沙地灌木细根生长动态及寿命研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄刚 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-08 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 赵学勇 |
| 关键词 | 沙地灌木 微管 根系生产 根系死亡 周转 根系寿命 解剖结构 |
| 其他题名 | The dynamics of fine root production and longevity of sandy land shrubs |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 细根（直径≤2 mm）是构成植物的重要部分，是陆地生态系统初级生产力的重要贡献者和土壤碳库、养分库的主要输入者。细根的生产、死亡、周转和寿命是研究植物适应策略，估算生态系统的C、N平衡和养分流动的重要内容。本文以成熟黄柳、差巴嘎蒿和小叶锦鸡儿灌木为研究对象，利用微管技术，首先对比研究了黄柳和差巴嘎蒿细根生产、死亡、周转在不同深度、不同季节的变化规律；其次，根据微管观测的黄柳和差巴嘎蒿细根生产至衰老和消失的全过程，运用Kaplan-Meier方法估计了细根存活曲线及中位值寿命，比较了不同植物种类、直径、根序、土层和季节间细根寿命的差异；并以根序为基础，对比研究了黄柳、差巴嘎蒿和小叶锦鸡儿前三级根序的形态特征、组织C、N含量、C:N比值、解剖结构和根系寿命的变化规律；最后研究了成龄小叶锦鸡儿灌木根系生长动态、根系分布及细根生产对旱季补水和氮肥添加的响应。主要的研究结论如下： （1）黄柳平均细根生产（平均RLDp＝0.014 mm•cm- 2•d- 1）显著低于差巴嘎蒿（平均RLDp＝0.034 mm•cm-2•d-1）；深度、季节以及深度和季节的交互作用对细根生产具有显著影响，两灌木上层（0～20 cm）土壤中的细根生产显著高于20～40 cm和40～60 cm；在生长季内，细根生产均呈双峰型，黄柳的细根生产主要发生在夏季（30.1 %）和秋季（35.8 %），差巴嘎蒿则在春季（44.7 %）和秋季（20.4 %）所占的比例最大。细根死亡率在植物种类、季节和土层深度间均存在显著差异，黄柳细根平均RLDM（0.012 mm•cm- 2•d- 1）显著低于差巴嘎蒿（0.032 mm•cm- 2•d- 1）。RLDM在土壤深度间的变化与RLDp相一致；黄柳细根死亡主要发生在夏季和秋季，分别占全年细根死亡的40.8 %和39.9 %，而差巴嘎蒿则主要发生在春季和夏季，分别占30.3 %和35.3 %，冬季细根生产和死亡均很低。水分和温度是影响细根生产和死亡动态最关键的因素，两者的综合作用可以解释细根生产81 %的变异和细根死亡83 %以上的变异。0～60 cm黄柳细根根长的年生产量为3.19 ± 0.62 mm•cm- 2•a- 1，年死亡量为2.79 ± 0.63 mm•cm- 2•a- 1，而差巴嘎蒿细根根长的年生产量和死亡量分别为7.52 ± 0.83 mm•cm- 2•a- 1和6.76 ± 0.73 mm•cm- 2•a- 1。0～60 cm黄柳细根平均的周转速率为1.38次•a-1 （按最大现存量计算） 至 2.08次•a-1（按年生产量计算），而差巴嘎蒿细根年周转速率分别为1.65次a-1至•2.99次a-1，差巴嘎蒿细根周转比黄柳快19 %。 （2）黄柳和差巴嘎蒿细根寿命显著不同，黄柳细根的平均寿命为187 ± 2 d，差巴嘎蒿细根的平均寿命为154 ± 3 d，黄柳细根的中位值寿命为217 ± 13 d，而差巴嘎蒿为63 ± 2 d，黄柳中位值寿命比差巴嘎蒿长154 d。0.2～0.8 mm直径的细根占微管表面观测的黄柳和差巴嘎蒿细根总数的80 %，黄柳和差巴嘎蒿细根直径差异显著，其平均直径分别为0.38 mm和0.42 mm。尽管较粗的细根等级具有更高的细根寿命，但对2007和2008年黄柳和差巴嘎蒿细根寿命与细根直径的相关分析表明，细根寿命同细根直径的相关关系并不显著，仅在2008年，差巴嘎蒿细根寿命同其直径具有显著正相关关系。两年的观测均表明，黄柳和差巴嘎蒿高根序细根的寿命均显著高于1级根。不同土层深度黄柳和差巴嘎蒿细根寿命显著不同，尽管表层细根具有最短的寿命，但细根寿命并不随土壤深度增加而增加。黄柳和差巴嘎蒿细根寿命具有相同的季节变化规律，春、秋两季的细根寿命较长，夏季较短，而在冬季细根的死亡率很低。秋季出生的根系中，大约有84.4 %的黄柳细根和70 %的差巴嘎蒿细根都可成功越冬，这使得秋季出生的细根具有较长的寿命。 （3）根系直径、单根长度、有机C含量，C:N比，中柱:根系截面积比和维管束数量均随根序增加而增加，比根长，组织全N含量随根序增加而减少; 三种灌木的3级根都处于次生生长阶段，具有完整和连续的内栓层，具有高的中柱:根系截面积比以及高的维管数量。1，2级根展示了相同的解剖特征，前2级根都处于初生生长阶段，具有完整的皮层，低的中柱:根系截面积比，较少的维管束数量; 不同根序的根系具有显著不同的根系存活曲线，三种灌木3级根的寿命均高于前两级根; 基于根系解剖结构随根序的变化，以根序为基准将灌木根群划分为不同的功能群，3级根的根系解剖结构、形态、组织C、N含量和根系寿命同1，2级根具有显著差异，可能主要承担传输和固定功能，1，2级根则在解剖结构、形态和生理上相类似，主要承担吸收功能。由于高的生物量、高的组织N含量和较短的寿命，沙地灌木的前2级根序在土壤C、N库的周转中具有重要作用。 （4）旱季补水，氮肥添加和水肥互作均增加了小叶锦鸡儿的根长密度和细根生产，但只有氮肥添加和水肥互作对根长密度和细根生产（0～20 cm）有显著影响。在旱季，水分，氮肥添加及水肥互作均没有显著增加根长密度；在雨季，氮肥添加显著增加了根长密度，同时促进了根系在土壤深层的分布。这一结果说明，在低氮的土壤中，当土壤水分适宜时，人工增加土壤氮肥有助于提高沙地灌木的根系生长，提高灌木人工林的稳定性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 131 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21829]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄刚. 沙地灌木细根生长动态及寿命研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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