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.     

刺槐人工林细根垂直分布模型的研究

对陕西安塞县刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林细根的垂直分布特征进行详细调查,以细根表面积为指标建立了在土壤入渗水和深层土壤水混合作用下的刺槐细根垂直分布模型S=AhB(C Dh Eh2 Fh3),式中:A、B、C、D、E、F为经验系数,其中A＞0、B＞0、F≠0;S为从地表到一定深度的细根表面积(cm2·dm-3);h为土壤深度(cm).该模型可以从理论上确定细根分布的最大深度hmax和细根分布达最大值时的土壤深度hp,以及土壤入渗水对根系生长影响的最大深度hq,hq可以近似的作为土壤入渗水和深层土壤水对细根生长影响的分界点.根据刺槐细根的垂直分布模型,刺槐林下土壤水分在剖面上的垂直分布可以分为3个层次:第1层水分活跃层,从土壤表层到hp处,该层受降水影响最大;第2层土壤水分衰减层,位于hp～hq之间,该层受降水的补给程度变化较大,水分与细根垂直分布有相同的变化趋势,大体均是从hp到hq逐渐减少;第3层土壤水分相对稳定层,位于hq以下,在这一深度以下土壤含水量相对稳定.运用该模型可解释细根分布与土壤水分之间的关系,揭示黄土高原地区普遍存在的土壤干化现象的成因,为生态脆弱的黄土高原地区进一步贯彻适地适树提供理论依据.     

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。     

退化红壤重建森林生态系统初期细根生物量及其动态变化研究

以江西泰和严重退化红壤地区重建的4种不同类型森林为对象,初步研究了细根生物量、分布特征、季节变化动态及其与土壤水分、温度的关系,结果表明:1)各重建模式的土壤细根现存生物量顺序为:针阔混交林>阔叶林>针叶林;2)细根垂直分布呈明显的层次性,主要分布在0～20cm土层内,占0～40cm土层内细根量的66.76%～80.64%;3)不同重建模式细根年生长动态呈单峰型,且季节变化较明显,在整个生长过程,针阔混交林的细根量大于阔叶纯林,针叶纯林细根量最少;4)土壤水分对细根生长变化的影响无明显规律;当土壤温度较低时,在0～20cm土层内随温度的升高而细根呈增加的趋势,20～40cm土层温度影响规律不明显。     

第2代杉木林土壤有机碳、全氮对细根分布及形态特征的影响

以20年生杉木人工林为研究对象,分析了杉木细根的生长分布情况及形态学特征.结果表明:第2代杉木人工林的土壤有机碳与全氮主要分布在0～30 cm土壤中,随着土壤深度的增加而明显减少;杉木细根生物量在不同土壤层次问差异显著,随土壤深度的增加而显著减少,主要分布在0～15 cm的表层土壤中,占总量的50.35%,15～30 cm层占30.04%,30～45 cm层占19.61%;细根表面积在不同层次土壤间差异不显著,主要分布在0～30 cm层中,为2.86m2·m-3,占总量的79.88%;随着土壤深度的增加,杉木细根比根长增加不明显;土壤有机碳含量与杉木细根生物量、比根长和根表面积密度之间相关性均不显著;土壤全氮含量与杉木细根生物量和根表面积密度之间存在明显的正相关,与细根比根长存在不太明显的负相关.     

平欧杂种榛细根空间分布特征

[目的]探讨单作系统下平欧杂种榛根系空间分布特征,揭示影响细根(吸收根,0d≤2 mm)分布的关键土壤因子,为平欧杂种榛的地下水肥高效管理提供理论参考。[方法]采用田间分层挖掘法和根系形态结构分析系统,研究平欧杂种榛根系径级构成以及垂直与水平分布特征。[结果]表明:平欧杂种榛根系主要由细根构成,其中,细根表面积和细根长度分别占测定总根系的60.8%和93.2%,表明平欧杂种榛只有维持足够庞大的细根表面积和长度才能摄取更多的养分和水分以保障正常的生长需求。垂直方向上,平欧杂种榛根系生物量密度、表面积密度和根长密度均随土层深度的增加呈先升高后降低的趋势,各根系密度参数最大值均在10～20 cm土层。水平方向上,平欧杂种榛根系生物量密度、表面积密度和根长密度均表现为随距树干基部水平距离的增加而减小,且各根系密度参数在水平距离上差异显著。细根密度的空间分布特征表明,距树干基部水平距离0～150 cm以内的0～50 cm土层为细根表面积和根长密度的集中分布区,二者分别占测定总细根的54.16%和48.83%。相关分析表明:平欧杂种榛细根表面积密度和根长密度均与土壤含水量呈极显著正相关,表明细根分布对土壤水分的响应敏感,细根"逐水性"特征明显。[结论]在平欧杂种榛单作系统下,从节水节肥的角度考虑,距树干基部水平距离0～150 cm以内的0～50 cm土层可作为土壤水肥管理的重要区域。     

