不同亚热带森林类型细根生物量及其分布特征研究

细根是植物吸收水分养分的重要器官,对于森林生态系统的维持和发展有重要意义。然而,目前对不同演替阶段森林群落(尤其是针对原生天然林及皆伐后不同恢复措施形成的森林类型)细根生物量及其分布特征的研究相对较少。以景德镇地区典型亚热带森林类型针阔混交林(人工林)、常绿阔叶林(次生林)和常绿阔叶林(天然林)为研究对象,采用土钻法对0—30 cm土壤层细根生物量、垂直分布特征进行分析。结果表明:(1)天然林活细根生物量(176.98 g·m^(-2))显著高于人工林(99.88 g·m^(-2))和次生林(94.35 g·m^(-2))(P<0.05);(2)0—15cm土层是细根的主要分布区,该土壤层细根生物量均占总细根生物量的70%以上,相同森林类型中,0—15 cm土壤层细根生物量显著高于15—30 cm土壤层,在相同土壤层,天然林细根生物量显著高于人工林和次生林。(3)与人工林相比,天然林细根有向土壤深层发展的趋势。(4)森林类型和土壤深度对活细根生物量有极显著影响。研究结果可为该地区亚热带森林保育和修复提供理论依据。

六盘山4种典型林分林下草本细根生物量与土壤特性的关系

探究六盘山典型林分林下草本细根生物量分布及其与土壤特性的关系,为植物-土壤环境关系的理论研究和区域植被的可持续性管理提供科学依据。以六盘山国家级自然保护区4种典型林分(Ⅰ.辽东栎;Ⅱ.白桦;Ⅲ.华山松;Ⅳ.华北落叶松)为研究对象,采用根钻法测定林下浅层土(0~50 cm)中草本细根生物量、土壤含水量、土壤容重和土壤养分含量,并分析细根生物量与土壤特性的关系。结果表明,4种林分林下草本细根生物量主要集中在0~20 cm土层中,其中以林分Ⅲ林下草本植物细根生物量最多;土壤容重(0~20 cm)为林分Ⅰ最大,林分Ⅲ最低,表明土壤容重越小越利于细根生物量的积累;Pearson相关分析(未控制林分类型)和偏相关分析(控制林分类型)均表明,不同土层细根生物量主要与土壤容重、土壤含水量和土壤TP含量之间呈显著负相关(P<0.05),与土壤C∶N、N∶P之间呈现显著正相关(P<0.05)。六盘山林下草本细根生物量因林分类型而异,但主要分布在土壤表层(0~20 cm),限制林下草本细根生物量积累的因素为土壤容重、土壤含水量、土壤TP含量、土壤C∶N、N∶P。适宜的土壤容重(0.87~1.10)、土壤含水量(14.50%~19.58%)和合适的土壤C∶N(约12∶1)、N∶P(约8∶1)及较低的土壤TP含量有利于林下草本细根生物量的积累,其中林分Ⅲ的林-草管理模式能够显著提高林下草本细根生物量,并且利于改善林下土壤理化特性,促进森林水养循环。

不同林龄杉木人工林细根生物量的变化特征分析

为了解杉木Cunninghamia lanceolata人工林细根生物量随林龄和土层深度的变化特征,研究了福建省龙岩市白砂国有林场7、10、23、29和42年生杉木人工林60 cm土层内细根生物量的变化特征。结果表明:(1)杉木细根总生物量在10、23、29和42年生之间无显著差异,且均显著高于7年生;(2)当不区分林龄时,0~1 mm的平均细根生物量随土层深度的增加而下降;而1~2 mm的平均细根生物量在各土层间无显著差异;(3)当区分林龄时,杉木细根生物量在7年生时在各土层间均无显著差异,垂直分布较为均匀;而在42年生时,10~20 cm土层内的细根生物量最大,但并未显著高于0~10 cm土层内的细根生物量;(4)吸收根/运输根生物量比值在7和23年生时在各土层间无显著差异,而在20、29和42年生时均随土层深度增加而下降;(5)0~10 cm土层内吸收根/运输根生物量比值在29年生最大,在42年生反而略有降低。综上所述,在林分发育后期,杉木细根的养分获取可能更偏保守,但是需要维持较大的生物量,这将可能是导致杉木在发育后期生产力下降的一个因素,这为揭示杉木人工林生产力下降的可能原因提供了科学依据。

