帽儿山七树种细根解剖结构与碳和氮季节变化研究

摘要

树木细根最重要的生理功能是吸收养分和水分,支持树木生长。在根系分支结构中,1-2级根是典型的吸收根,寿命较短,在资源吸收和生态系统C和养分循环中扮演重要角色。研究前两级根的解剖结构与养分(碳和氮)浓度,对理解细根结构与功能的关系、预测根系寿命以及评估1-2级根在森林生态系统碳氮循环中的贡献具有重要意义。为此,本研究以东北地区七个主要造林树种水曲柳(.Fraxinus mandshurica)、黄波罗(Phellodendron amurense)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、落叶松(Larixgmelinii)、红松(Pinus koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)和云杉(Picea koraiensis)为研究对象,测定1-2级根解剖结构及全碳、全氮、TNC(非结构性碳水化合物,total non-structural carbohydrates)、可溶性氮浓度的季节变化,分析全碳、全氮、TNC和可溶性氮浓度的相关性以及解剖结构对养分(碳和氮)浓度的影响,并引用数据分析细根碳和氮浓度对细根寿命季节变化的影响。研究结果如下:
　　 (1)七树种1-2级根解剖结构具有明显季节变化。在春季,根直径和维管束直径最小,维根比最低,皮层薄而皮层比例最高,而且多原型根比例最低；秋季则相反。因而春季根的吸收功能可能较强,而秋季根运输功能较强。
　　 (2)七树种1-2级根中,TNC浓度占全碳浓度的26％～43％,可溶性氮占全氮浓度的6％～28％。春季细根全碳浓度最低而全氮浓度最高,夏季全碳浓度最高,秋季全氮浓度最低；TNC和可溶性氮浓度均是夏季最低。相关分析表明,每个树种中全碳与全氮浓度均显著负相关(P<0.01),而TNC与可溶性氮浓度呈显著正相关(P<0.01)。全碳浓度增加显著降低了TNC和可溶性氮浓度,而全氮浓度增加显著提高了TNC和可溶性氮浓度。这些发现证实:细根可溶性碳、氮浓度与全碳、全氮浓度关系紧密。
　　 (3)七树种前两级根解剖结构与碳和氮浓度密切相关。相关分析表明,细根TNC和可溶性氮浓度均随着皮层厚度和皮层比例增加而显著增加(P<0.01),随着维管束直径和维根比增加而降低；全氮浓度的变化与可溶性氮浓度一致；而全碳浓度与四个因子均正相关。表明皮层组织的变化可显著引起氮(全氮和可溶性氮)和TNC浓度的变化,而皮层组织和维管组织的变化共同影响全碳浓度的变异。
　　 (4)七树种中,多数细根平均寿命春季最低。相关分析结果显示,在春季出生的细根,平均寿命与TNC/可溶性氮显著正相关(R2=0.715,P<0.01)。表明在细根碳、氮浓度中,TNC/可溶性氮可能对预测根系寿命的季节变化具有重要指示作用。