退耕还林地三倍体毛白杨与黑麦草复合模式细根和草根的分解动态

在天全县的退耕还林地中,对三倍体毛白杨+黑麦草模式细根和草根的分解及其N、P、K、Ca、Mg养分释放动态进行研究.细根φ0～1 mm、φ1～2 mm、φ0～2 mm及草根的第1年干质量损失率分别为73.97%、69.80%、73.44%和79.53%,应用对数方程模拟细根和草根的分解过程,拟合程度较好(R2＞0.9,P＜0.01),分解50%所需的时间分别为210、252、243和185 d.细根分解过程中,P、K、Mg的含量下降,N、Ca的含量增加.草根分解过程中,养分元素的含量都呈现出不规则的波动变化,整体上没有明显的规律性.在细根分解过程中,P、K、Mg的养分释放率与其干质量损失率的变化趋势相似,分解前期增加较快,随后上升趋于平缓,而N、Ca的养分释放率增加整体比较平缓,元素分解速率均以P最快,其次是K、Mg,而N、Ca最慢;而草根分解过程中N、P、K、Ca、Mg的养分释放率初期增加都比较快,随后趋于平缓,并且元素分解速率呈现不规则变化,其中Ca分解率最慢,其他元素的分解率相近.由于细根和草根在垂直分布上的差异,整个生态系统中,土壤上下层地下凋落物的主要种类也有所不同,因而有利于三倍体毛白杨+黑麦草生态系统的可持续发展.     

三峡库区马尾松细根分解及其养分释放

[目的]为认识马尾松细根对土壤养分库的贡献,[方法]本研究以三峡库区秭归县九岭头林场马尾松为研究对象,采用埋袋法进行细根分解实验,探讨0.5 mm、0.5 1 mm和1 2 mm细根的分解动态和养分释放(C、N、P、K、Ca、Mg)。[结果]结果表明:(1)细根分解368 d后,0.5 mm、0.5 1 mm和1 2 mm细根干重残留率分别为66.0%、72.0%和74.33%,且细根分解速率随直径增加而减小;(2)细根分解速率与土壤温度呈显著正相关关系(p0.05),与土壤湿度呈正相关关系(p0.05);(3)细根C、K和Mg元素迁移模式表现为释放,Ca元素表现为富集;(4)细根N、P元素在不同径级细根中迁移模式不同,0.5 mm细根N、P元素表现为释放,0.5 2 mm细根N、P元素在分解过程中出现富集阶段。[结论]马尾松细根分解与土壤温度和直径大小显著相关,其中分解与温度呈正相关,与直径呈负相关;在细根分解过程中,马尾松细根不同直径大小的不同养分元素的表现状态不一致,或富集,或释放。     

杨树刺槐混交林细根养分动态研究

对两树种细根在北京市潮白河沿河沙地加拿大杨 (2 7a生 )刺槐 (2 2a生 )混交林中的分解情况进行了研究 ,从细根养分循环角度探索了两树种混交协调生长的机理。结果表明 :(1)加拿大杨和刺槐林木细根的分解特点不同 ,杨树细根在分解前期的N、Ca、Mg元素浓度逐渐升高 ,P、K元素浓度则逐渐降低。刺槐细根分解过程中N、P、K元素浓度逐渐降低 ,杨树刺槐混交林细根混合分解中各元素含量变化介于两树种细根单独分解之间 ;(2 )细根的N、K、Mg年归还量以刺槐纯根最大 ,两树种混根次之 ,杨树纯根最小 ;(3)混交林中N素归还量的增加有利于改善杨树的N素状况 ,杨树细根的P素归还量大于刺槐细根 ,有利于改善刺槐的P素营养 ,混交林杨树与刺槐在细根N、P养分方面形成协调互补的关系     

黄泛平原区毛白杨中矿质元素的测定和分析

对毛白杨的根、干、枝、叶进行N、P、K、Si、Ca、Mg等矿质营养元素测定表明,矿质元素含量由高到低依次为叶、根、枝、干,各器官内矿质元素含量与土壤类型及养分、树木生长均有一定的关系,其中N、P、K含量与毛白杨生长表现明显正相关。根据土壤养分和毛白杨矿质元素含量的变化,可通过施肥,达到调整和控制林木生长的目的。     