不同生境大别山五针松细根生物量季节性变化及其周转速率研究

研究大别山五针松细根生物量垂直分布特征与土壤因子的关系以及生物量的季节动态变化和周转速率,揭示细根生物量随土层变化和季节变化所产生的规律。以安徽省岳西县妙道山林场的大别山五针松(Pinus dabeshanensis)人工林、半天然林、天然林为研究对象,测定土壤因子与生物量的关系,比较不同土层及不同季节细根生物量的变化情况,测定不同生境大别山五针松周转速率。结果表明,大别山五针松人工林、半天然林和天然林中细根生物量随土层增大而减小。不同土层中的有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量随土层增加而减少,三种不同生境的大别山五针松细根生物量与土壤C含量相关系数分别为0.738、0813、0.673,均为显著正相关关系;半天然林的细根生物量与土壤N含量存在显著相关性,相关系数为0.752。人工林在夏季活细根生物量达到峰值,最大值为180.38 g·m^(-2);半天然林和天然林在秋季活细根生物量达到最大值,最大值分别为126.69、142.86 g·m^(-2);大别山五针松在三种不同生境下的周转速率分别为0.69、0.62、0.64次·a^(-1)。该研究结果表明不同生境的大别山五针松细根主要分布于浅土层内,随着土层的加深细根生物量减少,同时细根生物量受温度的影响,存在夏秋两季的活细根生物量最大,冬季最小的季节变化趋势。

内生长法研究施氮肥对水曲柳和落叶松细根生物量和形态的影响

细根生物量是森林生态系统碳循环的重要组成部分,而细根形态影响细根吸收功能,这2个因子均受土壤资源有效性的影响。本文采用内生长法和施肥试验于2003—2004年对东北林业大学帽儿山试验林场17年生水曲柳(Fraxinus mandshurica)和落叶松(Larix gmelinii)人工林细根取样,区别不同根序,研究施氮肥对这2个树种细根生物量、形态和组织氮浓度的影响。结果表明:施氮肥显著降低了水曲柳和落叶松1～3级根的生物量、水曲柳2～4级根和落叶松3级根直径,以及水曲柳1～4级根和落叶松1级根的比根长(P<0.05),但是对根长影响不显著;施肥仅对水曲柳1～2级根组织中氮浓度增加显著(P<0.05)。这些研究对认识水曲柳和落叶松细根生理生态过程与土壤资源有效性的关系具有重要意义。

不同年龄巨桉林土壤呼吸及其与土壤温度和细根生物量的关系

采用SRS-1000便携式土壤呼吸仪对四川省丹陵县集体林区巨桉短轮伐期1～6年生林分的土壤呼吸速率和5cm土壤温度进行测量,并采用根钻法在不同季节测量所有年龄巨桉林活细根(<2mm)生物量。结果表明:1)不同年龄巨桉林每月初期土壤呼吸速率在0.35～1.71μmol.m-2s-1间波动,季节趋势为,夏季(1.35)>秋季(1.16)>春季(0.62)>冬季(0.41μmol.m-2s-1)(P<0.01)。1～6年生的巨桉林土壤呼吸速率年均值表现出"高—低—高"的趋势(P<0.01),6年生巨桉林土壤呼吸速率最高;2)土壤呼吸速率月变化与土壤温度存在显著相关性。用月初动态拟合的1～6年生林分土壤呼吸温度敏感性Q10大小为:4年生(2.29)>1年生(2.03)>6年生(1.95)>3年生(1.88)>2年生(1.83)>5年生(1.73)(P<0.01);3)土壤温度和0～50cm细根生物量与土壤呼吸速率具有二元线性回归关系(r=0.9640),它们对土壤呼吸的季节变化贡献率基本相等。

