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Discrepancy in fine root turnover estimates between diameter-based and branch-order-based approaches:a case study in two temperate tree species

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Journal of Forestry Research 2012年第4期23卷 575-581页

作者： SUN Jing-jue gu jia-cun WANG Zheng-quan School of Forestry Northeast Forestry UniversityHarbin 150040China

Fine root turnover plays a key role in carbon （C） budgets and nutrients cycles in forest ecosystems. However, the difference between branch-order-based and diameter-based approaches in estimating fine root turnover is still unclear. We studied root biomass turnover based on multiplying root standing biomass by turnover rate （inverse of median root longevity） in two Chinese temperate tree species, Fraxinus mand- shurica Rupr. and Larix gmelinii Rupr. The minirhizotron （MR） tech- nique was used to estimate longevities for first and second order roots, and total roots （R,o,al） apparent on the MR tube surface. The correspond- ing biomass for each root group was estimated by soil monolith. The difference in biomass turnover between Rtotal and the sum of the first and second order roots was used to represent the discrepancy between di- ameter- and order-based approaches. First order roots had shorter life spans and higher biomass turnover rates than the second order roots in both species. Biomass turnover estimated by the order-based method for F. mandshurica and L. gmelinii were 155.4 *** 158.9 g.m2.a-1, respectively, in comparison with 99.5 g.m^-2-a^-1 and 117.7 g.m^-2.a^-1 estimated by the diameter-based method, indicating that the diameter-based approach underestimated biomass turnover. The most probable reason was that the order-based method enhanced separation of the heterogeneous root population into relatively homogenous root groups with varying turnover rates. We conclude that separating fine root pool into different branch orders can improve the accuracy of estimates for fine root turnover, as well as the understanding of the belowground C allocation and nutrient cycling at ecosystem level.

关键词： Fraxinus mandshurica root life span root longevity Larix gmelinii minirhizotron soil monolith

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功能划分方法在树木细根生物量研究中的应用:进展与评述

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植物生态学报 2016年第12期40卷 1344-1351页

作者：谷加存王东男夏秀雪王韶仲东北林业大学林学院哈尔滨150040

树木细根具有高度的结构和功能的异质性。近20年来,人们逐渐认识到采用某一直径阈值来定义细根并开展研究的方法(即直径法)不能准确地描述相关的生理学和生态学过程。随着越来越多的研究证实根系功能与其分支等级密切相关,根序划分的方... 详细信息

树木细根具有高度的结构和功能的异质性。近20年来,人们逐渐认识到采用某一直径阈值来定义细根并开展研究的方法(即直径法)不能准确地描述相关的生理学和生态学过程。随着越来越多的研究证实根系功能与其分支等级密切相关,根序划分的方法(即根序法)在根系研究中得到更多的应用。但是,采用根序法测定相关功能属性需耗费大量的人力和时间。最近,有研究者在结合直径法和根序法优点的基础上提出了功能划分的方法。该方法将传统的细根区分为吸收根和运输根,在充分考虑根系结构和功能联系的同时,又能兼顾研究工作的效率和结果间的可比性,特别适用于根系生物量与周转的研究。采用功能划分方法来研究根系生物量(包括其他功能属性)是一个较新的观点,研究结果的规律性和存在的主要问题仍有待总结。该文作者通过查阅近年来的相关研究报告发现吸收根与运输根生物量在树种间存在较大的差异,目前对吸收根生物量在全球尺度上的变异格局并不清楚,吸收根与运输根对细根生物量周转的相对贡献有待探究,运输根在界定上存在着很大的挑战性。该文最后讨论了在根系研究中应用功能划分方法的优势与不足,并提出了建议。

关键词：吸收根运输根细根根序根系周转

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施用氮肥对落叶松人工林一级根外生菌根侵染及形态的影响

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应用生态学报 2007年第8期18卷 1727-1732页

作者：孙玥全先奎贾淑霞谷加存郭大立王政权东北林业大学林学院哈尔滨150040 北京大学环境学院北京100871

以落叶松人工林为研究对象,通过施N肥试验,对不同季节、不同土壤深度根系进行取样,研究了1级根外生菌根真菌侵染率和形态,及其与不同季节、土壤深度和土壤N有效性的关系.结果表明:外生菌根真菌对落叶松人工林1级根的侵染率显著受不同季... 详细信息