三峡库区马尾松根和叶片的生态化学计量特征

[目的]对马尾松根系和叶片养分(C、N、P、K、Ca、Mg)进行研究,探讨生长季和非生长季根系和叶片的化学计量学特征和养分分配特征,以及根和叶片养分的相关性。[方法]本研究分别在2014年7月和11月,利用土柱法采集根样和高枝剪采集枝条第二节上的健康叶样,然后再进行室内测试分析。[结果]表明:(1)非生长季与生长季相比,根C养分含量、C:N和N:P比值均下降,N、P、K、Ca、Mg养分含量含量均增加。(2)根C养分含量随直径增大而增加,N、P、K、Ca、Mg养分含量随直径增大而减小。(3)径级、取样时间以及两者交互作用对根系C、N、P、K、Ca、Mg养分含量和C、N、P养分化学计量比存在极显著影响(P0.01),同时取样时间对粗根C、N养分含量以及C:N比无显著影响。(4)细根(2 mm)C和N元素含量存在极显著的负相关关系,N和P元素含量存在极显著的正相关关系,同时C:N比值和N:P比值变异分别由各自两元素含量共同决定;粗根(2 3 mm)C、N计量比值和N:P比值变异分别主要由N元素含量和P元素含量决定;(5)从地上叶到地下根,C、N、P、K养分含量呈减少趋势,Ca、Mg养分含量呈增加趋势。同时,根和叶片养分含量相关性较弱,除C、K养分之外。[结论]马尾松根系养分含量与叶片养分的关系较弱,且分别对各养分的相对需求量不同;与生长季相比,非生长季马尾松根系N、P、K、Ca、Mg含量显著增加;C、N元素和N、P元素的耦合关系只出现在细根中。     

京北山区板栗林生态系统养分元素含量特征分析

对北京北部山区板栗林生态系统5种主要养分元素N、P、K、Ca和Mg的含量测定的结果表明：地上各部分中不同养分元素在不同器官中的含量特点各不相同;但在根系中含量特征相同,即不同养分元素的含量均随着根系直径的增大而降低,且在根干中的含量最低。板栗林现存生物量5种养分元素贮存量为315．38kg/hm^2,在干中的贮存量最大,占养分总贮存量的36．75％,各器官中养分元素贮存量排序是干＞枝＞根＞叶＞花＞果苞＞果。5种养分元素中以Ca的贮存量最大,占总养分贮存量的33．45％,各元素贮存量排序为Ca＞N＞K＞Mg＞P。     

高寒沙地中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿细根分解动态特征

【目的】分析青海共和盆地1990年种植的中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿人工灌丛的细根分解状况,探讨不同径级细根分解规律、元素释放规律及其影响因素,评价2种锦鸡儿人工灌丛在共和盆地的长期适应性,为长期研究高寒沙地土壤碳循环和养分循环规律提供理论依据。【方法】利用埋袋法,比较不同径级(0~0.5、0.5~1和1~2 mm)细根经历489天分解期后的质量损失率和元素(C、N、P和K)释放率,研究分解速率与初始元素含量的相关性,总结2种锦鸡儿细根分解动态特征;运用非线性指数衰减模型拟合估算细根分解系数及分解50%和95%所需时间。【结果】2种锦鸡儿细根在前60天均快速分解,各径级细根质量残留率为53.28%~66.34%,122~367天进入缓慢分解阶段,367~420天分解速率缓慢上升,420天后细根质量显著下降,残留率为39.94%~58.20%;树种、径级和分解时间对细根质量损失率影响显著;中间锦鸡儿0~0.5、0.5~1和1~2 mm细根质量损失95%所需时间分别为17.18、14.96和12.57年,柠条锦鸡儿所需时间分别为27.35、26.41和14.77年;分解489天后,中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿细根C分别释放了56.34%~79.70%和44.37%~87.39%,N分别释放了62.73%~83.43%和54.41%~88.63%,树种、径级和分解时间的两两交互对元素释放率影响不显著。【结论】中间锦鸡儿各径级细根的分解速率和元素累积释放率均大于柠条锦鸡儿,即中间锦鸡儿的细根,尤其是1~2 mm细根向土壤中释放化学元素(C、N、P和K)的速率更快,更有利于土壤有机碳循环和养分循环,对高寒沙地土壤改良效益更显著。在高寒沙地应当选择中间锦鸡儿作为防风固沙、改良土壤的典型树种。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中K、Ca、Mg元素释放的影响