苏北杨树人工林细根分布及其季节动态

在苏北4种杨树人工林栽培模式(宽窄行模式PK、片林模式PP、网格模式(PW)、网格台田模式(PT)下,采用土钻法对细根(≤2mm)的分布与季节动态进行研究.结果表明,对4 a生杨树孤立木,水平分布在距树干1 m处细根生物量最大;垂直分布随土层深度增加,细根生物量递减,0～10 cm细根生物量在PK模式和PP模式下,分别占总细根生物量的62.8%和60.8%,而在PW和PT模式下仅为43.4%和27.2%;细根季节动态在PW和PT模式下均表现为双峰型,采用配对t检验得到,两种模式间存在极显著差异(P<0.01).     

黄土丘陵区燕沟流域人工刺槐林的细根空间分布特征

对黄土丘陵区燕沟流域10年生人工刺槐林的细根生物量、比根长、根长密度和根面积指数的空间分布特征,以及这些根系参数与土壤物理因子(土壤含水量、土壤温度和土壤密度)的关系进行研究。结果表明:1)人工刺槐林细根在0～180cm土层中随深度呈层次性衰减(a,b,c,d,e);其中,细根生物量、根长密度和根面积指数等随深度变化均可用负指数函数描述,根系集中分布在0～60cm土层,峰值都在0～20cm土层,该土层3项指标分别占各自0～60cm土层总量的42.72%,44.44%和47.14%;比根长随深度增加衰减趋势较弱,在80～140cm土层中出现反复,其随土层深度的变化可用三次多项式描述。2)细根生物量、根长密度和根面积指数等均随距树干基部的距离增加而减小,比根长在0～40cm随距树干距离增加而增加,在40～80cm达到最大值,120～160cm内最少。3)根系分布受环境因子影响,其影响程度依次为:土壤温度>土壤含水量>土壤密度,建立根系参数与土壤物理因子的多元线性回归模型,模型均达到95%以上显著水平。     

黄土高原刺槐林细根生长与土壤水分的耦合关系

2007-06—2008-04,采用土钻法在黄土高原地区安塞县和泾川县刺槐人工林调查刺槐细根和土壤水分,发现刺槐细根表面积密度和土壤水含量随土层深度的变化有相似的趋势,建立细根表面积密度和土壤水含量随土层深度和时间(月份)变化的耦合模型S=pesin(π/6 t-m).W a e-bh。经验证,该模型能够很好地描述黄土高原地区刺槐细根生长与土壤水分之间的耦合关系,可反映细根生长和土壤水分随时间的周期性变化;模型参数a的值介于0和1之间,表明刺槐根系生长仅利用了一部分土壤水分,不会造成研究区域刺槐林地土壤的干化。     

黄土高原刺槐人工林根系分布与土壤水分的关系

对黄土高原丘陵沟壑区4种典型立地下刺槐人工林根系分布与土壤水分的关系进行了研究.结果表明:阴坡、半阴坡的细根(直径≤1 mm)在400 cm土层中的分布较为均匀,半阳坡和阳坡的细根集中分布在0~100 cm土层中,在200~400 cm土层中分布较少;各立地输导根(直径>1 mm)在分布深度上存在差异,阴坡和半阴坡输导根分布较深,阳坡输导根分布均较浅,半阳坡分布较阳坡为深;各立地下刺槐根系的水平分布均较广,水平根单向延伸最大均在8 m左右.不同立地条件下土壤水分状况的差异是各立地根系尤其是细根分布差异的主要原因之一;各立地细根分布范围对土壤水分变化有较大影响,同时根系分布也会影响到土壤水分的季节变化.     

