Variation patterns of fine root biomass, production and turnover in Chinese forests

China's forests cover 208.3 million ha and span a wide range of climates and a large variety of forest types, including tropical, temperate, and boreal forests. However, the variation patterns of fine root (< 2 mm in diameter) biomass, production, and turnover from the south to the north are unclear. This study summarizes fine root biomass (FRB), production (FRP) and turnover rate (FRT) in China's forests as reported by 140 case studies published from 1983 to 2014. The results showed that the mean values of FRB, FRP and FRT in China's forests were 278 g m(-2), 366 g m(-2) a(-1), and 1.19 a(-1), respectively. Compared with other studies at the regional or global scales, FRB in China's forests was lower, FRP was similar to estimates at the global scale, but FRT was much higher. FRB, FRP, and FRT in China's forests increased with increasing mean annual precipitation (MAP), indicating that fine root variables were likely related to MAP, rather than mean annual temperature or latitude. This is possibly due to the small variation in temperature but greater variation in precipitation during the growing season. These findings suggest that spatiotemporal variation in precipitation has a more profound impact on fine root dynamics in China's forests, and this will impact carbon and nutrient cycles driven by root turnover in the future.

Fine Roots Dynamics in Two Forest Strata of a Semi-Deciduous Forest in Northern Republic of Congo

The belowground biomass is represented by coarse and fine roots. Concentrated in the superficial horizons of the soil, the fine roots play a crucial role in the functioning of a forest ecosystem. However, studies on their dynamics in natural forests are almost non-existent in the Republic of Congo. Here, we estimated the biomass, production, turnover and fine root lifespan of two forest strata of a semi-deciduous forest: the Gilbertiodendron dewevrei (De Wild.) J. Léonard forest (GF) and the mixed forest (MF) of land. The ingrowth cores method was used to estimate the biomass, production, turnover and lifespan of fine roots. The results of this study revealed that the biomass, production and fine root turnover of the two forest strata studied significantly decreased with increasing soil depth, with an increase in lifespan. The annual fine root biomass of GF (2284.50 ± 37.62 and 1034.61 ± 14.52 ) was slightly lower than that of MF (2430.07 ± 40.68 and 1043.10 ± 11.75 ) in the 0-15 cm and 15-30 cm horizons, respectively. The annual production of fine roots from these latter horizons was respectively 1300.19 ± 32.17 and 539.18 ± 11.55 in GF and 1362.24 ± 39.59 and 492.95 ± 14.38 in the MF. Root turnover was higher in the GF (1.68 ± 0.05 and 1.35 ± 0.03 ) than in the MF (1.57 ± 0.05 and 1.13 ± 0.02 ). The lifespan of fine roots increased with the depth of the soil. The difference in fine root dynamics observed between the forest strata studied was influenced by the Evenness index and the above-ground biomass.

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。

杉木、火力楠纯林及混交林细根周转的研究

系统研究了杉木、火力楠纯林及混交林细根生物量、生产力及年周转率．结果表明，杉木、火力楠纯林及混交林活细根生物量分别为８８０、３０３５和１５６０ｋｇ·ｈａ－１；死细根生物量为２３５、３９８和５６５ｋｇ·ｈａ－１；细根年周转率为１．２９、１．４２和１．４０；年生产量为１１３７、４３１８和２１７９ｈａ·ｈａ－１，年死亡量为４９７、５９５和１１４９ｋｇ·ｈａ－１，分别相当于林分枯枝落叶年凋落量的３６．８、２１．６和６５．９％．可见混交林比纯林更具较高生产力和良好的生态协调性．

杨树细根及草根的生产力与周转的研究

对北方杨树人工林 0～ 40cm土层中杨树细根和草根 (≤ 2mm )年生物量、分解量、死亡量、生长量和周转率进行观测研究 .结果表明 ,杨树细根的年生物量为 2 .0 6 2t·hm-2 ,死根生物量为 0 .746t·hm-2 ,分解量为0 15 8t·hm-2 ,生长量为 2 .35 1t·hm-2 ,周转率为每年 1.14次 .活草根的年生物量、死根生物量、分解量、生长量和周转率分别 0 .5 0 1、0 .0 35、0 .0 2 3、0 .6 91t·hm-2 和 1.38.同时给出了杨树细根干重损失随分解时间变化的方程 :lnx/x0 =0 .95 15e-0 .0 0 14t.

