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A comparative study of the spatial-temporal patterns of fine roots between young and mature Caragana korshinskii plantations

柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 22 期摇 摇 2011 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
叶冠尺度野鸭湖湿地植物群落含水量的高光谱估算模型 林摇 川,宫兆宁,赵文吉 (6645)……………………
中国水稻潜在分布及其气候特征 段居琦,周广胜 (6659)…………………………………………………………
大豆异黄酮浸种对盐胁迫大豆幼苗的生理效应 武玉妹,周摇 强, 於丙军 (6669)……………………………
黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳对地下水位变化的生理生态响应与适应
张摇 佩,袁国富,庄摇 伟,等 (6677)
……………………………………
……………………………………………………………………………
高寒退化草地甘肃臭草种群分布格局及其对土壤水分的响应 赵成章,高福元,石福习,等 (6688)……………
基于生态足迹思想的皂市水利枢纽工程生态补偿标准研究 肖建红,陈绍金,于庆东,等 (6696)………………
基于 MODIS黄河三角洲湿地 NPP与 NDVI相关性的时空变化特征 蒋蕊竹,李秀启,朱永安,等 (6708)……
高分辨率影像支持的群落尺度沼泽湿地分类制图 李摇 娜,周德民,赵魁义 (6717)……………………………
土壤食细菌线虫对拟南芥根系生长的影响及机理 成艳红,陈小云,刘满强,等 (6727)…………………………
基于网络 K函数的西双版纳人工林空间格局及动态 杨珏婕,刘世梁,赵清贺,等 (6734)……………………
树轮灰度与树轮密度的对比分析及其对气候要素的响应 张同文,袁玉江,喻树龙,等 (6743)…………………
冀北山地阴坡优势树种的树体分维结构 田摇 超,刘摇 阳,杨新兵,等 (6753)……………………………………
帽峰山常绿阔叶林辐射通量特征 陈摇 进,陈步峰,潘勇军,等 (6766)……………………………………………
不同类型拌种剂对花生及其根际微生物的影响 刘登望,周摇 山,刘升锐,等 (6777)……………………………
一种自优化 RBF神经网络的叶绿素 a浓度时序预测模型 仝玉华,周洪亮,黄浙丰,等 (6788)………………
不同种源麻栎种子和苗木性状地理变异趋势面分析 刘志龙,虞木奎,马摇 跃,等 (6796)………………………
黄土丘陵区植物叶片与细根功能性状关系及其变化 施摇 宇,温仲明,龚时慧 (6805)…………………………
干旱区五种木本植物枝叶水分状况与其抗旱性能 谭永芹,柏新富,朱建军,等 (6815)…………………………
火灾对马尾松林地土壤特性的影响 薛摇 立,陈红跃,杨振意,等 (6824)…………………………………………
江苏省太湖流域产业结构的水环境污染效应 王摇 磊,张摇 磊,段学军,等 (6832)………………………………
高温对两种卡帕藻的酶活性、色素含量与叶绿素荧光的影响 赵素芬,何培民 (6845)…………………………
江苏省典型干旱过程特征 包云轩,孟翠丽,申双和,等 (6853)……………………………………………………
黄土高原半干旱草地地表能量通量及闭合率 岳摇 平,张摇 强,杨金虎,等 (6866)………………………………
光质对烟叶光合特性、类胡萝卜素和表面提取物含量的影响 陈摇 伟,蒋摇 卫,邱雪柏,等 (6877)……………
铜陵铜尾矿废弃地生物土壤结皮中的蓝藻多样性 刘摇 梅,赵秀侠,詹摇 婧,等 (6886)…………………………
圈养马麝刻板行为表达频次及影响因素 孟秀祥,贡保草,薛达元,等 (6896)……………………………………
田湾核电站海域浮游动物生态特征 吴建新,阎斌伦,冯志华,等 (6902)…………………………………………
马鞍列岛多种生境中鱼类群聚的昼夜变化 汪振华,王摇 凯,章守宇 (6912)……………………………………
基于认知水平的非使用价值支付动机研究 钟满秀,许丽忠,杨摇 净 (6926)……………………………………
综述
植物盐胁迫应答蛋白质组学分析 张摇 恒,郑宝江,宋保华,等 (6936)……………………………………………
沉积物氮形态与测定方法研究进展 刘摇 波,周摇 锋,王国祥,等 (6947)…………………………………………
野生鸟类传染性疾病研究进展 刘冬平,肖文发,陆摇 军,等 (6959)………………………………………………
鱼类通过鱼道内水流速度障碍能力的评估方法 石小涛,陈求稳,黄应平,等 (6967)……………………………
专论
IPBES的建立、前景及应对策略 吴摇 军,徐海根,丁摇 晖 (6973)…………………………………………………
研究简报
柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究 陈建文,王孟本,史建伟 (6978)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*344*zh*P* ¥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄11
封面图说: 滩涂芦苇及野鸭群———中国的海岸湿地,尤其是长江入海口以北的海岸线,多为泥质性海滩,地势宽阔低洼,动植物
资源丰富,生态类型独特,为迁徙的鸟提供了丰富的食物和休息、庇护的良好环境,成为东北亚内陆和环西太平洋鸟
类迁徙的重要中转站和越冬、繁殖地。 一到迁徙季节,成千上万的各种鸟类飞临这里,尤其是雁鸭类数量庞大,十分
壮观。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 22 期
2011 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 22
Nov. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:山西省科技攻关项目(2006031014)
收稿日期:2010鄄05鄄28; 摇 摇 修订日期:2011鄄07鄄11
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: mbwang@ sxu. edu. cn
陈建文,王孟本,史建伟.柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究.生态学报,2011,31(22):6978鄄6988.
