非结构性碳水化合物对水曲柳和落叶松细根寿命的影响及机制

树木细根（直径<2 mm）的周转过程在陆地生态系统碳（C）和养分循环中发挥着重要作用，而细根的周转受细根寿命的影响。因此，明确哪些因素对细根寿命有关键的影响，具有重要意义。光合产物供应影响细根寿命，但是这一过程受非结构性碳水化合物（NSC，non-structural carbohydrate）的调节。然而，树种的NSC储存策略（浓度、含量、分配格局）如何与细根寿命相联系，目前并不明确。本研究以生长和NSC储存特性明显不同的树种（水曲柳和落叶松）为研究对象，在减少地上部分C供应条件下，拟通过微根管（minirhizotron）法观测细根的寿命与生产的反应；分析不同器官以及根系统内不同根序细根的生物量、NSC浓度和含量的动态变化；探索水曲柳和落叶松可能采取的补偿机制。研究结果将明确NSC对细根寿命的影响和机制，为细根周转机理研究提供理论基础。

树木细根（直径<2 mm）的周转过程在生态系统碳（C）和养分循环中发挥着重要作用。细根周转本质上受细根寿命的控制，因此明确哪些因素对细根寿命有关键的影响具有重要意义。光合产物供应影响细根寿命，但是这一过程受非结构性碳水化合物（NSC，non-structural carbohydrate）的调节。然而，树木的NSC储存策略（浓度、含量、分配格局）如何与细根寿命相联系并不明确。本项目以生物量分配和NSC储存特性明显不同的水曲柳和落叶松2年生苗木为研究对象，进行了不同强度和季节的人为去叶处理：叶面积去除0% （对照，处理I）、夏季去叶40%（处理II）和80%（处理III）、秋季去叶40%（处理IV）。应用微根管技术测定细根生产量、死亡量和现存量的季节动态，并估计不同出生根群细根寿命，同期测定了苗高和地径、各组分生物量和NSC浓度，目的是明确NSC在调节细根寿命过程中的作用和种间差异机制。结果表明：（1）去叶降低了两树种苗高和地径的生长，但是对苗高生长的影响小于地径。去叶当年生长季末水曲柳苗高比对照降低3.3%–12.1%，地径降低5.7%–23.1%；而落叶松苗高和地径降低较少（< 12%）；（2）水曲柳各组分生物量对夏季去叶的响应强于落叶松，特别是根系。秋季去叶也主要减少了根系生物量。然而，生长季后期两树种苗木地上和地下生物量分配并未明显受去叶的影响；（3）夏季去叶初期（2-4周）两树种苗木各组分NSC浓度多呈降低趋势，但是生长季后期的响应则存在明显差异，根系对去叶响应比地上组分具有更强的规律性。秋季去叶普遍降低了各组分NSC浓度；（4）夏季去叶引起两树种细根现存量、生产量的明显下降，但是死亡量的差异依赖于取样时间和去叶强度。水曲柳细根寿命对去叶的响应明显强于落叶松。2013年出生的根群，水曲柳对照处理I中细根寿命均高于处理II和III，而落叶松仅对照处理I中去叶前出生根群寿命高于其他处理。秋季去叶下仅水曲柳细根平均寿命缩短。综合来看，水曲柳苗木地上和根系组分对去叶处理的响应更加明显，而细根寿命的变化与NSC浓度的短期降低有关。去叶第二年两树种苗木地径仍小于对照，而细根生产和寿命在处理间无差异，表明C向根系分配的比例并未受到去叶干扰的强烈影响。这些研究结果增进了我们对NSC与细根寿命之间相互作用及其种间差异机制的理解，为了解树木细根周转机制提供了必要的理论依据。