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。     

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。     

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7.734 9 t·hm-2,其中活细根和死细根分别占91.5%和8.5%,并且毛竹林0～20 cm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4.864 7～10.796 4和0.353 8～1.005 7 t·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6.895,0.312 4 t·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。10~20cm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54.51g·m–2,群落细根生产量为58.64g·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、50~60cm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、83.60g·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。     

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.     

中国森林生态系统细根分解格局及调控因子研究进展

细根分解是森林生态系统地下生态过程的关键环节,在C和养分循环发挥着重要作用。细根分解过程及其调控因素的研究对揭示全球碳循环和森林生态系统功能具有重要意义。细根分解受底物质量、环境因素和土壤微生物等许多因素的影响,在区域尺度上表现出不同的变化格局。我们选取了国内近年来具代表性的细根分解文献,分析了中国不同森林生态系统细根分解的空间格局,对调控细根分解的主要因子进行了综述。同时,针对目前细根研究的现状,展望了细根分解的研究方向和研究难点。     

西双版纳橡胶林细根生物量及其周转

用土钻法研究了西双版纳橡胶Hevea brasiensis林0～20cm土层中≤2mm细根的生物量和生长量,用分解袋法研究了橡胶林细根的分解,结果表明:0～10cm的细根生物量显著高于10～20cm的细根生物量(p<0.01);在0～20cm土层中,橡胶林活细根和死细根现存量分别为2 206 kg·hm~(-2)和345 kg·hm~(-2);活细根现存量的最大值出现在5月份,最小值出现在11月份;死细根现存量的最大值出现在2月份,最小值出现在8月份;年分解量、年死亡量、年生长量和年周转率分别为213 kg·hm~(-2)、733 kg·hm~(-2)、1 801 kg·hm~(-2)和82%。     

长白山阔叶红松林群落的细根现存量及养分内循环

细根(直径≤2mm)是植物吸收水分和养分的重要器官,细根通过呼吸作用和周转过程向土壤输送有机质(Jackson et al.,1997;王政权等,2008)。细根生物量虽然仅占植物体总生物量的5%左右,但由于细根生长和周转迅速,其生长量可占森林初级生产力的50%～75%(Nadelhoffer et al.,1992),每     

影响森林细根分解的机理研究进展

细根是森林地下生态系统的重要组成部分,其生产、周转和分解构成土壤与生物间的物质循环,是陆地生态系统C和养分循环的重要环节。细根分解的影响因素总体来讲包括植物本身和环境因素,每个影响因子各自独立成体系,又彼此紧密联系。以往的研究基本上都是各因素相互独立的研究。本文根据国内外近几十年来树木细根分解的研究现状,对细根分解所受的影响因子进行了综述,旨在进行纵向比较,得出细根分解目前的研究进展和动态,探讨影响细根分解因素的作用机理;总结当前存在的问题,并对细根分解研究方向进行了展望,为我国细根分解研究的深入开展提供良好借鉴。     

林火对土壤细根系生物量影响的研究

通过对大兴安岭新林林业局 2 0年不同年份 10块火烧迹地进行调查取样和室内分析 ,发现不同年限不同强度的火烧迹地土壤中细根系 (直径 <2 m m)生物量的变化不同 :( 1)火烧后 ,细根系的生物量均有所增加 ,且高强度火烧后增加最显著 ,其次是低强度火烧 ,中强度火烧最不明显 ;( 2 )低强度火烧 ,当年细根系生物量增加最多 ,以后逐年下降 ,至火烧 6年后基本达到未烧前的水平 ,以后随着火烧后年限的增加 ,细根系生物量又有逐年增加的趋势 ;中强度火烧对细根系生物量增加的影响呈现不规律的变化 ;而高强度火烧对细根系生物量的影响除了在当年比较显著以外 ,在火烧 10年、 2 0年后最显著 ;( 3 )无论何种强度的当年火烧迹地 ,一场雨过后 ,细根系生物量增加都是最明显的     