Chen J W, Wang M B, Shi J W. A comparative study of the spatial鄄temporal patterns of fine roots between young and mature Caragana korshinskii
plantations. Acta Ecologica Sinica,2011,31(22):6978鄄6988.
柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究
陈建文,王孟本*,史建伟
(山西大学黄土高原研究所, 太原摇 030006)
摘要:以晋西北黄土高原区柠条(Caragana korshinskii)人工林幼林和成林为研究对象,应用微根管技术(Minirhizotron technique)
对林地 0—100 cm土壤剖面的柠条细根生长动态进行了观测。 以 2007 年生长季(4—9 月)观测数据为基础,对两林地的柠条
细根生长速率(G, mm cm-3 d-1)和细根死亡速率(M, mm cm-3 d-1)的时空变化格局及其与气温、降水、土壤温度和土壤水分等
环境因子的关系进行了研究。 结果表明,在年生长季,幼林的 G(0. 1264 mm cm-3 d-1)和 M(0. 0354 mm cm-3 d-1)均高于成林
(分别为 0. 0914 mm cm-3 d-1和 0. 0220 mm cm-3 d-1)。 在垂直分布上,幼林 G出现最大值的土层深度(70—80 cm)较成林(50—
60 cm)为深。 两林地的 G和M具有相似的季节变化特点,即 G在 4 月到 7 月之间缓慢增大,8 月迅速达到峰值,之后迅速减小;
M自 4 月至 9 月 M呈持续增高趋势。 配对数据 t检验结果显示,幼林与成林的 G没有显著差异(P>0. 05),而幼林的 M显著高
于成林(P<0. 05)。 Pearson 相关系数表明,幼林和成林 G的垂直分布与土壤温度和土壤水分的垂直变化没有显著相关性;但是
幼林和成林 M的垂直分布与土壤温度的相关性显著(幼林地 P<0. 01;成林地 P<0. 05)。 在年生长季,幼林 G 与气温和土壤温
度具有显著正相关性(与气温的 P<0. 01;与土壤温度的 P<0. 05);而成林 G与各环境因子的相关性则均不显著(P>0郾 05)。 两
林地的 M与各环境因子的相关性均不显著(P>0. 05)。
关键词:细根;柠条;根长密度;微根管; 环境因子
A comparative study of the spatial鄄temporal patterns of fine roots between young
and mature Caragana korshinskii plantations
CHEN Jianwen, WANG Mengben*, SHI Jianwei
Institute of Loess Plateau, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Abstract: There are double functions as “source冶 and “sink冶 for plant roots, which are important for substance and energy
exchange between plant and soil. Fine roots contribute greatly to such behaviors. Studies on the dynamics of fine root growth
and mortality are essential for understanding these behaviors. Caragana korshinskii Kom is a shrub species widely planted in
the Loess Plateau, China. The objective of this study was to characterize the fine root dynamics of young (5鄄year鄄old) and
mature (30鄄year鄄old) Caragana korshinskii plantations in Northwest Shanxi (China) using minirhizotron technique.
Based on the data collected in the growing season (from April to September) of 2007, we analyzed the spatial鄄temporal
patterns of fine root growth rate (G, mm cm-3 d-1) and fine root death rate (M, mm cm-3 d-1) of Caragana korshinskii in
these two plantations, and the relationships of G and M with the environment factors such as soil temperature, soil water
content, air temperature and precipitation. The results showed that the G and M were 0. 1264 mm cm-3 d-1 and 0. 0354 mm
cm-3 d-1 in young plantation, while they were 0. 0914 mm cm-3 d-1, 0. 0220 mm cm-3 d-1 in mature plantation. In the early
growing season (April), the maximum values of G occurred at 40—50 cm and 10—20 cm soil layers in young and mature
plantations, respectively. The maximum G occurred at deeper soil layer in the late growing season (May鄄September) in
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these two plantations. In the whole growing season, the maximum values of G occurred on average at 50—60 cm and 70—
80 cm soil layers in these two plantations, respectively. The M in both plantations were higher in the top soil layer (0—50
cm) than in the bottom layer (50—100 cm) in the early growing season, and then reversed in the late growing season. The
change trend of G with the process of growing season was similar for two plantations: the G increased rapidly from April to
July and peaked in August, and then decreased in September. The differences were that the value of G was higher in young
plantation than in mature plantation from April to August, but it was lower in the former than in the later at the end of
growing season. The change trend of M was also similar for two plantations: the M increased continuously from April to the
end of the growing season, while, the M was higher in young plantation than in mature plantation during the whole growing
season.
