长期氮添加对阔叶红松林细根形态、解剖结构和化学组分的影响

  目的  细根作为植物吸收养分和水分的主要器官,是植物根系中最活跃的部分,对土壤环境的变化尤为敏感。氮（N）沉降改变了土壤环境,也必将影响细根的结构和功能。红松是阔叶红松林的重要组成树种。探讨不同N添加水平对红松细根化学组分、形态特征和解剖结构的影响,了解长期N添加下红松细根性状的变异和权衡,对于理解和预测全球气候变化下植物根系生理功能变化具有重要意义。  方法  于2011年5月,在小兴安岭阔叶红松林建立3个样地,每个样地设立4个不同N 添加处理,分别为对照（CK,0 g/（m2·a））、低N处理（LN,2.5 g/（m2·a））、中N处理（MN,5.0 g/（m2·a））和高N处理（HN,7.5 g/（m2·a））。在2019年7月,利用挖掘法挖取红松根系,测定其1 ~ 5级根在不同N添加处理下细根化学组分、细根直径、根长、根表面积、皮层厚度、皮层细胞特征、维管束直径、维根比和管胞特征的变化。  结果  与CK处理相比,N添加显著增加了红松细根的TN含量,LN和MN处理显著降低了C∶N;LN和MN处理显著增加了红松1 ~ 5级根直径以及1级根的平均长度和表面积,显著降低了2 ~ 3级根的平均长度和表面积;LN处理显著增加了1 ~ 5级根维管束直径、1 ~ 3级根皮层厚度和皮层细胞特征以及4 ~ 5级根管胞特征。  结论  长期N添加显著改变了细根化学组分、形态特征和解剖结构。细根直径的变异主要来源于皮层厚度和维管束直径,皮层厚度的变异主要来源于皮层细胞直径,维管束直径的变异来源是管胞平均直径和总管胞面积,细根通过调整其形态特征和解剖结构来优化其生理功能,以此应对土壤环境的变化。      

兴安落叶松林细根解剖结构和化学组分对N沉降的响应

大气N沉降逐渐加强,可能会改变地下C循环和土壤C状态,促使细根结构及其化学组分发生变化。N沉降对细根动态和形态影响方面的研究较多,但对细根结构和组分的影响还没有系统的研究。于2012年5月,在大兴安岭北方森林统一立地条件下建立4个水平N肥处理,分别为对照(CK,0 g/(m· a))、低N处理(TL, 2.5 g/(m·a))、中N处理(TM, 5 g/(m·a))和高N处理(TH , 7.5 g/(m·a))。在2014年7月,植物生长季,利用挖掘法获取兴安落叶松完整根系,测定其1~5级细根在不同N沉降处理下皮层厚度、维管束直径、根系直径、维根比以及化学组分变化,旨在探讨不同水平N沉降对细根解剖结构和化学组分的影响。结果表明:落叶松细根直径、皮层厚度和维管束直径均随根序的增加而增加,而相同根序、不同水平N沉降处理之间细根直径、皮层厚度、维管束直径和维根比之间存在差异,不同直径等级根系化学组分差异显著。上述实验结果说明,N沉降可能通过影响细根直径、皮层厚度、维管束直径、维根比和化学组分来影响细根生理功能和活性,进而可能影响植物地上和地下C循环。      

水曲柳苗木不同根序解剖结构特征

[目的]对一年生水曲柳苗木细根进行定义,为精确研究水曲柳细根的生理生态作用提供依据。[方法]该研究采用石蜡切片技术对一年生水曲柳苗木不同根序解剖结构进行观察。[结果]一年生水曲柳苗木细根分5级,各级根解剖结构表现出明显的差异。1、2级根主要由表皮、皮层、中柱鞘和维管束4部分组成。4、5级根主要是由周皮和维管束(主要包括木质部和韧皮部)2部分组成。3级根也具有表皮和皮层结构,但皮层数量及细胞完整度均劣于1、2级根,优于4、5级根。[结论]一年生水曲柳苗木细根是指所有1、2级根和未形成连续木栓层的3级根(直径0.4 mm),4、5级根不是细根。     

