基于小觀察窗技術(shù)的竹林地下系統(tǒng)動(dòng)態(tài)研究.pdf

1、竹林地下系統(tǒng)由竹林鞭系、竹林根系以及竹蔸組成，根系又由竹根和鞭根及其各級(jí)支根組成。散生竹林地下部分是一個(gè)相互連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)龐大、復(fù)雜、有機(jī)的系統(tǒng)。無(wú)論是對(duì)竹林生產(chǎn)力形成，還是對(duì)生態(tài)功能發(fā)揮，它都具有不可替代的作用。 由于竹林地下系統(tǒng)深藏土壤，觀測(cè)和測(cè)定十分困難，對(duì)它的研究也相對(duì)薄弱，研究手段和技術(shù)是制約和限制地下部分研究發(fā)展的重要因素，尤其是對(duì)地下部分動(dòng)態(tài)的研究，目前的研究手段和方法都存在一定的缺陷。 小觀察窗

2、(Minirhizotron)技術(shù)的誕生和發(fā)展大大改善了這種狀況，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)ν寥乐刑幱谧匀粻顟B(tài)下的根系樣品進(jìn)行原位的、可重復(fù)的、周期性的、長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，因而避免了因物理取樣帶來(lái)的諸多缺陷，所以，小觀察窗技術(shù)被認(rèn)為是根系研究技術(shù)發(fā)展中的重要里程碑。 本文主要采用小觀察窗技術(shù)，結(jié)合其他方法，以浙江廟山塢自然保護(hù)區(qū)暨中國(guó)林科院亞熱帶林業(yè)研究所廟山塢試驗(yàn)林場(chǎng)人工毛竹林為研究對(duì)象，對(duì)竹林地下系統(tǒng)發(fā)生、生長(zhǎng)以及死亡分解動(dòng)態(tài)進(jìn)行

3、了較為系統(tǒng)的研究，闡明了竹林地下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和分布特征，揭示了竹林鞭系、根系生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)特征及其與環(huán)境因子和人工經(jīng)營(yíng)措施的關(guān)系，弄清了竹林細(xì)根生產(chǎn)與周轉(zhuǎn)、細(xì)根分解動(dòng)態(tài)以及養(yǎng)分歸還規(guī)律，豐富和擴(kuò)展了竹林地下系統(tǒng)生物學(xué)和生態(tài)學(xué)理論，為科學(xué)、客觀、全面評(píng)價(jià)竹林地下系統(tǒng)對(duì)竹林生產(chǎn)力形成和生態(tài)功能發(fā)揮提供科學(xué)證據(jù)，同時(shí)，也為小觀察窗技術(shù)在我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用開辟先例。本文的研究成果對(duì)揭示植物根系生物學(xué)過程和生態(tài)學(xué)過程具有理論意義，對(duì)指導(dǎo)竹林生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)具

4、有實(shí)踐意義。 1)竹林地下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和空間分布 毛竹天然林竹鞭現(xiàn)存總重量為6179.44kg.bm-2，占鞭根系統(tǒng)總量的40.52％，竹鞭長(zhǎng)度達(dá)84872.99m.hm-2。竹鞭集中分布在0～30cm土層中。竹林根系現(xiàn)存總重量為9071.2kg.hm-2，占鞭根系統(tǒng)總量的59.48％，其中鞭根多于竹根。根系總長(zhǎng)度是鞭系總長(zhǎng)度的約1000倍，根系的總表面積也是鞭系的20多倍。龐大的根系長(zhǎng)度和表面積正是竹林吸收水分、養(yǎng)分等土壤

5、資源的根本保證，也是竹林生產(chǎn)力形成的重要基礎(chǔ)。 2)竹林鞭系、根系生長(zhǎng)動(dòng)態(tài) 竹林鞭系生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)因大小年不同而有較大差異，大年竹鞭生長(zhǎng)始于新筍開始抽枝展葉的6月初，11月底停止生長(zhǎng)，小年竹鞭生長(zhǎng)始于4月份，12月停止生長(zhǎng)，小年竹鞭生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)量均大于大年竹鞭。竹鞭生長(zhǎng)量最大在盛夏的7～9月，竹鞭的相對(duì)生長(zhǎng)量與生長(zhǎng)時(shí)間的關(guān)系符合指數(shù)變化規(guī)律。竹鞭的生長(zhǎng)進(jìn)程表現(xiàn)出“慢—快—慢”的節(jié)律，可數(shù)量化劃分為生長(zhǎng)初期、盛期和末期。

6、 毛竹竹根3月下旬發(fā)生，根量密度呈波動(dòng)式增長(zhǎng)，6月中旬，竹根新根根量密度達(dá)到最大。竹根根量密度隨時(shí)間的增長(zhǎng)方式可用多種模型模擬。竹根新根長(zhǎng)度隨著時(shí)間的增長(zhǎng)符合直線模型，新根的根量密度、表面積、體積和干質(zhì)量均隨著時(shí)間同步增長(zhǎng)。鞭根發(fā)生比竹根早，3月下旬之前即已經(jīng)發(fā)生，7月份迅速上升，9月達(dá)到最大值，并一直保持較高水平。鞭根新根發(fā)生主要集中在7～10月份。 竹根新根根量密度最高發(fā)生在20～30cm土層，最低發(fā)生在60～70cm土層，

