中國東北主要造林樹種細根壽命及影響因子研究.pdf

1、樹木細根(直徑<2mm)的生產和死亡過程(即周轉),對森林生態(tài)系統(tǒng)碳(C)分配格局和養(yǎng)分循環(huán)過程具有重要影響。細根的壽命(從出生至死亡的時間),是準確估計細根周轉的重要參數。然而,由于概念與研究方法的限制,導致人們對細根壽命與周轉過程及影響因素,還缺乏全面的了解。中國東北部的溫帶森林,分別占全國森林總面積和蓄積量的35.3％和34.5％,在區(qū)域和全球尺度的C平衡中發(fā)揮著重要的作用。因此,在該地區(qū)開展樹木細根周轉及影響因素的深入研究,對于

2、準確估計區(qū)域水平上的森林C儲存與釋放,具有重要的意義。為此,本研究以中國東北5個典型造林樹種的人工同齡純林(1986年造林),即胡桃楸(Juglans mandshurica)、黃波羅(Phellodendronamurense)、紅松(Pinus koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、和紅皮云杉(Picea koraiensis)為研究對象,在2年的時間里(2008-2009年

3、),采用微根管(Minirhizotron)技術定量研究了細根的生產和死亡過程,估計了細根的壽命,同期測定了相關環(huán)境因子與細根的結構與生理特征。主要目的是:(1)揭示5樹種人工林細根的生產和死亡的季節(jié)格局,確定哪些環(huán)境因子對中國東北溫帶森林細根周轉過程具有重要的影響；(2)估計和比較不同樹種細根壽命的差異,探索細根直徑、根序(個體根在根系分支中的位置)、細根出生的季節(jié)和土壤深度對細根壽命的影響和潛在的機制；(3)結合同期水曲柳(Frax

4、inus mandshunca)和興安落葉松(Larix gmelinii)的研究結果,選取生理功能一致、具有種間可比性的1級根為研究單元,探索細根壽命與其他根系結構、生理特征在樹種之間的關聯(lián)性。研究結果表明:
　　 1、細根總根長的生產量在種間存在明顯差異。5樹種細根生產均表現為春、秋季低,夏季高的季節(jié)格局。云杉年根長生產量最大,2年平均生產量為1.41 mm cm-2 a-1,而黃波羅生產量最低(0.23 mm cm-2 a

5、-1),其余樹種根長生產的大小順序為紅松<胡桃楸<樟子松。細根的死亡與生產過程是同時發(fā)生的。但與生產不同,總根長的死亡量高峰存在樹種及年際間的差異。不同直徑大小(0-0.5 mm,0.5-1.0 mm,>1 mm)細根類群的生產過程與總根長的季節(jié)的動態(tài)類似,但是細根的死亡動態(tài)隨直徑大小出現差異?；貧w分析顯示,細根總根長的生產量與大氣溫度、土壤溫度(10 cm深度)和降雨量存在不同程度的相關性,大氣溫度對根長生產量的影響最強,而降雨量的影

6、響最弱。在不同直徑細根類群中,以直徑0-0.5 mm根群同環(huán)境變量的關系最密切,表現出與環(huán)境變量之間的普遍相關(出現相關性的頻次高),以及較高的回歸方程決定系數。但是,總根長及不同直徑根長的死亡量與環(huán)境變量的聯(lián)系均很弱。
　　 2、不同樹種細根壽命存在著顯著的差異。其中紅松壽命最長(平均壽命=434天),而黃波羅壽命最短(平均壽命=279天),但常綠針葉樹種(紅松、樟子松和云杉)與落葉闊葉樹種(胡桃楸和黃波羅)之間并沒有恒定的區(qū)

7、別。多變量回歸(Cox比例風險回歸)分析顯示,不同生活型樹木細根的壽命也沒有明顯的區(qū)別。存活分析顯示,隨著直徑增加、根序增高、出生土壤深度增大,細根壽命普遍有延長的趨勢,而且夏、秋季出生的細根傾向于比春季細根壽命長(Log-rank test方法)。但在控制其他因素影響條件下,Cox比例風險回歸分析表明,僅針葉樹細根壽命隨著直徑增加而顯著地延長；根序對樹種細根壽命增加的作用僅在云杉中是顯著的；而出生季節(jié)和土壤深度的影響相對普遍,5個樹種

8、中,有3個樹種的夏、秋季節(jié)出生細根比春季具有更長的壽命,有4個樹種細根壽命隨著土壤深度增加而延長。
　　 3、種間1級根壽命、形態(tài)、組織化學和生理特征分析顯示,常綠針葉樹種(紅松、樟子松和云杉)并沒有比落葉闊葉(水曲柳、胡桃楸和黃波羅)或落葉針葉樹種(落葉松)的根系壽命長。所有針葉樹種均具有較高的組織密度,低的N含量、N:C比和維持呼吸速率。各根系特征在樹種之間的變異程度不同,單根長度的變異系數最大(CV=0.701),而N:C

9、比則具有最小的變異(CV=0.156)。種間1級根壽命與其他形態(tài)、組織化學和生理特征之間均不存在顯著的相關性。但是,比根長(1 g根干生物量的長度)與分支比之間,N含量與N:C比和維持呼吸速率三者之間,均顯示出顯著的正相關根系(p<0.05)；而組織密度與N含量、N:C比或維持呼吸速率之間,直徑與比根長、分支比之間,均表現出顯著的負相關關系。
　　 總之,本研究證實,溫帶地區(qū)樹木細根生產與死亡過程具有明顯的季節(jié)動態(tài)。相比較,細根

10、的生產受到環(huán)境因素,特別是大氣溫度的強烈影響,而死亡受環(huán)境因素影響較弱。直徑細小、以吸收功能為主的細根組分對環(huán)境變化最為敏感。樹種水平上,細根的壽命受內在與外在因素的共同影響。各樹種低級根(前2或3級)之間壽命差異較小,暗示了這些細根個體傾向于作為一個整體同時死亡,因此具有模塊(module)特征。季節(jié)和土壤深度對細根壽命具有普遍影響,但是細根結構及個體的發(fā)育與壽命的聯(lián)系仍然值得深入探索。種間細根壽命的變異具有一定的獨立性。根系不同結構