Ann. For. Sci. 61 (2004) 617-627
DOI: 10.1051/forest:2004062

Fine root distribution, seasonal pattern and production in four plantations compared with a natural forest in Subtropical China

Yu-Sheng Yang^a, Guang-Shui Chen^a, Peng Lin^b, Jin-Sheng Xie^c and Jian-Fen Guo<sup>a

a</sup>  Dept. of Geography Science, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China
^b  Dept. of Life Science, Xiamen University, Xiamen 361005, China
^c  Dept. of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China

(Received 12 May 2003; accepted 20 August 2003)

Abstract - Fine root (< 2 mm in diameter) distribution, seasonal pattern and net production were studied during 1999-2001 in 33 year-old plantations of two coniferous trees, Chinese fir (Cunninghamia lanceolata, CF) and Fokienia hodginsii (FH) and two broadleaved trees, Ormosia xylocarpa (OX) and Castanopsis kawakamii (CK), and compared with that of an adjacent natural forest of Castanopsis kawakamii (NF, ~150 year old) in Sanming, Fujian, China. Fine root biomass and necromass were determined by soil coring at a bimonthly interval. Soil cores were divided into 10 depths: 0 ~ 10, 10 ~ 20, 20 ~ 30, 30 ~ 40, 40 ~ 50, 50 ~ 60, 60 ~ 70, 70 ~ 80, 80 ~ 90, and 90 ~ 100 cm. Litter bags (18 × 18 cm² size, 0.25 mm mesh) were used in determination the decay rates of fine roots (< 0.5 mm, 0.5-1 mm, and 1-2 mm). Mean annual fine-root production, mortality, decomposition and turnover rate were calculated by the compartment-flow method. Mean fine-root biomass ranged from 1.49 Mg ha^-1 in the CF to 4.94 Mg ha^-1 in the NF, and decreased in the following order: NF > CK > FH > OX > CF. There were significant seasonal changes of biomass and necromass in all stands (P < 0.05), while no significant yearly fluctuations were detected (P > 0.05). In all stands, an early spring (March) peak of fine root biomass was found, and the minimum value occurred mainly in dry summer or cold winter. For the NF, 59.8% of fine root biomass was found in the top soil of 0-10 cm, a layer that maximum difference of depth distribution among all stands occurred, where fine root biomass of the NF was 2.37 times, 3.55 times, 8.12 times, and 7.12 times as much as those of the CK, FH, CF, and OX, respectively. Percentages of original mass lost during the first year of decomposition ranged from 43% to 56% for the FH to 68% to 80% for the NF. Mean annual root decomposition, mortality and production ranged from 8.47 Mg ha^-1 a^-1, 8.63 Mg ha^-1 a^-1 and 9.5 Mg ha^-1 a^-1 in the NF to 2.50, 2.49 and 2.51 Mg ha^-1 a^-1 in the CF, ranked as NF > CK > FH > OX > CF. The mean root turnover rate ranged from 1.48 a^-1 in the FH to 1.78 a^-1 in the NF.

Résumé - Répartition et production de radicelles et évolutions saisonnières dans quatre plantations en comparaison avec une forêt naturelle, en Chine tropicale. La répartition, l'évolution selon les saisons et la production nette de radicelles (< 2 mm en diamètre) ont été étudiées de 1999 à 2001 dans deux plantations âgées de 33 ans de deux conifères, le sapin de Chine (Cunninghamia lancolata, CF) et Fokienia hodginsii (FH) ainsi que dans deux plantations de feuillus, Ormosia xylocarpa (OX) et Castanopsis kawakamii (CK). Celles-ci ont été comparées à une forêt naturelle voisine de Castanopsis kawakamii (NF, 150 ans) à Samming, Fujian, Chine. La biomasse et la nécromasse de radicelles ont été obtenues par carottage dans le sol effectué deux fois par mois. Les carottes de sol ont été divisées en 10 éléments selon la profondeur : 0 ~ 10, 10 ~ 20, 20 ~ 30, 30 ~ 40, 40 ~ 50, 50 ~ 60, 60 ~ 70, 70 ~ 80, 80 ~ 90, et 90 ~ 100 cm. On a utilisé des sacs à litière (18 × 18 cm², maille de 0,25 mm) pour déterminer le taux de décomposition des radicelles (< 0,5 mm, 0,5-1 mm, 1-2 mm). Les taux de production moyenne annuelle, de mortalité, de décomposition et de turnover des radicelles ont été calculés par la méthode de « compartment flow ». La biomasse moyenne de radicelles va de 1,49 Mg/ha dans le CF à 4,94 Mg/ha pour le NF ; elle décroît dans l'ordre suivant : NF > CK > FH > OX > CF. On a enregistré des différences significatives de biomasse et nécromasse, selon les saisons dans tous les peuplements (P < 0,05), tandis qu'aucune fluctuation n'a pu être mise en évidence entre années (P > 0,05). Pour tous les peuplements, on enregistre un pic de biomasse de radicelles au début du printemps (mars), les valeurs minimum intervenant au cours d'étés secs ou d'hivers froids. Pour le NF, 59,8 % de la biomasse de radicelles se situe dans la zone superficielle du sol (0-10 cm) où les différences de biomasse de radicelles entre peuplements sont les plus marquées, les valeurs pour NF étant respectivement 2,37 fois, 3,55 fois, 8,12 fois et 17,12 fois plus élevées que celles de CK, FH, CF, et OX. Les pourcentages de la biomasse d'origine, perdue pendant la première année de décomposition, vont de 43 % à 56 % pour FH, de 68 à 80 % pour NF. Les moyennes annuelles de décomposition, mortalité et production des racines s'étagent entre 8,47 Mg ha^-1 a^-1, 8,63 Mg ha^-1 a^-1 et 9,5 Mg ha^-1 a^-1 dans le NF à 2,50, 2,49 et 2,51 Mg ha^-1 a^-1 pour le CF, avec par ordre décroissant, NF > CK > FH > OX > CF. Le taux de turnover de racines va de 1,48 a^-1 pour FH à 1,78 a^-1 pour NF.

Key words: fine root / seasonal pattern / root distribution / root production / root mortality / root turnover / natural forest / monoculture plantation

Mots clés : radicelle / variation saisonnière / répartition des racines / production racinaire / mortalité racinaire / turnover racinaire / forêt naturelle / plantation en monoculture

Corresponding author: Yu-Sheng Yang geoyys@fjnu.edu.cn

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