基于小观察窗技术的竹林地下系统动态研究

论文摘要

竹林地下系统由竹林鞭系、竹林根系以及竹蔸组成，根系又由竹根和鞭根及其各级支根组成。散生竹林地下部分是一个相互连接的网络结构，形成一个庞大、复杂、有机的系统。无论是对竹林生产力形成，还是对生态功能发挥，它都具有不可替代的作用。 由于竹林地下系统深藏土壤，观测和测定十分困难，对它的研究也相对薄弱，研究手段和技术是制约和限制地下部分研究发展的重要因素，尤其是对地下部分动态的研究，目前的研究手段和方法都存在一定的缺陷。 小观察窗（Minirhizotron）技术的诞生和发展大大改善了这种状况，其最大的优点是，能够对土壤中处于自然状态下的根系样品进行原位的、可重复的、周期性的、长期的动态监测，因而避免了因物理取样带来的诸多缺陷，所以，小观察窗技术被认为是根系研究技术发展中的重要里程碑。 本文主要采用小观察窗技术，结合其他方法，以浙江庙山坞自然保护区暨中国林科院亚热带林业研究所庙山坞试验林场人工毛竹林为研究对象，对竹林地下系统发生、生长以及死亡分解动态进行了较为系统的研究，阐明了竹林地下系统结构和分布特征，揭示了竹林鞭系、根系生长动态特征及其与环境因子和人工经营措施的关系，弄清了竹林细根生产与周转、细根分解动态以及养分归还规律，丰富和扩展了竹林地下系统生物学和生态学理论，为科学、客观、全面评价竹林地下系统对竹林生产力形成和生态功能发挥提供科学证据，同时，也为小观察窗技术在我国森林生态系统中的应用开辟先例。本文的研究成果对揭示植物根系生物学过程和生态学过程具有理论意义，对指导竹林生产经营具有实践意义。 1) 竹林地下系统结构和空间分布 毛竹天然林竹鞭现存总重量为6179.44kg.hm-2，占鞭根系统总量的40.52％，竹鞭长度达84872.99m.hm-2。竹鞭集中分布在0～30cm土层中。竹林根系现存总重量为9071.2kg.hm-2，占鞭根系统总量的59.48％，其中鞭根多于竹根。根系总长度是鞭系总长度的约1000倍，根系的总表面积也是鞭系的20多倍。庞大的根系长度和表面积正是竹林吸