福建柏和杉木人工林细根生产力、分布及周转的比较

对福建三明福建柏和杉木人工林细根生产力、分布及周转进行了为期 3年的研究 ,结果表明 ,福建柏年均细根生物量达 389 7g·m- 2 ,是杉木林 (2 77 2g·m- 2 )的 1 4 1倍 ;活细根年均生物量达 2 16 3g·m- 2 ,是杉木林(14 8 4g·m- 2 )的 1 4 6倍 ;<0 5mm细根生物量 (2 4 2 2g·m- 2 )则是杉木林 (12 4 7g·m- 2 )的 1 94倍 ,其占总细根生物量比例 (6 1 2 % )比杉木林 (4 5 0 % )的高出 16 2 %。福建柏和杉木细根垂直分布在 0～ 10cm土层差异最大 ,该层福建柏总细根密度 (14 4 2g·m- 2 )是杉木 (70 2g·m- 2 )的 2 1倍。福建柏林活细根生物量 1年只出现 1次峰值 (3月 ) ,而杉木林活细根则出现 2次 (3月和 9月 )。福建柏不同径级细根第 1年分散速率及分解系数均低于杉木的。福建柏林细根年净生产量 (32 0 2g·m- 2 a- 1 )和细根年死亡量 (32 6 5g·m- 2 a- 1 ) ,分别是杉木林 (2 5 1 3和 2 4 9 2g·m- 2 a- 1 )的 1 2 7倍和 1 31倍。福建柏细根年均周转速率为 1 4 8a- 1 ,低于杉木林的 (1 6 9a- 1 )。福建柏和杉木细根生物量分别仅占其乔木层生物量的 1 70 %和 1 18% ,但细根净生产力却分别占其乔木层总净生产力的 19 84 %和19 2 1% ,细根年死亡量分别占地上部分凋落物量的 4 8 74 %和 5 1 0 0     

马尾松细根与土壤养分含量研究

应用根钻法研究黔中12年生马尾松(Pinus massoniana)林下不同层次土壤(0～20 cm和20～40 cm)细根的分布情况及土壤养分含量的分布,并做了相关性分析.结果表明,马尾松细根单位面积生物量、根长密度及比根长在0～20 cm土层明显高于20～40 cm土层,在0～20 cm土层中单位面积根量是20～40 cm土层的3～6倍;土壤中养分含量也随着土壤深度的增加逐渐减少;马尾松根系生物量、根长密度及比根长与土壤中有效性养分存在显著正相关关系;细根生物量、根长密度与马尾松胸径呈显著正相关关系;养分含量对生物量、根长密度的综合影响存在显著线性相关性(R~2=0.903、0.917),土壤养分(0～20 cm、20～40 cm)对马尾松胸径存在显著或极显著线性相关关系(R~2=0.878、0.934),与树高线形相关性不明显.     

刺槐细根面积的动态变化研究

在陕北黄土丘陵沟壑区的安塞县,采用生长季内连续钻取土芯法进行根系调查取样,研究刺槐细根面积的动态变化,结果表明:东南坡与西北坡刺槐累积细根面积存在显著差异。西北坡刺槐累积细根面积大于东南坡,分别为东南坡的1.58倍(4月)、1.86倍(7月)和1.24倍(10月)。同时,东南坡与西北坡刺槐累积细根面积都表现出10月>4月>7月的动态变化。东南坡与西北坡刺槐细根面积在各土层所占比例具有一定的差异。但是,不同坡向刺槐细根垂直分布的动态变化趋势基本相同。无论在东南坡还是西北坡4月和10月约70%的细根分布在0～150cm土层,30%分布在160～250cm土层。7月约80%的细根分布在0～150cm土层,20%分布在160～250cm土层。不同月份间,刺槐细根面积在0～40cm土层所占比例变动较大,而40～150cm土层变动较小。刺槐细根面积垂直分布的动态变化与剖面土壤水分的动态变化相吻合。     

毛白杨农田防护林带细根分布特征

研究了无断根沟的17 a生一路双行毛白杨农田防护林的细根特征。结果表明,在距林带5.0m范围和100 cm深农田内的单位土体细根特征值为:根重92.20g/m3,根长641.01m/m3,根表面积1.058 8m2/m3,根体积103.7 cm3/m3,根尖数301 481个/m3。农田内的各细根特征值都随距林带的距离的增加而降低,基本上随着土壤深度先增加后降低,较高值出现在距林带1.5m范围内的20~40 cm或40~60 cm土层,在1.5m到3.0m的区间迅速或明显降低,在3.0m或5.0m以外则缓慢降低并且细根特征的最大值上升到10~20 cm土层。由此可见,根系胁地最强的范围应在距林带3m以内。     