以落叶松人工林为研究对象,通过施N肥试验,对不同季节、不同土壤深度根系进行取样,研究了1级根外生菌根真菌侵染率和形态,及其与不同季节、土壤深度和土壤N有效性的关系.结果表明:外生菌根真菌对落叶松人工林1级根的侵染率显著受不同季节和土壤深度土壤N有效性的影响.在不同季节和土层之间,施N肥导致菌根真菌侵染率下降.与未侵染菌根真菌相比,菌根真菌侵染导致1级根形态发生明显改变,平均直径增加18.7%,平均根长缩短23.7%,比根长降低16.3%.这种根系形态变化在不同季节、不同土壤深度处理中表现明显.菌根真菌侵染改变了1级根形态,影响根系的生理生态过程.

关键词：落叶松外生菌根菌细根形态直径长度比根长

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黄波罗细根碳、氮的季节变化

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应用生态学报 2011年第10期22卷 2546-2552页

作者：赵妍丽许旸谷加存王政权东北林业大学林学院哈尔滨150040

以23年生黄波罗人工林为研究对象,测定黄波罗1～5级根的全碳(C)、全氮(N)、非结构性C(TNC)和可溶性N浓度的季节变化,研究全C、全N、TNC及可溶性N浓度的相关性.结果表明:在黄波罗前5级根中,TNC浓度占全C浓度的49%,可溶性N浓度占全N浓度的... 详细信息

以23年生黄波罗人工林为研究对象,测定黄波罗1～5级根的全碳(C)、全氮(N)、非结构性C(TNC)和可溶性N浓度的季节变化,研究全C、全N、TNC及可溶性N浓度的相关性.结果表明:在黄波罗前5级根中,TNC浓度占全C浓度的49%,可溶性N浓度占全N浓度的26%;在生长季内,TNC浓度占全C浓度比例从1级根的42%增加到5级根的52%,而可溶性N占全N的比例从28%下降到21%;春季细根全C浓度最低而全N浓度最高,TNC和可溶性N浓度均是夏季最低.前5级根全C浓度增加降低了TNC和可溶性N浓度,全N浓度增加显著降低了TNC浓度,提高了可溶性N浓度.随着根序升高,全N和全C浓度与TNC浓度的相关性增强,而与可溶性N浓度相关性减弱.细根TNC和可溶性N浓度与全C和全N浓度关系密切.

关键词：全碳全氮 TNC 可溶性N 黄波罗细根

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2004—2008年落叶松人工林细根生产和死亡的季节动态

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应用生态学报 2010年第10期21卷 2465-2471页

作者：姜红英谷加存邱俊王政权东北林业大学林学院哈尔滨150040

2004—2008年,采用微根管(minirhizotron)技术,对落叶松人工林细根生产和死亡进行连续动态观测,同时测定了温度(大气温度和土壤10 cm温度)和水分(降雨量和土壤10 cm深处含水量)的变化,研究细根生产、死亡的动态及其与温度和水分的关系.... 详细信息

2004—2008年,采用微根管(minirhizotron)技术,对落叶松人工林细根生产和死亡进行连续动态观测,同时测定了温度(大气温度和土壤10 cm温度)和水分(降雨量和土壤10 cm深处含水量)的变化,研究细根生产、死亡的动态及其与温度和水分的关系.结果表明:落叶松细根年根长生产量在0.20～0.78 ***-2,死亡量在0.26～0.72 ***-2;2004—2006年细根年根长平均生产量(0.67 ***-2)和死亡量(0.59 ***-2)均高于2007—2008年细根年根长平均生产量和死亡量(0.37和0.39 ***-2);在生长季内(5—10月),落叶松春末至夏季(6—7月)的细根生产量占全年产量的51%～68%,秋末(10月)仅占全年的1%～4%;而夏末(8月)和秋季(9—10月)细根死亡量占全年的59%～70%,早春(5月)占全年的1%～5%.相关分析表明,大气温度变化可以解释细根生产量66%的变异,而土壤10 cm深处温度解释24%,降雨量解释27%.细根的死亡量与土壤10 cm深处温度呈指数正相关.

