水曲柳落叶松人工林细根周转与碳分配

摘要

本文以东北地区水曲柳(FraxinusmandshuricaRupr)和落叶松(LarixgmeliniiRupr)人工林为研究对象，采用不同方法估计细根周转以及施N肥对细根周转和C分配的影响；采用环割的方法控制C向地下部分的分配，研究C对不同根序和地上部分C、N分配格局的控制，探讨C对细根周转的控制机理。 水曲柳细根生物量、比根长(SRL)和根长密度(RLD)均高于落叶松。水曲柳、落叶松两树种细根周转分别消耗总生产量的18％和10％左右，光合产物不断地向细根分配而消耗了大量的生产力，其中水曲柳细根周转对生产力的消耗较多，这可能是水曲柳地上生产力低于落叶松的重要原因。施肥显著降低了水曲柳活细根现存生物量，但死细根生物量没有显著变化，而落叶松活根和死根生物量均没有因施肥而显著下降或增加。水曲柳细根根长密度在施肥样地显著下降，但落叶松两年中细根根长密度与生物量一样均没有因施肥而显著改变。另外，施肥降低了两树种细根的比根长，其中落叶松细根比根长下降显著，而水曲柳变化不显著。 水曲柳和落叶松细根生物量、根长密度和比根长季节上的峰值出现在不同时间，而且由于帽儿山地区各年气候条件的差异，同一树种在2003年和2004年的季节变化趋势并不一致，但施肥不影响细根的季节动态。水曲柳活细根生物量在春季有一个峰值，秋季的生物量回升不明显，而落叶松活细根生物量在2003年和2004年两个生长季内均出现两个显著的高峰。两树种2003年的死细根生物量峰值均在春季，而2004年则有两个峰值，分别出现在早春和晚秋，死根生物量春季的峰值是由于冬季根系的死亡积累导致的。由于不同根序细根的比例在季节上的变化，细根的根长密度与活细根生物量的季节变化规律不同，两树种两年内根长密度的峰值均出现在6～8月的夏季，但各年各树种出现的具体月份不同。两树种活细根生物量最大值与比根长、根长密度高峰值在季节上的不同规律说明夏季细根的直径相对较小，秋季的细根直径相对较粗，反映秋季的细根与春季和夏季的细根具有不同的结构成分和生理功能。 两树种细根周转对施肥的响应机制不同，水曲柳施肥样地细根年生产量和周转率平均值小于对照样地，但差异不显著；而落叶松施肥样地细根年生产量和周转率平均值显著大于对照样地。施肥处理的时间对细根生产和周转的影响也不相同，施肥的第一年两树种平均生产量在施肥样地和对照样地之间没有显著差异，而施肥后的第二年，水曲柳施肥样地的平均生产量和周转率显著大于对照样地，施肥则显著降低了落叶松样地的生产量和周转率。两树种处于相同的立地条件，对施肥响应的差异主要是由物种本身生物学特性决定的。 不同研究方法和计算方法估计水曲柳和落叶松两树种细根的生产量和周转率，结果表明同一生态系统中采用不同研究方法得出细根的生产量和周转率差异可达10倍，同样采用根钻法但计算方法不同，得出两树种生产和周转率差异达3倍左右。这个结果表明，在细根生产和周转研究中选取适当的研究方法或者采用多种方法对比研究对于评价结果的准确性至关重要。 水曲柳各级别根序中可溶性糖、淀粉和总非结构性碳水化合物(Totalnonstructuralcarbohydrate，TNC)含量高于落叶松相应根序，但3种物质含量随根序的变化在水曲柳和落叶松两树种中表现出相同的趋势。可溶性糖含量随根序级别的提高表现出先上升后下降的趋势，淀粉和TNC含量随根序级别的提高而提高，其中可溶性糖随根序级别的变化幅度最大，而淀粉随根序的提高幅度较低。水曲柳和落叶松两树种各级别根序中可溶性糖、淀粉以及TNC含量在生长季内均表现出先下降后提高的趋势。5～6月的展叶过程中，各级别根系中3种形态非结构性碳水化合物含量显著下降，6月之后，叶片完全展开，新叶中的光合产物又开始向地下部分补充碳水化合物，各级别根系中淀粉和TNC逐步积累，在9月落叶时又达到较高水平，其中高级根序中积累最为显著。TNC在秋季的积累是与细根秋季生物量的峰值有关。 环割降低了两树种各级根序中可溶性糖，淀粉和TNC含量，而且由高级根序中开始下降，当环割后期高级根序中各成分下降到一定阈值后低级根才开始下降，而且高级根序中下降最为明显。两树种环割后各根序可溶性糖首先倾向于维持一定的水平，环割后期高级根序才显著下降，低级根序下降不显著；淀粉显著下降的时间早于可溶性糖，最终各级别根序中淀粉含量下降均达显著水平。与地下部分的根系相反，环割提高了地上各器官的TNC含量，在叶和枝条中表现最明显。但环割后期的9月，由于没有光合产物的积累，导致环割后各器官中TNC含量下降到与对照同等或低于对照的水平。 水曲柳各级别根序中全N含量平均值高于落叶松，两树种全N含量随根序级别表现出下降趋势，前1～5级根序中随根序的提高全N含量显著下降。水曲柳和落叶松各级别根序中全N含量在生长季内表现出先下降后提高的趋势，尽管7～9月两树种各级别根序中全N含量都处于上升趋势，但9月份低于5月份各相应根序的全N水平，低级根序全N含量随季节的变化幅度最大。 环割最终降低了两树种根系中N含量，但两树种N含量对环割的响应程度并不相同。环割后的30天，各级别根序中全N含量比对照根序提高，之后各根序N含量下降，但水曲柳N含量下降幅度较低，只有少数根序下降达显著水平；而落叶松环割后期各级别根序中N含量均显著下降。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2研究地自然概况及研究方法

3水曲柳落叶松生物量和生产量的分配格局

4施肥对水曲柳、落叶松细根季节动态的影响

5施肥对水曲柳、落叶松细根生产和周转的影响

6环割对水曲柳和落叶松不同根序非结构性碳水化合物分配格局的控制

7环割对水曲柳和落叶松不同根序氮分配格局的控制

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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