大兴安岭两种林分细根生物量分布特征及季节动态

以大兴安岭兴安落叶松(Larixgmelinii)林和白桦(Betula platyphylla)林为研究对象,采用挖掘法获取土壤根系样品,研究两树种细根生物量、分布特征及季节动态。结果表明:兴安落叶松林细根(≤5 mm)生物量全年平均值为371.64 g.m-2,白桦林为402.87 g.m-2,存在一定的差异;从水平分布上看,兴安落叶松林在树干和树冠投影边缘的中点处细根生物量最大(411.22 g.m-2),其次为树冠投影边缘处(364.94 g.m-2),靠近树干处最小(338.78 g.m-2);白桦林与落叶松林的情况相同,即树干和树冠投影边缘的中点处最大,其次为树冠投影边缘处,靠近树干处最小,分别为445.87、437.32、325.45 g.m-2;从垂直分布上看,由于不同土壤层的理化性质等的不同,两种林分细根生物量主要分布在0～10 cm土层,分别占总生物量的52.20%和57.78%;两种林分细根生物量在生长季内均表现出显著的季节变化的差异性,即最小值均出现在5月份,但兴安落叶松林最大值出现在7月份(598.80 g.m-2),白桦林则出现在9月份(528.97 g.m-2)。

不同树龄橡胶(Hevea brasiliensis)林细根生物量的垂直分布和年内动态

用根钻法对幼树期（5a）、初产期（9a）和旺产期（16a）3个树龄橡胶树细根（〈2 mm）生物量变化、垂直分布及动态变化进行研究。结果表明：5、9、16a橡胶林0～60cm土层内细根总生物量分别为2056.18、1557.42、1174.90 kg·hm^-2。细根的生物量与橡胶树不同生长或生产期有密切的关系,但幼龄橡胶树细根生物量还容易受环境的影响而改变。橡胶树细根总生物量80%左右分布在0～40cm土层,细根生物量随着土层深度的增加而减少,回归模型分析以指数方程y=a.ebx（a、b均为常数）拟合效果较好。通过不同月份细根生物量比较,发现橡胶树细根生物量年动态变化呈“双峰型”,5a、9a橡胶树峰值分别出现在4月份和8月份;16a橡胶树则出现在6月份和10月份,对环境因子的响应具有一定的滞后性。不同树龄橡胶树表层细根生物量年内变化不一致,其它土层细根生物量年内变化也呈“双峰型”,土层越深,变化越趋于缓慢。

毛乌素沙地臭柏与油蒿群落细根生物量的季节动态及其空间变化

为了探讨沙地生态系统植物根系生物量的季节动态及其空间变化，采用根钻法，从2005年4月至2005年10月对毛乌素沙地天然臭柏、油蒿群落0—90cm土层中细根（D≤2mm，D为直径）生物量动态进行了测定，臭柏细根总生物量为13．87～18．22t·hm，细根平均生物量占总根量的60．10％；油蒿的细根总生物量为1．173～1．389t·hm^-2，细根平均生物量占总根量的73．04％。臭柏细根平均生物量为油蒿的12．50倍（P〈O．05）。臭柏、油蒿群落细根生物量动态呈双峰曲线，峰值分别出现在4月、8月和6月、10月。两者的活细根生物量大致呈上升趋势，死根生物量则相反。臭柏、油蒿群落细根生物量的垂直分布随土层加深，生物量明显减少，细根在不同层次上的动态变化与总细根量的季节变化有所不同。臭柏细根生物量从坡顶到坡底分别为16．8067t·hm^-2、16．1656t·hm^-2、10．9834t·hm^-2，呈下降趋势，其细根生物量比率从坡顶、坡中到坡底依次增大；油蒿细根生物量最高值出现在坡顶，坡中与坡底变化不明显，其细根生物量比率随坡位变化并不明显。

亚热带常绿阔叶林不同林龄细根生物量及其养分

通过对安徽池州老山自然保护区的肖坑常绿阔叶林细根生物量和细根养分进行研究,发现细根生物量和细根养分及养分储量呈明显的垂直分布规律,即随着土层加深而逐渐减少。在表土层,0～10 cm土层中细根生物量最多,氮、磷、钾含量及其养分储量也是最高。对不同年龄阶段的常绿阔叶林比较发现,细根的生物量有随着林分年龄的增加而增加的趋势,而不同年龄林分细根中氮、磷、钾的含量也存在一定差异。