长白山阔叶红松林细根周转的研究

系统研究了长白山阔叶红松林细根生物量、生产力、年周转率及其在净生产力分配中的作用,生物量调查结果表明,阔叶红松林活细根的生物量为5049kg.ha^(-1),死细根生物量的平均值为1883kg.ha^(-1),细根的年周转率为0.96,年生产量为4860kg.ha^(-1),约占总净初级生产力的19.40％,年死亡量为2343kg.ha^(-1),相当于阔叶红松林枯枝落叶年凋落量的60％,由此提出了森林凋落物应包括枯枝落叶和根系凋落物的论点。

连作杨树细根根序形态及解剖结构

【目的】针对连作杨树人工林细根形态和解剖结构,从根序视角探讨连作杨树人工林细根生长的代际差异及其与人工林生产力衰退的联系,以期揭示连作杨树人工林衰退机制。【方法】分别在杨树人工林Ⅰ和Ⅱ代林分设立标准地,采用改良全根取样法获得杨树细根（〈2 mm）并按根序进行分级,制作1~5级细根各根序石蜡切片。根系扫描仪结合分析软件获得各根序细根长度、直径,光学显微镜观察各根序细根剖面直径、皮层厚度、维管柱（中柱）直径等参数,并计算比根长、根组织密度、根长密度、维根比等。LSD分析1~5级根序形态参数的差异显著性,One-way ANOVA分析同一根序在不同代数间形态指标参数的差异显著性。【结果】杨树细根生物量表现为随根序增加而减小,且连作Ⅱ代人工林细根生物量分配高于Ⅰ代林,尤其在1,2级根序中更为显著（P〈0.05）;连作导致杨树1,2级细根平均长度减少而3~5级根长度增加;直径虽然在不同根序细根间差异并不显著,但Ⅱ代林显著高于Ⅰ代林;杨树细根表面积、比根长和根长密度总体表现为1,2级根显著高于3,4级根（P〈0.05）,但比根长在Ⅱ代林中差异不显著;连作导致杨树1,2级根表面积和根长密度显著增大,但比根长显著减小（P〈0.05）;细根解剖特征表明,横剖面宽度随根序逐渐增大,中柱面积占横剖面的比例随根序增加而增大,1,2级细根总体呈现初生结构的特征,从3级根开始出现木栓层且皮层开始脱落。【结论】杨树1~5级根序细根形态和功能存在显著差异,1,2级细根仅具初生结构,是杨树的吸收根,3级以上细根出现木栓层从而变为输导根。连作导致杨树细根形态发生显著变化,且低级细根生物量显著增加,表明连作导致杨树人工林对地下部分的生长投入增大,这与养分匮乏生境中植物光合产物最优分配理论相一致。伴随细根死亡和周转,连作杨树人工林细根生物量分配格局将影响人工林地上部分生产力的形成。

杨树人工林下根系的氮素循环与动态特征

研究了辽宁沈阳地区人工林杨树细根及林下草本植物根系的N循环、积累和动态变化特征 .结果表明 ,杨树人工林分条件下活细根中N储量为 2 0 .3kg·hm-2 ,净积累量 10kg·hm-2 ,吸收量 14 .7kg·hm-2 ,年存留量和归还量分别为 9.6和 5 .1kg·hm-2 .周转期 4年 .整个生长季节杨树细根中N含量与土壤中水解N、NH3 N无明显相关 .杨树细根中N浓度与活细根生物量的变化趋势大体一致 ,两者呈显著正相关 .根据杨树活细根中N含量可以估测杨树活细根生物量 .该林分下的草本植物根系主要吸收NH3 N ,草根中N含量浓度变化与土壤中NH3 N的变化趋势相同 。