[目的]研究氮沉降背景下凋落叶分解过程中钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)元素的释放动态,揭示森林生态系统在氮沉降持续增加背景下养分元素的循环过程。[方法]在华西雨屏区天然常绿阔叶林中设置对照(CK)、低氮(L)、中氮(M)和高氮沉降(H)4个处理,以NH4NO3为氮源,采用尼龙网袋法对凋落叶进行模拟氮沉降分解试验,研究了凋落叶分解过程中K、Ca、Mg元素浓度及残留率,探讨氮沉降对凋落叶分解过程中养分释放的影响。[结果]经过1年的分解,模拟氮沉降显著抑制了凋落叶分解过程中K元素浓度的下降,显著促进了Ca元素浓度的下降,对Mg元素浓度无显著影响。在各处理中,K元素呈净释放模式,Ca元素表现为释放-富集的交替模式,Mg元素呈富集-释放模式,模拟氮沉降未改变凋落叶分解中K、Ca、Mg元素的释放模式。分解1年后,L、M和H处理的K元素残留率分别比CK高3.91%、10.27%和13.91%,模拟氮沉降显著抑制了凋落叶分解过程中K元素的释放;L、M和H处理的Ca元素残留率分别比CK低6.39%、6.51%和15.93%,模拟氮沉降显著促进了凋落叶分解过程中Ca元素的释放;L、M和H处理的Mg元素残留率与CK差异不显著,模拟氮沉降对凋落叶分解过程中Mg元素的释放无显著影响。[结论]模拟氮沉降未改变凋落叶分解过程中K、Ca、Mg元素的释放模式,但对凋落叶分解过程中K、Ca、Mg元素的释放速率产生了不同的影响。     

巨桉人工林凋落物数量、养分归还量及分解动态

研究四川洪雅县4种不同密度下巨桉人工林的凋落物量、养分归还量及分解动态.结果表明:巨桉人工林凋落物产量随密度增大而递增;4个巨桉人工林年凋落规律相似,5月是全年凋落物产量的高峰期,1月凋落量最低;4个巨桉人工林凋落物大量元素年归还总量分别为95.32、86.90、67.72和66.37 kg·hm-2,且N＞K＞Ca＞Mg＞P,叶是养分归还的主要组分,春夏两季叶养分归还量最大;枝、叶的平均年失重分别为18.2%和36.1%,分解系数分别为0.176～0.214和0.383～0.445,半衰期分别为3～4年和1～2年,周转期分别为14～17年和6～8年.5种元素释放率大小顺序为Mg＞Ca＞K＞N＞P,养分归还1年后,P出现富集,N先富集后释放,大部分K、Ca、Mg被释放.     

不同年龄三倍体毛白杨纸浆林养分循环特征

以4个不同年龄的三倍体毛白杨纸浆林为对象,开展了养分积累及归还的研究,结果表明,随着年龄的增加,三倍体毛白杨纸浆林存留的N、P量相应增加,乔木层存留比例达95%以上;另外,通过地上凋落物、地下细根归还的N、P量也相应增加。地上凋落物归还的养分大于地下细根,需要在生产中采取措施加以保护并促进其分解。由于三倍体毛白杨归还的养分少于吸收存留的养分,因此林地土壤中N、P的总量呈现亏损状态,并随年龄的增加而增加,其中N的亏损从3年时亏损0.54%,到7年时亏损1.92%,P从3年时亏损0.35%,到7年时亏损0.52%,说明生产中要维持林木的生长,提高并改善立地生产力应补充养分来源;从不同年龄三倍体毛白杨林分的养分循环系数来看,年龄在3年、5年、6年、7年时N的归还率分别为0.347 5、0.458 5、0.488 1、0.467 8,P的归还率则分别为0.184 7、0.296 6、0.267 5、0.242 9。因此对三倍体毛白杨纸浆林来说,目前的经营措施有可能引起长期立地生产力下降,需要采取保护落叶、补充有机质来源和施肥等综合措施来提高生产力,确保纸浆林的可持续高产。     

Root Ecological Niche Index and Root Distribution Characteristics of Artificial Phytocommunities in Rehabilitated Fields