凋落物输入对中亚热带不同森林细根生物量及分布的影响

在全球变化背景下,植物凋落物输入的改变对森林生态系统地下生态过程具有重要的影响。中亚热带森林中,细根进入凋落物层生长是一种常见现象,然而凋落物量的改变对细根生长影响的研究较少。通过对中国中亚热带针叶林、针阔混交林及常绿阔叶林这3种典型森林进行地上凋落物添加和去除实验,研究不同凋落物处理水平下细根生物量、垂直分布及形态特征的变化。结果表明:与对照(CK)相比,地上凋落物去除(LR)分别导致针叶林和针阔混交林细根总生物量显著降低40.3%和37.5%,而凋落物添加(LA)使常绿阔叶林中的细根总生物量明显提高了19.4%。不同层次的细根生物量对凋落物处理的响应不同,从针叶林到常绿阔叶林,凋落物量的改变对细根的垂直分布的影响加剧。LA处理明显提高常绿阔叶林凋落物层的细根生物量百分比(相比对照提高了10.6%)以及降低7.5—15 cm土层的细根生物量百分比(相比对照降低了10.4%)。凋落物层中生长的细根生物量和凋落物层厚度呈高度线性相关(R^2=0.742,P<0.01),并且和凋落物层生物量也呈显著线性相关(R^2=0.521,P<0.01)。3种森林类型细根的根长密度(RLD)和比根长(SRL)变化趋势与细根所处的层次紧密相关,而不同凋落物处理对它们的影响均不明显,说明细根对养分的获取策略表现为在养分丰富的凋落物层和表土层投资更多的生物量和更活跃的代谢,而不是改变细根形态的表型可塑性。

采用地统计学方法对落叶松人工纯林表层细根生物量的估计

采用地统计学的变异函数分析方法定量研究了落叶松（Larix olgensis）纯林表层（0-10cm）细根的空间异质性特征，利用地统计学的克里格内插法结合定积分，对落叶松纯林表层细根（〈2mm）的生物量进行了估测。结果表明：1）6种林龄（14—40年）的落叶松人工纯林表层细根的变异函数曲线理论模型均为球状模型，空间变异主要是由结构性因素引起，且空间自相关程度均属中等以上（空间结构比〉25％）。14、19、22、26、32、40年生的落叶松纯林表层细根的空间变异尺度分别为1．76、3．40、1．02、4．12、3．37和5．58m。在所研究的林龄范围内，随林龄的增长，落叶松纯林表层细根的空间变异尺度近似呈直线增长（α=0．0744）。2）非参数统计的成对样本符号检验结果表明，变异函数分析结果基础上的克里格内插法适用于落叶松纯林表层细根生物量的估计。利用此估计值，拟合其与位置坐标值之间的多元回归关系均为二元十次余弦级数多项式。利用此多项式，通过定积分的方法（积分区间为整块样地的大小），估计出14、19、22、26、32、40年生的落叶松纯林表层细根生物量分别为1．0973、1．4340、1．1854、0．9743、1．6826、1．2556Mg·hm^-2。3）在本次调查的林龄范围内（14-40年），落叶松纯林表层细根的现存量近似相等（α=0．0373），土壤表层单株细根生物量与林龄之间呈极显著的指数增长关系（α=0．002）。4）采用地统计学的克里格空间插值，结合多元回归和定积分的方法，可以实现落叶松人工林表层细根生物量的准确估计。

樟树人工林细根生物量的时空动态

以长沙市郊区的31～32年生樟树人工林为研究对象，采用根钻法，从2007年1月至12月对樟树人工林0～60cm土层的细根（≤2mm）生物量进行了定位研究．结果表明：樟树人工林中活细根生物量季节变化范围为1．162～3．687t／hm^2，死细根生物量为0．072-0．399t／hm^2，年均活细根和死细根生物量分别为1．958和0．184t／hm^2；樟树活细根和死细根生物量存在显著的季节变化（P〈0．05），活细根生物量呈现单峰曲线，死细根生物量呈现双峰曲线；活细根和死细根生物量均随土壤深度增加而减少，0～15cm土层的年均活细根生物量占0～60cm土层的年均总活细根生物量的52．90％，死细根生物量占总死细根生物量的56．51％；15-30cm土层年均活细根生物量占23．64％，年均死细根量占22．25％；30-45cm土层年均活细根生物量占12．49％，死细根量占总死细根量的11．17％；45～60cm土层年均活细根生物量占10．97％，死细根量占总死细根量的10．03％．

