不同供水下白羊草(Bothriochloa ischaemum)离体根呼吸特征——基于稳定碳同位素示踪技术

植物根呼吸是土壤呼吸的主要组成,研究根呼吸对生态系统碳收支及碳平衡有重要意义。采用^(13)C脉冲标记技术,在3种供水条件下,对比不同根离体时间(标记后0,6,24,48,216,360 h)的白羊草离体根呼吸速率和根呼吸释放的δ^(13)C同位素比值变化,分析根参数与离体根呼吸相关性。结果表明:1)不同离体时间的离体根呼吸速率变化趋势一致,3种供水条件下无显著差异,均在0—20 min急剧下降,下降范围为32%—39%。2)测定离体根呼吸释放的δ^(13)C在不同离体时间的变化,为实时监测转移到白羊草根系的^(13)CO_2在根部释放的过程提供了新思路;不同离体时间,3种供水条件下根呼吸释放的δ^(13)C在2 h内均值大小呈:供水充分>轻度胁迫>重度胁迫。随离体时间(0—360 h)推移根呼吸释放的δ^(13)C均值先增大后减小,在216 h达到峰值31.46‰;3)离体根呼吸速率和根呼吸释放的δ^(13)C受根系根面积、比根面积、N含量、C/N及根组织δ^(13)C的影响显著。4)轻度水分胁迫可促使根系生长(C固定)和根呼吸(C代谢)同时增加。

落叶松和水曲柳不同根序细根形态结构、组织氮浓度与根呼吸的关系

根系具有高度的形态和生理功能异质性,在森林生态系统碳和养分循环中起重要作用。根系分枝的顺序构成根序,是根系最基本的构型特征,根序代表根系不同的发育阶段。然而,目前直接测定不同根序细根生理功能的研究很少。以落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)的细根为研究对象,使用气相氧电极测定不同根序细根的呼吸速率,探讨根系呼吸速率与其形态、结构和组织氮浓度的关系。结果表明:落叶松和水曲柳细根的直径、根长和维管束直径均随着根序的增加(1–5级)而增加,而比根长、组织氮浓度和呼吸速率随着根序的增加而降低,各根序之间差异显著(P<0.05);1级根比根长最大、皮层组织发达、组织氮浓度最高且呼吸速率也最高,其呼吸速率分别为17.57nmolO2·g–1·s–1(落叶松)和18.80 nmolO2·g–1·s–1(水曲柳),比5级根分别高148%(落叶松)和124%(水曲柳);并且,落叶松根的呼吸速率几乎有96%与根系组织氮浓度相关,而水曲柳根的呼吸速率则有89%与根系组织氮浓度相关。上述结果说明,细根的形态和生理功能异质性是紧密相连的,低级根的形态、结构决定其功能是吸收养分和水,而高级根的形态、结构决定其功能是运输和贮存养分。

植物根呼吸对升温的响应

植物根呼吸碳释放量高达18Pg／a，约为全球化石燃料燃烧碳排放量（6．5Pg／a）的2．8倍。了解根呼吸对升温的响应对于构建陆地生态系统碳动态模型、评价地下碳库碳收支具有重要作用。短期升温能明显提高根呼吸速率，但在近乎恒定的温度梯度下，根呼吸速率可能逐渐恢复到温度变化前的水平。根呼吸的温度敏感性与植物种和测定的温度范围有关，其Q10值介于1．1～10之间。在野外条件下，根呼吸的温度敏感性还会受到土壤湿度、养分状况、呼吸底物有效性、太阳辐射、光合产物的地下分配模式和天气状况等影响。通常根呼吸的温度敏感性比土壤微生物呼吸的温度敏感性高，但室内控制温度下和野外环割（girdling）实验中并未观测到类似现象。根呼吸是否具有温度适应性仍是一个尚未解决的重大科学问题。有关根呼吸对升温的适应机理仍不清楚，可能是碳循环研究存在不确定性的重要来源。今后的研究方向应集中在以下几方面：（1）深入探讨根呼吸的温度适应性；（2）扩大对成年植物种的研究；（3）扩大对环境因子交互影响和模拟研究；（4）扩大对植物根呼吸测定和升温新技术的研究。

