空间分布的树和草地细根种植制度的一个胡同里gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

小巷种植制度被认为是一个更可持续的土地利用选择比单作农田增加碳储存和缓解气候变化gydF4y2BaQuinkenstein et al ., 2009gydF4y2Ba)。他们结合枢安排在小巷上同一地区农作物或草地。快速发展的树种被证明增加土壤有机碳在树上线(gydF4y2BaTsonkova et al ., 2011gydF4y2Ba)和改善土壤物理性质(gydF4y2Ba卡利和詹森,2020gydF4y2Ba)。作物的土壤水分供应可能增加了液压升降机(gydF4y2Ba理查兹和考德威尔,1987年gydF4y2Ba),如图所示gydF4y2BaGerjets et al。(2021)gydF4y2Ba在一个温室实验。作物可能会受益于液压升降机在一个树和作物根区。gydF4y2Ba

种植一排排的树木草地上创建了一个带两个系统之间对资源的竞争(gydF4y2Ba何塞et al ., 2004gydF4y2Ba)。交互伍迪多年生植物和农作物的根系巷种植尚未完全清楚,但记录如gydF4y2BaMulia和Dupraz (2006)gydF4y2Ba细根发现低密度(朋友)的树木在上层土壤地平线年度作物。细根与根质量密度的土壤。植物水和养分吸收主要是细根的表面积成正比(≤2毫米)(gydF4y2Ba锥形筒子络筒机和Leuschner, 2005gydF4y2Ba),因此,量化根参数估计地下至关重要的组件之间的交互混合种植制度。diameter-based定义不考虑功能或根秩序,因此限制了我们对根的理解过程(gydF4y2Ba麦科马克et al ., 2015gydF4y2Ba)。gydF4y2BaHajek et al。(2014)gydF4y2Ba解释高细根在地下密度优势和优势两个杨树物种之间的竞争。然而,在一个系统中根结构,特别是细根直径不同广泛,使用根质量评估主导地位可能会导致错误的结论。细根长密度(FRLD)与根的总长度减少土壤的体积,因此敏感根质量的差异。因此,我们使用细根长密度直接代理后的表面积gydF4y2BaWeemstra et al。(2020)gydF4y2Ba,估计两个竞争根系统的交互基于该参数。gydF4y2Ba

地下是一个重要的碳汇,多达50%的土壤有机碳(SOC)存储深度> 30厘米(gydF4y2Ba安东尼et al ., 2022gydF4y2Ba)。新的SOC地下根系主要是补充道,而在更多的浅层土壤地平线,上面和地下的植物组织有利于土壤碳储存(gydF4y2Ba焦虑et al ., 2016gydF4y2Ba)。加油深度增加潜在增加的深度C可以存储在土壤,但根C封存的过程仍知之甚少(gydF4y2BaRumpel Kogel-Knabner, 2011gydF4y2Ba)。小巷种植系统的地下C存储容量并不是直接相关的细根生物量中发现系统。gydF4y2BaCardinael et al。(2015)gydF4y2Ba发现增加了SOC在树下,但没有影响距离地中海小巷耕作制度和树木gydF4y2Ba焦虑et al。(2016)gydF4y2Ba报告相同的森林站点。同样的,gydF4y2BaSiegwart et al。(2023)gydF4y2Ba发现根C股票之间的相关性和SOC 50厘米的深度,但不是底土。直接预测地下的根C输入基于测量的朋友不可能有知识的现状的稳定和营业额乘以C池。gydF4y2Ba

我们进行了根取样研究了解树和草地之间的空间动力学根种植制度的一个胡同里。我们检查了距离的影响最大深度加油草地上树线细根,草原和细根密度和细根总长度密度和确定的横向范围树根系在草原。我们进一步量化根绝对和相对于股市C股票出现在表层土。我们假设总细根生物量随距离增加而降低林木线,最大支持深度和细根密度草地植物树木随着距离的增加而增加。细根密度的基础上树木和草地的物种,我们划定区域树和草地的根优势和区域根系都呈现相似的密度(混合区)。gydF4y2Ba

