【摘要】：地下生態(tài)系統(tǒng)(Belowground ecosystem)具有復(fù)雜且不可直接觀測的特點,阻礙了科學(xué)家們對其特征和功能展開深入的研究。植被的細根是獲取并運輸水分、養(yǎng)分元素的重要地下器官,細根的生長、周轉(zhuǎn)和分解在地球生物化學(xué)循環(huán)中具有重要的作用,其在調(diào)節(jié)有機碳和養(yǎng)分元素(N、P、K)從植物-土壤-植物的流通和生物循環(huán)中具有重要的意義。中國是受土地荒漠化影響最嚴重的國家之一,而青海省位于青藏高原的東北部,其脆弱敏感的生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致沙化土地分布廣泛,是我國受荒漠化危害相對嚴重的區(qū)域。通過生物結(jié)合機械措施實現(xiàn)沙化土地的植物恢復(fù)與生物多樣性的保護,是防止沙化土地面積增加最有效的方法,也是治理并有效利用沙化土地的合理途徑。細根作為地下生態(tài)系統(tǒng)根系動態(tài)研究最為重要的部分,細根動態(tài)特征對荒漠生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的影響機制以及細根動態(tài)對碳和養(yǎng)分循環(huán)貢獻率尚不清楚。本文以青海共和盆地高寒沙區(qū)丘間低地典型固沙植物人工林(烏柳(Salix cheilophila)、沙柳(Salix psammophila)、小穗柳(Salix microstachya)、小葉楊(Populus simonii)和烏柳+小葉楊混交林)和固定沙丘典型固沙植物人工林(中間錦雞兒(Caragana intermedia)、檸條錦雞兒(Caragana Korshinskii)、沙蒿(Artemisia desertorum)和中間錦雞兒+沙蒿混交林)為研究對象,采用傳統(tǒng)挖掘法、根鉆法、埋袋法和森林收獲法對9種人工林植被細根生物量、生產(chǎn)量、分解、周轉(zhuǎn)和細根動態(tài)對人工林碳貯量和養(yǎng)分貯量的貢獻率進行了系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明:(1)典型固沙植物人工林的細根主要分布在0~40 cm的土層深度中。烏柳、沙柳、中間錦雞兒和檸條錦雞兒相比其他植被擁有更高的細根生物量和生產(chǎn)力,其細根對環(huán)境變化適應(yīng)性更強,兩種立地條件下混交林中的植被細根較相應(yīng)的純林樹種分布更深,對土壤固持能力更強,對土壤的深層資源利用率更高。沙柳、小穗柳和沙蒿樣地土壤含水量顯著高于其他人工林樣地,混交栽植方式能增加林地土壤涵養(yǎng)水源的能力;小穗柳、沙柳、中間錦雞兒和檸條錦雞兒純林土壤容重較小,有利于改善土壤透氣透水性,混交栽植模式會增大林地的土壤容重;沙柳、小穗柳、小葉楊和中間錦雞兒樣地的SOC含量較高,且混交栽植模式會降低其SOC含量,典型固沙植物人工林的土壤全N和全P含量均較低。(2)典型固沙植物細根在489 d的分解期內(nèi),分解速率表現(xiàn)為“快-慢-較塊”;典型固沙植物細根分解速率非常緩慢(分解95%需12.57~39.21 a)。細根的分解速率與土壤環(huán)境溫濕度和細根底物P含量顯著正相關(guān)(P0.05),與底物N含量呈極顯著負相關(guān)關(guān)系(P0.01)。丘間低地純林中沙柳和小穗柳分解速率顯著高于烏柳和小葉楊,固定沙丘純林中中間錦雞兒分解速率顯著高于沙蒿和檸條錦雞兒�；旖辉灾材Ｊ綍涌炝值貎�(nèi)細根分解速率。(3)典型固沙植物人工林細根周轉(zhuǎn)速率表現(xiàn)為半灌木灌木喬木。小葉楊、中間錦雞兒相比沙柳、沙蒿的細根平均壽命更長,細根周轉(zhuǎn)率更低。沙柳林與沙蒿灌叢主要通過不斷更新細根來適應(yīng)高寒沙區(qū)的干旱環(huán)境以及季節(jié)性降雨,而中間錦雞兒與小葉楊細根擁有相對較長的壽命,通過降低細根周轉(zhuǎn)率來降低水分和養(yǎng)分的消耗,且混交栽植模式會增加相應(yīng)的樹種的細根周轉(zhuǎn)速率。