细根生物量在不同土层厚度下对树木根型多样性的响应机制

Fine-root is a main resource of soil carbon pool. Fine-root biomass (FRB) of forests was influenced by characteristics of tree species, species richness and soil condition, et al, and over-yielding of FRB usually occurred in mixed forest through niche complementarity. Nevertheless, contradictory results were reported in which explained by fine-root in mixed forest cannot segregate but compete. Therefore, over-yielding of FRB, in which types of tree species assembly will generate? Whether the difference of root type among tree species in mixed forest is a dominant factor of over-yielding of FRB? In addition, is over-yielding of FRB influenced by soil thickness? Between altering fine root spatio-temporal distribution and altering fine-root metabolic rates, which one is the responding mechanism of FRB to soil thickness？Therefore, we cannot explain satisfactorily the interactive mechanism of species richness and soil condition to FRB till now. we will monitor and analyze morphological traits and growth and turnover rate of fine root, spatio-temporal dynamics of FRB to each tree species in control experiment with various assemblies with different root type tree species in different soil thickness sites. Finally, we will reveal the responding law and mechanism of FRB to soil thickness. These results will provide a scientific basis for predicting soil carbon cycle process and guidance of forest sustainable management. Therefore, this project holds both theoretical and practical potentials.

细根是土壤碳库的主要来源。森林细根生物量受树种特性、物种丰富度和土壤条件等影响，混交林细根生物量一般会因“生态位互补机制”出现“超产现象”，但也出现不一致的结果，并被解释为“根系不能分离而存在竞争”。那么哪些物种间根系能产生“生态位互补”，根型差异是不是导致超产的主导因素？“超产现象”是否受土层厚度影响？土层厚度对细根生物量的作用机制是改变细根的时空分布还是代谢速率？这些科学问题尚未得到明确的答案，因此，无法圆满解释细根生物量对物种丰富度及土壤条件的响应机制。本研究拟拟通过不同土层厚度、不同根型树种搭配控制试验，分析不同根型树种的细根形态、生长及周转、生物量分布等特征，揭示土层厚度对细根生物量的作用规律和机制。本项目将为预测碳循环及指导森林可持续经营提供科学依据，具有重要的理论意义和潜在应用价值。

细根是土壤碳库的主要来源，其生物量及周转过程显著影响森林生态系统的生产力和全球碳循环。由于细根生物量产生机制不明晰，因此无法揭示细根生物量与物种多样性之间的复杂关系。本项目选择马尾松、杉木等不同根型树种为研究对象，采用定期收获法与微根管法相结合，分析根型组成不同的群落和个体在不同土层厚度下细根生物量和形态及其分布、生长和死亡等特征，揭示物种和根型多样性、土层厚度等因素对细根生物量的作用机制。结果表明：（1）按直径和按根序划分细根的细根生物量存在显著差异，<2.0 mm细根包含18.61%-37.88%的4级及以上级别的根系。（2）在不同土层厚度下群落细根生物量与物种多样性之间呈现不同关系。在土层薄时，群落总细根生物量与物种丰富度呈负相关或不相关；在土层厚时无相关关系。（3）群落细根生物量分层分布受物种和根型多样性影响。在薄土层时，树种和根型多样性与土壤上层细根生物量间无相关关系，而与下层细根生物量存在负相关关系。在厚土层时，土壤表层细根生物量随根型和物种多样性增加而降低，在下层中无相关关系。（4）不同根型树种单栽和混栽时细根生物量及分层规律随土层厚度变化而不同。在薄土层下，马尾松等深根型树种混栽时表层和下层细根生物量显著高于单栽，但在在厚土层下，各树种细根生物量在单栽和混栽下无显著差异。（5）各树种细根的比根长、比表面积随等级提高而降低，且随树种变化而不同。（6）不同树种细根生长和死亡规律不同，它们共同影响群落的细根生长和死亡，但不同树种的贡献不同，深根型树种贡献大于浅根型树种。本研究初步证实，按根序划分细根开展功能研究更具科学性；群落细根生物量与树种多样性关系主要受根型多样性驱动，并随资源供给变化而不同；不同根型树种的细根分布除受遗传特性控制外，还与群落其他树种及其根型结构、资源供给有关。开展细根生物量及形态等研究，可丰富森林生产力产生机制理论，为森林可持续经营提供科学依据，具重要理论和实践价值。