黄土高原刺槐细根生长模型的建立

林木根系垂直分布研究对于揭示根系生长对土壤水分的影响具有重要意义。通过数学模型描述根系的分布特征是研究根系在土壤中分布格局的有效方式。国内外虽然在这方面取得了许多研究结果,但大部分都是指数函数、幂函数、对数函数或多项式模型,难以反映细根特征值随土壤深度变化的状况     

陕北黄土高原人工刺槐林生长与土壤干化的关系研究

通过对陕北黄土高原南北 6个人工刺槐林样地进行标准地调查 ,结合树干解析与土壤含水量资料 ,分析了人工刺槐林树高、胸径、材积等指标的生长状况与土壤含水量亏缺的关系。结果表明 ,土壤含水量的亏缺程度与刺槐林的生长有明显的一致性。南部的宜君降雨充沛 ,土壤含水量基本没有亏缺 ,没有产生明显的土壤干化现象 ,相应刺槐林的生长状况良好 ,没有产生衰退迹象。随着降雨量的减少 ,从富县开始 ,土壤含水量发生了严重程度不一的亏缺现象。富县样地因水分亏缺而形成的干化层已影响到了人工刺槐林的生长 ,林分已有了衰退的迹象。样地吴旗、安塞、绥德和米脂则土壤含水量亏缺严重 ,形成了明显的土壤干化层 ,并且严重影响到了人工刺槐林的生长和发育 ,导致人工刺槐林成为低效低产林 ,限制了林分的生态防护效益 ,说明这些地区属于不适宜人工刺槐林生长的分布区。     

黄土高原半干旱区人工林刺槐展叶期树干液流动态分析

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4月26日至5月31日,在黄土高原半干旱区安塞县对人工林刺槐展叶期树干液流及其气象、土壤水分等6个指标进行连续测定.结果表明:刺槐展叶期可分为芽期、展叶初期、中期和全叶期.在芽期,刺槐树干液流速率日变化无明显昼夜波动;在展叶初期至全叶期日变化呈现出从微弱波动逐渐增大到趋于平稳的剧烈波动;在展叶中期以后液流速率表现为上升快、下降缓慢的单峰曲线;在全叶期平均峰值约为0.002 7 cm·s-1;树干液流速率与光合有效辐射强度、大气温度、水蒸气压亏缺和风速呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度依次为光合有效辐射强度>大气温度>水蒸气压亏缺>相对湿度>风速,且可用光合有效辐射强度和大气温度线性表达式来估测;土壤水分在展叶期呈逐渐减少趋势,但对树干液流的胁迫不显著;在展叶期刺槐单株日蒸腾耗水量随直径的增大而增大并与胸径呈良好的线性关系,可用来估算展叶期刺槐人工林蒸腾耗水量.     

刺槐林地产流特征及其土壤水分动态谐波分析

刺槐林是中国北方丘陵半干旱区典型的生态防护林树种之一。通过自然降雨径流场定位观测试验,本文对辽宁西部地区(1850-12225E,4024-4234N)刺槐生态防护林及其采伐迹地的产流、产沙特征和土壤水分动态变化规律进行了定量研究。采伐迹地与刺槐林地相比二者之间的产流量和产沙量存在显著差异,采伐迹地的产流量和产沙量比刺槐林地分别增加40%-177%和180%-400%。典型降雨产流水文过程线显示,刺槐林地径流峰值比采伐迹地低1.0-2.5?0-3m3穝-1,且径流峰值出现的时间比采伐迹地滞后10-20min。谐波分析表明,刺槐林地与采伐迹地土壤含水量随年内降水量变化分干、湿两季,呈周期性变化,刺槐林地土壤年平均含水量比采伐迹地高2.3%。研究结果表明:刺槐生态防护林具有涵养水源、增加土壤水分、减少地表径流与土壤侵蚀的重要作用。图2表4参12。     

水曲柳人工林细根季节动态及其影响因素

2002年5-10月,采用连续钻取土芯法对帽儿山实验林场的水曲柳人工林细根(直径＜1 mm)生物量、比根长(SRL)和根长密度(RLD)的季节动态,以及它们与土壤N的有效性、土壤10 cm深处月均温度和含水量的关系进行研究.结果表明:水曲柳细根生物量在春季和秋季分别具有1个明显的高峰,但比根长和根长密度只有1个高峰.在春季和夏季,比根长和根长密度较高,显示细根直径较小,而秋季,这2个参数显著下降,表明细根直径次生增厚或组织密度增加.细根的季节变化与土壤N的有效性、土壤温度和土壤含水量有重要关系.其中细根生物量与土壤铵态氮含量显著相关;硝态氮含量、10 cm深处土壤的温度和土壤含水量与细根的生物量、比根长和根长密度的季节变化正相关,但均不显著(P＞0.05).4种因子的综合作用对水曲柳细根各参数的影响均达到了显著水平.不同季节细根生物量、比根长和根长密度的变化,显示出细根在生长季不同时期具有不同的生理生态功能.     