Paired鄄samples t test showed that there was no significant difference in G between these two plantations, while the M in
young plantation was significantly higher than that in mature plantation ( P < 0. 05 ). Pearson correlation coefficients
indicated that there were no significant correlations between the vertical distribution of G and these environment factors (P>
0. 05) in both plantations, while a significant correlation existed between the vertical distribution of M and the soil
temperature in young (P<0. 01) and mature (P<0. 05) plantations. There was a significant relationship between the
seasonal changes of G and air / soil temperature (P<0. 05) in young plantation, whereas the relationship between the
seasonal changes of G and air / soil factor was insignificant (P>0. 05) in mature plantation. Meanwhile no significant
relationships were found between M and these environment factors (P>0. 05) in both plantations.
Key Words: fine root; Caragana korshinskii; fine root density; minirhizotron; environmental factor
植物根系具有“源冶和“汇冶的双重功能,是养分与水分的“源冶和 C“汇冶,是植物与土壤进行物质与能量
交换的重要环节[1鄄2]。 细根(直径<2 mm)在植物根系行使这些功能的过程中起着举足轻重的作用。 虽然细
根生物量在整个系统中所占的比例仅为 3%—30% ,但由于细根行使其功能的过程与其本身的生长与死亡密
不可分,维持这一过程需消耗净初级生产力的 10%—75% [3鄄5]。 因此,清楚的了解细根生长和死亡的格局对
土壤碳循环的定量估计非常重要[6]。 通常,人们采用根钻法,内生长法,微根管法等来进行这方面的研究,在
这些方法中,微根管法是唯一对根扰动较小,并能通过持续的观察来同时获得细根的生长和死亡动态的方
法[7鄄9]。 到目前为止,微根管技术已被广泛的应用于植物根系的研究中。
林木细根的水平和垂直生长分布随树种[10鄄11]以及研究点[8, 12]的不同而不同。 以往的研究表明,在大部
分的森林生态系统中,细根的垂直分布随土层深度的增加而减少[10, 13鄄14]。 对于干旱半干旱地区来说,由于降
雨量较少以及水土流失严重,土壤表层的含水量一般低于下层[15鄄16]。 这种土壤水分状况可能限制了细根在
土壤表层的分布,使得细根向土壤深层分布[11, 17]。
柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)是豆科锦鸡儿属植物,属于亚洲中部荒漠的阿拉善地方种,主要分布于
我国北方干旱半干旱地区[18],是黄土高原主要造林树种之一,具有良好的防风固沙和保持水土功能。 初步研
究表明,柠条根系主要分布在 10—100 cm 土层内,根深和根幅多在 1—4 m 范围内[19]。 柠条在幼年期,其生
长以根系为主[19鄄20]。 本文旨在对幼龄柠条细根进行研究[21鄄23]的基础上,对晋西北黄土区人工幼林和成林地
的柠条细根的时空分布异同点及其与环境因子的关系进行比较研究,以检验(1)幼林与成林柠条细根的分布
是否均集中在土壤下层(即 50—100 cm土层),(2)幼林细根生长量是否高于成林。
1摇 研究方法
1. 1摇 试验区概况和样地设置
摇 摇 试验区位于山西省五寨县张家坪林场(东经 111毅16. 296忆,北纬 38毅58. 825忆,海拔 1448 m)。 该区属温带
大陆性季风气候,四季分明,春季干旱多风,夏秋雨量集中。 年平均降雨量 478. 5 mm,年蒸发量 1784. 4 mm,
年平均气温 4. 9 益,最冷月(1 月)平均温度-13. 2 益,最热月(7 月)平均温度 20. 0 益,一般终霜日在 5 月中
9796摇 22 期 摇 摇 摇 陈建文摇 等:柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究 摇
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旬,初霜日在 9 月中旬,平均无霜期为 125d。 该区土壤为黄土状淡栗褐土,土壤肥力较低。
试验用林分为 5 年生和 30 年生柠条人工林,位于梁峁缓坡部位,坡度 0—5毅。 林分分别源于 1977 年与
2002 年播种造林,播种时行距均为 2 m。 在两林地中分别设置 30 m伊30 m样地,样地四周以 2 m高铁丝网维