长白落叶松人工林细根生物量及其动态研究

以长白山区30年生长白落叶松（ Larix olgensis）人工林为研究对象，通过根钻连续取样及分解袋埋藏法，对细根（≤2 mm）生物量及季节动态、细根分解、细根周转进行了研究。结果表明：在长白落叶松人工林生长季，细根平均生物量为3．8257 t/hm2，其中活细根和死细根分别占84．51％和15.49％；0～10 cm土层活、死细根生物量分别占林地活、死细根总量的72．09％和50.46％；细根生物量随土层深度的增加而减少。长白落叶松人工林细根生物量在1年中有明显的季节变化规律，活细根的呈双峰型，死细根的呈多峰型。经细根分解实验计算，长白落叶松人工林细根分解系数k平均为0．0015，细根年生长量、年分解量和年周转率分别为1．5348 t/hm2、0．1450 t/hm2和0．47次/a。

不同混交比例马尾松林细根生物量及其养分研究

采用固定样地调查法对不同混交比例的马尾松林细根生物量和细根养分含量进行比较分析。研究结果表明,细根生物量和细根养分含量垂直分布规律明显,即随着土层加深细根生物量和细根的N、P、K养分含量逐渐减少。在表土层中,0-10 cm土层中细根生物量最多,N、P、K含量也是最高。对不同混交比例林分的比较,发现马尾松比例为41%-60%细根的生物量最高。马尾松比例为41%-60%的针阔混交林细根N、P的养分储量也最高。不同混交比例林分中细根的N、P、K的含量存在一定差异。

江南油杉细根生物量空间分布及其对土壤水分的响应

【目的】探明广西不同栽培区江南油杉细根生物量的空间分布共性及其对土壤水分的响应机制。【方法】以广西3个栽培区江南油杉人工幼林为研究对象,采用根系全株分层挖掘和根系形态结构分析法,定量分析江南油杉幼树不同径级细根生物量密度、根长密度和表面积密度的空间分布特征。【结果】1)江南油杉幼林期细根生物量在垂直方向上主要分布在0~90 cm土层中,且0~60 cm范围内的细根生物量占总量的81.83%,细根生物量随土层深度的增加呈升高—降低—再升高的趋势。细根生物量在水平方向上主要分布在距树干0~100 cm范围内,其中0~50 cm细根生物量占总量的87.40%。综合不同径级根长密度和根表面积密度分析结果表明,d <5 mm径级细根是江南油杉幼树占主导地位的吸收根系,其中0.5 mm≤d <2 mm径级细根在不同样地以及不同土层中的根长密度值最大,是决定江南油杉幼树根长密度分布特征的主要根系。2)江南油杉细根总生物量、根系长度、根表面积与土壤水分含量呈显著的相关性,表明江南油杉细根分布对土壤水分含量的响应敏感。【结论】江南油杉细根生物量垂直分布的"双峰"特征有利于根系对表层土壤水分在下渗过程中的二次吸收利用。0~60 cm土层是江南油杉幼树根系发挥生理功能的主要土层,可作为该树种水肥管理的重要区域。

亚热带天然林4种树木细根生物量垂直分布和主要功能性状的差异

在江西大岗山常绿阔叶混交林中,采用土钻法,对不同树龄的刨花楠、山矾、山乌桕和油桐的细根生物量及其功能性状进行测定;运用多元方差分析方法,分析树种和树龄对细根垂直分布和功能性状的影响。结果表明:4个树种的树龄对细根的生物量的垂直分布没有显著影响,细根生物量随土壤深度的增加而减小;4种树木细根单位面积的生物量和比根长等功能性状有显著差异,但土壤深度对不同细根功能性状的影响不显著;树龄对山乌桕的比根长和组织密度有显著的影响,树龄对油桐的细根直径、表面积和组织密度有显著的影响。

