大兴安岭北方森林细根动态和形态特征对氮沉降的响应

Fine root not only is the main organ of plants absorbing water and nutrients, is the most active part of the underground plant physiological function, but also important carbon (C)pool. In recent years, due to the importance of fine root in ecosystem C cycle and biological process of contingency, ecologists are increasingly concerned with the uncertainty factors in the soil. Fine root is sensitive to atmospheric nitrogen (N) deposition, which response of dynamic and morphological characteristics to N deposition has become a hot spot of scientific problems. In addition, the boreal forest is a sensitive area of climate change, making the scientific question is more prominent. This study will focus on response of fine root growth and death dynamics, fine root respiration dynamic; fine root morphology (diameter, length, surface area, anatomy), chemical composition (especially the C/N), biomass and MBC/MBN respectively to atmospheric N deposition, and it reveal the response of boreal forest ecosystem dynamics and fine root morphological characteristics to the simulated atmospheric N deposition. At present, the atmospheric N deposition is becoming more and more serious, to ascertain the influence about the effect of N deposition on dynamics and morphological characteristics of fine roots, which plays an important role in predicting the future global climate change, particularly sensitive to climate change and the relatively weak basis of studying the boreal forests, it will become practical significance more and more.

细根是植物吸收水分和养分的主要器官，也是植物地下生理功能最活跃的部分，同时还是重要的碳（C）库。近年来，由于细根在生态系统C循环中的重要性以及生物学过程的偶然性，生态学家十分关注土壤中这一不确定性因素。细根对大气氮（N）沉降表现敏感，其动态和形态特征对N沉降的响应已成为热点科学问题。加之，北方森林是气候变化敏感区域，使得这一科学问题更为凸显。本研究分别从细根生长和死亡动态、细根呼吸动态以及细根形态（直径、长度、表面积、解剖结构）、化学组成（尤指C/N）、生物量和MBC/MBN对大气N沉降的响应，揭示北方森林生态系统细根动态和形态特征对模拟大气N沉降的响应。当前，大气N沉降越来越严重，摸清N沉降对细根动态和形态特征的影响，对于预测未来全球气候变化具有重要作用，特别是对气候变化敏感区且研究基础相对薄弱的大兴安岭北方森林更具现实意义。

细根不仅是大气碳（C）通过植物进入土壤的重要途径，而且也是植物吸收土壤养分的主要器官。20世纪以来，随着经济的发展，人为活动导致大气氮（N）沉降一直呈现增加的趋势，可能对细根形态和动态特征产生潜在影响，而细根形态和动态特征的变化可能调节生态系统C循环。尽管先前大量研究指出N沉降可能改变细根形态和动态特征，但研究结果并不完全一致。与此同时，我们对N沉降影响细根变化的机制认识仍然不清楚。基于N沉降对细根特征影响的不确定性，我们在大兴安岭兴安落叶松林（Larix gmelinii）中建立了一个N添加试验，模拟N添加对细根形态和动态特征的影响。.通过微根管观测发现：在上层（0-20cm）土壤中，首先， N添加显著降低了观测期内活细根数量和细根的总表面积，而且降低量随N添加量增加而增加，但细根的平均直径却显著增加；其次，N添加显著降低了根系生产速率，及降低了利用根系生产量估算的根系周转速率。在下层（20-40cm）土壤中，其观测结果与上层土壤有所不同，首先，低浓度的N添加显著增加了观测期内活根系数量和细根总表面积，而在高浓度N添加下没有显著变化；其次，N添加增加了下层土壤中的根系生产速率，但没有显著改变根系周转速率。通过观测根系解剖结构，同样发现低水平N添加可能显著增加根系直径，但高水平N添加没有显著改变根系直径。根系解剖结构解释了低级根（1，2，3级根）在低水平N处理下的直径增加可能主要是因为维管束直径增加所引起的。除此以外，N添加、土壤深度、年份以及它们之间的交互作用也对细根形态、动态和土壤理化性质产生了显著影响。.上层土壤根系数量和表面积的减少和下层土壤根系数量的增加，暗示了大气N沉降的增加可能会改变根系养分吸收策略和垂直分布规律。根系数量的变化，也表明植物地下C分配量的降低。N沉降下根系周转速率降低，可能通过增加根系寿命，增加了根系碳在土壤中的滞留时间，进而降低了土壤C循环速率。