护,建成固定样地。 样地内各有柠条 11 行,2007 年平均株高分别为 123. 6 cm和 176. 6 cm,基茎分别为 0. 45
cm和 1. 62 cm,总盖度分别为 32. 7%和 63. 4% 。
1. 2摇 微根管的安装
2006 年 10 月,在两样地中心 25 m 伊 25 m的区域内,在幼林地随机选择 3 个行间,成林地随机选择 4 个
行间,每个行间在距株行 0、50、100 cm处各安装 1 根微根管,幼林地共安装微根管 9 根,成林地共安装微根管
12 根。 参照 Johnson等[24]的方法安装微根管,微根管(长 150 cm,外径 5. 5 cm,内径 5. 0 cm)与地面呈 45毅角,
垂直深度 100 cm,露出地面部分约 20 cm。 安装前管底密封,微根管露出地面部分先封一层黑色胶带,而后加
封一层黄色胶带。 微根管固定之后,用外涂白色涂料的塑料瓶(长 20 cm)将管口封盖。 试验过程中,及时清
除周围草本植物及其根系以排除干扰。
1. 3摇 细根数据的采集、整理
由于微根管安装后需要一定的稳定时间,所以本试验的数据采集工作从 2007 年 4 月 10 日开始进行。 到
11 月 15 日为止,共进行了 9 次观测。 观测周期为每月 1 次,个别月份观测了 2 次。 采用 BTC 图像采集系统
(美国 Bartz技术公司生产)进行根系图片的采集,观测窗面积为 1. 8 cm 伊 1. 4 cm,每根微根管收集 91—92 幅
图片。 图片的分析采用 Rootrack2. 0 软件,以获取细根的长度,直径等数据。 分活根(白色与褐色细根)和死
根(黑色与两次观测期间消失的细根)两类[7]。 依据微根管号、观测框位置、取样时间、细根编号等建立细根
数据库。 根据所安装的微根管的垂直深度(100 cm),本文以 10 cm为单位对柠条林地土壤剖面的细根进行统
计分析。
为了与常用的单位土壤体积为基础的细根动态数据进行比较,本文以单位土壤体积的根长密度(RLD,
mm / cm3)作为基本参数。
RLD=RL / (A伊DOF)
式中,RL(mm)为观测窗中观测到的细根根长;A(cm2)为观测窗面积;DOF(cm)为田间深度[25鄄26]。 本研究中
的 DOF取 0. 2 cm[21]。
以单位时间、单位土壤体积的细根生长量和死亡量表示细根的生长速率(G)和死亡速率(M):
G(M) = 驻RLD增(减) / T
式中,驻RLD增(减)为相邻两次观测值之间单位土壤体积的柠条细根生长量(死亡量),T 为相邻两次观测之
间的间隔天数(d)。 G和 M的单位均为 mm cm-3 d-1。
参照 Burton等的方法对生长季细根生长量和死亡量进行估算[27]。 在本文中,生长季细根生长量是指从
4 月 10 日至 9 月 23 日各次观测得到的细根(已有细根和新生细根)长度增加值之和(mm / cm3),生长季细根
死亡量是指各次观测得到的细根(因细根死亡、脱落和昆虫取食等)长度减少值之和(mm / cm3)。
1. 4摇 环境因子的观测
气象因子、土壤温度和土壤含水量等的观测与细根观测同期进行。 气温和降雨量通过在野外设立 Watch
Dog气象站(美国 Spectrum公司生产)获取。 土壤温度用 TidbiT v2 袖珍温度记录仪(美国 Onset公司生产)测
定,在两林地 20、40、60、80、100 cm土层深度各安装温度自动记录仪 1 个,数据记录间隔时间为 1 h,由此计算
土壤温度日平均值,根据日平均值求得观测时段的土壤温度(平均值)。 土壤水分用烘干法测定,测定时间与
微根管观测同步。 取样方法为:在两样地 0—20、40、60、80、100 cm土层深度分别取样,每层 2 个样品,每次 3
个样点(在 3 个行间设点,样点位于行距中间),由此获得每个土层或整个土壤剖面的平均土壤水分含量。 因
为 Watch Dog气象站的降雨量测定功能 2007 年中期出现故障,本文降雨量数据取自距试验点约 6 km的五寨
县气象站。
0896 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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1. 5摇 数据分析
由于本地无霜期介于 5 月中旬至 9 月中旬。 根据 Watchdog气象监测测数据,2007 年日平均温度逸10 益
的时期为 4 月下旬至 9 月中旬。 因此,本文主要对该年 4 月至 9 月两林地柠条细根的生长和死亡动态进行
分析。
采用 SPSS 11. 0 软件对数据进行统计分析。 用配对数据 t检验对幼林与成林细根 G或 M的垂直分布平
均值或年生长季平均值是否具有显著差异进行检验;用单因素方差分析对不同土层深度、不同月份的 G或 M
是否具有显著差异进行检验;用 Pearson相关系数对 G或 M与土壤温度、土壤含水量、气温和降雨量等环境因
子的相关性进行分析。 由于观测到的细根直径均小于 1 mm(其中大部分小于 0. 5 mm),所以没有对细根进行
分径级分析。
2摇 结果与分析
2. 1摇 幼林与成林细根 G和 M的垂直分布
2. 1. 1摇 两林地细根 G垂直分布比较
生长速率 G/(mm.cm-3.d-1)
图 1摇 生长季不同时段柠条细根生长速率(G)的垂直变化(2007)
Fig. 1摇 The vertical changes of fine root growth rate (G) of Caragana korshinskii at different stages of growing season (2007)
a: 4 月11 日至 5 月26 日;b: 5 月27 日至7 月4 日;c: 7 月5 日至7 月 26 日;d: 7 月 27 日至8 月12 日;e: 8 月13 日至 9 月5 日;f: 9 月6 日
