連作楊樹(shù)人工林細(xì)根壽命的代際差異及其調(diào)控機(jī)制.pdf

1、楊樹(shù)（Populus spp.）是定向培育速生豐產(chǎn)林的主要樹(shù)種之一，歐美楊（Populus× euramericana）因其生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高成為營(yíng)造速生豐產(chǎn)林最主要的楊樹(shù)品種。但大面積實(shí)施純林連栽經(jīng)營(yíng)模式，導(dǎo)致其林分生產(chǎn)力和林地質(zhì)量顯著下降。土壤根際酚酸累積已成為導(dǎo)致連作楊樹(shù)人工林生產(chǎn)力衰退的重要原因之一，根際效應(yīng)影響著養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程。細(xì)根生長(zhǎng)、衰老、死亡和分解過(guò)程均伴隨著林木碳分配和養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程，壽命長(zhǎng)短決定周轉(zhuǎn)快慢，針對(duì)細(xì)根壽命的研究是

2、建立楊樹(shù)人工林地下碳損耗和林分生產(chǎn)力關(guān)系的關(guān)鍵。林木生長(zhǎng)需要細(xì)根吸收土壤有效氮素，致使林木投入細(xì)根生長(zhǎng)的碳量增多，細(xì)根形態(tài)和生理特征發(fā)生變化，而當(dāng)根際周?chē)B(yǎng)分匱乏時(shí)細(xì)根則衰老死亡。因此，酚酸和氮素的根際效應(yīng)、細(xì)根生長(zhǎng)和細(xì)根壽命之間具有緊密聯(lián)系。通過(guò)在Ⅰ代和Ⅱ代連作楊樹(shù)人工林標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)采用微根窗技術(shù)以探索細(xì)根壽命代際差異，以及仿生根際酚酸環(huán)境以探索氮素濃度和氮素形態(tài)銨硝比對(duì)細(xì)根生長(zhǎng)影響的研究發(fā)現(xiàn)：
　　1、細(xì)根壽命存在顯著代際差異，

3、Ⅱ代林活根量（1407個(gè)）、死根量（445個(gè)）和細(xì)根總量（1852個(gè)）均高于Ⅰ代林（分別為524個(gè)，48個(gè)，572個(gè)），Ⅱ代林細(xì)根中位值壽命為90d，顯著低于Ⅰ代林（102d）。Ⅱ代林各根序細(xì)根數(shù)量、分布比例均高于Ⅰ代林（Ⅰ代林中共觀(guān)測(cè)到1級(jí)根304個(gè)，2級(jí)根181個(gè)，高級(jí)根39個(gè)；Ⅱ代林中共觀(guān)測(cè)到1級(jí)根479個(gè)，2級(jí)根564個(gè)，高級(jí)根364個(gè)），低級(jí)細(xì)根累積生存率低于Ⅰ代林，而高級(jí)細(xì)根累積生存率顯著高于Ⅰ代林。
　　2、楊樹(shù)細(xì)根

4、壽命（即生存時(shí)間）顯著受制于各土壤因子的變化。細(xì)根壽命與土壤總酚含量存在顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.707），而與土壤速效氮存在顯著正相關(guān)（r=0.752）。土壤總酚含量對(duì)土壤速效氮具有顯著負(fù)效應(yīng)（r=-0.985）。此外，酚酸可通過(guò)影響根際周?chē)寥缹傩远g接作用于細(xì)根的生長(zhǎng)。細(xì)根壽命與土壤容重、孔隙度呈顯著負(fù)相關(guān)（r值分別為-0.760，-0.732），而與土壤質(zhì)地的相關(guān)性較弱，但可通過(guò)影響土壤物理性狀和養(yǎng)分狀況而間接作用于細(xì)根壽命。