林木根呼吸及测定方法进展

森林土壤呼吸的近 2 / 3是由林木根呼吸产生的 ,林木根呼吸对估计森林C吸存及构建森林生态系统碳动态模型有重要意义 ,是全球碳循环研究的一个重要组成部分。林木根呼吸包括生长呼吸和维持呼吸 ,不同森林生态系统林木根呼吸对土壤呼吸的贡献大多在 4 0 %～ 6 0 %范围内 ,林木根呼吸在生长季节较高而休眠季节较低。测定林木根呼吸的主要方法有排除根法、离体根法、同位素法和原位PVC管气室法 ,前两者相对简单、成本低 ,常用于森林生态系统中 ;同位素法可原位测定根呼吸 ,对土壤干扰较小 ,但不易操作 ,且成本高。根呼吸受土壤温度、根直径大小、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。今后的研究应集中在以下方面 :1)探讨和比较不同条件下测定根呼吸组成 (生长呼吸、维持呼吸 )的最合适方法 ;2 )加大在野外条件下使用有效方法分离根呼吸和根际微生物呼吸的力度 ;3)对森林生态系统根呼吸动态进行长期的定位研究 ;4 )进一步加强研究不同气候带 ,不同森林类型林木根呼吸 ,并将研究尺度从气室扩大到区域或全球水平 ;5 )加强林木根呼吸对全球变化的响应及机制的研究 ;6 )对林木根呼吸进行多学科合作研究将为全球C循环做出新的贡献。

水分胁迫对抗旱性不同小麦品种叶片光合及根呼吸等生理特性的影响

以两个抗旱性不同的小麦品种西农1043、陕253为材料,采用盆栽与水培试验相结合的方式,研究水分亏缺对小麦不同生育期叶片光合及根呼吸速率等生理指标的影响。结果表明:相同水分处理下,抗旱品种西农1043与水分敏感品种陕253相比,具有较高的光合和根呼吸速率、以及相对较高的保护酶活性;水分胁迫下,两个小麦品种叶片光合和根呼吸速率及苗期叶保护酶活性均降低;两种水分处理下抗旱性强的西农1043根呼吸所占光合的比例相对高于陕253。

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。

区分纯根呼吸和根际微生物呼吸的争议

定量区分土壤呼吸各组成成分是评价陆地生态系统地下C平衡和能量平衡的重要基础。目前,国际上有关区分纯根呼吸和根际微生物呼吸出现了较大的争议,争议的焦点集中于根呼吸、根际微生物呼吸和自养呼吸等术语的涵义及区分纯根呼吸和根际微生物呼吸的必要性两个方面。不同研究者对术语理解的差异以及不同研究之间区分方法、研究目的和实验尺度的不同,是争议产生的主要根源。此外,实验技术的不足也增加了区分纯根呼吸和根际微生物呼吸的不确定性。目前,在全球变暖的背景下,地下生态系统C素的分配和流动将发生很多未知变化。根际微系统作为地下生态系统的重要组成部分,其C素流动和微生物区系的变化将对土壤C库及土壤温室气体排放产生深刻影响。纯根呼吸和根际微生物呼吸作为根际微系统中C素分配的两个重要去向,定量区分两者将成为土壤呼吸各组分区分研究的下一个重要内容。

小兴安岭三个主要树种生长季节根呼吸

选择小兴安岭地区不同树龄的红松(Pinus koruieusis)、云杉(Picea asperata Mast)和落叶松(Larix kaempferi)3个树种为监测对象,测定其根3个径级(0<d≤2mm、2<d≤5mm和5<d≤10mm)的根呼吸速率、比根长、根生物量等指标,分析3个树种的不同树龄、不同根径单位根呼吸速率的差异,建立根呼吸与比根长、土壤湿度和土壤温度的回归方程。结果表明:红松和落叶松在不同树龄随根径增加单位根呼吸速率减少,根径0<d≤2mm明显高于根径2<d≤5mm和5<d≤10mm的单位根呼吸速率;对于云杉,随根径增加单位根呼吸速率未呈现明显变化。生长季节的3个树种,不同根径的单位根呼吸速率与树龄并无显著相关性。通过回归方程的复相关系数R2得知,比根长、土壤湿度和温度是影响红松和云杉根呼吸的主要因素;但落叶松的R2却较低,说明落叶松对比根长、土壤湿度、土壤温度的敏感性较低。