7、新根表面積、體積和干質(zhì)量隨土壤深度的分布與根量密度基本一致。鞭根的根量密度隨著土壤深度的增加呈下降趨勢(shì)，最高出現(xiàn)在10～20cm土層，密度最大的層次比竹根淺。各土壤層次中，鞭根的密度均比竹根的大。 鞭根新根的死亡始于6月下旬，7～8月和11～12月是鞭根死亡較高的時(shí)期。鞭根死亡也因土壤深度不同而發(fā)生變化。上層土壤鞭根死亡量較大。 3)環(huán)境因子和經(jīng)營(yíng)措施對(duì)竹林新根生長(zhǎng)的影響 干旱脅迫下，新根發(fā)生數(shù)量較少，根量密度下

8、降。干旱脅迫對(duì)竹林新根長(zhǎng)度有一定的促進(jìn)作用，使新根有向含水量較高的深層土壤中生長(zhǎng)的趨勢(shì)。采用觀察窗或者小觀察窗技術(shù)研究植物根系時(shí)可能引起的光線泄漏，對(duì)新根發(fā)生和生長(zhǎng)有顯著的抑制作用；施肥對(duì)竹林新根發(fā)生和生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用，其中，對(duì)表層土壤中新根生長(zhǎng)影響大于深層土壤。 竹林新根量和根量密度與環(huán)境因子，以及氣象、土壤因子之間存在密切的相關(guān)關(guān)系。新根發(fā)生量與土壤溫度、濕度、空氣溫度以及降雨量之間的關(guān)系均表現(xiàn)為顯著的正相關(guān)；而根量密度

9、與土壤溫度、5cm和30cm土層的土壤含水量的相關(guān)關(guān)系達(dá)極顯著水平。逐步回歸分析表明，對(duì)竹林新根量影響最大的環(huán)境因子是土壤溫度和30cm土層土壤含水量，土溫越高，土壤含水量越高，新根發(fā)生量越多。 4)竹林細(xì)根生產(chǎn)和周轉(zhuǎn) 毛竹林細(xì)根全年平均現(xiàn)存生物量為8308kg.hm-2。毛竹細(xì)根現(xiàn)存生物量的季節(jié)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為單峰型，7月最高，1月最低。毛竹細(xì)根現(xiàn)存生物量隨土壤深度增加而減少。 毛竹林細(xì)根年生產(chǎn)量為4820.67kg

10、.bm-2，根長(zhǎng)生長(zhǎng)量為7.5201×107m.hm-2，竹林細(xì)根生產(chǎn)的季節(jié)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為3～5月緩慢增加，5～7月急劇增加，此后增長(zhǎng)速度減緩，直至停滯。毛竹直徑＜2mm的細(xì)根生長(zhǎng)量中，直徑＜0.5mm的細(xì)根長(zhǎng)度占了細(xì)根總長(zhǎng)度的85.29％，其根毛區(qū)是吸收水分養(yǎng)分的主力。隨著土壤深度增加，細(xì)根生產(chǎn)呈下降趨勢(shì)，細(xì)根新根大部分發(fā)生在表層0～30cm層次。毛竹林細(xì)根周轉(zhuǎn)率為0.68次.a-1。 5)竹林細(xì)根分解動(dòng)態(tài)及營(yíng)養(yǎng)歸還 毛竹

11、直徑＜2mm和直徑2-5mm兩個(gè)徑級(jí)細(xì)根的分解過程符合Olson的分解指數(shù)模型。徑級(jí)較小的細(xì)根比徑級(jí)較大的細(xì)根分解快，分解半年后的失重率分別為41.30％和37.64％，分解50％干物質(zhì)所需時(shí)間分別為8.13個(gè)月和9.75個(gè)月。 毛竹2-5mm細(xì)根中，所測(cè)10個(gè)營(yíng)養(yǎng)元素含量從大到小的順序?yàn)椋篊＞N＞K＞P＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Ca＞Cu，直徑＜2mm細(xì)根，略有不同，其中的Cu、Fe、Zn、Mn含量大大高于2-5mm細(xì)根，高出

12、2～5倍，而C/N比低于2-5mm細(xì)根。在竹林細(xì)根分解過程中，各營(yíng)養(yǎng)元素含量處于上升和下降的相間波動(dòng)中，相對(duì)損失量發(fā)生不同的變化，C素總體上呈緩慢下降趨勢(shì)，分解前期損失明顯高于后期。N、P、K在分解的第1～3個(gè)月?lián)p失量很大，此后速度減緩。Mg元素?fù)p失量隨時(shí)間的變化基本呈直線關(guān)系，速度較為均勻，Cu和Zn的釋放在不同徑級(jí)細(xì)根之間差異顯著，Ca和Fe表現(xiàn)為強(qiáng)烈的積累過程，Mn也表現(xiàn)為微弱積累過程。 竹林地下系統(tǒng)是竹林林分的重要部分，