In the implementation phase of the Conversion of Cropland to Forest and Grassland (CCFG) project in China, it is important, from a scientific point of view, to recognize phytocommunities’ characteristics, species compatibility, and ecological function. The ecological niche that roots occupy, their abundance and distribution, and the factors that affect them must be acknowledged. Following the methodology of community ecology, the total root mass of a phytocommunity is measured as cubic volume. Root biomass, length, and the number of roots in every diameter class, for each soil layer and for each plant species, are regarded as observation variables. In the first instance therefore, a new method to calculate the root ecological niche index (RENI) is proposed, embracing the entire phytocommunity of plantations. Using the new method, the roots of phytocommunities in Datong County, Qinghai Province (one of the counties selected for the national CCFG experiment), are dealt with in this paper. The results show that most of the vertical distributions of plant roots belong to the type wherein the roots are concentrated in the topsoil layer (0–20 cm), far more than those in the lower soil layers. The RENI of phytocommunities is higher than that of pure stands or monocultures. The distribution of RENI by root diameter can be divided into four types: J-type, inverse J-type, recumbent S-type, and U-type. RENI is positively correlated with the wet biomass of aboveground level stems, branches, and plant leaves, and with the species richness of phytocommunities. Although the RENIs of plantations in rehabilitated fields are a little lower than those of natural forests, they are higher than those of cultivated crops. The RENIs of three community types (Picea crassifolia + Hippophae rhamnoides ssp. sinensis, H. rhamnoides ssp. sinensis, and P. crassifolia) in rehabilitated fields benefit greatly from the restoration project. The implementation of the CCFG project is important for the increase in RENI and the multiple functions of plant roots. Translated from Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(3) (in Chinese)     

树木根系分布与结构研究方法综述

根系是树木生长发育的基础。开展树木根系分布和结构研究,有利于探究根系与地下环境的相互联系,研究根系分布与生长之间的关系,了解生物地球化学循环中的碳素平衡与循环。文中简要综述了根系研究的历史,分析了树木根系研究的传统方法及其优缺点,介绍了根系无损检测的新方法和新手段。分析认为,根系分布与结构的相关研究方法在不断进步,但新技术和新手段仍存在局限性,还有待进一步改进。     

植物细根生产和周转研究进展

细根是植物根系最重要的组成部分,作为衡量植物生产力的重要因素,对森林生态系统生产力具有重要影响。前人研究表明,细根的生产与周转对细根的寿命、分解和生物量估算具有重要意义,并且会影响森林生态系统碳、养分和水循环过程。文中系统阐述了细根生产和周转的研究进展,介绍了细根的3种主要研究方法（根钻法、内生长法和微根管法）,进一步分析细根生产和周转的影响因素,即除了受植物内在因子（细根构型、根序和化学组成）的制约外,细根生产和周转还受到纬度、海拔、气候、土壤条件、土层深度等环境因子及生物因子的影响;探讨了在植物细根研究中存在的问题,并对今后的发展趋势进行了展望,以期为植物细根深入研究和根系生态学学科发展提供参考。     

Root length and nitrate under Sesbania sesban: Vertical and horizontal distribution and variability

Measurements of root and nutrient distributions in agroforestry systems have often been obtained from unreplicated plots. We, therefore, measured the vertical and horizontal distribution of root length and soil nitrate in replicated plots of sesbania [Sesbania sesban (L.) Merr.] to assess plot-to-plot variation and identify appropriate sampling schemes. Sampling was on profile walls exposed from pits at two on-farm sites (Ochinga and Muange) in Kenya. At Ochinga, soil was sampled at 27 0.15-m depth intervals and eight 0.15-m-wide locations perpendicular to 2.25-m-wide rows of 19-month-old sesbania. At Muange, sampling was 18 months after establishment of sesbania from seedlings with a 1 m by 1 m spacing. Soil was sampled at 17 0.15-m depth intervals and nine 0.15-m-wide sampling locations – one exactly below the tree and four each on opposite sides of the tree. Root length density generally decreased with distance from sesbania and with soil depth. Soil nitrate, however, followed different trends in the four replications at Ochinga and the three replications at Muange. At Ochinga, nitrate above 2.5-m depth clearly increased with distance from the tree in two replications but followed no distinct trend in another replication. At Muange, nitrate above 1.2-m depth decreased with distance from the tree in one replication, increased with distance from the tree in another replication and followed no clear trend in another replication. The suitability of various sampling schemes for measuring root length and nitrate was accessed from percent bias between measured values at sampling locations in the scheme and actual values for an entire transect of sampling locations. Bias associated with selection of sampling locations tended to be higher within the 2.25-m-wide sesbania rows than the 1 m by 1 m sesbania spacing. Soil sampling in systems with rows of young trees should be at several locations along a transect perpendicular to tree rows in order to minimize bias. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