落叶松凋落物层和土壤层1～5级细根形态和结构特征

以黑龙江省帽儿山地区兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)人工林为研究对象,比较了凋落物层和土壤层(0～30 cm深度,10 cm为间隔)1～5级细根直径、比根长、组织密度、分支比和分支强度的差异,以及这些特征在整个生长季中的变化。结果表明,随垂直层深度的增加,3～5级根直径增加、比根长下降,1～2级根的变化不明显,而组织密度没有明显变化规律。分支比和分支强度在凋落物层和土壤层间没有显著的差异。取样时间对直径、分支比和分支强度有显著影响,但与根序和垂直层存在交互作用。这些发现证实,落叶松根系资源觅食策略随生长环境的不同做出了改变。     

黄土高原刺槐细根形态特征和生物量研究

细根形态反映细根功能,以黄土高原陕西省永寿县15年生刺槐人工林为研究对象,采集刺槐完整根段,依据根序分成1～5级根,对其细根形态结构和生物量进行测定分析,为深入认识刺槐人工林细根形态特征提供参考。结果表明:1)1～2、2～3、3～4、4～5级根的平均分支比分别为4.52、2.06、4.03和4.17。其中,只有2～3级根的分支比与其他分支水平之间具有显著差异(P0.05)。2)从1级根到5级根,随序级的升高,刺槐细根直径、根长呈升高趋势,而比根长呈降低趋势。各根序之间的细根直径、根长、比根长都具有显著差异(P0.05)。3)刺槐1～5级细根生物量的排序为1级2级3级5级4级,且前4级之间的细根生物量具有显著差异(P0.05)。1～5级细根总生物量为240.95g·m-2,4～5级根生物量之和占总生物量的75.88%,对总生物量有较大的贡献。1～5级细根各分支水平高级根与低级根的细根生物量之间具有显著的线性关系。     

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。     

间伐对杉木人工林不同根序细根形态的影响

以南京溧水林场25年生的杉木人工林为研究对象,探讨了间伐对杉木人工林1～5级细根平均直径、长度和比根长的影响.结果表明:杉木人工林细根平均直径和根长随根序等级的增加而显著增加(p＜0.01或P＜0.05),而平均比根长则显著下降(p＜0.05).在杉木人工林5级根序中,1级细根平均直径最小、根长最短、比根长最高,5级根...     

干旱胁迫对水曲柳苗木细根颜色和直径的影响

[目的]分析干旱胁迫下细根形态反应及其与根序发育的关系。[方法]对干旱胁迫下水曲柳苗木1~3级根颜色和直径变化进行了研究。[结果]①干旱胁迫下水曲柳苗木细根主要有白色、黄色、褐色及白色黑尖4种类型,较对照颜色复杂(对照仅有白色和黄色2种类型)。随胁迫时间延长,水曲柳苗木1~3级根中,1级根颜色变化最多(白色、黄色、褐色及白色黑尖),数量变化也最明显;2级根有3种颜色(白色、黄色、褐色),数量变化趋势与1级根相似;3级根仅有黄色和褐色2种颜色,与对照相比少了白色根,多了褐色根,随胁迫时间延长,褐色根比例明显增加。②干旱胁迫下1~3级根平均直径显著低于对照,1级根直径随胁迫时间延长降低最显著(P0.05),2、3级根直径也呈下降趋势,但只在胁迫30 d和40 d时显著小于对照(P0.05)。对照各级根直径变化均不显著。在胁迫过程中不同颜色细根直径变化趋势也有所差异。与对照相比,白色1级根直径随胁迫时间延长减小最为明显(P0.05)。2级3种颜色根直径到胁迫30 d时才显著小于对照(P0.05)。3级根黄色根在胁迫过程中直径变化不大。[结论]干旱胁迫下水曲柳苗木1~3级细根的颜色和直径均发生了比较明显的变化。     

