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全球变化表现在氮沉降增加和降水格局变化等诸多方面,极大地干预了森林生态系统碳氮循环过程。细根(直径≤2mm)是陆地生态系统重要的源和汇,其周转在很大程度上受土壤水分以及土壤氮有效性的控制,因此,细根动态对环境变化具有重要的指示作用,可反映树木或生态系统水平的健康状况。在阔叶红松林通过降水转移试验和人工添加氮肥试验模拟降水格局变化(±30%穿透雨)以及氮沉降增加(+50kgN·ha-1·a-1),采用土钻法与内生长法相结合研究了细根与土壤水分和氮有效性的关系,主要结论如下:
(1)土壤水分、有效氮含量及细根生物量具有高度的空间异质性,以空间自相关为主,其变异函数符合球状模型、高斯模型和纯块金效应模型。
(2)活细根中钾含量和死细根氮含量呈明显的季节变化,磷和钾在细根衰老过程中可能发生转移,其内循环率分别为7.3%和33.1%。
(3)Pearson相关分析表明,0-10cm土壤层细根量与土壤有效氮及硝态氮含量呈显著负相关。施氮使0-20cm土壤中铵态氮和硝态氮含量显著增加,而减少降水样地0-10cm土壤中铵态氮含量也显著增加于对照样地。
(4)施氮处理显著增加了细根的比根长、比表面积和根长密度,但降低了0-10cm土层细根直径,而减少降水使0-10cm土层细根的根长密度增加了2.6-4.0倍,增加降水处理也显著增加了10-20cm土层细根的直径和比根长。
(5)施氮处理使0-10cm土层活细根的季节动态由单峰型变成双峰型,降水减少的样地10-20cm土层活细根量增加了22.3%,死细根量减少了34.7%,无论是在增加降水还是减少降水状态下,施氮使0-10cm土层活细根量分别减少28.6%和25.1%。
(6)细根生产量和周转率的计算方法对结果的影响显著,综合不同计算方法结果表明,在增加降水的状态下,施氮处理显著降低了10-20cm土壤层细根年生产量和周转率,而施氮或减少降水处理使0-20cm土壤层细根年生产量和周转率显著升高。