三江源区不同建植年限人工草地根系动态特征

doi:10.11686/cyxb2020161

摘要/Abstract

摘要：

根系动态特征能够反映人工草地植物利用土壤资源的效率和群落恢复演替的程度。本研究以三江源区不同建植年限（5、6、9和13年）人工草地植物根系为研究对象，利用“微根管”技术，连续两个生长季（2015年5-9月和2016年5-9月）探究了4个建植年限人工草地根系动态特征。结果表明：地上生物量和丰富度在建植5~9年呈下降趋势，建植9~13年显著上升；土壤理化性质呈“N”字型变化，不同建植年限间差异显著；随建植年限增加，根系寿命、累积生产量和累积死亡量均波动上升，根系的生长和死亡主要发生在0~10 cm土层；根系平均现存量随建植年限增加持续增加，建植6~9年趋于深层化；根系生产量、死亡量和现存量具有明显季节变化，6月为生长高峰期，7月为现存量高峰期，8月为死亡高峰期，建植9年人工草地根系正生长高峰期迟于其他建植年限；建植年限和土层深度直接影响根系寿命，其余环境因子通过影响土壤速效养分或地上生物量间接影响根系现存量。综上所述，建植人工草地能够增加地上生物量和丰富度，改善土壤质量，促进根系现存量的增加，建植6~9年人工草地的二次退化现象只是暂时性过渡阶段，可在此阶段制定合理的人工管理措施来保证土壤养分的稳定输入，加快群落正向演替的进程，从而提高人工草地的群落稳定性和恢复力。

关键词: 人工草地, 建植年限, 根系动态特征, 植物群落特征, 土壤理化性质

Abstract:

In artificial grassland， measurement of root dynamic traits can indicate the efficiency of the vegetation in using soil resources and the progress of plant community restoration and ecological succession. In this study， the root dynamics of artificial grassland established 5， 6， 9 and 13 years previously was investigated in the Three-River Source region. Data were collected for two consecutive growing seasons （May-September 2015 and May-September 2016）， utilizing minirhizotron in situ monitoring technology. The results showed that the aboveground biomass and species richness decreased from 5 to 9 years and increased from 9 to 13 years. The soil physiochemical properties similarly changed in a “N” shape over the time series and the differences between different sward establishment years was significant. The majority of root growth and death occurred in the 0-10 cm soil depth， and root longevity， cumulative production and cumulative mortality all fluctuated across the time series of establishment dates. The average root standing crop continued to increase with increase in years established， and numbers of deep roots observed increased between 6 and 9 years after establishment. There were obvious seasonal changes in root production， mortality and standing crop. The growth peak was in June， the standing crop peak was in July， and the death-rate peak was in August， while the seasonal root growth peak of artificial grassland established for 9 years was later than in grassland of other ages. The number of years established and the soil depth directly affected root longevity， and other environmental factors indirectly affected root standing crop by influencing soil available nutrients or aboveground biomass. In summary， planting artificial grassland can promote the soil quality and increase the aboveground biomass， richness and root standing crop. The secondary degradation of planted artificial grassland from 6 to 9 years after establishment is only a temporary transitional stage. Therefore， at this stage， the establishment of suitable artificial management measures can ensure the stability of the soil nutrient status and accelerate the process of plant community succession， thereby improving the vegetation community stability and resilience of artificial grassland.

Key words: artificial grassland, cultivation years, root dynamic traits, plant community characteristics, soil physiochemical properties

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图/表 9

图1 不同建植年限人工草地植物群落特征变化不同小写字母表示不同年限间差异显著（P<0.05）。下同。Different lowercase letters indicate significant differences among different years (P<0.05). The same below.

Fig.1 Change of plant community characteristics in artificial grassland with different cultivation years

表1 不同建植年限人工草地土壤理化特征

Table 1 Soil physical and chemical property in artificial grassland of different cultivation years

土层

Soil layer (cm)

建植年限

Cultivation year (a)

(%)

SOC

(g·kg^-1)

(mg·kg^-1)

