亚热带不同树种根系形态及磷分级特征

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fubaoran
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磷(P)作为树木生长发育不可缺少的元素之一,参与植物的光合作用、呼吸作用、核酸的合成等。磷与植物生长发育和生理代谢反应密切相关,对亚热带森林生态过程和功能的影响有着重要意义。当前对森林生态系统磷形态的研究较多,大多集中在土壤,而对植物研究较少。31P核磁共振技术在土壤和作物运用处于初步阶段,对木本植物中的磷组分含量研究尚不清楚,而根系是地下生态学研究的热点,其重要性不容忽视。本研究以亚热带森林常见18个树种为研究对象,对根系样品进行采集,将根系按照功能划分为吸收根、运输根、支持根,测定根系形态学指标(根组织密度RTD、平均根直径AD、比根长SRL、根比表面积SRA)、养分含量和根系磷组分(正磷酸盐Or.P、磷酸单酯Mo.P、磷酸二酯Di.P、焦磷酸盐Py.P)含量,并测定了 18个树种一年的胸径增长量,分析不同生长速率树种与树种功能性状,特别是磷组分含量的相关性。对不同生活型树种各功能根系磷组分、根系形态学指标、养分含量、生长速率进行比较,分析根系各功能性状之间是否有系统发育信号,为亚热带森林磷转化、释放和周转以及生产、经营、管理提供理论依据。主要的研究结果如下:(1)不同生活型树种各功能根系全磷含量都表现出一致的规律,各生活型树种根系全磷含量都为吸收根最高,其次为运输根,支持根最低,分别为0.73g/kg、0.52g/kg、0.39g/kg。落叶树种各功能根系全磷含量比针叶树种和常绿阔叶树种要高。用31P核磁共振波谱技术对树种根系磷组分进行检测,在树种根系NaOH-EDTA可提取液中检测到四种磷组分,分别为正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯、焦磷酸盐。不同生活型树种根系正磷酸盐含量占比最高,其次磷酸单酯、磷酸二酯,焦磷酸盐最低,分别为54.35%、35.53%、7.95%、2.55%。不同生活型树种各功能根系磷组分(除磷酸单酯外)含量和全磷含量表现出一致的规律,为吸收根中最高,支持根中最低。树种根系磷组分含量与NaOH-EDTA可提取磷含量有着显著的正相关关系。(2)各生活型树种平均根直径和根组织密度都为吸收根最低,其次为运输根,支持根最高,分别为 0.53mm、0.35g/cm3,1.77mm、0.43 g/cm3,4.43mm、0.47 g/cm3;而各生活型树种比根长和根比表面积为吸收根最高,其次运输根,支持根最低,分别为 16.07m/g、250.18 cm2/g,1.10m/g、57.65 cm2/g,0.16m/g、20.68 cm2/g。在支持根中常绿阔叶树种和落叶阔叶树种根组织密度有显著性差异。同一生活型各功能根系平均根直径差异性显著。常绿阔叶树种和落叶阔叶树种各功能根系比根长差异性显著,不同生活型树种比根长没有显著性差异。总体而言,树种根系形态(RTD、AD、SRL、SRA)与磷组分含量基本有显著的相关关系。(3)不同生活型的树种,根系养分含量基本上呈现为有机碳>全氮>钙>铝>钾>镁>铁>全磷>锰>硼。根系有机碳含量除了针叶树种外,常绿阔叶树种与落叶阔叶树种都表现出一致的规律,都是吸收根中最低,其次为运输根,支持根中最高,分别为 412.25g/kg、416.73g/kg,442.53g/kg、435.25g/kg,457.64g/kg、465.93g/kg。不同生活型树种根系全氮含量在吸收根中最高,其次为运输根,支持根中最低,分别为11.32g/kg、7.79g/kg、6.63g/kg。每种生活型树种根系有机碳比全氮含量和有机碳比全磷含量都表现出相似的结果,都是支持根中最高,吸收根中最低。而根系全氮比全磷含量在不同生活型树种之间有所差异,落叶阔叶树种根系吸收根和支持根全氮比全磷含量差异性显著,其他生活型树种各功能根系之间差异不显著。树种根系有机碳含量与正磷酸盐含量有显著负相关关系,树种根系全氮含量与正磷酸盐含量有显著正相关关系。(4)18个树种的根系形态学指标、养分含量和不同磷组分含量等15个性状中,只有根系有机碳含量表现出显著的系统发育信号(P<0.05)并且系统发育信号较强(K=1.01),而其他14个功能性状指标都没有表现出显著的系统发育信号。意味着其他 14 个功能性状(AD、RTD、SRL、SRA、TN、TP、Or.P、Mo.P、Di.P、Py.P、C/N、C/P、N/P、RGR)可能更多的受环境因素影响较大,根系有机碳含量在树种系统发育位置比较近物种,具有相似的性状。(5)针叶树种胸径增长量和直径相对生长速率都为杉木最高,马尾松最低,分别为2.40mm、1.12mm,0.015cm/yr、0.0067cm/yr。常绿阔叶树种胸径增长量香樟最高,石栎最低,分别为7.33mm、0.19mm;直径相对生长速率四川山矾最高,石栎最低,分别为0.046cm/yr、0.0012cm/yr。落叶阔叶树种胸径增长量和直径相对生长速率都为木油桐最高,白栎最低,分别是7.70mm、0.32mm,0.044cm/yr、0.0024cm/yr。树种胸径增长量和直径相对生长速率与磷酸二酯含量有显著负相关关系,与磷组分(正磷酸盐、磷酸单酯、焦磷酸盐)含量没有显著相关关系。
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