武夷山甜槠林细根生物量和生长量研究

对武夷山甜槠林细根生物量和生长量的季节动态及其在不同群落发育阶段下的变化进行了初步研究，并对细根在养分归还中的作用进行了分析．结果表明，甜槠成熟林细根生物量为１０．６４５ｔ·ｈｍ－２，生长量为７．３７１５ｔ·ｈｍ－２·ａ－１，分解量为４．６７７５ｔ·ｈｍ－２·ａ－１，年周转率０．６９次；细根生物量和生长量随林龄增长的变化模式为单峰型曲线，生物量至３４龄时达到最大值，生长量至群落郁闭阶段（５８龄）达到最大值；甜槠成熟林中，通过细根死亡的Ｎ素归还量占群落年归还总量的４９．５％，多于凋落物途径，Ｐ、Ｍｇ归还量所占比例为４２．３％和２８．９％，略低于凋落物途径；Ｋ、Ｃａ归还以降水淋溶为主，其次是凋落物途径，而细根途径仅占总归还量的１９．３％和９．２％．

拉萨河谷杨树人工林细根的生产力及其周转

通过土钻取样和分解袋法对拉萨河谷杨树人工林细根的生长和周转进行了测定。结果表明,在该地区杨树人工林生态系统中,约80%的细根集中分布在0～30cm土壤表层中;接近树木一侧的活(死)细根生物量均高于外侧,但二者未达到显著的差异;在生长季期间,活细根生物量平均为2.576t.hm-2,死细根生物量平均为1.566t.hm-2,生长高峰出现在生长季初期。经估算,拉萨河谷杨树人工林细根年生长量为3.030t.hm-2,年周转率为1.18次;但受高原低温的影响,细根分解缓慢,分解系数k平均为0.0007～0.0008。细根的这种生长特征是杨树对高原地区短暂生长季节和雨热同季气候条件的一种适应性表现。

应用微根管法测定细根指标方法评述

树木细根(直径<2mm)在森林生态系统能量流动和物质循环中起着重要的作用。原有的细根生产周转研究中常采用的土钻法、内生长法、挖掘法、根室法和土柱法等,均不能直接观察到细根的动态变化。微根管法是一种非破坏性、可定点直接观察和研究植物根系的方法,为研究细根的生长、衰老、死亡、分解和再生长的过程提供了有效的工具,尤其适用于细根周转、寿命和分解等方面的研究。但该技术不能直接测定单位面积的细根生物量、细根化学组成及细根周转对土壤碳和养分循环的影响,需要与土钻法结合。本文就运用微根管法对细根生物量、生产、周转和寿命等指标的研究方法进行了评述。

森林细根生产和周转研究

随着近 2 0多年来对细根功能的深入认识和研究方法的发展 ,林分细根生物量、生产和周转及其与环境因子的关系成为森林生态学的研究热点之一 ,开展了大量研究。本文在收集了大量研究报道基础上 ,对森林细根研究结果进行综述。结果如下 :细根 (直径 <2～ 5mm)生物量变化在 46～ 2 80 5g·m- 2 之间 ,大部分在 10 0～ 10 0 0g·m- 2 ;细根生物量分别占地下部分总生物量和林分总生物量的 3%～ 30 %和 0 .5 %～ 10 % ;北方常绿针叶林平均细根生物量最低 (2 16g·m- 2 ) ,热带常绿阔叶林最高 (10 87g·m- 2 )。细根年净生产量 2 0～ 1317g·m- 2 ·a- 1 ,占林分总净初级生产量的3%～ 84% ,大部分在 10 %～ 6 0 % ;从北方森林到温带、亚热带至热带森林 ,细根生产量呈增加趋势 ;针叶林细根生产在总净初级生产中的比例小于阔叶林 (常绿和落叶 )。树木细根生命周期短至数天 ,长达数年。细根年周转率 4.3%～ 2 73.2 % ,阔叶林细根周转率低于针叶林。细根生产和周转是土壤碳和养分的重要来源 ,细根生产向林地输入的生物量占总输入 (细根生产和地上枯落物输入 )的 6 .2 %～ 88.7%。除气候森林类型外 ,森林生态系统细根生物量、分布、生产、周转还因季节、土壤类型、立地条件和生长发育阶段而异。同时 。

