長白山次生蒙古櫟林細(xì)根生物量及動(dòng)態(tài)研究

長白山次生蒙古櫟林細(xì)根生物量及動(dòng)態(tài)研究

細(xì)根一般是指根的細(xì)（直徑2mm），具有低等級(jí)木材化，與根尖直接相連。這些根具有吸收水分和養(yǎng)分的功能。它們是森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)庫的重要組成部分。它們?cè)谏稚鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)中起著非常重要的作用。細(xì)根生物量僅為總生物量的3%30%，但細(xì)根生長和旋轉(zhuǎn)速度需要50%70%的初始凈初生產(chǎn)力來維持其動(dòng)態(tài)過程。因此，它對(duì)樹木的碳分配和養(yǎng)分循環(huán)起到了不可忽視的作用。蒙古櫟(Quercusmongolica)屬耐貧瘠、耐干旱、萌生能力強(qiáng)的樹種.主要分布于東北三省、內(nèi)蒙古和河北省北部,是我國北方次生落葉闊葉林的主要組成樹種和主要用材樹種.近年來,對(duì)蒙古櫟林的地理分布、群落學(xué)特征、演替、水文效應(yīng)以及養(yǎng)分循環(huán)等研究較多,而對(duì)其細(xì)根現(xiàn)存量的研究較少.本文通過研究次生蒙古櫟林細(xì)根生物量及其季節(jié)動(dòng)態(tài)變化,深入分析次生蒙古櫟林潛在的地下生態(tài)學(xué)過程以及地下生產(chǎn)力特征,從而為研究長白山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)和平衡、合理開發(fā)利用森林資源提供理論和實(shí)踐依據(jù).1蒙古櫟林樣地的選擇研究地位于白河林業(yè)局松江林場(chǎng),地理坐標(biāo)為N41°42′45″～42°45′18″,E127°33′30″～128°16′48″.氣候特征為夏季短暫溫和,冬季漫長寒冷,平均年降水量為600～900mm,其中80%降雨量集中在夏季.通過踏查,選擇具有代表性的次生蒙古櫟林建立試驗(yàn)樣地.樣地內(nèi)樹種以蒙古櫟為主,平均樹高7m,平均胸徑9.3cm,散生少量的稠李(PrunuspadusL.)、色木槭(AcermonoMaxim)、鼠李(RhamnusdavuricaPall),林分郁閉度0.6,海拔516m,土壤類型為暗棕色森林土.2內(nèi)容和方法的研究2.1土芯細(xì)根的測(cè)定在次生蒙古櫟林內(nèi),于2010年4～9月的每月月底用內(nèi)徑7.5cm的土鉆沿等高線鉆取土芯,每條線鉆取10個(gè),共選擇相距10m的3條線等距離鉆取土芯30個(gè).取出的土芯按0～10cm,10cm以上分割,放置在孔徑為2,1,0.5,0.25mm土壤篩上,用流動(dòng)水沖洗,直至洗干凈為止,然后撿出細(xì)根.同時(shí)區(qū)分死活細(xì)根,并剔除草根.將分撿后的細(xì)根放置在75℃的干燥箱中烘干后稱重,并利用式(1)對(duì)細(xì)根生物量進(jìn)行計(jì)算:生物量(t/hm2)=平均每根土芯細(xì)根重(g)×100/[π(7.5/2)2](cm2).(1)2.2細(xì)根年死亡量、年生長量和周轉(zhuǎn)率為獲得細(xì)根年分解速率,同年5月末在調(diào)查樣地內(nèi)收集蒙古櫟細(xì)根(直徑≤2mm),采用埋藏分解袋法計(jì)算.