5、>　　3、缺氮和高氮均可抑制楊樹(shù)細(xì)根生長(zhǎng)，尤其對(duì)1–3級(jí)細(xì)根的影響更為顯著。比根長(zhǎng)隨氮素水平升高逐漸減小，但其他細(xì)根形態(tài)特征并未呈現(xiàn)與氮素水平的線(xiàn)性關(guān)系。缺氮和高氮均抑制楊樹(shù)3–5級(jí)細(xì)根氮含量累積，而提高了細(xì)根碳氮比。相比于缺氮水平，高氮促進(jìn)了1–2級(jí)細(xì)根碳含量累積。0.5X和1.0X酚酸梯度相比，楊樹(shù)的1–2級(jí)細(xì)根直徑和體積隨酚酸濃度增加而顯著增大。高級(jí)根序（3–5級(jí)根）細(xì)根碳含量的積累和細(xì)根碳氮比隨酚酸濃度增加而顯著減小。
　

6、　4、楊樹(shù)1–3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)細(xì)根之間具有顯著的形態(tài)差異，楊樹(shù)細(xì)根形態(tài)變化與根序高度相關(guān)（R2=0.790），氮素濃度影響楊樹(shù)細(xì)根形態(tài)的主效應(yīng)（R2=0.078）較酚酸（R2=0.014）更強(qiáng)。此外，根序與碳含量和碳氮比呈顯著正相關(guān)，而與細(xì)根氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)。氮素濃度對(duì)細(xì)根碳含量及碳氮比的影響呈現(xiàn)正效應(yīng)，而酚酸對(duì)細(xì)根碳含量及碳氮比的影響則與氮素濃度呈現(xiàn)相反趨勢(shì)的負(fù)效應(yīng)，而兩因素對(duì)細(xì)根碳氮含量相關(guān)變量的影響較弱，相關(guān)性不顯著。
　

7、　5、銨硝比1:3顯著增加細(xì)根干質(zhì)量，銨硝比1:7抑制4–5級(jí)細(xì)根直徑生長(zhǎng)而使比根長(zhǎng)增加。相比于0.5X酚酸環(huán)境，1.0X酚酸環(huán)境中銨硝比1:3和1:7減少了1–3級(jí)根序細(xì)根表面積、體積、細(xì)根干重，銨硝比1:14減少了細(xì)根比根長(zhǎng)而增加了細(xì)根干質(zhì)量和根組織密度。銨硝比為1:14時(shí)，高級(jí)（4–5級(jí)根）細(xì)根碳含量和碳氮比顯著低于1:3和1:7，而細(xì)根氮含量高于1:3和1:7。酚酸顯著提高了銨硝比為1:3時(shí)4–5級(jí)細(xì)根氮含量，而顯著抑制了銨硝比

8、為1:3時(shí)4–5級(jí)細(xì)根碳氮比。
　　6、根序與細(xì)根表面積和比根長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)，而與平均直徑和根組織密度呈正相關(guān)，酚酸與細(xì)根長(zhǎng)度間呈負(fù)相關(guān)性，銨硝比亦顯著影響了細(xì)根碳氮養(yǎng)分含量的變化，細(xì)根體積和根干重與根序、銨硝比和酚酸未呈現(xiàn)相關(guān)性。在4個(gè)主成分中，可解釋細(xì)根形態(tài)特征和養(yǎng)分含量變化的信息量分別為34.4％、16.3%、14.6%、14.6，其總貢獻(xiàn)率為79.9%。
　　7、隨著根序的增加細(xì)根各解剖結(jié)構(gòu)特征均增加。銨硝比為1:3時(shí)1

9、–2級(jí)細(xì)根橫剖面直徑高于銨硝比1:7和1:14。1–3級(jí)細(xì)根維管束直徑呈現(xiàn)出銨硝比1:3高于1:14，而銨硝比1:3和1:14時(shí)1–2級(jí)細(xì)根皮層厚度較高。相比于無(wú)酚酸環(huán)境（0X），1.0X酚酸環(huán)境顯著抑制了1–2級(jí)根橫剖面直徑、皮層厚度的生長(zhǎng)。根序與細(xì)根橫剖面直徑、維管束直徑及維根比間存在顯著正相關(guān)（r值分別為0.832、0.832、0.845），銨硝比與細(xì)根解剖結(jié)構(gòu)特征各參數(shù)間呈現(xiàn)正相關(guān)，而酚酸與細(xì)根橫剖面直徑、維管束直徑及皮層厚度呈