土壤水分与养分对树木细根生物量及生产力的影响

树木细根是吸收水分和养分的重要器官,它的生长、死亡、分解在森林生态系统养分循环中起着重要作用。根系对水分和养分的吸收密切复杂地联系在一起,土壤水分和养分有效性对细根生长与发育影响不同,但细根生长的季节动态与土壤水分的季节动态分布规律一致,增加土壤水分显著增加细根生物量;而增加土壤养分对细根生长变化的影响较复杂,多数研究结果认为随土壤养分的增加,细根生物量增加或减少,低级根的根长和直径普遍增大,比根长减小。水肥耦合处理下的细根生物量显著大于灌溉和施肥处理下的细根生物量,并具有明显的季节规律性;水肥耦合会使细根根长密度增大;细根寿命暂时性缩短或延长等。在分析了不同树种在不同立地条件下细根生长规律及变化原因后,依据研究现状提出将来水肥耦合处理条件下树木根细的研究方向。

沙地杨树刺槐混交林细根动态

应用固定样地调查生物量的方法 ,在北京市顺义县潮白河林场进行了加杨 (Populus×canadensis)刺槐 (Robiniapseudoacacia)混交林细根动态变化的研究 .结果表明 ,混交林的细根生物量大于刺槐纯林而小于杨树纯林 ,两树种混栽后杨树能促进刺槐的细根生长 ,提高了刺槐细根生物量在混交林中的比例 ;混交林细根在各土层中分布得比纯林更均匀、更合理 ,种间关系协调 ;混交林的细根周转率介于两种纯林之间 ;混交林中刺槐能促进杨树细根的更新 。

毛竹林细根生物量及其周转

通过连续土钻取样法,对湖南会同林区集约经营毛竹林地土壤细根生物量及其动态特征进行研究。结果表明:毛竹林细根生物量为7.7349t.hm-2,其中活细根和死细根分别占91.5%和8.5%,并且毛竹林0～20cm层活细根和死细根生物量分别占林地活细根和死细根总量的57.9%和60%。毛竹林活细根和死细根生物量在1年中有明显的季节变化规律,其变化范围分别为4.8647～10.7964和0.3538～1.0057t.hm-2,基本上2—6月份呈上升趋势,到6月份出现最高峰值,8—12月份下降,次年2月为最低值。采用改进的最大值、最小值法计算模型计算出毛竹林细根年生长量、年分解量和年周转率分别为6.895,0.3124t.hm-2和0.93次.a-1。

新疆三工河流域柽柳群落细根生产与周转对土壤有机碳的贡献

在2010年整个生长季内,采用土钻法和内生长法,对新疆干旱区柽柳细根生物量、季节动态、分解与周转进行了研究.结果表明：柽柳群落土壤含水量随着土层深度的增加而增加.10～20 cm土层土壤有机碳储量最大,随后随着土壤深度的增加,有机碳含量逐渐降低.方差分析表明：不同土层有机碳含量差异显著.细根生物量的月平均值为54.51 g·m^-2,群落细根生产量为58.64 g·m^-2.细根生物量呈明显的季节变化趋势,即5-9月逐渐增加,9月达到最大值,9-10月逐渐下降;在土壤剖面垂直变化上,细根生物量随土层深度的增加呈先增加后降低的趋势,0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60 cm各土层细根生物量所占比例分别为19.53％、30.05％、26.41％、12.01％、7.33％、4.67％.双因素方差分析表明：不同取样时间、不同土层之间的活细跟生物量、死细根生物量均差异极显著.柽柳群落细根年分解量、年死亡量、净生产力分别为17.41、33.75、83.60 g·m^-2 ·a^-1年周转率为1.98次·a^-1,通过细根死亡进入土壤中的有机碳为（42.68±5.40）g·m^-2·a^-1,占土壤有机碳含量的2.12％.这表明,尽管柽柳群落通过细根周转进入土壤中的有机碳仅占现存土壤有机碳的一小部分,但从较长的时间尺度来看,柽柳群落细根对干旱区生态系统地下有机碳的补充具有重要作用.