同時(shí)根據(jù)廖利平等提供的McClaugherty提出的方法和單建平等提出的最大、最小值方法,利用下列模型計(jì)算細(xì)根年死亡量、年生長量和周轉(zhuǎn)率:M=Xmax-Xmin+D,(2)P=Ymax-Ymin+M,(3)T=P/Y,(4)式中:M為細(xì)根年死亡量;P為細(xì)根年生長量;D為細(xì)根年分解量;Xmax為死細(xì)根生物量最大值;Xmin為死細(xì)根生物量最小值;Ymax為活細(xì)根生物量最大值;Ymin為活細(xì)根生物量最小值;T為細(xì)根年周轉(zhuǎn)率;Y為活細(xì)根年平均生物量.活細(xì)根、死細(xì)根的最大值和最小值分別為兩種細(xì)根生物量動(dòng)態(tài)的最大值和最小值.3結(jié)果與分析3.1活細(xì)根的生長經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn),次生蒙古櫟林不同月份細(xì)根現(xiàn)存生物量不同,其結(jié)果如圖1所示.從圖1可以看出:總細(xì)根生物量隨著時(shí)間的推移有逐漸上升的趨勢(shì),4月末最低(4.0233t/hm2),9月末最高(5.0863t/hm2),最高和最低相差26%.細(xì)根的月平均量為4.5855t/hm2,其中活細(xì)根為4.1146t/hm2,占89.6%;死細(xì)根0.4709t/hm2,占10.4%.活細(xì)根生物量在1a內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)峰值,即7月末(4.6239t/hm2)和9月末(4.5297t/hm2).研究顯示:細(xì)根生物量在1a中一般出現(xiàn)1或2個(gè)峰值,但有的變化不明顯;一般峰值出現(xiàn)的時(shí)間是在春季展葉期前后、晚夏或秋季等,但細(xì)根生物量變化也會(huì)有一定程度的波動(dòng),這是受樹種特性及外界環(huán)境條件(如降水量、土溫、養(yǎng)分有效性等)綜合影響所導(dǎo)致.長白山闊葉紅松林活細(xì)根大量發(fā)生的時(shí)間為6,8月,與之相比,蒙古櫟細(xì)根的兩個(gè)峰值向后推遲1個(gè)月.4月末活細(xì)根現(xiàn)存量是全年最低值,僅為3.1777t/hm2,5月份根系開始大量生長,活細(xì)根生物量曲線開始上升,6,7月份上升趨勢(shì)較為平緩,直至達(dá)到7月末的全年最大值.一般而言,細(xì)根生長隨土壤溫度的升高而增加,達(dá)最大值后則隨溫度的升高表現(xiàn)出下降的趨勢(shì).8月末活細(xì)根生物量偏低,盛夏根系停止生長通常與環(huán)境脅迫有關(guān),如較高的溫度和干旱等.死細(xì)根生物量曲線隨著時(shí)間的改變呈現(xiàn)波浪狀,與活細(xì)根相比,死細(xì)根生物量則在活細(xì)根生物量較高的月份(例如5,7月末)退后1個(gè)月(即6,8月末)出現(xiàn)高值;活細(xì)根生物量的最低峰在8月末,則在9月末死細(xì)根生物量呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì).4月末死細(xì)根生物量達(dá)到最高值(0.8456t/hm2),5月末最低只有0.1829t/hm2,最高值是最低值的3.6倍左右.有資料表明:微生物的活動(dòng)直接受溫度影響,土壤水分和養(yǎng)分條件也受到溫度間接影響而改變,進(jìn)而對(duì)細(xì)根分解產(chǎn)生影響.Silver等從全世界細(xì)根分解數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn),年平均溫度與分解速率呈線性正相關(guān).