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• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 正文图表目录
• 第一章 竹林地下系统研究进展和小观察窗技术应用综述
• 1.1 竹林地下系统研究进展
• 1.1.1 竹林地下系统结构与空间分布研究
• 1.1.1.1 竹株地下部分结构
• 1.1.1.2 竹鞭系、根系数量与垂直分布
• 1.1.1.3 竹鞭的年龄结构
• 1.1.2 竹林地下系统生长研究
• 1.1.2.1 竹鞭的生长特性
• 1.1.2.2 经营措施对竹鞭生长的影响
• 1.1.2.3 混交竹林竹鞭的生长
• 1.1.3 竹根和竹鞭的解剖研究
• 1.1.4 竹林地下系统生态学研究
• 1.1.4.1 竹林根系的生物量和能量
• 1.1.4.2 竹林鞭根系统的物质循环
• 1.1.5 竹林地下系统的生理生化研究
• 1.1.5.1 竹林根系的吸收能力
• 1.1.5.2 竹林根际固氮
• 1.1.5.3 竹鞭内源激素和一些酶类的变化
• 1.1.5.4 盐胁迫对竹子根系活力的影响
• 1.1.6 竹林根区土壤生物、化学性质的研究
• 1.1.7 竹林地下系统研究中存在的问题及展望
• 1.2 植物根系研究现状和小观察窗技术应用综述
• 1.2.1 根系研究现状
• 1.2.2 小观察窗技术的起源和发展
• 1.2.2.1 透明观察管
• 1.2.2.2 观测设备
• 1.2.2.3 记录设备
• 1.2.3 小观察窗技术的应用
• 第二章 研究区概况和研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 地质地貌特征
• 2.1.2 气候特征
• 2.1.3 土壤、植被特征
• 2.1.4 森林资源现状
• 2.1.5 社会经济状况
• 2.2 研究的目的和意义
• 2.3 研究的主要内容
• 2.4 研究的特色和创新点
• 2.5 研究方法
• 2.5.1 试验和观测方法
• 2.5.2 数据整理分析
• 2.5.3 主要分析方法
• 2.5.3.1 有序样本的聚类分析
• 2.5.3.2 典型相关分析
• 2.5.3.3 逐步回归分析
• 2.5.3.4 通径分析
• 2.5.4 技术路线
• 第三章 竹林地下系统结构研究
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 竹鞭、竹根系取样
• 3.1.2 竹鞭数量指标测定
• 3.1.3 竹根、鞭根数量指标测定
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 竹林鞭系结构特点
• 3.2.2 竹林根系结构特点
• 3.2.2.1 竹根结构特点
• 3.2.2.2 鞭根结构特点
• 3.2.3 竹林地下系统构成
• 3.3 小结与讨论
• 3.3.1 竹鞭的结构与分布
• 3.3.2 竹林根系结构
• 第四章 竹林鞭系生长动态研究
• 4.1 研究方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 竹鞭生长的季节动态
• 4.2.1.1 大年竹鞭生长动态
• 4.2.1.2 小年竹鞭生长动态
• 4.2.2 竹鞭生长的模型模拟
• 4.2.3 竹鞭生长阶段划分
• 4.3 小结与讨论
• 4.3.1 竹鞭生长动态
• 4.3.2 竹鞭生长的模拟以及生长阶段的划分
• 第五章 竹林根系生长动态研究
• 5.1 研究方法
• 5.1.1 小观察窗系统的构成
• 5.1.2 观察管的安装
• 5.1.3 试验观测
• 5.1.4 数据处理
• 5.1.4.1 根量密度的计算
• 5.1.4.2 新根发生数量的计算
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 竹林新根的生长进程
• 5.2.1.1 竹根新根根量密度和新根长度
• 5.2.1.2 竹根新根发生数量
• 5.2.1.3 鞭根新根根量密度和发生数量
• 5.2.1.4 竹根新根表面积、体积和干物质重量
• 5.2.2 竹林新根的垂直分布
• 5.2.2.1 竹根新根根量密度的垂直分布
• 5.2.2.2 竹根新根表面积、体积和干物质的垂直分布
• 5.2.2.3 鞭根新根根量密度的垂直分布
• 5.2.3 竹林新根的死亡动态
• 5.2.3.1 鞭根死亡的季节动态
• 5.2.3.2 鞭根死亡的垂直变化
• 5.3 小结与讨论
• 5.3.1 小观察窗技术在新根生长动态观测中的应用
• 5.3.2 竹林新根生长进程
• 5.3.3 竹林新根的垂直分布
• 5.3.4 竹林新根死亡动态
• 第六章 竹林新根生长与环境因子和经营措施的关系
• 6.1 研究方法
• 6.1.1 试验安排
• 6.1.2 干旱处理
• 6.1.3 施肥处理
• 6.1.4 漏光、蔽光试验
• 6.1.5 环境因子测定
• 6.1.6 试验观测
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 干旱胁迫处理对竹林土壤含水量的影响
• 6.2.2 干旱胁迫对竹林新根生长的影响
• 6.2.2.1 干旱胁迫对鞭根新根发生量的影响
• 6.2.2.2 干旱胁迫对鞭根新根长度的影响
• 6.2.2.3 干旱胁迫对鞭根新根垂直分布的影响
• 6.2.3 外界光线对竹林新根生长的影响
• 6.2.4 施肥对竹林新根生长的影响
• 6.2.5 竹林新根生长与气象、土壤因子的相关和回归
• 6.2.5.1 竹林气象、土壤因子的相关分析
• 6.2.5.2 竹林环境因子与竹林新根生长因子的相关分析
• 6.2.5.3 竹林新根量与环境因子的逐步回归
• 6.2.5.4 竹林新根生长因子与环境因子的典型相关分析
• 6.3 小结与讨论
• 6.3.1 干旱胁迫对竹林新根生长的影响
• 6.3.2 外界光线对竹林新根生长的影响
• 6.3.3 施肥对竹林新根生长的影响
• 6.3.4 竹林新根生长与环境因子的关系
• 第七章 竹林细根生产和周转研究
• 7.1 研究方法
• 7.1.1 细根生物量测定
• 7.1.2 细根生长量测定
• 7.1.3 细根周转量和周转率的计算
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 竹林细根生物量
• 7.2.1.1 细根生物量及其季节动态
• 7.2.1.2 细根生物量的垂直分布
• 7.2.2 竹林细根生产
• 7.2.2.1 细根数量指标之间的相关关系
• 7.2.2.2 细根生产动态
• 7.2.2.3 细根新根的径级分布
• 7.2.2.4 细根生长量的垂直分布
• 7.2.3 竹林细根周转
• 7.3 小结与讨论
• 7.3.1 竹林细根生物量
• 7.3.2 竹林细根生产
• 7.3.3 竹林细根周转
• 第八章 竹林细根分解及营养动态
• 8.1 研究方法
• 8.1.1 细根分解试验
• 8.1.2 元素含量分析
• 8.1.3 元素相对损失量的计算
• 8.2 结果与分析
• 8.2.1 竹林细根分解动态
• 8.2.2 竹林细根分解过程的营养动态
• 8.2.2.1 竹林细根初始化学组成
• 8.2.2.2 竹林细根分解过程中元素浓度的变化
• 8.2.2.3 竹林细根分解过程中元素的损失
• 8.3 小结与讨论
• 8.3.1 竹林细根分解的模型模拟
• 8.3.2 竹林细根分解的失重率和时间参数
• 8.3.3 竹林不同径级细根营养元素差异
• 8.3.4 竹林细根分解过程中元素浓度和损失量的变化
• 第九章 结论与讨论
• 9.1 主要研究结论
• 9.1.1 竹林地下系统结构和分布特征
• 9.1.2 竹林鞭系、根系生长动态
• 9.1.3 环境因子和经营措施对竹林新根生长的影响
• 9.1.4 竹林细根生产和周转
• 9.1.5 竹林细根分解动态及营养归还
• 9.2 讨论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 在读期间承担的项目
• 附录2 在读期间发表的论文
• 附录3 彩图