Root order-dependent seasonal dynamics in the carbon and nitrogen chemistry of poplar fine roots

Fine roots play an important role in above- and belowground carbon (C) allocation in forest ecosystems. However, few studies have focused on the seasonal dynamics of fine roots with different branching orders. The objective of this study is to provide insight to the seasonal heterogeneity in roots of different orders within root hierarchies of poplar trees under different soil conditions. Three plots were established in high (plantation A) and low (plantation B) soil nutrient conditions. Fine roots were sampled in each of four seasons throughout one year. All sampled roots were classified into one to five groups depending on their branching order, and the dry biomass of living roots and the concentrations of C, nitrogen (N) and total non-structural carbohydrate (TNC) were examined. Low order (first- to second-order) roots demonstrated more significant seasonal dynamics than high order roots, and the biomass of first-order fine roots was positively influenced by soil temperature and moisture while the biomass of second-order fine roots was negatively affected by soil nutrient conditions. The different responses of fine roots to environmental fluctuations implied a high division of root function, even within low order roots. The C and N chemistry of poplar fine roots also differed significantly with branching order; element concentrations were lower in low order roots. Principal component analysis indicated that root order explained 98.2% of the variation in fine root chemistry. Moreover, the first-order roots in plantation A had greater C but less TNC concentrations than those in plantation B, suggesting that C allocation in low order roots may be more responsive to soil nutrient conditions. The allocation of C and N also exhibited significant seasonal dynamics (p < 0.05); the TNC concentration was highest in winter, whereas C:N ratios were significantly lower in the summer and fall in each order of fine roots (p < 0.05). All these results suggest that branching order may be related to root growth and photoassimilate allocation, which should receive greater attention in future studies on C and N fluxes in forest ecosystems.     

林分年龄对落叶松人工林细根生物量的影响

【目的】随着森林的发育过程,林木个体的生长和生物量分配,以及林分水平的结构和功能均发生了明显的变化。然而,细根生物量与林分年龄的联系,目前仍然了解有限。本研究以黑龙江省帽儿山地区兴安落叶松人工林为研究对象,比较了同一林分在19年和32年生时林分水平(单位面积)和单株水平细根生物量的垂直分布和季节动态,分析了影响细根生物量变化的林分与土壤因子,旨在明确林分年龄对细根生物量的影响和潜在的机制。【方法】在生长季内的5月、7月和9月,采用土钻法获取土壤0~30 cm深度细根并测定生物量,同时测定林分特征和土壤养分和水分含量。【结果】随林龄增加,落叶松人工林单位面积细根生物量显著下降,而单株细根生物量变化不显著;与19年生林分相比,32年生林分土壤表层(0~10 cm)细根生物量占总细根生物量的比例明显下降,土壤亚表层(10~20 cm)和底层(20~30 cm)细根生物量所占比例增加,呈现出细根向深层土壤增生的趋势。土壤表层(0~10cm)单位面积细根生物量随林分年龄的变化趋势与林分密度和胸高断面积、土壤铵态氮浓度变化有关,但是单株细根生物量受林分和土壤因子的影响均不显著。【结论】林分发育过程中,落叶松细根生物量降低,细根的资源吸收策略发生了明显的改变。     

Spatial and temporal patterns of fine root abundance in a mixed oak-beech forest

Spatial distribution and seasonal fluctuation of fine root density (mass per unit soil volume) and abundance (mass or surface area per unit ground surface area) were investigated by the sequential coring technique in a 100–220 year old mixed Fagus sylvatica-Quercus petraea stand on acidic sandy soil in northwest Germany. The fine root systems of the two co-existing species overlapped completely with beech roots being twice as abundant as oak roots. Since Fagus and Quercus occupied equivalent parts of the canopy volume, oak appeared to be under-represented in the below-ground space. There was evidence for some degree of below-ground niche partitioning between the species in both the vertical and the horizontal direction. Oak fine roots were found to be more superficially distributed than beech roots in the organic layers, indicating a vertical stratification of the root systems of the two species. In the forest floor, fine roots were more abundant in the vicinity of aok stems where thicker organic layers occurred. However, this distribution pattern was not a consequence of a greater abundance of oak roots close to their parent stem, but was due to a higher frequency of beech roots here.