川中丘陵区人工桤柏混交林根呼吸对土壤总呼吸的贡献

采用挖壕沟法和根系生物量外推法对桤柏混交林地根呼吸在土壤总呼吸的贡献进行了为期1 a的对比研究。研究表明,两种方法测得的根呼吸平均速率分别为0.64μmol CO2/(m2.s)和0.54μmol CO2/(m2.s),挖壕沟法高于根系生物量外推法的测定结果。两种方法计算的根呼吸占土壤呼吸的比例具有明显的季节变化,均表现为夏季(5～6月)较高而冬季(1～2月)较低,变化范围分别为13%～51%、11%～56%,平均分别为34%和31%;林木生长季节根呼吸比例均高于非生长季,两种方法测定的林木生长季根呼吸比例分别为41%和38%。方差分析表明两种方法测定根呼吸比例之间差异不显著(p>0.05)。

长白山区水曲柳根呼吸的季节动态及影响因子

为了探讨林木呼吸的季节动态及影响因素,采用LI-COR-6400-06测定并研究长白山红松针阔混交林中天然水曲柳根系呼吸的季节变化规律,分析根系呼吸与土壤温度、土壤湿度和土壤全氮含量等因子的关系。结果表明:天然水曲柳不同径级根系呼吸速率在生长季节均有明显的季节动态,其中7月最高,10月最低,呈单峰曲线,呼吸速率在1.02～9.27μmol·g-1s-1之间;水曲柳根系呼吸速率与10cm深处土壤温度季节变化一致,二者呈显著指数相关(P<0.05);根系呼吸与土壤湿度呈二次曲线相关,即当土壤湿度在一定范围内时根系呼吸速率与其成正比,而当土壤湿度超过一定值时根系呼吸速率则与土壤湿度成反比;根系呼吸速率与土壤N含量呈线性相关,并且随树木年龄的增加呼吸速率下降;不同径级根系呼吸温度系数Q10值在2.21～2.71之间变化,且Q10值随根系径级增大而降低,表明细根对土壤温度的敏感性高于粗根。

原位内生根方法测定枇杷树细根呼吸的研究

[目的]探索一种原位沙培内生根的根呼吸测定方法，并同离体测定方法相结合观测成熟枇杷[EHobotryaJaponica（Thunb．）Lindl．]果树的细根呼吸。[方法]将枇杷细根放入装有洗脱了有机质河沙的根室内培养11d后，分别在5个时间点每隔2h用Li-8100CO：测定系统（Licor，USA）测定内生根的CO：排放量。[结果]所有内生根样品直径范围在0．69～2．15mm，非内生根样品直径范围在0．66～1．70mm；根呼吸速率在近地表温度20．5～30．5℃和0～5cm土层温度15．9～23．3℃范围内测定的平均值为7．52±4．96nmol／（DM^2·s），非内生根离体测定值1．76±0．20nmol／（DM^2·S），内生根法原位测定值是非内生根离体测定值的3倍。[结论]内生根方法通过改进可以用于成熟林木细根呼吸乃至其他代谢活性研究。

离体根呼吸研究及其在原位根呼吸测量中的应用

运用动态根箱方法,室内测量了马尾松和黄果厚壳桂离体根呼吸随离体时间的变化和在不同CO2浓度下根呼吸速率,并用根离体法在野外测量了鼎湖山针阔叶混交林根呼吸速率。结果表明,根离体后呼吸速率迅速下降,离体30 min后根呼吸速率为未离体时的50%左右,细根呼吸速率高于粗根,且下降速率高于粗根;CO2体积浓度在2 500×10-6条件下离体根呼吸速率为在400×10-6浓度下的33%左右。鼎湖山针阔叶混交林根呼吸速率雨季高于旱季,分别为(127±50)、(84±21)mg.m-2.h-1,主要与温度、土壤含水量和植物生长季节有关。

