连作杨树人工林细根寿命的代际差异及其影响因素

细根寿命是调控森林生产力形成的关键。通过在连作Ⅰ、Ⅱ代杨树人工林固定样地内埋设微根管,对杨树不同根序细根年度生长动态开展连续观测并进行生存分析。结果表明,杨树不同根序细根累积生存率存在显著差异,高级根(3—5级)寿命较长,其累积生存率显著高于1级和2级细根。杨树细根寿命存在显著的代际差异,连作Ⅱ代人工林活根量、死根量和细根总量均高于Ⅰ代林。连作Ⅱ代人工林细根中位值寿命为(90±16)d,显著低于Ⅰ代人工林((102±22)d)。连作Ⅱ代林各根序细根数量、分布比例均高于Ⅰ代林,低级细根累积生存率低于Ⅰ代林而高级细根累积生存率显著高于Ⅰ代林。连作杨树人工林细根寿命显著受制于土壤环境,1级细根寿命与土壤速效氮相关性极显著(r=-0.861),2级细根寿命与土壤物理性状相关性较强且与土壤酚酸含量呈现极显著相关(r=0.870),高级根序细根寿命与土壤物理性质和养分状况等也具有一定相关性。连作杨树人工林土壤酚酸累积和养分有效性下降影响了细根寿命和周转,并进而造成净初级生产力损耗,相关结论为连作杨树人工林生产力衰退机理模型的建立提供了科学依据。

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.

杨树细根碳、氮含量的季节动态及代际差异

研究杨树人工林1-5级根序细根内碳、氮及非结构性碳水化合物含量的季节动态,对比了杨树细根碳氮分配格局的代际差异,以期建立细根生长和功能变化与连作人工林生产力衰退的联系.结果表明：杨树细根非结构性碳水化合物（NSC）随根序显著增加,而氮含量显著减少.细根中全C和NSC含量与全N存在显著相关性.细根碳氮含量的变化在根序间的解释量占98.2%,而在代际间仅为1.7%.杨树不同根序细根均在生长季具有较高的碳含量和较低的氮含量,且碳、氮及NSC含量在代际间随季节差异显著,但C∶N差异不显著,根序与季节对细根碳氮含量存在显著交互效应.杨树低级细根C∶N约为20∶1,高级根则大于30∶1.细根C∶N在生长季（7和9月）显著低于其他季节,NSC含量在11月最高.连作人工林杨树细根的碳氮分配格局与细根根序具有较强的耦合性,NSC和C∶N在指示细根周转和调控细根季节性生长中具有重要生态学意义.

杨树不同根序细根形态对酚酸的响应

【目的】细根生长与森林生产力的关系十分密切,而酚酸在根际的累积可能影响杨树根系形态建成及生物量分配进而影响生产力。笔者通过模拟杨树人工林根际酚酸环境,探究杨树幼苗根系形态建成对酚酸的响应,深入揭示根-土界面性质改变对林木根系生长的影响,为探明人工林根际过程和林分生产力之间的关系提供参考。【方法】以改良Hoagland营养液为基础,参照连作二代杨树人工林土壤酚酸含量配制溶液并进行杨树幼苗培养。采集杨树幼苗根系,按50%的比例选取细根(根径D<2mm)样本并按根序进行分级,制作1~5级根序细根石蜡横剖面切片。采用根系扫描仪结合分析软件获得各根序细根的长度、直径,利用光学显微镜观察各根序细根的剖面直径、维管束(中柱)直径等参数,并计算比根长、根组织密度、维根比等。采用Origin Pro 8.0进行数据的差异显著性检验并作图,分析细根形态特征和剖面结构参数的相关性。【结果】酚酸处理显著减少了杨树幼苗根系生物量。1~5级根序细根的生物量在对照和酚酸处理间无显著差异,但其所占生物量比例显著增加。酚酸处理总体抑制了杨树幼苗细根的伸长生长,1~3级根序细根的长度显著低于对照。酚酸处理具有增大杨树根系直径的效应,但1~5级根序细根的表面积在酚酸处理下均较对照显著下降。酚酸处理显著影响了杨树幼苗各根序细根的比根长和根组织密度,使比根长显著下降而根组织密度显著增大。此外,酚酸显著影响了杨树幼苗根系的生长发育,酚酸处理下1~5级根序细根的维根比显著增大,根系内输导组织分化显著。【结论】酚酸对杨树细根生长发育具有一定抑制作用,酚酸处理下不同根序细根形态的变化体现了根系功能的改变,这将影响根系吸收进而对杨树地上部分的生长产生抑制。不同根序细根形态建成的差异性也在一定程度上反映出酚酸影响下杨树根系的生长策略。