施肥对日本落叶松细根形态的影响

以辽东山区16年生日本落叶松(Larix kaempferi)人工林为研究对象,通过连续2a施肥后对其细根形态进行了测定,探讨了N、P对不同根序形态特征(根长、直径、比根长、表面积)的影响。研究表明:与对照相比,各施肥处理对细根平均长度、直径、比根长和表面积影响不同。施N肥可降低1～5级细根平均根长和表面积,增加细根直径和比根长;施P肥可降低1～5级细根平均根长,增加细根直径、比根长和表面积;施N+P肥可降低1～5级细根平均根长和比根长,增加细根直径和表面积,但是这些差异均未达到显著水平。     

亚热带常绿阔叶林11个树种的细根形态及碳氮含量研究

【目的】研究江西大岗山常绿阔叶次生林中11个树种的细根形态、组织化学元素含量与根序之间的关系。【方法】以大岗山次生林内6个受外生菌根侵染的树种(刨花润楠、小叶青冈、拟赤杨、丝栗栲、檵木和梓木)和5个受内生菌根侵染的树种(山乌桕、深山含笑、杉木、木荷和油桐)为研究对象,采用根序分级法对根系进行分级后,测量并比较各树种前5级根之间根长、比根长及C、N含量的差异。【结果】在细根形态方面,11个树种的根长均表现出随序级升高而增大的趋势,而比根长的表现则相反;在细根C、N含量方面,除3个树种(山乌桕、檵木和梓木)5级根C含量小于4级根、1个树种(油桐)2级根C含量小于1级根外,其余7个树种根组织的C含量均表现为随序级升高而增加;11个树种中除山乌桕外,其余10个树种根组织的N含量均表现为随序级升高而降低;在C/N上,有9个树种的C/N随序级升高而增加,其余2个树种(山乌桕和梓木)4级根的C/N略高于5级根。在不同树种间,同一序级的细根在细根形态和C、N含量上差异明显。6个受外生菌根侵染树种的根长和C、N含量均较5个内生菌根侵染树种大,而比根长以外生菌根侵染树种相对较小。【结论】11个树种前5级根根长、比根长、C含量、N含量和C/N随着序级增加而表现出相似的变化规律,生长在根系先端的1级根根长、C含量和C/N最小,比根长和N含量最大,随着序级的增加,根长、C含量和C/N增加,而比根长和N含量降低。受外生菌根侵染的树种,其根长、C含量和N含量均大于受内生菌根侵染的树种。11个树种之间细根形态和C、N含量存在明显差异,表明不同树种对地下环境的适应策略及对土壤养分的利用效率存在差异。     

陕北枣树‘七月鲜’细根形态的季节变化

以‘七月鲜’枣树(Zizyphus jujuba)为研究对象,在枣树不同生长时期(萌芽期、展叶初期、展叶中期、全叶期、果实成熟期、落叶前期)用完整土块法采集枣树完整根系并按根序进行细根分级。根系扫描仪结合分析软件获得各根序细根长度、表面积、直径等参数。结果表明:1)不同物候期枣树1、2级细根之间的比例均大于2、3级细根之间的比例。枣树1、2级细根比例在5.2~6.2之间,2、3级细根比例在2.7~3.3之间。不同物候期枣树1、2级细根以及2、3级细根分支比之间差异均不显著(P0.05)。2)‘七月鲜’枣树不同物候期细根直径和组织密度均表现为1级根2级根3级根。1级根、2级根和3级根直径和组织密度均在萌芽期较小,落叶前期较大,导致生物量增加为后一年展叶前的根系生长准备养分。3)1级根、2级根和3级根比表面积、比根长的最大值均出现在萌芽期,并且在果实成熟期均出现峰值。除细根分支比外,‘七月鲜’枣树细根形态在不同物候期具有明显变化,可为枣树地下管理提供理论依据。     