2材料和方法gydF4y2Ba

这项研究是在巷子里种植进行网站结合柳树柳树克隆(gydF4y2Ba柳树schweriniigydF4y2BaxgydF4y2Ba柳树viminalisgydF4y2Ba)和永久性草地接近汉诺威(52°33 51“N 9°27 50”E)。树被种植在小巷树树密度为15000公顷gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba。树线由双行到下一行(0.75米距离)之间的距离为0.75米的树木一行。双行间距是2 m和树的总宽度线11米。永久性草地树木之间的宽度50米实验区(白色矩形,gydF4y2Ba图S1gydF4y2Ba)。柳树在2008年种植和收获冬天第一次2015/16。树高测量发生在2019年春季,当树平均高度5.3米(个人通信Langhof Julius-Kuhn-Institut,作物和土壤科学研究所)。土壤没有了自2008年研究的开始,当树线建立了。它是由冲积砂在泥炭层和地下水位平均在-130±10厘米2020年7月和12月之间。有机层平均厚度47±4厘米学习网站和土壤被描述为不饱和叶酸有机土(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)根据世界土壤资源(参考基础gydF4y2Ba国际单位工作小组方面,2015年gydF4y2Ba)。最主要的物种在草原gydF4y2BaArrhenatherum elatiusgydF4y2Ba,gydF4y2BaHolcus lanatusgydF4y2Ba,gydF4y2Ba毛茛属植物被gydF4y2Ba和gydF4y2BaRumex acetosagydF4y2Ba。gydF4y2Ba

土壤采样是在前一年进行的根与Purckhauer土壤采样取芯器20厘米的深度量化碳(C)含量在表层土两个间隔(清廉厘米,10 - 20厘米)。采集标本的距离0米,1.5米,5.5米,8.5米和25米的树与六个复制的位置表示为橙色横断面gydF4y2Ba图S1gydF4y2Ba和C含量测定在不同的EL立方体元素分析仪(Elementar Analysensysteme GmbH, Langenselbold,德国)。为每个区间C股计算。土壤核心根取样被2020年6月底使用液压土壤取芯器最大深度为150厘米,直径6厘米7点距离树线(0米,1.5米,2.5米,3.5米,4.5米,5.5米,8.5米至25米),并在参考站点> 30米距离树有三个重复,导致共有27个核心。横断面土壤取心是位于北部和南部的边缘实验区(白色矩形)和一个横断面成立等距(22米的距离到下一个横断面)之间避免横切之间的空间自相关(gydF4y2Ba图S1gydF4y2Ba)。土芯被分成间隔10厘米到1米,25厘米间隔1米和1.5米深度,导致每核心12深度间隔。根是手动清洗和死根被排除在分析之外。活细根直径gydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$2毫米)分为草原,树根基于形态学特征来确定最大支持深度的草原植物。所有草原根直径gydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$2毫米,被视为细根。根进行扫描使用WinRhizo软件(摄政工具)和根长密度(厘米厘米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba)计算。每个样品的干重确定干燥60°C 48 h后压力炉和细根密度(g mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba)计算gydF4y2Ba

和gydF4y2Ba

碳含量在根是由C / N分析Thunen研究所气候智能型农业。树粗和细根的C含量测定和草根样本池获得足够的生物量分析基于距离树线(gydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$3.5米;4.5米和5.5米;8.5米至25米和参考网站)来确定可能的树对C含量的影响。gydF4y2Ba

距离的影响树的最大深度加油草原植物细根密度草地和总细根的密度被克鲁斯卡尔-沃利斯测试评估统计软件R (R核心团队,版本4.0.2)。显著影响,距离Wilcoxon等级测试和比较。gydF4y2Ba

C粗和细树根和草原股市根沿剖面计算基于C含量和根生物量中。的20厘米,我们计算的比例生根满盆碳相对于总碳股票也我们的土壤。我们评估的影响距离林木线在碳证券综合/深度(公斤C mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba)与克鲁斯卡尔-沃利斯测试和Wilcoxon排名和测试用例之间的显著差异距离如上所述。gydF4y2Ba

3的结果gydF4y2Ba

草地根系分布的影响显著(p = 0.019)的距离树生根较低深度接近树(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)。草原最大支持深度差别显著(pgydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$0.05)之间的距离gydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$4.5米,gydF4y2Ba$\ge gydF4y2Ba$8.5米。草原细根密度显著(p = 0.031)的影响距离树木,草原细根密度较低的距离gydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$3.5米(pgydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$0.05)。gydF4y2Ba