可能是因?yàn)榻?jīng)過一個(gè)冬季,土壤凍結(jié)等原因?qū)е录?xì)根大量死亡,但土壤溫度偏低影響了土壤中微生物的活動(dòng),死根分解速度較慢,經(jīng)過不斷積累,4月末死細(xì)根生物量出現(xiàn)了最高峰,5月份以后,曲線呈現(xiàn)波浪狀,但波動(dòng)幅度不大.3.2活細(xì)根生物量年度生物量對(duì)次生蒙古櫟林不同月份不同土層深度的細(xì)根生物量分別求其平均值,結(jié)果發(fā)現(xiàn)60%(除7月末)以上的細(xì)根都集中在土壤0～10cm內(nèi),見表1(*為總體比例,**為死、活細(xì)根在這一層所占的比例).從表1可以看出:0～10cm范圍內(nèi),月平均生物量占地下總生物量的67.2%,在春季(4,5月末)該土層細(xì)根生物量比例較高,6月末開始減少,7月末低于60%.相關(guān)研究表明:土壤溫度的升高不但可以增加總的細(xì)根量,而且使細(xì)根趨向于深土層分布.另外,土壤水分對(duì)細(xì)根的垂直分布也有一定的影響,該月份根系主要表現(xiàn)為向深土層生長,在>10cm土層中活細(xì)根生物量比例達(dá)到40.7%,8,9月份細(xì)根又表現(xiàn)為在0～10cm土層內(nèi)生長.在0～10cm內(nèi)活細(xì)根生物量月平均值為2.7480t/hm2,死細(xì)根生物量為0.2920t/hm2,10cm以下的活細(xì)根生物量為1.3050t/hm2,死細(xì)根為0.1789t/hm2,活細(xì)根的比例分別為90.4%,87.9%.不同土層活細(xì)根生物量的年變化趨勢(shì)相似,在4月末活細(xì)根生物量是全年中的最低值,各占81.6%,73.8%,隨著時(shí)間的推移逐漸增加,7月末出現(xiàn)峰值,隨即8月末又開始減少,這與活細(xì)根總生物量的季節(jié)變化規(guī)律相同.3.3細(xì)根年死亡量、年生長量及周轉(zhuǎn)率根據(jù)細(xì)根分解試驗(yàn),對(duì)樣品失重分析得到蒙古櫟細(xì)根的年分解率為25.35%,將它乘以死細(xì)根生物量即得細(xì)根年分解量,再運(yùn)用模型(2)～(4)計(jì)算得出細(xì)根年死亡量、年生長量及其周轉(zhuǎn)率,見表2.從表2可以看出:細(xì)根年生長量為2.228t/hm2,死亡量為0.782t/hm2,分解量為0.119t/hm2,由此說明每年在大量細(xì)根生長的同時(shí),也有很多細(xì)根死亡.據(jù)報(bào)道,細(xì)根的周轉(zhuǎn)率在0.29～1.20次/a,多數(shù)在0.50～1.20次/a,本次研究細(xì)根周轉(zhuǎn)率為0.54次/a,與此相符.4深度細(xì)根總生物量研究結(jié)果表明:蒙古櫟活細(xì)根生物量在1a內(nèi)有兩個(gè)峰值,與長白山闊葉紅松林相比峰值向后推遲1個(gè)月,并且蒙古櫟林死細(xì)根生物量變化趨勢(shì)也與闊葉紅松林死細(xì)根生物量變化趨勢(shì)相同,也同樣存在明顯的時(shí)滯現(xiàn)象,這應(yīng)與長白山區(qū)的氣候環(huán)境條件密切相關(guān).蒙古櫟細(xì)根生物量月平均值為4.5855t/hm2,不同土層深度細(xì)根分布狀況以0～10cm土層細(xì)根總生物量最高,占調(diào)查深度細(xì)根總生物量的67.2%,應(yīng)與森林土壤上層一般養(yǎng)分條件和水分條件比較優(yōu)越有關(guān),但0～10cm土層細(xì)根總生物量與長白山闊葉紅松林(78.2%)、白樺林(78.4%)、山楊林(72.9%)相比略少,這應(yīng)與蒙古櫟本身的生物學(xué)特性和群落環(huán)境條件的差異密切相關(guān).蒙古櫟林細(xì)根的年周轉(zhuǎn)率為0.54次/a,與杉木(1.29次/a)、火力楠(1.