至 9 月 23 日
在 0—100 cm土壤剖面,两林地 G的垂直变化并不一致。 在生长季初期,幼林地 20—30 cm、40—50 cm
和 70—80 cm土层均表现出较高的 G;而成林地仅在 10—20 cm土层具有较高的 G(图 1 a)。 到了生长季中
期,幼林和成林的细根 G 逐渐以更深土层为高(图 1 c, d, e)。 在生长季末期,幼林 G 最大值主要出现在
70—80 cm土层;而成林则在 10—20 cm和 70—80 cm土层表现出较高的 G。 从整个生长季来看(图 2),两林
地的 G最大值均分布于 50 cm土层以下。 所不同的是,幼林 G在 70—80 cm土层最高,而成林 G则在 50—60
cm土层最高。
方差分析表明,就各个土层而言,幼林地 70—80 cm土层的 G显著高于 30—50 cm 土层(P<0. 05),而成
林地 G在各土层之间均无显著差异(P>0. 05)。 配对数据 t检验表明,在生长季中期(图 1 b,c),幼林的 G显
1896摇 22 期 摇 摇 摇 陈建文摇 等:柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究 摇
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著高于成林(P<0. 05),而其余时段两林地的 G则均无显著差异(P>0. 05)。
2. 1. 2摇 两林地细根 M垂直分布比较
如图 2、图 3 所示,幼林与成林细根 M 的垂直分布较为相似。 在生长季初期,幼林地与成林地土壤上层
(0—50 cm)的细根 M均小于下层(50—100 cm),上层 M分别是下层的 42%和 36% (图 3 a)。 到了生长季中
期与末期,幼林地与成林地的细根 M则以土壤上层为高,上层 M分别高达下层的 4. 04 倍和 5. 57 倍(图 3 e)。
整体上看,幼林地与成林地土壤上层的细根 M均高于下层,上层分别为下层的 2. 49 倍和 3. 07 倍(图 2)。
G M
图 2摇 生长季 100cm土壤剖面柠条细根平均生长速率(G)、死亡速率(M)、平均土壤温度和土壤含水量(2007)
Fig. 2摇 The average fine root growth / death rate (B / M) of Caragana korshinskii, average soil temperature, average soil water content and
in 100 cm soil profile in the growing season (2007)
配对数据 t检验结果显示,就 100 cm土壤剖面而言,在 2007 年生长季,仅在两个时段(7 月 27 日至 8 月
12 日;8 月 13 日到 9 月 5 日)期间幼林的细根 M显著高于成林(P<0. 05),其余各时段这二者的细根 M 并无
显著差异。
2. 2摇 幼林与成林细根 G和 M的季节动态
2. 2. 1摇 两林地细根 G季节动态比较
在 2007 年生长季,两林地各土层的细根 G均表现为单峰曲线,且随着土层深度的增加,二者的 G最大值
出现的时间倾向于推后(图 4)。 所不同的是,除 10—30 cm土层外,幼林 G最大值出现的时间均较成林为早。
整体上看,自生长季初至 8 月中旬,幼林与成林的细根 G 均呈上升趋势且幼林细根 G 高于成林,但从 8 月中
旬开始一直到生长季末,二者细根 G迅速下降。 由于与成林相比,幼林细根 G下降的更快,所以在此时期内,
幼林细根 G低于成林(图 5)。
方差分析表明,在 30—60 cm土层,7 月 5 日至 7 月 26 日的幼林细根 G显著高于其它时期(P<0郾 05),而
7 月 27 日至 8 月 12 日的成林细根 G显著高于其它时期(P<0. 05)。 在 60—80 cm土层,7 月 27 日至 8 月 12
日的幼林细根 G显著高于其它时期(P<0. 05),而 8 月 13 日至 9 月 5 日成林细根 G 显著高于其它时期(P<
0郾 05)。
配对数据 t检验表明,就 10 个土层而言,幼林与成林的细根 G 仅在 90—100 cm 土层具有显著差异(P<
0郾 05)。 在 2007 年生长季,幼林与成林的 G平均值分别为 0. 1264 mm cm-3 d-1和 0. 0914 mm cm-3 d-1,两者之
间无显著差异。
2. 2. 2摇 两林地细根 M季节动态比较
在 2007 年生长季,两林地各土层的细根 M最大值多出现于季末。 幼林地 20—30 cm、40—50 cm、70—80
cm和 80—90 cm土层的细根 M最大值出现的时间较早;成林地 40—50 cm、50—60 cm 和 80—90 cm 土层的
细根 M最大值出现的时间较早(图 6)。 总体来看,两林地的细根 M具有相似的季节变化趋势,即生长季初期
2896 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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M
图 3摇 生长季不同时段柠条细根死亡速率(M)的垂直变化(2007)
Fig. 3摇 The vertical changes of fine root death rate (M) of Caragana Korshinskii at different stages of growing season (2007)