酚酸和氮素交互作用下欧美杨107细根形态特征

树木细根生长与根际过程的关系十分密切。该研究仿生欧美杨107(Populus×euramericana‘Neva’)人工林根际土壤酚酸沉降与氮素有效性变化,通过设置3种酚酸梯度(0X、0.5X、1.0X,X为田间土壤酚酸含量)与3种氮素水平(缺氮0 mmol·L^(–1)、正常氮10 mmol·L^(–1)、高氮20 mmol·L^(–1)),探究酚酸和氮素对欧美杨107细根形态的影响,以期为阐明树木根系生长对根-土界面过程的响应奠定基础。结果表明:(1)在无酚酸(0X)环境中,缺氮和高氮均可抑制欧美杨107细根生长,尤其对1–3级细根的影响更为显著。比根长随氮素水平升高逐渐减小,但其他细根特征并未呈现与氮素水平的线性关系。(2)0.5X和1.0X酚酸梯度相比,欧美杨107的1–2级细根直径和体积随酚酸浓度增加而显著增大(p<0.05)。酚酸和氮素对杨树细根的影响存在交互作用,1–2级细根直径、体积受酚酸的影响显著,而4–5级细根长度、表面积受氮素影响显著。双因素方差分析结果表明,酚酸和氮素对细根形态建成具有协同或拮抗效应。(3)主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)结果表明,在酚酸和氮素交互效应下,杨树1–3级、4级、5级细根之间具有显著的形态差异。第一主成分主要体现细根觅食性状特征,可解释细根形态变异的60.9%的信息;第二主成分主要体现细根形态构建特征,可解释25.3%的信息。杨树细根形态变化与根序高度相关,N素影响杨树细根形态的主效应较酚酸更强。因此,根际环境中酚酸累积和氮素有效性变化会影响杨树细根的形态构建和细根对水分、养分的吸收,而氮素有效性是影响杨树细根生长的重要因素,开展杨树人工林土壤养分管理是林分生产力长期维持的关键。

基于高通量测序的杨树人工林根际土壤真菌群落结构

研究不同根序细根根际土壤微生物群落组成结构对深入了解根系-微生物互作关系具有重要意义.本研究采用Illumina Mi Seq测序平台,对杨树人工林非根际土壤和不同根序细根根际土壤的真菌群落结构进行分析.物种注释结果显示:杨树1~2级根(R1)、3级根(R2)和4~5级(R3)根际及非根际土壤(NR)中分别包含128、124、130和101个真菌属,表明杨树根际存在对真菌群落构建的选择性机制.不同根序根际土壤中相对丰度>1%的真菌属有7个,木霉属在1~2级根根际土壤中丰度较高,毛孢子菌属和曲霉属分别是3级根和4~5级根根际土壤中丰度最高的真菌属.α多样性指数表明:根际土壤真菌的多样性在不同根序间存在显著差异,低级根显著高于高级根(P<0.05).β多样性指数表明:真菌群落随着序级的升高差异性不断上升,相似性不断降低.不同根序细根根际真菌群落的趋异化组成和结构与细根功能具有密切关系.

杨树根际土碳氮磷生态化学计量特征与根序的相关性

林木细根不同生长发育等级形态特点及功能分异是根系生态学研究的新视角.为深入探索林木根际土壤养分循环过程及根土互作关系,以杨树（Populus×euramericana‘Neva’）人工林为研究对象,按照随机布点原则采集杨树人工林非根际土壤和不同根序细根的根际土壤,测定其全碳（TC）、全氮（TN）、全磷（TP）及速效N、有效P的含量,并计算土壤C、N、P化学计量比.结果显示：（1）杨树人工林根际土壤C、N、P含量与非根际土壤存在显著差异,但不同根序间速效N、有效P含量以及铵硝比（NH_4~＋-N/NO_3^--N）未达到显著差异水平（P〉0.05）.随着根序升高根际土壤TC含量显著下降,而TN含量逐渐增加.1-2级细根根际土壤TP含量显著高于4-5级根（P〈0.05）.（2）杨树细根根际土壤C/N随着根序升高显著降低（P〈0.05）;C/P随着根序升高逐渐下降,但在不同根序间差异不显著（P〉0.05）.（3）基于细菌OTUs的非参数估计指数表明,根际土壤与非根际土壤细菌群落多样性存在显著差异;土壤TC和TN含量及C、N、P化学计量比均与细菌群落丰富性（Chao指数和ACE指数）呈显著相关（P〈0.05）,TP含量与细菌群落相关性不显著.上述结果说明杨树根际土壤C、N、P养分循环呈现依赖于根序的变化特征,不同根序细根根际细菌群落组成和结构的差异性可影响土壤C、N、P循环过程.