中亚热带杉木人工林细根生物量空间变异与取样数量估算

林木细根生物量具有一定的空间异质性,因此采用合理的细根取样策略对精确估算细根生物量十分重要。通过在福建省三明杉木人工林林内采用土钻法随机选取100个取样点,分析不同细根类型(杉木、林下植被、总细根)生物量的空间变异特征,并对细根生物量所需的取样数量进行估计。结果表明:不同细根类型单位面积生物量随径级(0—1、1—2 mm)及土层深度的增加变异增大,所需的取样数量也相应增加。Shapiro-Wilk检验表明,仅0—2 mm杉木细根和总细根单位面积生物量符合正态分布,其余各个细根类型不同径级不同土层单位面积生物量均不符合正态分布,均呈明显的右偏分布。蒙特卡罗统计模拟分析表明:在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0—1 mm、1—2 mm和0—2 mm的细根,杉木采集95、96、32个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,林下植被分别采集98、98、63个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,而总细根分别采集93、93、18个样品可以满足测定单位面积生物量的需要。

青海高寒区4种人工林细根生物量及其养分储量变化特征

【目的】研究青海高寒区4种人工林的细根生物量及其养分储量时空变化特征,为该地区植被恢复和人工林经营提供理论依据。【方法】在青海高寒区选择白桦、青杨、华北落叶松和青海云杉4种典型人工纯林,2019年5—10月采集0~60 cm土层细根样品,测定细根生物量及其C、N、P含量,通过方差分析探究季节、树种和土层对细根生物量及其养分储量的影响。【结果】白桦、青杨、华北落叶松和青海云杉4种人工林0~60 cm土层的细根生物量分别为7.63、6.89、6.11和19.31 t·hm^(-2),青海云杉林细根生物量显著高于其他林分(P<0.05)。各林分细根生物量季节差异显著(P<0.05),均表现为秋季>夏季>春季。细根生物量主要分布在表层土壤,0~20 cm土层占比超过68%,随土层加深呈指数型降低。阔叶林细根的养分含量高于针叶林,阔叶林生长表现出较高的养分需求。各林分细根C含量表现为秋季>夏季>春季,N、P含量总体表现为夏季显著低于春季和秋季(P<0.05)。细根C、N和P含量总体上随土层加深而减小。青海云杉林细根C、N、P储量在各季节均显著高于其他树种;秋季细根C、N和P储量显著高于春季和夏季(P<0.05)。【结论】青海高寒区4种人工林细根生物量和C、N、P含量及储量存在明显的季节变化和垂直分布特征,秋季细根生物量最高,细根主要分布在表层土壤并随土层加深呈指数型减少趋势;细根的C、N、P储量时空变化规律与细根生物量一致,在4种人工林中以青海云杉林最高。青海高寒区人工林经营应结合季节特征,在生长季初期通过合理经营措施促进细根生长发育,并注重保护表层细根资源以提高植被恢复力。

黄土高原杨树人工林的细根生物量与碳储量研究

为了解细根生长、周转及其对土壤碳库的贡献,以太原地区杨树人工林（Populus tomentosa）为研究对象,采用连续取土样法及分解袋法,研究了细根（〈2 mm）的垂直分布、季节动态、年生产量及碳储量。结果表明：0~40 cm土层细根生物量为241.8 g/m2,其中活细根生物量为168.0 g/m2,约占细根总生物量的69.5%。细根主要集中于0~10 cm土层,且随土层加深而递减。细根生物量还具有明显的季节变化,最大值出现在8月,最小值出现在4月。细根年分解量为35.3 g/m2,年死亡量为98.2 g/m2。细根年生产量估计为216.6 g/m2,年周转率为1.29次。0~40 cm土层细根总碳储量为97.4 g·C/m2,每年由于细根死亡向土壤碳库输入的碳量约为39.6 g·C/m2。土壤全氮含量和土壤含水量是影响细根垂直分布的主要因素,而细根季节动态与土壤水分及气候特点密切相关。由于本研究区地处黄土高原,土壤水分短缺是导致细根生产量偏低的主要原因,且影响细根周转及其向土壤有机碳库的碳输入。