a: 4 月11 日至 5 月26 日;b: 5 月27 日至7 月4 日;c: 7 月5 日至7 月 26 日;d: 7 月 27 日至8 月12 日;e: 8 月13 日至 9 月5 日;f: 9 月6 日
至 9 月 23 日
较低,随后逐渐增大,在生长季末达到最高(图 5)。 在 2007 年生长季,幼林的细根M平均值(0. 0354 mm cm-3
d-1)显著高于成林(0. 0220 mm cm-3 d-1)(P<0. 05)。
2. 3摇 细根 G和 M与环境因子的关系
2. 3. 1摇 细根 G和 M垂直分布与土壤温度和土壤水分的关系
如前所述,在 0—100 cm土壤剖面,两林地柠条细根 G 的最大值均出现在 50 cm 土层以下;细根 M 则大
体上随土层深度增加而逐渐降低(图 2)。 通过比较可见,G 与土壤温度的垂直变化趋势具有明显差异,而 M
与土壤温度的垂直变化趋势则较为相似(图 2)。 G和 M与土壤含水量的垂直变化趋势均有明显区别(图 2)。
Pearson相关分析表明,成林和幼林的细根 G 与土壤温度和土壤水分的相关性不显著;幼林细根 M 与土
壤温度的垂直变化具有极显著相关性( r=0. 975,P<0. 01),成林细根 M与土壤温度的垂直变化具有显著相关
性( r=0. 887,P<0. 05)。
2. 3. 2摇 细根 G和 M季节变化与环境因子的关系
在 2007 年生长季,幼林地与成林地的 G具有相似的季节变化特点,即 G 在 4 月到 7 月之间缓慢增大,8
月迅速达到峰值,之后迅速减小。 两林地的 M同样具有相似的季节变化趋势,但是自 4 月至 9 月 M呈持续增
高趋势(图 5)。 在 4 个环境因子中,气温和土壤温度与细根 G之间的季节变化变化趋势较为相似,均为单峰
曲线;气温和土壤温度与细根 M之间的季节变化变化趋势显然不同。 降水量和土壤水分在年生长季波动较
大,这 2 者的季节变化变化趋势与两个细根参数的季节变化趋势具有明显差异。
Pearson相关分析表明(表 1),幼林细根 G与气温呈极显著正相关,与土壤温度呈显著正相关;幼林细根
3896摇 22 期 摇 摇 摇 陈建文摇 等:柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究 摇
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(G) -
-
图 4摇 10 个土层柠条细根生长速率(G)的季节变化(2007)
Fig. 4摇 The seasonal changes of fine root growth rate (G) of Caragana korshinskii at 10 soil layers (2007)
a: 4 月11 日至 5 月26 日;b: 5 月27 日至7 月4 日;c: 7 月5 日至7 月 26 日;d: 7 月 27 日至8 月12 日;e: 8 月13 日至 9 月5 日;f: 9 月6 日
至 9 月 23 日
G与降水量和土壤水分之间的相关性则不显著。 成林细根 G和 M与各环境因子的相关性均不显著。
表 1摇 柠条细根生长速率(G)、死亡速率(M)季节变化与环境因子的相关性
Table 1摇 Correlations between the seasonal changes of fine root growth / death rate (G / M) of Caragana Korshinskii and environment factors
参数
Parameter
类型
Type
气温 / 益
Temperature
降雨量 / mm
Precipitation
土壤温度 / 益
Soil temperature
土壤含水量 / %
Soil water content
G 幼林 0. 946** 0. 267 0. 845* 0. 229
成林 0. 526 0. 360 0. 759 0. 366
M 幼林 0. 009 -0. 019 0. 546 0. 315
成林 -0. 242 -0. 273 0. 168 0. 588
摇 摇 * P<0. 05, **P<0. 01
3摇 讨论
Zhang等用土钻法对沙地柠条细根分布的研究发现,15 年生柠条细根生物量主要集中于 20—40 cm 土
层,而用微根管法发现,柠条细根根长密度主要集中于 40—80 cm 土层[28];成向荣等在对沙地柠条细根分布
的研究中发现柠条细根表面积密度大部分集中于 0—80 cm土层中[29];赵思金等对生长季中期柠条幼林的细
根分布研究(土钻法)表明,柠条幼林的细根主要分布于 0—20 cm土层[30]。 在黄土高原地区,有研究表明,柠
条细根表面积密度在表层 30 cm处达到最大值[31];刺槐细根表面积密度在半干旱气候区和半湿润气候区分
别在 0—20 cm土层和 60 cm土层处达到最大值[32]。 Jonsson等对赤桉细根分布的研究中发现,随土壤深度的
增加,细根生物量逐渐增加,且在 50 cm以下出现最大值[11]。 本研究结果表明,幼林与成林的 G 最大值均出
现在 50 cm土层以下(图 2)。 这可能是因为在黄土高原干旱半干旱地区,在降雨量不足,表层土壤水分含量
持续较低的情况下,细根在土壤表层的分布必然受到限制。 与此同时,土壤质地,有机物含量和通气性等因素
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死亡
速率
M/(m
m. cm
-
3 . d-1 )
生长
速率
G/(m
m. cm
-
3 . d-1 )
土壤
水分
Soil
wate
r con
tent/
%
降 雨

Preci
pitati
on /m
m
土壤
温度
Soil
temp
eratu
re/?