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。

黄瓜深液流(DFT)无土栽培根呼吸

深液流(DFT)无土栽培技术广泛应用于我国南方地区。此栽培技术是将植株挂于液面上,而根垂于深层(5-10cm)流动营养液中。在这样的栽培方式下,植株根部在呼吸时就比较容易缺氧,而浸在营养液中的根呼吸所需要氧即来源于营养液中的溶解氧(DO),在栽培过程中经常出现植株根系发黄、腐烂现象,主要原因即为根呼吸过程中缺氧。本文就解决黄瓜深液流(DFT)无土栽培过程中根呼吸缺氧问题提出一些浅见,即既要保证植株有部分根露在空气中,又要采取适当的措施与方法使营养液中有足够的溶解氧供给浸在营养液中的根进行呼吸。

华西雨屏区区三种退耕还林模式细根呼吸对水热变化的响应

通过离体根系直接测定的方法对四川盆周低山区三种退耕还林模式(光皮桦+扁穗牛鞭草、光皮桦+苦竹、光皮桦+自然草)细根呼吸动态及其与研究立地上大气温度、土壤温度(地下5 cm处)、土壤含水量关系进行研究.结果表明:1)三种模式细根呼吸都呈现明显的季节动态,最高值均出现在大气温度和土壤温度最高的8月分别为1.83,2.03,1.88μmol.m-2*s-1,12月细根呼吸均出现最低值分别为(0.39,0.56,0.48μmol.m-2*s-1);2)相较于大气温度,细根呼吸和土壤温度的相关性更大(R air=0.643,0.72,0.676,R soil=0.66,0.75,0.722,P<0.01);3)不同研究立地土壤含水量同细根呼吸变化没有呈现出线性相关.

毛白杨人工林生长季根呼吸特征研究

阐明渭河沿岸区2块不同年龄毛白杨人工林根呼吸特征及其环境因子之间的关系。2014年5-10月,利用Li-6400设备结合挖壕法测定退耕还林后40年毛白杨人工林(样地Ⅰ)及退耕5a毛白杨与84K杨混交林(样地Ⅱ)的生长季根呼吸速率动态变化与地下10cm处土壤温湿度。结果表明,2块样地的生长季根呼吸速率变化具有明显的月动态,月均值变化趋势均呈单峰曲线;样地Ⅰ与样地Ⅱ的根呼吸生长季平均贡献率分别为25.64%、25.26%,根呼吸速率月均变化范围分别为0.48~1.44μmol/(m2·s)、0.38~1.18μmol/(m2·s),生长季均值分别为0.87、0.79μmol/(m2·s);样地Ⅰ与样地Ⅱ的根呼吸速率与其对应土壤温度呈极显著的相关关系(p<0.01),地下10cm处的Q10值分别为4.22和4.45,样地Ⅰ根呼吸速率与土壤湿度无显著相关关系(p>0.05),样地Ⅱ土壤呼吸速率与土壤湿度间有显著的负相关关系。影响2块样地的根呼吸速率的最主要因子是土壤温度,样地Ⅰ根呼吸速率的温度敏感性小于样地Ⅱ。

亚热带常绿阔叶林7种樟科树种细根呼吸比较

为了揭示中国亚热带樟科树种细根呼吸变化规律及其原因,本研究在福建省建瓯市万木林自然保护区选取7种樟科树种,对其细根呼吸速率、比根长及氮含量进行了研究。结果表明:7种樟科树种比根呼吸随着序级的增加呈现相对一致的下降趋势,通过回归分析发现这种趋势可用二次函数、三次函数或幂函数来拟合。通过单因素方差分析发现序级对7种樟科树种的细根比根呼吸都具有极显著的影响(P<0.01);双因素方差分析发现树种及其与序级的交互作用均对比根呼吸具有极显著影响(P<0.01)。混合线性模型分析结果表明比根长可以较好地表征同一树种不同序级细根的比根呼吸,氮含量不能作为表征不同树种和不同序级比根呼吸的指标。

