水曲柳落葉松人工林細(xì)根周轉(zhuǎn)與碳分配.pdf

1、本文以東北地區(qū)水曲柳(FraxinusmandshuricaRupr)和落葉松(LarixgmeliniiRupr)人工林為研究對(duì)象，采用不同方法估計(jì)細(xì)根周轉(zhuǎn)以及施N肥對(duì)細(xì)根周轉(zhuǎn)和C分配的影響；采用環(huán)割的方法控制C向地下部分的分配，研究C對(duì)不同根序和地上部分C、N分配格局的控制，探討C對(duì)細(xì)根周轉(zhuǎn)的控制機(jī)理。 水曲柳細(xì)根生物量、比根長(zhǎng)(SRL)和根長(zhǎng)密度(RLD)均高于落葉松。水曲柳、落葉松兩樹(shù)種細(xì)根周轉(zhuǎn)分別消耗總生產(chǎn)量的18％和

2、10％左右，光合產(chǎn)物不斷地向細(xì)根分配而消耗了大量的生產(chǎn)力，其中水曲柳細(xì)根周轉(zhuǎn)對(duì)生產(chǎn)力的消耗較多，這可能是水曲柳地上生產(chǎn)力低于落葉松的重要原因。施肥顯著降低了水曲柳活細(xì)根現(xiàn)存生物量，但死細(xì)根生物量沒(méi)有顯著變化，而落葉松活根和死根生物量均沒(méi)有因施肥而顯著下降或增加。水曲柳細(xì)根根長(zhǎng)密度在施肥樣地顯著下降，但落葉松兩年中細(xì)根根長(zhǎng)密度與生物量一樣均沒(méi)有因施肥而顯著改變。另外，施肥降低了兩樹(shù)種細(xì)根的比根長(zhǎng)，其中落葉松細(xì)根比根長(zhǎng)下降顯著，而水曲柳變化

3、不顯著。 水曲柳和落葉松細(xì)根生物量、根長(zhǎng)密度和比根長(zhǎng)季節(jié)上的峰值出現(xiàn)在不同時(shí)間，而且由于帽兒山地區(qū)各年氣候條件的差異，同一樹(shù)種在2003年和2004年的季節(jié)變化趨勢(shì)并不一致，但施肥不影響細(xì)根的季節(jié)動(dòng)態(tài)。水曲柳活細(xì)根生物量在春季有一個(gè)峰值，秋季的生物量回升不明顯，而落葉松活細(xì)根生物量在2003年和2004年兩個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)均出現(xiàn)兩個(gè)顯著的高峰。兩樹(shù)種2003年的死細(xì)根生物量峰值均在春季，而2004年則有兩個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在早春和晚秋，

4、死根生物量春季的峰值是由于冬季根系的死亡積累導(dǎo)致的。由于不同根序細(xì)根的比例在季節(jié)上的變化，細(xì)根的根長(zhǎng)密度與活細(xì)根生物量的季節(jié)變化規(guī)律不同，兩樹(shù)種兩年內(nèi)根長(zhǎng)密度的峰值均出現(xiàn)在6～8月的夏季，但各年各樹(shù)種出現(xiàn)的具體月份不同。兩樹(shù)種活細(xì)根生物量最大值與比根長(zhǎng)、根長(zhǎng)密度高峰值在季節(jié)上的不同規(guī)律說(shuō)明夏季細(xì)根的直徑相對(duì)較小，秋季的細(xì)根直徑相對(duì)較粗，反映秋季的細(xì)根與春季和夏季的細(xì)根具有不同的結(jié)構(gòu)成分和生理功能。 兩樹(shù)種細(xì)根周轉(zhuǎn)對(duì)施肥的響應(yīng)機(jī)制

5、不同，水曲柳施肥樣地細(xì)根年生產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)率平均值小于對(duì)照樣地，但差異不顯著；而落葉松施肥樣地細(xì)根年生產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)率平均值顯著大于對(duì)照樣地。施肥處理的時(shí)間對(duì)細(xì)根生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)的影響也不相同，施肥的第一年兩樹(shù)種平均生產(chǎn)量在施肥樣地和對(duì)照樣地之間沒(méi)有顯著差異，而施肥后的第二年，水曲柳施肥樣地的平均生產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)率顯著大于對(duì)照樣地，施肥則顯著降低了落葉松樣地的生產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)率。兩樹(shù)種處于相同的立地條件，對(duì)施肥響應(yīng)的差異主要是由物種本身生物學(xué)特性決定的。