香樟人工林土壤表层细根形态特征、生物量及碳氮含量变化

【目的】探讨香樟人工林土壤表层(0~20cm)细根形态特征、生物量及碳氮含量变化动态,为深入研究人工林细根的养分、水分吸收规律及碳在地下的分配特点提供基础资料。【方法】选取四川雅安市雨城区老板山31年生香樟人工林,随机设置20m×20m样地3块,于2011年的1,4,7和10月份,在各样地按"S"形选取5个采样点,采用根钻法,分0~10和10~20cm土层采集根系样品,用WinRHIZO 2005根系分析系统对细根形态进行分析,并测定细根生物量及碳氮含量。【结果】1)1~5级细根随着根序的增加,平均直径、生物量和细根C含量逐渐增大,比根长(SRL)、根长密度(RLD)和细根N含量逐渐降低。2)细根平均生物量为793.29kg/hm2,其中0~10cm土层细根生物量占土壤表层细根总生物量的64.66%;与10~20cm土层相比,0~10cm土层细根具有较高的SRL和RLD以及较小的直径;0~10cm土层细根C、N含量均高于10~20cm土层。3)细根生物量在春季和秋季较高,在夏季和冬季较低;SRL和RLD夏季最大,冬季最小;而直径夏季最细,冬季最粗;细根C含量冬季最高,夏季最低;N含量夏季最高,春季和冬季均较低。【结论】根序对细根形态、生物量和C、N含量的变化具有极显著影响,而季节对细根形态、生物量和C、N含量变化的影响要远小于根序。     

水杉人工林细根形态及生物量分布规律

[目的]研究水杉人工林细根形态和生物量分布特征,为水杉人工林管理提供数据支持。[方法]利用根钻法,对水杉细根的形态参数(直径、长度、比根长、比表面积)和生物量进行测定。[结果]随着细根根序等级的增加,水杉细根直径和细根平均长度呈现增加趋势;一级细根的比根长和比表面积远大于高级根;水杉细根主要集中在距树干1.5 m范围内;在垂直分布上,绝大部分的细根分布在0~20 cm土层;表层以小直径细根为主,而土壤深层以大直径细根为主。[结论]该研究可为细根生态过程研究及人工林管理提供数据支持。     

兴安落叶松和白桦细根形态对环境变化的响应

目的细根是树木吸收养分和水分的主要器官,在陆地生态系统养分循环和能量流动中发挥着重要作用。尽管人们已经理解了细根对碳和养分循环的重要性,但是对细根在不同环境条件下的响应和适应机制仍需深入探索。本文通过比较同一树种在不同环境条件下细根形态的可塑性以及不同树种细根形态上的差异,了解环境因子和外生菌根侵染对细根形态特征的影响。方法以东北大兴安岭和小兴安岭多年冻土区（伊春冻土退化区、南翁河冻土退化敏感区、漠河永久冻土区）的优势树种兴安落叶松和白桦为研究对象,在植物生长季节采样,挖掘法获取完整根系,测定初级发育根（1、2级根）的细根直径,比根长,比表面积,组织密度,等形态特征和外生菌根侵染率。结果土壤有效氮、土壤全碳以及生长季月均温是影响细根形态特征的主要因素。在伊春冻土退化区、南翁河冻土退化敏感区、漠河永久冻土区条件下,兴安落叶松细根形态差异均不显著（P > 0.05）,外生菌根侵染率差异显著（P < 0.05）;白桦细根直径、比根长、比表面积和外生菌根侵染率差异显著（P < 0.05）,组织密度差异不显著（P > 0.05）,白桦细根直径在南翁河冻土退化敏感区最小,而比根长和比表面积最大。兴安落叶松和白桦两树种之间细根形态特征和外生菌根侵染率存在较大差异（P < 0.05）。兴安落叶松和白桦菌根侵染率与细根直径显著正相关（r = 0.64,P < 0.01;r = 0.61,P < 0.01）,与其他细根形态特征相关性不显著。结论土壤养分和生长季月均温是影响不同冻土区兴安落叶松和白桦细根形态的主要因素,兴安落叶松主要依赖外生菌根真菌适应环境变化,而白桦则是通过调整细根直径、比根长、比表面积以及外生菌根侵染率以响应环境空间异质性,外生菌根真菌的存在是兴安落叶松和白桦的重要替代性吸收策略。      

