水曲柳落叶松人工林细根周转与碳分配

论文摘要

细根周转是地下生态系统物质循环和能量流动研究中的核心,决定了由植物转移到土壤中的碳(C)和养分通量的多少。研究细根周转是认识细根在生态系统C和养分循环中地位的关键。细根周转研究中的主要问题是:细根周转量的准确估计以及控制细根生产和周转的机理。目前在细根周转估计方面的研究很多,但由于方法的缺陷而导致结果的不统一;在控制机理方面的研究核心是土壤氮(N)和地上部分C供应,但相关研究—尤其是C对细根周转控制方面的研究极少开展。为此,本研究以东北地区水曲柳(Fraxinus mandshurica Rupr)和落叶松(Larix gmelinii Rupr)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

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 细根的定义
• 1.3.2 细根生物量和生产力
• 1.3.3 细根寿命与细根周转
• 1.3.4 细根寿命、周转与土壤氮有效性
• 1.3.5 细根寿命、周转与碳分配
• 1.3.6 非结构性碳水化合物的分配、季节动态与其功能
• 1.3.7 根系形态与其寿命和功能
• 1.3.8 根系研究方法及评述
• 1.4 细根周转研究中存在的问题及发展趋势
• 1.5 本研究要解决的问题
• 1.6 本研究的目的
• 1.7 本研究的意义
• 2 研究地自然概况及研究方法
• 2.1 研究地自然概况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 样地设置和施肥处理
• 2.2.2 树木解析
• 2.2.3 根钻法研究
• 2.2.4 内生长法研究
• 2.2.5 树干环割研究
• 3 水曲柳落叶松生物量和生产量的分配格局
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 每木调查、标准木的选取和树干解析
• 3.1.2 地上各部分、粗根生物量和生产量的测定
• 3.1.3 细根生物量和生产量测量
• 3.1.4 非结构性碳水化合物和氮含量测定
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 水曲柳落叶松各器官生物量与胸径相关模型
• 3.2.2 水曲柳落叶松生物量地上地下各器官的分配格局
• 3.2.3 水曲柳落叶松各器官的年生产量
• 3.2.4 非结构性碳水化合物在水曲柳落叶松各器官中的分配
• 3.2.5 氮在水曲柳落叶松各器官中的分配
• 3.3 讨论
• 3.3.1 生物量和生产量分配格局
• 3.3.2 影响生物量和生产量分配的因素
• 3.3.3 树叶与细根凋落物碳、氮归还比较
• 3.4 小结
• 4 施肥对水曲柳、落叶松细根季节动态的影响
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 根系取样和分级
• 4.1.2 细根生物量、根长密度及比根长计算
• 4.1.3 土壤速效氮分析
• 4.1.4 根序取样和根序测定
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 水曲柳和落叶松细根生物量现存量及垂直分布
• 4.2.2 水曲柳和落叶松细根根长密度和比根长及垂直分布
• 4.2.3 水曲柳落叶松细根生物量季节动态
• 4.2.4 水曲柳落叶松活细根根长密度和比根长季节动态
• 4.3 讨论
• 4.3.1 细根生物量
• 4.3.2 细根季节动态
• 4.3.3 影响细根季节动态的因素
• 4.4 小结
• 5 施肥对水曲柳、落叶松细根生产和周转的影响
• 5.1 研究方法
• 5.1.1 试验设计和施肥处理
• 5.1.2 根钻法取样、根系分级及根系参数测量
• 5.1.3 内生长土芯设置和取样
• 5.1.4 细根分解实验
• 5.1.5 细根生产和周转的计算
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 施肥对水曲柳落叶松细根年生产量的影响
• 5.2.2 施肥对水曲柳落叶松细根周转率的影响
• 5.2.3 水曲柳落叶松细根周转与养分归还
• 5.3 讨论
• 5.3.1 细根生产量和周转率
• 5.3.2 施肥对细根生产和周转的影响
• 5.3.3 细根周转研究中方法的差异
• 5.3.4 细根周转与碳分配
• 5.4 小结
• 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
• 6.1 研究方法
• 6.1.1 环割和取样
• 6.1.2 样品处理
• 6.1.3 糖、淀粉和总非结构性碳水化合物分析
• 6.1.4 数据分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 水曲柳落叶松不同根序中非结构性碳水化合物的分配
• 6.2.2 水曲柳落叶松不同根序中可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物的季节变化
• 6.2.3 环割后可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物在水曲柳落叶松不同根序中的分配
• 6.2.4 环割后非结构性碳水化合物在水曲柳落叶松地上部分的分配变化
• 6.3 讨论
• 6.3.1 非结构性碳水化合物含量随不同根序的变化
• 6.3.2 非结构性碳水化合物在不同器官中的分配及季节动态
• 6.3.3 环割对非结构性碳水化合物在不同根序中分配的影响
• 6.4 小结
• 7 环割对水曲柳和落叶松不同根序氮分配格局的控制
• 7.1 研究方法
• 7.1.1 环割、取样和样品处理
• 7.1.2 样品全氮含量分析
• 7.1.3 数据分析
• 7.2 结果分析
• 7.2.1 水曲柳落叶松不同根序中氮的分配格局
• 7.2.2 水曲柳落叶松不同根序中氮的季节变化
• 7.2.3 环割对水曲柳落叶松不同根序中氮分配的影响
• 7.2.4 N在水曲柳落叶松地上各部分的分配以及环割对氮分配的影响
• 7.2.5 水曲柳落叶松不同根序形态的差异以及环割对根系形态的影响
• 7.3 讨论
• 7.3.1 根序氮含量、形态与功能
• 7.3.2 环割对根序氮分配的影响
• 7.4 小结
• 结论
• 1 水曲柳、落叶松地上地下生物量和生产量的分配
• 2 施肥对水曲柳、落叶松细根季节动态的影响
• 3 施肥对水曲柳、落叶松细根生产和周转的影响
• 4 环割对水曲柳落叶松非结构性碳水化合物分配格局的控制
• 5 环割对水曲柳落叶松氮分配格局的控制
• 6 问题与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书