环境因子对树木细根生物量、生产与周转的影响

细根在森林生态系统 C平衡和养分循环中的重要作用已为大量研究所证实。树木有赖于细根吸收水分和养分,而细根对环境胁迫比较敏感,因此细根动态可指示环境变化,还可反映树木的健康状态。影响树木细根生产和周转的因子很多,本文在收集大量研究文献基础上,讨论了土壤养分、水分、p H值、温度等环境因子以及大气 CO2 增长对树木细根分布、生物量、生产和周转的影响,以期为我国开展细根生态学研究提供参考。     

Fine root biomass,distribution, and production in young pine-hardwood stands

Patterns of fine root biomass, production, and distribution were estimated for pure stands and mixtures of three-year-old loblolly pine (Pinus taeda L.) with red maple (Acer rubrum L.) or black locust (Robinia pseudoacacia L.) on the Virginia Piedmont to determine the role of fine roots in interference between pine and hardwood tree species. Estimates were based on amounts of live and dead fine roots separated from monthly core samples during the third growing season after planting. Live and dead fine root biomass and production varied by species, but mixtures of loblolly pine and black locust generally had greater fine root biomass and fine root production than pure stands or loblolly pine-red maple mixtures. Hardwood species had greater live fine root biomass per tree in mixtures with pine compared to pure stands. Greater live fine root biomass in pine-locust stands may be attributed to differential utilization of the soil volume by fine roots of these species. For all stands, approximately 50% of live five root biomass was located in the upper 10 cm of soil.     

锦鸡儿林草带状复合系统细根空间分异特征

以立地条件基本相同、林带完好、长势均匀的两行一带锦鸡儿林草带状复合系统(带距分别为4,6,8m)为研究对象,采用壕沟法对锦鸡儿根系进行分层挖掘取样,研究其在不同造林带距条件下的空间分异特征。研究显示:锦鸡儿根系生物量在水平方向上多靠近林带分布,与6m和8m带距系统相比,4m带距系统林地中部锦鸡儿根系生物量密度相对较高。锦鸡儿在林地中部土体的细根根长和表面积密度随带距增大而减小;带距分别为4,6,8m的系统中,锦鸡儿在4m带距系统整个样地土体中细根根长和表面积密度均处于相对较高的水平;而随带距增大,在0～40cm土层中,锦鸡儿平均细根根长密度、细根长度累计百分比、平均细根表面积密度和细根表面积累计百分比均呈减小趋势。因此,与4m和6m带距系统相比,在8m带距系统中,锦鸡儿细根较少地分布于表土层和林地中部土体中,林草主要资源利用层发生隔离,而且林地两侧锦鸡儿根系在林地中部较少发生接触,使得林草种间竞争和锦鸡儿种内竞争较为缓和;同时8m带距系统仍可有效防止林地发生风蚀,所以在我国西北干旱半干旱地区进行锦鸡儿林草带状复合系统建设时,采用8m带距较为适宜。     

对福建省林木良种基地发展的意见

本文针对林木良种基地的发展提出下列建议：（１）建立一育二繁良种生产新体制；（２）良种基地建设要适应林业产业多样性需要。林木改良工作应符合两个规律、满足三个要求、采用五多的办法，达到发展高产优质高效林业的目的。     

黄土高原不同水分生态区刺槐细根垂直分布的差异

以生长在陕西黄土高原半干旱气候区安塞县和半湿润气候区长武县的刺槐人工林为研究对象,采用土钻法获取根样,研究不同气候区刺槐细根的垂直分布特征.结果表明:两地刺槐细根分布差异较大,安塞县刺槐细根平均分布深度为250 cm,长武为200 cm;安塞阴、阳坡立地上刺槐细根表面积特征值分别是长武的5.06和8.29倍.无论是在阴坡还是阳坡立地上,安塞刺槐细根表面积特征值均在土壤表层0～20 cm处达到最大值,且随土层加深逐渐减小;长武刺槐细根表面积特征值峰值出现在较深的土层,阴、阳坡均在60 cm左右.安塞刺槐细根约80%分布于0～150 cm土层中,长武集中在0～100 cm土层.此外,两地刺槐细根表面积特征值阴坡大于阳坡.水分条件不同是造成这种差异的主要原因.模型S＝AhB(C Dh Eh2 Fh3)可以较好地拟合两地刺槐细根的垂直分布特征,安塞县不同立地的拟合决定系数R2均在0.94以上,长武县在0.80以上.     

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Ф0～1mm、Ф1～2mm、Ф0～2mm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（R^2〉0．9，P〈0．01），分解50％所需的时间分别为210、252、243和185d。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。