树种多样性的增加呈增加趋势.3种米槠林分0～10 cm土层细根生物量占细根总生物量的35%以上，各林分细根生物量均随土层变化显著.林分类型和土层深度对细根分布没有显著的交互作用，表明树种多样性的增加没有引起米槠林细根空间上的生态位分化.3种米槠林细根的根表面积密度和根长密度均以米槠天然更新林最高，米槠人工林最低.比根长的大小顺序为米槠人促更新林＞米槠人工林＞米槠天然更新林，比表面积的大小顺序为米槠天然更新林＞米槠人工林＞米槠人促更新林，林分类型和土层的交互作用对二者均无显著影响，表明林分水平的细根形态可塑性对树种多样性响应不显著.