(4)丘間低地典型固沙植物人工林的各組分生物量主要分配在樹干中,而在固定沙丘中則主要分配到樹根中,且65.5%~93.9%的根系分布在0~40 cm土層深度中�；旖辉灾材Ｊ侥芴岣吡址值墓痰芰�,在丘間低地,植物細根年固碳量占人工林年總固碳量比例為2.3%~15.5%,而在固定沙丘這一比值為1.8%~16.8%,沙柳、小穗柳、檸條錦雞兒純林較其他純林植被的細根對人工林固碳量的貢獻率更大;烏柳+小葉楊的混交林中,烏柳細根對人工林的固碳量貢獻率遠大于小葉楊,中間錦雞兒+沙蒿的混交林中,中間錦雞兒的細根貢獻大于沙蒿。(5)典型固沙植物人工林中有59%~92%的N、P、K貯存在植被層中,丘間低地的固沙植物養(yǎng)分大部分貯存在樹葉和樹枝中,而在固定沙丘中則主要儲存在樹根和樹枝中,且N、P、K在養(yǎng)分儲量中的分配關(guān)系表現(xiàn)為N、K較大,P最小。典型固沙植被細根N、P、K的存留量占人工林總N、P、K貯量比例大小分別為1.7%~42.5%、1.0%~28.3%和1.3%~29.2%,大體上表現(xiàn)為混交沙蒿灌叢、沙蒿灌叢、檸條錦雞兒、小穗柳、混交烏柳和沙柳較大,中間錦雞兒和小葉楊最小。本研究中的典型固沙植被養(yǎng)分貯存能力較好,土壤養(yǎng)分的利用效率較低,人工林的養(yǎng)分循環(huán)速率較慢,且無論在丘間低地還是固定沙丘,N都是相對比較活躍的養(yǎng)分元素。本文系統(tǒng)全面的研究和評估了青海高寒沙區(qū)9種典型固沙植物人工林的細根動態(tài)特征及其對碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)的影響,深入研究了細根的生長、分布、生產(chǎn)、周轉(zhuǎn)和分解動態(tài)對典型固沙植物人工林的碳貯量和養(yǎng)分貯量的貢獻,明確了細根在高寒沙區(qū)碳儲量和養(yǎng)分儲量的貢獻率。結(jié)果表明沙柳、小穗柳、烏柳和檸條錦雞兒是適合高寒沙區(qū)植被恢復(fù)與重建的優(yōu)良固沙品種,沙柳純林、烏柳+小葉楊的混交林以及中間錦雞兒+沙蒿的混交林是更加合適的高寒沙區(qū)防護林栽培模式。研究結(jié)果可為高寒沙區(qū)及其類似區(qū)域的生態(tài)效應(yīng)評估提供理論依據(jù),也可為退化土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能建設(shè)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S775
【圖文】：

結(jié)合細根周轉(zhuǎn)和分解各項獲得細根動態(tài)固定的有機碳和養(yǎng)分含量，明確細根生產(chǎn)占碳儲量和養(yǎng)分貯量的比例，初步揭示細根在人工林碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)中的作用機制。1.5 技術(shù)路線

第二章 研究區(qū)概況自然概況 研究區(qū)地理位置究區(qū)位于青海省海南藏族自治州共和盆地，共和盆地地處青藏高原東北邊連山和昆侖山的過渡帶，東經(jīng) 98°46′~101°22′，北緯 35°27′~36°56′，四周拔高度自西北向東南逐漸降低，總面積為 13800 km2（張登山等，2009）。選在共和盆地西北部的沙珠玉鄉(xiāng)的國家林業(yè)局青海共和荒漠生態(tài)系統(tǒng)定位100°14.04′~100°14.52′E，36°14.02′~36°14.98′N），其海拔高度為 2871~3872017）。地理位置如圖 2-1 所示。

固沙植物細根周轉(zhuǎn)取樣示意圖

【參考文獻】

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本文編號：2804743