C
气温
Air t
empe
ratur
e/?C
图 5摇 柠条细根平均生长速率(G)、死亡速率(M)、平均土壤温度、土壤含水量、气温和降雨量的季节变化(2007)
Fig. 5摇 Seasonal changes of the average fine root growth / death rate (G / M) of Caragana korshinskii, average soil temperature, average
soil water content, air temperature and precipitation (2007)
亦可能对细根在土壤中的垂直分布产生影响[33]。
细根是土壤中吸收水分和养分最活跃的器官,其在土壤剖面的生长和分布与土壤水分密切相关[34鄄39]。
关于细根分布随水分梯度的变化向深层分布的现象在 1978 年已经被观察到[17]。 本研究中,柠条幼林与成林
林地 100 cm土壤剖面的土壤水分均表现出随土壤深度增加而增加的趋势,这可能是造成下层细根 G 较大的
主要原因。 在 0—100 cm土层中,幼林的 G在 70—80 cm 土层最高,而成林的 G 最大值却出现在 50—60 cm
土层(图 2)。 幼林的 G在较深土层较高,可能与幼林地土壤含水量的垂直分布特点有关。 如图 2 所示,尽管
两林地的土壤含水量均呈现出自上而下逐渐增大的趋势,但幼林地各土层的土壤含水量均低于成林。 幼林的
细根在较深土层生长更快,显然有利于获取更多水分。 而本研究中土壤水分与细根 G 相关性不显著,则可能
的是由于细根具有“觅食(foraging)冶效应[40]所致。 由于细根的垂直分布不仅受土壤水分的影响,而且受土壤
营养元素(如土壤有效氮)等因素的共同作用,G与土壤水分之间的关系并非简单的线性关系,所以这 2 者的
相关性不显著。
本研究中,两林地柠条细根 M的垂直变化随着季节进程出现较为相似的变化趋势(图 3),即除了生长季
初期之外,幼林地与成林地的细根 M 均以土壤剖面上层为高;这与 Fitter 对几种草本的研究结果基本一
致[41]。 在整个年生长季,两林地的柠条细根 M以 0—30 cm土层为最大,这种现象在 Karibu 等对日本矮竹的
研究中亦有类似发现[42]。 总体而言,两林地上层细根 G较小,M较大,亦可能是因为在年生长季林地上层土
壤温度较高而水分含量较少(图 2)所致。
已有研究表明,细根生长的季节动态表现为 3 种形态,即无明显季节格局[17],单峰曲线[43]和双峰曲
线[44]。 Zhang等用微根管法对沙地柠条根系的季节动态的研究结果表明,15 年生柠条根长密度的季节变化
表现为单峰曲线且峰值出现在 9 月份[28];本研究结果表明,柠条幼林与成林细根 G均表现出了单峰的季节动
5896摇 22 期 摇 摇 摇 陈建文摇 等:柠条人工林幼林与成林细根动态比较研究 摇
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0.5 0—10cm 10—20cm 20—30cm
-0.1
-0.2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
80—90cm70—80cm60—70cm50—60cm
幼林
成林
-0.10
-0.05
0
0.05
0.10
0.15
0.20
a b c d e f a b c d e f a b c d e f a b c d e f a b c d e f-0.15
30—40cm 40—50cm
90—100cm
日期 Date
死亡
速率
Deat
h?ra
ate?
of? RLD
(M)
/(mm
. cm-3
. d-1 )
图 6摇 10 个土层柠条细根死亡速率(M)的季节变化(2007)
Fig. 6摇 The seasonal changes of fine root death rate (M) of Caragana korshinskii at 10 soil layers (2007)
a: 4 月11 日至 5 月26 日;b: 5 月27 日至7 月4 日;c: 7 月5 日至7 月 26 日;d: 7 月 27 日至8 月12 日;e: 8 月13 日至 9 月5 日;f: 9 月6 日
至 9 月 23 日
态,但与 Zhang等的研究有所区别的是,本研究中无论成林还是幼林,其细根 G峰值均出现在 8 月份。 这可能
与两个研究中人工柠条林所处的生境不同有关。 Kirsi 等对灌木,草本和苏格兰松的研究表明,在生长季末
(10 月份),活细根的生物量降低,而死根的生物量增加[45];这与本研究结果基本一致。 本研究还发现,在 0—
100 cm各个土层中,幼林细根 G出现峰值的时期均较成林为早,这可能与幼龄柠条的物候期比成年龄柠条略
早有关。
Hendick等用微根管法对一种阔叶落叶林的研究中发现,该阔叶林细根的死亡量在生长季末(9 月 16 日
到 10 月 14 日)达到最大[7], Ponti等在对橡树细根动态的研究中也被观察到了类似的现象[46]。 本研究发现,
无论是柠条幼林还是成林,细根 M随生长季的变化表现出持续升高的趋势。 细根的死亡是一个复杂的生理
生态过程。 从生理学角度讲,细根的死亡与光合产物的分配有关[1]。 Eissenstat和 Yanai提出根死亡的部分原
因是:当落叶产生之后,来自叶片的碳供应降低,根系通过死亡为抵御降低的碳供应,从而导致在叶片衰老之
后细根秋季较高的死亡量[47鄄48]。 本研究所观察到的柠条细根 M随季节变化现象较好的印证了这一说法。 由
此推测,无论是柠条幼林还是成林,其细根 M 将在生长季后持续升高并达到一个峰值,而在下一个生长季到
来之前降到最低。 而对这一推论还有待进一步观测验证。
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8896 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 22 November,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Hyperspectral estimation models for plant community water content at both leaf and canopy levels in Wild Duck Lake wetland
LIN Chuan, GONG Zhaoning, ZHAO Wenji (6645)
………
………………………………………………………………………………
Potential distribution of rice in china and its climate characteristics DUAN Juqi,ZHOU Guangsheng (6659)…………………………
Effects of seed soaking with soybean isoflavones on soybean seedlings under salt stress
WU Yumei, ZHOU Qiang, YU Bingjun (6669)
………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Ecophysiological responses and adaptation of Tamarix ramosissima to changes in groundwater depth in the Heihe river basin
ZHANG Pei, YUAN Guofu, ZHUANG Wei, et al (6677)
…………
…………………………………………………………………………
Melica przewalskyi population spatial pattern and response to soil moisture in degraded alpine grassland
ZHAO Chengzhang,GAO Fuyuan,SHI Fuxi,et al (6688)
………………………………
……………………………………………………………………………
A study on ecological compensation standard for Zaoshi Water Conservancy Project based on the idea of ecological footprint
XIAO Jianhong, CHEN Shaojin, YU Qingdong, et al (6696)
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Spatial鄄temporal variation of NPP and NDVI correlation in wetland of Yellow River Delta based on MODIS data
JIANG Ruizhu, LI Xiuqi, ZHU Yongan, et al (6708)
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Marshclassification mapping at a community scale using high鄄resolution imagery LI Na, ZHOU Demin, ZHAO Kuiyi (6717)………
The impact of bacterial鄄feeding nematodes on root growth of Arabidopsis thaliana L. and the possible mechanisms
CHENG Yanhong, CHEN Xiaoyun, LIU Manqiang, et al (6727)
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Spatial and dynamic analysis of plantations in Xishuangbanna using network K鄄function
YANG Juejie,LIU Shiliang,ZHAO Qinghe,et al (6734)
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Contrastive analysis and climatic response of tree鄄ring gray values and tree鄄ring densities
ZHANG Tongwen, YUAN Yujiang, YU Shulong, et al (6743)