0~10

6.73±

0.01Bb

13.68±

0.65Ab

44.70±

0.44Ab

7.84±

0.31Aab

0.54±

0.03Ac

19.18±

0.21Aa

213.25±

4.08Ac

2.55±

0.43Ac

28.22±

0.76Ac

7.34±

0.02Ba

19.29±

0.90Aa

48.78±

1.85Aa

8.56±

0.27Aa

0.73±

0.01Ab

19.35±

0.20Aa

316.25±

4.08Aa

6.25±

0.76Ab

33.54±

0.29Ab

6.28±

0.03Bc

7.82±

0.11Ac

30.47±

0.75Ac

5.45±

0.17Ac

0.54±

0.05Ac

18.84±

0.21Aa

263.91±

26.02Ab

3.73±

0.38Ac

29.76±

0.24Ac

6.13±

0.02Bd

16.50±

1.51Aab

45.50±

1.01Aab

7.32±

0.31Ab

0.87±

0.01Aa

19.13±

0.16Ba

286.86±

3.30Aab

10.35±

0.54Aa

49.38±

1.53Aa

10~20

7.16±

0.03Ac

14.58±

3.55Aa

38.61±

0.33Ba

7.48±

0.18Aa

0.63±

0.03Ab

19.15±

0.10Ab

174.01±

4.08Bc

3.65±

0.42Aab

12.62±

0.44Bd

7.93±

0.04Aa

14.32±

0.96Ba

39.78±

0.34Ba

7.28±

0.18Ba

0.67±

0.02Bab

18.86±

0.20Ab

232.76±

4.08Bb

3.68±

0.41Bab

16.17±

0.65Bc

7.72±

0.06Ab

7.12±

0.66Bc

23.54±

0.24Ac

5.09±

0.26Ac

0.63±

0.06Ab

19.26±

0.22Ab

234.11±

3.17Ab

3.08±

0.40Ab

22.62±

0.92Bb

6.97±

0.02Ad

10.58±

0.45Bb

28.01±

1.46Bb

5.99±

0.06Bb

0.85±

0.21Aa

20.38±

0.03Aa

282.67±

4.09Aa

4.81±

0.42Ba

32.74±

0.91Ba

图2 不同建植年限人工草地根系存活率和平均寿命变化

Fig.2 Changes in proportion of root surviving and average longevity in artificial grassland with different cultivation years

图3 不同建植年限人工草地根系季节动态变化

Fig.3 Seasonal dynamics of the roots of artificial grassland with different cultivation years

图4 不同建植年限人工草地根系净生长速率变化

Fig.4 The change of net root growth rate of the artificial grassland with different cultivation years

图5 不同建植年限人工草地根系累积生产量、累积死亡量和平均现存量变化不同大写字母表示不同土层间差异显著（P<0.05）；不同小写字母表示不同年限间差异显著（P<0.05）。Different capital letters mean significant difference among different soil layers (P<0.05); Different lowercase letters mean significant difference among different cultivation years (P<0.05).

Fig.5 The changes of cumulative root production, cumulative root mortality and mean root standing crop of artificial grassland with different cultivation years

表2 根系特征与植物群落特征间的相关性

Table 2 Correlation between root characteristics and plant community characteristics

因子

Factor

根系生产量

Root production

根系死亡量

Root mortality

根系现存量

Root standing crop

根系寿命

Root longevity

地上生物量 Aboveground biomass

表3 根系特征与土壤理化性质间的相关性

Table 3 Correlation between root characteristics and soil physical and chemical property

土层Soil layer	因子Factor	pH	SM	SOC	TN	TP	TK	AN	AP	AK
0~10 cm	根系生产量Root production	-0.103	0.292	0.317	0.063	0.695^**	0.249	0.123	0.533^*	0.529^*
	根系死亡量Root mortality	-0.251	0.095	0.148	-0.126	0.601^*	0.342	0.153	0.522^*	0.490
	根系现存量Root standing crop	-0.375	0.156	0.028	-0.286	0.533^*	0.186	0.336	0.535^*	0.476
	根系寿命Root longevity	-0.435	0.330	0.258	0.098	0.633^**	0.019	0.258	0.726^**	0.759^**
10~20 cm	根系生产量Root production	-0.398	0.146	-0.333	-0.248	0.491	0.629^**	0.678^**	0.565^*	0.753^**
	根系死亡量Root mortality	-0.369	-0.228	-0.235	-0.537^*	0.509^*	0.651^**	0.782^**	0.804^**	0.811^**
	根系现存量Root standing crop	0.142	-0.026	-0.217	-0.204	0.311	0.152	0.638^**	-0.026	0.462
	根系寿命Root longevity	0.437	-0.158	-0.308	-0.378	0.030	-0.136	0.395	-0.188	0.220

图6 根系寿命和现存量与环境因子结构方程模型“*”表示在P<0.05水平显著相关，“**”表示在P<0.01水平极显著相关，“***”表示在P<0.001水平极显著相关。实线代表相关显著，虚线代表相关不显著。R2表示解释率。 “*”means significant correlation at P<0.05, “**”means extremely significant correlation at P<0.01,“***”means extremely significant correlation at P<0.001. The solid line represents significant correlation, and the dotted line represents is not significant correlation. R2 means the rate of explanation.CHI: 卡方值Chi-Square; DF: 自由度Degrees of freedom; GFI: 适配度指数Goodness-of-fit; AGFI: 调整后适配度指数Adjusted goodness-of-fit index; RMSEA: 近似误差均方根Root mean square error of approximation.

Fig.6 The structural equation model of root longevity and standing crop and environmental factor

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