植物根系生物学研究进展

根系生物学是近十几年来兴起的一门专门研究植物根系的前沿学科,研究领域涉及形态学、生理学、发育生物学、分子生物学、遗传学等多个学科。根系生物学是重要的生态和农业指标,对于保护和利用植物资源、改良植物遗传品质和提高植物生产力具有重要的指导作用。文中从根系构型、根系生长发育与环境、根际、根系解剖结构以及根系遗传改良等方面总结归纳植物根系生物学的研究进展,阐明根系生物学的研究意义,在探讨当前根系生物学研究存在问题的基础上提出今后研究建议。     

4种退耕模式细根(草根)分解及N动态

采用原状土芯法对光皮桦与扁穗牛鞭草复合模式(HN)、光皮桦人工林(H)、扁穗牛鞭草(NC)、柳杉人工林(LS)4种退耕模式细根(草根)分解、影响分解的质量指标及N动态进行研究.结果表明:各模式细根(草根)分解速率符合Olson单指数分解模型,年分解常数(k)分别为1.06,0.93,1.32,0.86,分解1年后干质量损失率分别为65.49%,60.55%,73.32%,57.51%.在1年研究期内,各模式细根(草根)分解过程中的C/N与细根分解速率呈极显著负相关(P≤0.01),与N含量无关,其中光皮桦细根分解速率还与C含量有关.分解90天后,各模式细根(草根)木质素含量与分解速率关系分别为,H,LS呈显著负相关(P≤0.05),HN呈较弱负相关(P=0.087),NC不相关(P=0.279).分解1年后N初始含量最高的HN具有最高的N释放率,N初始含量最低的LS具最低的N释放速率,4种模式N释放速率大小顺序为HN(70.12%)＞H(56.49%)＞NC(46.67%)＞LS(21.76%),N初始含量高是导致此现象的原因.     

白桦根系生物量与生产力研究

以内蒙古大兴安岭根河林区白桦根系为研究对象,利用解析木法与全部挖掘法测定不同树龄白桦根系生物量,研究白桦根系生物量的分配规律,结果表明:白桦根茎比在(0.1449±0.0439)~(0.0930±0.0090)之间变动,且随树龄增大呈减小的趋势;各龄组白桦根系小根生物量占比均较少,占比为2%~5%、中根占比为16%~26%、大根与粗根占比合计为60%~80%,证明大根与粗根是根系生物量的主要贡献者;随树龄增大,大根生物量占比不断减小,而粗根生物量占比不断提高,这可能是根系平周生长的结果。基于20株解析木数据,建立了白桦根系生物量回归模型、白桦根系生物量累计生长模型、白桦根系生物量连年生长模型,各模型均具有较高精度,在内蒙古大兴安岭林区具有可用性。     

香荚兰不定根诱导试验

用５种培养液：１／２ＭＳ、１／２ＭＳ＋ＩＡＡ、１／２ＭＳ＋ＰＰ３３３＋ＩＡＡ、ＡＢＴ１号生根粉及对照，作香荚兰蔓段诱导不定根发生和生长试验。经２０ｄ培养，１／２ＭＳ＋ＰＰ３３３＋ＩＡＡ培养液诱导不定根发生率最高，新根生长最好。试验观察到，ＰＰ３３３和ＩＡＡ在一定浓度配比下，对香荚兰有明显诱导生根作用。     

森林细根生产和周转的影响因素

细根在森林生态系统碳平衡和养分循环中具有重要作用。随着全球碳循环研究的开展, 作为森林生态系统中土壤碳的主要来源, 对细根的研究受到了广泛关注。在系统分析国内外大量研究报道的基础上, 文中对影响细根生产和周转的非生物因素(土壤养分、温度、土壤水分及CO₂浓度)和生物因素(土壤生物、细根形态及林分特征)进行总结和评述, 分析根系研究中存在的问题, 对今后的研究方向提出展望。     

Influencing Factors of Fine Root Production and Turnover in Forest Ecosystem

Fine roots（≤2mm in diameter） play important roles in carbon balance and nutrient recycling in forest ecosystem.With the development of the study on global carbon cycle,fine roots have attracted considerable attention as the main source of soil carbon in forest ecosystem.On the basis of synthetic analysis of research reports in domestic and foreign literatures,we summarized and elaborated the major abiotic and biotic factors that control fine root production and turnover.The environmental factors included soil nutrient,soil temperature,soil moisture and the CO₂ concentration.Soil organisms,fine root morphology and forest stand characteristics were discussed as biotic factors in this paper.Finally,we defined the problems arising in root system research and prospected the future research direction.