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)

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。

隔离降水对杉木幼苗细根生物量和功能特征的影响

在福建三明陈大国有采育场杉木幼苗小区,采用土钻法和内生长环法,以非隔离降水为对照,对隔离降水50%处理一年的杉木幼苗细根生物量和形态、化学计量学、比根呼吸、非结构性碳水化合物等功能特征进行研究.结果表明：与对照相比,隔离降水处理0～1 mm细根生物量显著降低,1～2 mm细根生物量差异不显著;隔离降水导致细根在形态上发生了适应性变化,0～1 mm和1～2 mm细根比根长分别增加21.1%和30.5%,0～1 mm细根组织密度显著降低,而比表面积显著增加.隔离降水导致细根氮的富集,但限制了对磷的吸收,氮磷比升高,导致营养失衡;隔离降水没有显著改变细根比根呼吸和非结构性碳水化合物含量,但导致1～2 mm细根可溶性糖、糖淀比显著降低,淀粉含量增加33.3%,表明其通过增加非结构性碳水化合物贮存比例以应对降水减少.