三工河流域两种琵琶柴群落细根生物量、分解与周转

细根对植物群落功能的发挥和土壤碳库及全球碳循环具有重要意义。利用连续土钻取样法和分解袋法,于2010年5—10月整个生长季节内,对三工河流域两处长势不同的琵琶柴群落的细根(φ<2mm)生物量、分解与周转规律及其与土壤环境的关系进行研究。结果表明,群落1和群落2土壤容重、土壤含水量、pH和电导率等土壤因子差异显著。两群落的细根生物量表现出相同的季节和垂直变化趋势,即在5—8月逐渐增加,8月达到最大值,9—10月份逐渐下降。平均月细根生物量分别为51.55g/m2和133.93 g/m2。群落1的活细根和死细根分别占总细根生物量的69.68%和30.32%,群落2活细根和死细根分别占总细根生物量的72.61%和27.39%。在垂直变化上,随土壤深度增加细根生物量先增加后逐渐降低,其中10—20cm土壤层次细根生物量比例最大,群落1和群落2分别占46.48%和29.15%。群落1和群落2的细根年分解率分别为34.82%、42.91%。达到半分解和95%分解时,群落1需要630 d和2933 d,群落2需要467 d和2238 d。群落1和群落2的细根净生产力分别为50.67 g/m2和178.15 g/m2,细根年周转率分别为1.41次、1.69次。逐步回归分析结果显示细根动态受土壤水分、pH值、电导度等土壤因子的显著影响,琵琶柴细根具有相对较低的分解速率和较高的周转速率。

绿竹林细根周转的研究

研究了闽南绿竹［Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｏｐｓｉｓｏｌｄｈａｍｉ（Ｍｕｎｒｏ．）Ｋｅｎｇｆ．］林细根的生物量、生产力及细根的分解动态．结果表明：闽南绿竹林的细根生物量为９７６１ｋｇ／ｈｍ２，１９９６年７月至１９９７年６月一年的细根生物量有一定的季节变化，在春季最大；１９９６年７月至１９９７年６月一年的细根生长量为３５３７ｋｇ／ｈｍ２，其中５月的活细根量为最大值；细根的周转率为０．４６次／年；细根的半分解期为２３０ｄ．

AM真菌对紫花苜蓿细根生长及其生物量动态特征的影响

细根对植物功能的发挥和土壤碳库及全球碳循环具有重要意义.采用容器法和微根管法于2013年6～10月整个生长季内对紫花苜蓿的细根生物量、生产以及周转规律进行研究.结果表明：（1）紫花苜蓿活细根现存生物量平均值以接种摩西球囊霉（Gm）处理最高（12.46 g·m-2）,未接种对照最低（7.31 g·m-2）,并且活细根现存量在9月中旬达到峰值;死细根现存生物量呈先增加后降低再增加的变化趋势,在整个生长过程中未接种处理高于接种处理,接种根内球囊霉（Gi）处理死细根现存平均生物量（3.11 g·m-2）又较接种组其他处理低.（2）苜蓿植株细根生长量以接种幼套球囊霉（Ge）处理最大（0.045 mm·cm-2·d-1）,接种Gm处理和未接种对照最低（均为0.027 mm·cm-2·d-1）;而未接菌植株细根死亡量（0.044 mm·cm-2·d-1）显著高于接种植株,接种组又以Gi处理最低（0.021 mm· cm-2·d-1）.（3）紫花苜蓿在生长季节内细根生产和死亡的高峰分别出现在8月底和10月份,低谷出现在9月底到10月中旬和6月底到8月;接种地表球囊霉（Gv）后细根现存量和年生长量显著高于对照和接种其他菌种处理,细根的周转以对照组最大,而接种Gv和Gm处理较低.研究发现,通过接种丛植菌根真菌可以提高苜蓿细根生物量,降低细根的死亡,增加细根寿命.

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。