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Fractal structure of dominant tree species in north鄄facing slope of mountain of northern Hebei
TIAN Chao,LIU Yang,YANG Xinbing,et al (6753)
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Characteristics of radiation fluxes of an evergreen broad鄄leaved forest in Maofeng Mountain, Guangzhou, China
CHEN Jin, CHEN Bufeng, PAN Yongjun, et al (6766)
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Effects of seed鄄dressing agents on groundnut and rhizosphere microbes LIU Dengwang,ZHOU Shan,LIU Shengrui,et al (6777)……
Time series prediction of the concentration of chlorophyll鄄a based on RBF neural network with parameters self鄄optimizing
TONG Yuhua, ZHOU Hongliang,HUANG Zhefeng,et al (6788)
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A trend surface analysis of geographic variation in the triats of seeds and seedlings from different Quercus acutissima provenances
LIU Zhilong, YU Mukui, MA Yue, et al (6796)

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Comparisons of relationships between leaf and fine root traits in hilly area of the Loess Plateau, Yanhe River basin, Shaanxi
Province, China SHI Yu,WEN Zhongming,GONG Shihui (6805)…………………………………………………………………
An analysis on the water status in twigs and its relations to the drought resistance in Five woody plants living in arid zone
TAN Yongqin, BAI Xinfu, ZHU Jianjun, et al (6815)
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The effect of fire on soil properties in a Pinus massoniana stand XUE Li, CHEN Hongyue, YANG Zhenyi, et al (6824)……………
Water鄄environment effects of industry structure in Taihu Lake Basin in Jiangsu Province
WANG Lei, ZHANG Lei, DUAN Xuejun, et al (6832)
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Effect of high temperature on enzymic activity, pigment content and chlorophyll fluorescence of two Kappaphycus species
ZHAO Sufen, HE Peimin (6845)
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Analysis on characteristics of a typical drought event in Jiangsu Province
BAO Yunxuan, MENG Cuili, SHEN Shuanghe, et al (6853)
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Surface heat flux and energy budget for semi鄄arid grassland on the Loess Plateau
YUE Ping,ZHANG Qiang,YANG Jinhu,et al (6866)
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Effects of light quality on photosynthetic characteristics and on the carotenoid and cuticular extract content in tobacco leaves
CHEN Wei, JIANG Wei,QIU Xuebai,et al (6877)
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Cyanobacterial diversity in biological soil crusts on wastelands of copper mine tailings
LIU Mei, ZHAO Xiuxia, ZHAN Jing, et al (6886)
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Stereotypic behavior frequency and the influencing factors in captive Alpine musk deer (Moschus sifanicus)
MENG Xiuxiang, GONG Baocao, XUE Dayuan, et al (6896)
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Zooplankton ecology near the Tianwan Nuclear Power Station WU Jianxin, YAN Binlun, FENG Zhihua, et al (6902)………………
Diel variations of fish assemblages in multiple habitats of Ma忆an archipelago, Shengsi, China
WANG Zhenhua, WANG Kai, ZHANG Shouyu (6912)
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A novel cognitive鄄based approach to motivation for non鄄use value ZHONG Manxiu, XU Lizhong, YANG Jing (6926)………………
Review
Salt鄄responsive proteomics in plants ZHANG Heng, ZHENG Baojiang, SONG Baohua, et al (6936)…………………………………
Research progress on forms of nitrogen and determination in the sediments LIU Bo, ZHOU Feng, WANG Guoxiang, et al (6947)…
Review of research progress of infectious diseases in wild birds LIU Dongping, XIAO Wenfa, LU Jun, et al (6959)…………………
Review on the methods to quantify fish忆s ability to cross velocity barriers in fish passage
SHI Xiaotao, CHEN Qiuwen, HUANG Yingping, et al (6967)
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Monograph
Intergovernmental Science鄄Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services: foundation, prospect and response strategy
WU Jun, XU Haigen, DING Hui (6973)
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Scientific Note
A comparative study of the spatial鄄temporal patterns of fine roots between young and mature Caragana korshinskii plantations
CHEN Jianwen, WANG Mengben, SHI Jianwei (6978)
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2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 22 期摇 (2011 年 11 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA

(Semimonthly,Started in 1981)

Vol郾 31摇 No郾 22摇 2011
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