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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 深入探讨了欧洲水青冈在树种混合环境下的生物量分配调节策略；
2. 通过研究混交林地下空间中的细根重叠关系，评估欧洲水青冈地下生长机制和竞争力；
3. 从方法学角度证明了分子技术在探究环境因素对同种根系竞争影响中的应用潜力，为未来森林生态学研究提供了新的技术手段。
01
研究背景
气候变化给欧洲森林带来了显著影响，具体体现在森林的生长模式、树木死亡率以及物种多样性等方面。以欧洲水青冈(Fagus sylvatica L.)为例，这一树种在中欧天然林中占据着举足轻重的地位。但近年来，频繁的严重干旱事件对其构成了严峻的挑战，使得欧洲水青冈出现了叶片脱落和枯死的情况。面对气候变化，混合树种种植作为一种适应策略，受到了广泛的关注和讨论。然而，目前对这一策略在地下层面对气候变化的响应机制尚不明晰。混交林的地下生物量及其垂直分布，受树种身份、立地条件、林龄以及林分密度等多种因素的综合影响。此外，地下的竞争关系与树木根系及其邻近树木的数量和种类紧密相连。研究指出，细根生物量与地上植物的多样性和林分的密度有着直接关联。尽管人们已经意识到树木根系在地下空间的细根重叠对于水分和养分的吸收极为关键，但对其具体的作用机制和影响程度的认识还不够深入。
在混交林中，通常可以通过观察细根的形态特征来区分不同树种的根系；而在纯林中，由于形态特征不明显，传统的形态测量方法难以应用。此时，生物分子标记技术便凸显出其优势，有效解决了树种难以区分的问题。过往研究已证明，欧洲水青冈在光照减少或干旱条件下，能通过增加叶片或根生物量的比例来调整自身的生长，显示出其在不利条件中调整生长策略的潜力。但是，欧洲水青冈在树种混合的环境中能否进行类似的生物量分配调整，尚待进一步研究。本研究选取德国北部的两个林分作为研究对象，通过分析细根的重叠情况以及成熟欧洲水青冈树的季节性和年度细根与地上木材生长的关系，旨在深入评估欧洲水青冈在不同地点条件下的地下生长机制和竞争力。
02
研究方法
研究在德国西北部的两个不同区域设立了样点，分别选择纯林和混交林；在每种林型中分别设立了三个研究样地，选择三对邻近的成熟树木进行研究。树木生长季期间，每月使用“顺序钻芯法”对土壤进行取样，避免对土壤造成干扰。对采集的细根样本进行清洗、筛选和分类，并使用微卫星标记对细根进行基因分型，以区分不同树木的细根。使用高精度周径测微计对目标树木的茎干直径变化进行持续测量，估算地上部分的净初级生产力(NPP)。
使用R软件进行数据分析，包括多样性指数的计算、方差分析(ANOVA)、线性回归分析、多项式回归模型以及线性混合效应模型等。基于前期测量结果，研究分析了细根和木材的季节性NPP，并探讨其在不同月份之间的差异；分析了不同立地条件下欧洲水青冈所采取的具体地上和地下部分的生物量分配策略，及其在不同土壤类型和气候条件下的适应性；最后通过土壤样本中的细根分布模式，评估树木之间是否存在对资源的领土性竞争关系，并使用香农熵量化细根在土壤样本中的分布平均性，评估不同树木间的细根重叠程度。
图 1｜(a) 每个样地的采样设计图。(b) 配对欧洲水青冈树间获取的三个土壤芯和随后的DNA基因分型的根部身份垂直和水平分布示意图
03
研究结果
图 2a｜纯林中欧洲水青冈的细根重叠
图 2b｜欧洲水青冈在与欧洲云杉和/或花旗松混交林中的细根重叠
图 3｜2019和2020年，纯林和与花旗松(Dg)及/或欧洲云杉(Sp)混交林中目标树木(Be)的季节性累积直径增长
图 4｜2019年两个区域的相对平均季节性木材NPP(a)和细根NPP(b)。(c)2019年两个区域的平均年木材和细根NPP
图 5｜两个区域每棵树的平均年木材NPP与平均年细根NPP之间的关系
Cite this article
Lwila, A.S., Ammer, C., Gailing, O., Leinemann, L., Mund, M., 2024. Root overlap and allocation of above- and belowground growth of European beech in pure and mixed stands of Douglas fir and Norway spruce. For. Ecosyst. 11, 100217.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100217
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100217
关于本刊
《森林生态系统(英文)》（Forest Ecosystems）是由教育部主管、北京林业大学主办的林学、生态学类的开放获取学术期刊。主要收录森林生态系统、森林群落、森林环境、遥感、气候变化、大数据等相关研究领域的高质量、原创性研究论文和评论性文章。影响因子4.1，在中科院期刊分区表中居农林科学大类一区，林学小类一区。
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森林生态系统(英文)
微信号：Forest Ecosystems
https://www.sciencedirect.com/journal/forest-ecosystems
编辑：唐珊珊
审核：李杰
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