不同年龄杉木人工林细根结构特征与生产力研究

摘要

细根是植物吸收土壤养分和水分重要的器官，其生长和周转是地下生态过程的重要部分，正确认识细根生产和周转能够为全球碳循环研究、生态系统经营和提高森林生态系统生产力提供理论依据。细根形态的变化直接影响养分和水分的吸收与利用效率。较多的研究将直径小于或等于2 mm的根定义为细根，该方法为估算生态系统地下生产力和碳贮量提供了有效方法，但忽略了细根不同根序级与功能之间的相互关系。本研究在我国杉木中心产区湖南省会同县选择林分年龄为7a、17a和25a的杉木人工林，于2014年1月、4月、7月和10月，用连续土壤钻分层（0～15cm、15～30cm、30～45cm和45～60cm）采集根样，研究不同年龄杉木人工林细根生物量、垂直分布、季节动态、生产力和周转。同时，对采集的细根进行根序分级，比较不同林龄杉木林细根各根序的平均直径、比根长、比表面积和组织密度，分析不同林龄杉木细根不同根序间的形态的异质性。主要研究结果如下:
　　(1)杉木人工林林分细根总生物量随林龄增加而减少，杉木细根生物量随林龄的增加先增大后减小。7a、17a和25a杉木林的细根总生物量分别为636.50g·m-2、555.64 g·m-2和434.32 g·m-2，其中杉木活细根生物量分别为231.65 g·m-2、257.39 g·m-2和207.01 g·m-2，占杉木总细根总生物量的53.45％、52.32％和54.77％。
　　(2)不同林龄杉木林细根生物量随土层深度的增加而减少，表现出明显的表聚现象，83.87％的杉木细根集中在0～45cm土层，81.19％的林下植被根集中在0～30cm土层。用渐近累积方程y=1-βd拟合的结果显示，β值随林龄的增大而增大，表明随林龄的增长，杉木细根向土壤深层处生长比较明显。
　　(3)杉木林活根生物量的最大值出现在1月和10月，4月和7月的值较低，3个林龄的死细根生物量峰值均出现在10月，整体表现为随月份增加而增大的趋势。杉木林活根的组织密度随着月份的增加表现出逐渐减小的趋势。
　　(4)用最大最小值法计算7a、17a和25a杉木细根生产力分别为80.36 g·m-2·a-1、79.62 g·m-2·a-1和98.51 g·m-2·a-1。用决策矩阵法计算的细根生产力分别为173.47g·m-2·a-1、191.94 g·m-2·a-1和139.49 g·m-2·a-1。用最大最小值法计算3个林龄杉木林的细根生产力分别低估了53.6％、58.5％和29.4％。决策矩阵法计算的3个林龄杉木林细根周转率分别为0.749次/a、0.746次/a和0.674次/a。
　　(5)杉木活细根的比根长和比表面积随着林龄的增加先减小后增大，平均直径随林龄的增大而减小，活细根组织密度随林龄的增大而增大，随深度的增加而减小。
　　(6)细根生物量随根序的增加而增加，平均直径和组织密度随根序级别的增加而增大，比根长和比表面积随根序级别的递增而减小。杉木活细根直径按照0mm～1.75mm均分7段，从长度和表面积所占比例来看，最大值均出现在0.50～～0.75mm的径级段，分别为45.9％和44.2％。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 细根的定义

1．2 细根生物量与生产力研究

1．2．1 陆地生产过程NPP在地上与地下部分的分配

1．2．2 细根生物量的影响因子

1．2．3 细根生物量的分布规律

1．2．4 细根生物量的动态变化

1．2．5 经营措施对人工林细根生物量分布的影响

1．2．6 细根生物量和生产力研究存在的问题

1．3 细根生物量与生产力研究的方法

1．3．1 收获法

1．3．2 土钻法及连续土钻法

1．3．3 生长芯法

1．3．4 微根管技术

1．4 细根形态研究

1．4．1 细根分枝系统及其结构与功能的关系

1．4．2 细根形态研究的方法

1．5 研究目的和意义

2 研究地概况与研究方法

2．1 研究地概况

2．2 样品采集和细根参数测定

2．2．1 细根生物量和形态特征的测定

2．2．2 根序分级和生物量、形态特征的测定

2．3 数据分析

3 结果与分析

3．1 不同林龄杉木人工林杉木细根生物量比较

3．2 不同林龄杉木林细根总生物量比较

3．3 不同林龄杉木人工林细根生物量季节变化特征

3．4 不同林龄杉木林细根生物量垂直异质性的比较

3．5 不同坡位对细根生物量的影响

3．6 细根生产力及其周转速率

3．6．1 最大最小值法

3．6．2 决策矩阵法

3．7 细根形态指标

3．7．1 不同林龄杉木活根各形态指标的比较

3．7．2 不同林龄不同季节杉木活根各形态指标的比较

3．7．3 不同深度杉木活根组织密度指标的比较

3．8 细根根序分级

3．8．1 分级生物量的比较

3．8．2 杉木细根不同根序形态的比较

3．9 不同根序所处直径范围与杉木活根所处直径范围的比较

4 讨论

4．1 不同林龄杉木人工林细根生物量

4．2 细根生物量季节动态变化

4．3 细根垂直分布变化

4．4 细根坡位分布

4．5 细根的生产力和周转速率

4．6 林龄和土层对细根形态的影响

4．7 根序对细根形态的影响

5 主要结论

6 创新点及不足

6．1 创新点

6．2 不足

参考文献

攻读硕士期间的主要学术成果

致谢