杉木幼苗细根呼吸对土壤增温的驯化

细根呼吸对土壤增温的响应可以影响气候变暖与土壤CO2排放之间的正反馈强度。为探究杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗细根呼吸对土壤增温的驯化情况,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,设置对照(CT)和增温(W,+4℃)两种处理,每种处理6个重复。并在春季(4月)、夏季(8月)和秋季(10月)测定了细根比根呼吸速率(参比温度为20℃)、氮浓度和非结构性碳浓度。结果表明:比根呼吸对土壤增温产生部分驯化:在参比温度下,春季和秋季土壤增温提高了比根呼吸速率,而夏季增温处理的比根呼吸速率低于对照。细根氮浓度和非结构性碳浓度则没有受到土壤增温的显著影响。这表明土壤增温并未通过影响底物浓度和细根氮含量而影响细根呼吸。

土壤增温、隔离降水及其交互作用对杉木细根呼吸、形态及二者关系的影响

杉木根系呼吸(特别是细根呼吸)能表征根组织新陈代谢水平,为根养分吸收提供能量(如ATP),对亚热带森林生态系统碳平衡有重要作用,但其对全球变暖、降水减少及其交互作用的响应则尚不清楚.在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站对杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗开展土壤增温和隔离降水双因子控制试验,包括对照(CT)、土壤增温5℃(W)、隔离降水50%(P)和土壤增温+隔离降水(WP),采用Oxytherm液相氧电极测定不同径级(0-1 mm、1-2 mm)细根比根呼吸速率,并同时测定根系形态指标,研究土壤增温、隔离降水及两者交互作用对杉木幼苗比根呼吸速率及其与细根形态特征相关关系的影响.结果表明:(1)土壤增温和隔离降水间交互作用对细根比表面积和组织密度均有显著影响,WP处理细根比表面积平均比W处理低31.2%,WP处理细根组织密度平均比CT高26.4%;WP处理细根组织密度平均比W处理高60.9%.此外,P处理1-2 mm细根的组织密度显著高于未进行P处理.(2)增温和降水减少对比根呼吸速率的影响并不存在交互作用;P处理1-2 mm的比根呼吸速率显著低于未进行P处理,但P处理对0-1mm细根比根呼吸速率无显著影响;(3)细根比根呼吸速率与比根长呈显著的正相关关系,且这种相关关系不受土壤增温、隔离降水及两者交互作用的影响.由此可见,1-2 mm细根比根呼吸速率主要受降水减少的影响而降低,这主要与降水减少导致1-2 mm细根组织密度增加以提高水分运输能力有关.此外,土壤增温、隔离降水及其交互作用并不会改变细根比根呼吸速率与细根形态特征间关系,细根比根呼吸速率与细根形态特征间稳定的相关关系可用于预测气候变化下根系呼吸速率的变化.(图5表3参63)

内蒙古羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸区分的研究

利用根生物量回归法对内蒙古锡林河流域羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸进行了区分．结果表明，根呼吸占土壤呼吸的比例在13％～52％之间，平均为（24±3）％；土壤微生物呼吸占土壤呼吸的比例在48％-87％之间，平均为（76±3）％．土壤呼吸与根生物量的线性相关性不稳定．根呼吸活力与根冠比具有负指数相关关系（R2=0．661，P=0．20），与0～10、10—20、20—30和30～40cm土壤含水量均有极显著的正指数相关关系（P〈0．0001）．根呼吸与根呼吸活力具有极显著的指数相关关系（R2=0．848，P=0．01），根呼吸对土壤呼吸的贡献量与根呼吸活力具有显著的指数相关关系（R。=0．818，P=0．01）．