6、 不同研究方法和計(jì)算方法估計(jì)水曲柳和落葉松兩樹(shù)種細(xì)根的生產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)率，結(jié)果表明同一生態(tài)系統(tǒng)中采用不同研究方法得出細(xì)根的生產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)率差異可達(dá)10倍，同樣采用根鉆法但計(jì)算方法不同，得出兩樹(shù)種生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)率差異達(dá)3倍左右。這個(gè)結(jié)果表明，在細(xì)根生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)研究中選取適當(dāng)?shù)难芯糠椒ɑ蛘卟捎枚喾N方法對(duì)比研究對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。 水曲柳各級(jí)別根序中可溶性糖、淀粉和總非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(Totalnonstructuralcarbo

7、hydrate，TNC)含量高于落葉松相應(yīng)根序，但3種物質(zhì)含量隨根序的變化在水曲柳和落葉松兩樹(shù)種中表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。可溶性糖含量隨根序級(jí)別的提高表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，淀粉和TNC含量隨根序級(jí)別的提高而提高，其中可溶性糖隨根序級(jí)別的變化幅度最大，而淀粉隨根序的提高幅度較低。水曲柳和落葉松兩樹(shù)種各級(jí)別根序中可溶性糖、淀粉以及TNC含量在生長(zhǎng)季內(nèi)均表現(xiàn)出先下降后提高的趨勢(shì)。5～6月的展葉過(guò)程中，各級(jí)別根系中3種形態(tài)非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量顯

8、著下降，6月之后，葉片完全展開(kāi)，新葉中的光合產(chǎn)物又開(kāi)始向地下部分補(bǔ)充碳水化合物，各級(jí)別根系中淀粉和TNC逐步積累，在9月落葉時(shí)又達(dá)到較高水平，其中高級(jí)根序中積累最為顯著。TNC在秋季的積累是與細(xì)根秋季生物量的峰值有關(guān)。 環(huán)割降低了兩樹(shù)種各級(jí)根序中可溶性糖，淀粉和TNC含量，而且由高級(jí)根序中開(kāi)始下降，當(dāng)環(huán)割后期高級(jí)根序中各成分下降到一定閾值后低級(jí)根才開(kāi)始下降，而且高級(jí)根序中下降最為明顯。兩樹(shù)種環(huán)割后各根序可溶性糖首先傾向于維持一定

9、的水平，環(huán)割后期高級(jí)根序才顯著下降，低級(jí)根序下降不顯著；淀粉顯著下降的時(shí)間早于可溶性糖，最終各級(jí)別根序中淀粉含量下降均達(dá)顯著水平。與地下部分的根系相反，環(huán)割提高了地上各器官的TNC含量，在葉和枝條中表現(xiàn)最明顯。但環(huán)割后期的9月，由于沒(méi)有光合產(chǎn)物的積累，導(dǎo)致環(huán)割后各器官中TNC含量下降到與對(duì)照同等或低于對(duì)照的水平。 水曲柳各級(jí)別根序中全N含量平均值高于落葉松，兩樹(shù)種全N含量隨根序級(jí)別表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，前1～5級(jí)根序中隨根序的提高全N

10、含量顯著下降。水曲柳和落葉松各級(jí)別根序中全N含量在生長(zhǎng)季內(nèi)表現(xiàn)出先下降后提高的趨勢(shì)，盡管7～9月兩樹(shù)種各級(jí)別根序中全N含量都處于上升趨勢(shì)，但9月份低于5月份各相應(yīng)根序的全N水平，低級(jí)根序全N含量隨季節(jié)的變化幅度最大。 環(huán)割最終降低了兩樹(shù)種根系中N含量，但兩樹(shù)種N含量對(duì)環(huán)割的響應(yīng)程度并不相同。環(huán)割后的30天，各級(jí)別根序中全N含量比對(duì)照根序提高，之后各根序N含量下降，但水曲柳N含量下降幅度較低，只有少數(shù)根序下降達(dá)顯著水平；而落葉松環(huán)