关键词：落叶松细根生产细根死亡环境因子微根管

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CO_2浓度倍增对红松幼苗根尖和叶解剖结构及生理功能的影响

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植物生态学报 2016年第1期40卷 60-68页

作者：王娜张韫钱文丽王政权谷加存东北林业大学林学院哈尔滨150040

大气CO_2浓度升高对植物的影响是目前植物生态学研究中普遍关注的问题。以往的研究主要关注植物地上部分叶解剖结构及生理功能的改变,而对根解剖结构和生理功能变化以及根与叶变化之间潜在联系的研究较少。该文以三年生红松(Pinus korai... 详细信息

大气CO_2浓度升高对植物的影响是目前植物生态学研究中普遍关注的问题。以往的研究主要关注植物地上部分叶解剖结构及生理功能的改变,而对根解剖结构和生理功能变化以及根与叶变化之间潜在联系的研究较少。该文以三年生红松(Pinus koraiensis)幼苗为研究对象,通过CO_2浓度倍增(从350μmol·mol^(–1)增加到700μmol·mol^(–1))试验,研究当年生针叶和根尖解剖结构及生理功能的变化。结果表明:(1)CO_2浓度倍增处理的红松幼苗,气孔密度显著降低,叶肉组织面积、木质部及韧皮部面积明显增加;(2)CO_2浓度倍增导致红松幼苗根尖直径增粗,皮层厚度和层数显著增加,管胞直径变小;(3)高CO_2浓度处理下,叶气孔导度和蒸腾速率降低,光合速率和水分利用效率提高,同时根尖的导水率显著下降,但管胞的抗栓塞能力显著提高。这些结果显示,叶和根解剖结构及生理功能在CO_2浓度升高条件下具有一致的响应。未来研究中应该同时关注全球气候变化对植物地上和地下器官结构与功能的影响。

关键词：解剖结构大气CO2浓度叶根全球变化

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内生长法研究施氮肥对水曲柳和落叶松细根生物量和形态的影响

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生态学杂志 2009年第1期28卷 1-6页

作者：刘金梁梅莉谷加存全先奎王政权东北林业大学林学院哈尔滨150040 华中农业大学园艺林学学院武汉430070

细根生物量是森林生态系统碳循环的重要组成部分,而细根形态影响细根吸收功能,这2个因子均受土壤资源有效性的影响。本文采用内生长法和施肥试验于2003—2004年对东北林业大学帽儿山试验林场17年生水曲柳(Fraxinus mandshurica)和落叶松... 详细信息

细根生物量是森林生态系统碳循环的重要组成部分,而细根形态影响细根吸收功能,这2个因子均受土壤资源有效性的影响。本文采用内生长法和施肥试验于2003—2004年对东北林业大学帽儿山试验林场17年生水曲柳(Fraxinus mandshurica)和落叶松(Larix gmelinii)人工林细根取样,区别不同根序,研究施氮肥对这2个树种细根生物量、形态和组织氮浓度的影响。结果表明:施氮肥显著降低了水曲柳和落叶松1～3级根的生物量、水曲柳2～4级根和落叶松3级根直径,以及水曲柳1～4级根和落叶松1级根的比根长(P<0.05),但是对根长影响不显著;施肥仅对水曲柳1～2级根组织中氮浓度增加显著(P<0.05)。这些研究对认识水曲柳和落叶松细根生理生态过程与土壤资源有效性的关系具有重要意义。

关键词：水曲柳落叶松施氮肥细根生物量细根形态

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树木不同着生位置1级根的形态、解剖结构和氮含量

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植物生态学报 2010年第11期34卷 1336-1343页

作者：刘颖谷加存卫星许旸王政权东北林业大学林学院哈尔滨150040

树木根系中1级根在养分和水分吸收方面发挥着重要作用。研究1级根的形态结构与功能的联系,对了解1级根的生理功能和寿命,以及森林生态系统碳和养分的循环具有重要的理论意义。但是,1级根在根系统中,因着生的位置不同,可能表现出不同的... 详细信息