施肥对盆栽香樟幼苗细根生长的影响

以盆栽的1年生香樟实生苗为研究对象,采用指数施肥的方式,测定了细根平均直径、平均根长以及比根长3个指标.探讨施肥对香樟幼苗细根形态的影响,为香樟的速生丰产及培育过程中资源的高效利用提供理论依据.结果表明:1)氮磷钾对细根直径影响程度依次为氮＞磷＞钾,氮素显著提高了1～2级根的平均直径(p＜0.05).2)氮肥能促进了香樟1～2级根的平均根长的增加.适宜浓度的氮磷钾混合肥能显著促进1级细根伸长(p＞0.05).3)氮肥对1～2级根的比根长的增加有显著作用(p＜0.05)、施肥对3级以上细根的比根长无显著影响(p＞0.05).综合分析得出:处理9对香樟苗期根系形态指标影响最为显著,即施肥量为氮素4g·株-1、磷素4 g·株-1、钾素2g·株-1时,对香樟幼苗细根的生长发育有较好的促进作用.     

细根异速分解的3个可能影响途径

植物根系分解是驱动陆地生态系统碳和养分循环的关键过程之一。直径小于2 mm的根是一个复杂的异质性细根系统。位于细根系统末端的低级根(如1~3级根)或直径较小的细根(如直径小于0.5 mm的细根),执行水分和养分吸收功能,其周转迅速(0.5~2.5次/a),是植物根系向土壤输入碳和养分的主要途径。近年来对细根分解的研究表明,在细根系统中,低级根的分解速率显著慢于高级根(如3级以上的根)或直径较大的细根(如直径大于0.5 mm的细根),执行输导和储藏功能。本文综述了影响细根异速分解的3个可能途径:菌根、碳质量和氮含量,旨在增强研究者对全球变化下细根功能属性(如细根直径)如何影响生态系统碳和养分循环的理解。      

华西雨屏区不同林龄柳杉人工林的根系形态和碳氮磷化学计量特征

【目的】为揭示不同根序的根系形态及碳氮磷化学计量特征在林木不同生长阶段的差异。【方法】以华西雨屏区中龄林（13 a）、成熟林（33 a）和过熟林（53 a）的柳杉人工林为研究对象,对比分析不同林龄柳杉1～5级的根系形态和根功能模块的碳氮磷化学计量特征。【结果】(1)随林龄增加,柳杉1～5级细根直径、比根长和比表面积整体上分别呈先增后减,先减后增和逐渐降低的趋势,而根组织密度则无明显变化规律;随根序增加,同一林龄细根直径整体呈增加趋势,而比根长和比表面积均逐渐降低。(2)随林龄增加,柳杉细根碳含量整体呈先增后减的趋势,磷含量、碳氮比和碳磷比呈先减后增的规律,氮磷比无显著变化。并且,吸收根的氮含量整体高于运输根,运输根的碳含量、碳氮比和碳磷比均高于吸收根。(3)细根碳含量与磷含量呈显著负相关,与碳氮比、碳磷比呈显著正相关。氮含量与磷含量、氮磷比、比根长和比表面积显著正相关,与碳氮比、碳磷比、直径和组织密度显著负相关。【结论】柳杉人工林细根形态和化学计量特征在不同生长阶段和根序上均具有较强的可塑性。研究结果有助于深入认识林木资源吸收策略与养分平衡规律,可为人工林的可持续经营与管理提供理论依据...     

