【摘 要】
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森林生态系统林木根系分解是养分元素进入土壤的重要途径之一。林窗干扰是森林生态系统更新与发展的重要驱动力,林窗形成改变林下光温水分配格局,影响根系死亡,进而可能直接或间接地影响林木根系分解及养分释放动态。根系化学特征在不同径级间差异显著,进而影响根系分解及元素释放特征。鉴于此,本研究以川西亚高山两种优势针叶树种粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abiea faxoniana)根系为
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:林窗对川西亚高山针叶林细根分解的影响(32071745); 国家自然科学基金(31901295,31870602); 四川省杰出人才计划项目(2020JDJQ0052),川西亚高山针叶林细根分解特征:林窗和根序假设验证; 四川省应用基础项目(2021YJ0340);
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森林生态系统林木根系分解是养分元素进入土壤的重要途径之一。林窗干扰是森林生态系统更新与发展的重要驱动力,林窗形成改变林下光温水分配格局,影响根系死亡,进而可能直接或间接地影响林木根系分解及养分释放动态。根系化学特征在不同径级间差异显著,进而影响根系分解及元素释放特征。鉴于此,本研究以川西亚高山两种优势针叶树种粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abiea faxoniana)根系为研究对象,采用凋落物分解袋法,研究2个树种细根(0-2 mm)、中根(2-5 mm)和粗根(5-10 mm)在林窗中心与郁闭林下分解过程中质量损失、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)和锰(Mn)6种元素的含量、残留率和释放率动态特征。主要结果如下:1.分解第一年根系质量损失最多,平均损失率为16.91%,占5年总损失率的38.61%。分解5年后,林窗内3个径级岷江冷杉和粗枝云杉根系质量损失比郁闭林下平均快1.49%,但差异不显著。与岷江冷杉相比,粗枝云杉根系分解相对较快;两个针叶树种根系质量损失均随径级增加而下降。林窗显著影响土壤温度变化,土壤温度和水分与根系质量损失显著正相关。统计分析结果表明,林窗对根系分解的影响还与径级和分解时期密切相关。2.在5年分解过程中,林窗显著影响了根系Na、Ca、Fe和Mn元素含量。林窗内Fe和Mn元素含量最高可达9.95 g kg-1和0.32 g kg-1,比郁闭林下最高含量分别高4.26 g kg-1和 0.14 g kg-1。Na和Mg元素含量变化在两个树种间差异显著,且分解第一年元素变化趋势相反。试验期间,Na、Ca、Mg、Fe和Mn元素含量径级差异总体表现为:0-2 mm>2-5 mm>5-10 mm。方差分析表明,林窗、树种和径级均对根系分解过程中元素含量动态影响显著。3.试验期间,K元素均表现为释放,释放率超过90%。Na元素有释放也有富集,郁闭林下根系Na元素表现为释放,而林窗刚好相反。Ca元素整体呈现出先释放后富集趋势,分解5年后Ca元素均表现为富集。Mg元素释放动态受物种影响显著,粗枝云杉先释放后富集,岷江冷杉先富集后释放,分解5年不同径级Mg元素富集了 25.70%-131.45%。Fe元素呈先富集后释放变化趋势,Mn元素则呈缓慢富集的趋势,两者最高富集了 269.41%和243.73%。统计分析显示,元素释放与元素属性、林冠环境和分解时期密切相关。4.主成分分析结果表明,郁闭林下根系质量损失与K、Fe和Mn元素残留率正相关,与Ca元素残留率负相关;林窗下根系质量损失与K、Fe和Mn元素残留率正相关,与Na、Ca和Mg元素残留率负相关。影响林窗和郁闭林下根系质量损失第一主成分解释度分别为48.51%和41.36%。相关性分析结果表明,K、Na、Mg和Ca元素残留与C元素初始含量相关性显著,K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn元素残留与N、P、木质素含量、C:N和木质素:N相关性显著。总体看,根系金属元素释放与自身化学性质密切相关。综上所述,在5年的实验期间,林窗下土壤温度、Fe和Mn元素释放动态均显著高于郁闭林下,但对根系质量残留无显著影响。除K元素释放外,其他元素表现出不同程度的富集。养分元素含量通常随着径级增大而降低,而养分元素释放则表现出相反趋势。川西亚高山针叶林根系分解金属养分元素释放受林窗、物种和径级因素的综合影响,林窗效应与物种和径级密切相关。研究结果为进一步认识亚高山森林生态系统的地下物质循环过程提供了基础数据,对维持亚高山针叶林土壤肥力和可持续经营具有重要意义。
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