树木根系中1级根在养分和水分吸收方面发挥着重要作用。研究1级根的形态结构与功能的联系,对了解1级根的生理功能和寿命,以及森林生态系统碳和养分的循环具有重要的理论意义。但是,1级根在根系统中,因着生的位置不同,可能表现出不同的生理生态功能。该研究以胡桃楸(Juglans mandshurica)、黄波罗(Phellodendron amurense)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)人工林根系的1级根为研究对象,研究了不同着生位置的1级根的形态、解剖结构和组织化学特征。将1级根按着生位置的不同分成3类:Ar类根为2级根上的1级根;Br类根为2级–4级根的根尖;Cr类根为3级–5级根上的1级根。结果表明:不同着生位置的1级根,形态、解剖结构和组织化学方面都具有高度的异质性。3类1级根中,Ar类根数量多、根长较短、直径细,N含量高,皮层比例高、维根比低,主要由二原型原生木质部的根组成;Br类和Cr类根数量较少、单根较长、直径粗,N含量低,皮层比例低、维根比高,主要由多原型原生木质部的根组成。研究结果对了解不同着生位置的1级根的吸收功能和寿命具有重要的理论意义。

关键词：解剖结构根序水曲柳胡桃楸黄波罗

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水曲柳和兴安落叶松人工林细根分解研究

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植物生态学报 2008年第6期32卷 1227-1237页

作者：宋森谷加存全先奎郭大立王政权东北林业大学林学院哈尔滨150040 北京大学生态学系北京100871

细根分解是陆地生态系统C和养分循环的重要环节。以往的细根分解研究以埋袋法的应用为主。然而,由于埋袋法对分解材料的干扰以及对分解环境的改变使其很难揭示原位环境下根系的自然分解过程。该研究应用微根管(Minirhizotron)技术连续3... 详细信息

细根分解是陆地生态系统C和养分循环的重要环节。以往的细根分解研究以埋袋法的应用为主。然而,由于埋袋法对分解材料的干扰以及对分解环境的改变使其很难揭示原位环境下根系的自然分解过程。该研究应用微根管(Minirhizotron)技术连续3年对水曲柳(Fraxinus mandshurica)和兴安落叶松(Larixgmelinii)细根的分解过程进行原位监测,运用Kaplan-Meier方法估算细根分解的保存率及分解期中位值(即50%细根完全分解的时间,Medianroot decomposition time),做分解曲线,用对数秩检验(Log-ranktest)方法分析不同树种、直径、根序及土层对细根保存率的影响。结果表明,伴随时间延长,细根的保存率逐渐下降,兴安落叶松细根保存率的下降显著快于水曲柳(p0.6mm)细根的分解速率不同,两树种最长分解期中位值均出现在最细直径(≤0.3mm)根中;高级根分解速率显著低于一级根(p<0.05);土壤上层分解速度快,随着土壤深度增加细根分解速率减小。微根管技术为了解细根自然分解过程提供了有效途径。

关键词：水曲柳兴安落叶松细根分解微根管

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氮有效性增加对细根解剖、形态特征和菌根侵染的影响

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应用生态学报 2016年第4期27卷 1294-1302页

作者：王文娜王燕王韶仲王政权谷加存东北林业大学林学院哈尔滨150040

氮(N)有效性增加对森林生态系统结构和功能有重要影响.细根作为树木地下最为活跃的组分,其对N有效性增加的响应已成为森林生态学研究的热点.本文对N有效性增加条件下细根解剖构造、形态和菌根侵染的响应趋势及潜在机制进行了综述.N有效... 详细信息

氮(N)有效性增加对森林生态系统结构和功能有重要影响.细根作为树木地下最为活跃的组分,其对N有效性增加的响应已成为森林生态学研究的热点.本文对N有效性增加条件下细根解剖构造、形态和菌根侵染的响应趋势及潜在机制进行了综述.N有效性增加导致细根皮层厚度、皮层层数和皮层细胞直径下降,外皮层上通道细胞数量减少,而中柱和木质部横截面积,以及导管(或管胞)直径、数量和壁厚度均增加,根解剖构造的响应与植物激素浓度变化有关;N有效性增加后菌根侵染率下降,比根长(单位根干质量的长度)在外生菌根树种中普遍下降,而在内生菌根树种中增加;根直径和组织密度的变化趋势则表现出较大的种间差异.这些个体根和树种水平上的结果对于理解森林生态系统水平上的碳和养分循环具有重要意义.最后,根据目前研究中存在的不足提出了今后的研究方向与问题.

关键词： N有效性细根根解剖结构根形态菌根

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