支持柱与绳索间距对两种卷须类藤本植物生长的影响

【目的】研究支持物对炮仗花（Pyrostegia venusta）和鸡蛋果（Passiflora edulis）形态、生物量及生物量分配的影响，为其在垂直绿化中快速覆盖形成优美的园林景观提供理论依据。【方法】以炮仗花、鸡蛋果扦插苗为试验材料，以PVC管和竹竿为支持柱，并设置无绳索和3种间距（10，15，20 cm）的横向绳索供其攀援，以匍匐生长的植株为对照，分析不同支持物和绳索间距下植株的形态特征、生物量分配以及卷须构型的变化规律。【结果】① 无支持物时，2种藤本植物主茎显著（P＜0.05）缩短，卷须数减少。攀援无绳索的支持柱时，分枝数显著增多（P＜0.05），表明植株通过增加搜寻枝扩大对支持物的寻觅范围。炮仗花在绳索间距为10 cm时，主茎长度达到最大，生成的卷须最多；鸡蛋果在绳索间距为15 cm时，主茎最长，节间数和卷须数最多。② 2种藤本植物在无支持物时地上部生物量积累较少，表现出较高的根冠比。在网架上生长时，生物量积累随着绳索间距的增大呈现不同程度的升高，总生物量均在绳索间距为20 cm时达到最大。③ 卷须的抽生位置主要在网格中上部，受到绳索间距的极显著影响（P＜0.01）；卷须构型呈现由P型到S型的生长变化。炮仗花卷须以缠绕支持柱生长居多，且在绳索间距为10 cm时取得最佳攀援率；鸡蛋果卷须在绳索间距为10和15 cm时多为攀援态，绳索间距为20 cm时缠绕态比例增多，且在各绳索间距下攀援等级均为2级。【结论】2种藤本植物对不同支持物表现出相似的形态可塑性，卷须生长和生物量积累受绳索间距影响更大。园林应用中可选竹竿或PVC管作为支持柱，分别设置10和15 cm绳索间距供炮仗花、鸡蛋果攀援生长。     

氮、水交互对长白山阔叶红松林细根形态及生产量的影响

土壤养分和水分的变化深刻影响着森林生态系统的碳分配,进而影响树木细根形态结构和生产量。本文以我国长白山阔叶红松林为研究对象,研究氮沉降增加(50 kg/(hm·a))和降雨量减少(30%穿透雨,约210 mm/a)情形下,细根形态结构和生产量的时空响应特征。结果表明,细根形态结构和生产量受多种因素(处理、取样时间、取样层次)的共同影响。施氮样地(N)显著降低了0~10 cm土壤层细根直径,从而增加了比根长, 减少降雨样地(D)细根根长密度增加了1.55~3.24倍,细根生产量增加了104 g/(m·a), 减少降雨同时施氮样地(DN)10~20 cm土壤层细根直径和生产量显著增加。因此,长白山阔叶红松林不同土壤层细根在氮和水分吸收功能上可能存在分化,氮沉降增加、降雨格局变化及其交互作用在不同程度上驱动着细根形态和生产量的时空变化。      

水曲柳不同颜色细根生理功能变化

该研究对23年生水曲柳不同颜色细根全氮舍量、质膜透性、根系活力和呼吸速率进行了研究。结果表明：①不同颜色水曲柳细根全氮含量随根序升高而显著减小，1级褐色根和皱缩根全氮含量均较高；②随着颜色的加深，细根质膜透性呈现出显著的上升趋势，白色根质膜透性最低，皱缩根质膜透性最高；③1级根细胞呼吸速率不随全氮含量增加增大，而与根活力具有密切关系。根活力高，呼吸速率越大，反之，呼吸速率越小。