我们表明,横向扩展的树根从树行至少5.5米,可能低于8.5米。相应的横向扩展的树根,我们发现距离树显著(p = 0.026)总细根密度的影响。总细根密度显著(p = 0.05),距离gydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$2.5由于树根的存在比草原参考。gydF4y2Ba

如果我们的朋友解释为代表根的主导地位gydF4y2BaHajek et al。(2014)gydF4y2Ba一个官能团(树木、草地)和主导地位定义为gydF4y2Ba$>gydF4y2Ba$细根生物量的66%,我们观察到根系的互补性的地区一个明确的空间(垂直和水平)分离土壤的树——或者grassland-dominated区域(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba,最高)。的树根主导的10厘米从树上只有1.5米的距离。相比之下,在地下土壤深度约40厘米,树上开放更大的面积达到5.5米。草根阶层的统治地位仅限于顶部10厘米范围在2.5到4.5米,虽然没有树草生根的影响gydF4y2Ba$>gydF4y2Ba$80厘米。大致相等比例的混合区,根的树木和草地的物种,被限定在10 - 30厘米土壤深度范围在2.5到5.5米的间隔。根系统倾向于重叠(有类似比例的细根生物量)更频繁地在大距离林木线。co-dominance是相对较小的区域。gydF4y2Ba

结果关于根优势评估基于FRLD相似时评估基于朋友的主导地位。草原主导的区域增加到深处gydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$20厘米的距离gydF4y2Ba$>gydF4y2Ba$1.5米到4.5米。距离5.5米草地植物的优势扩展到30厘米。此外,我们观察到co-dominance的地区转移到更大的深度(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba,底部)。gydF4y2Ba

土壤目前网站非常丰富的C (gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)因为幅度大的泥炭地增长。背景C含量太高,以反映最近的土地利用变化巷带种植系统,通过引入我们没有发现一个重大影响林木线C内容的表层土(数据没有显示)。C池的大小相对于C池根的土壤中显示gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba。树根占更高,但是仍然很低碳的比例比草原。综合概要文件(总C股票比较gydF4y2Ba图S2gydF4y2Ba根C股票沿剖面)在距离显著降低gydF4y2Ba$\ge gydF4y2Ba$8.5 C相比股票在树上。另一方面,C的草原参考明显低于C股票根的距离gydF4y2Ba$\le gydF4y2Ba$3.5米。gydF4y2Ba

4讨论gydF4y2Ba

我们发现草地物种的加油深度是影响林木线之间的距离。草地物种的低深度加油的距离4.5米从树行可能是由于根系之间的交互也记录了gydF4y2BaMulia和Dupraz (2006)gydF4y2Ba。影响似乎很大程度上取决于树种,因为他们发现,小麦根表现出较低的深度接近加油胡桃树,虽然效果接近杨树要低得多。尤其是第二个最大的树的树根最大草原深度(加油gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)需求的关注。此前曾报导过树根的垂直位移核桃和杨树种植间作和耕作20厘米深度(gydF4y2BaMulia Dupraz, 2006gydF4y2Ba)。在这里,我们表明,树根的垂直位移巷种植制度可能独立耕作和频繁发生的小巷种植制度。然而,我们不能排除非均匀土壤的影响在这个网站。土壤条件没有影响草原根生物量下降指数与深度。令人惊讶的是,第二个最大的树根下面发生有机层与更多的酸性pH值(区gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)和更少的水存储容量。根据功能平衡的假设gydF4y2Ba关口et al。(2012)gydF4y2Ba、植物增加地上部生物量相对于地下的生物量在地上竞争(例如通过阴影)。数据没有显示报道,地上生物量中很大程度上是受林木线的影响。以同样的地上部生物量不管距离树,地下的生物质有望降低接近树匹配相对于地下的地上生物量的变化。观察到的低草地地下生物量中靠近树的距离3.5对应的功能平衡的假设。gydF4y2Ba

尽管根系非常异构的报道gydF4y2BaMulia和Dupraz (2006)gydF4y2Ba,外侧的树根发现的相似值gydF4y2Ba普兰特et al。(2014)gydF4y2Ba柳树,trench-profiles根分布进行了研究。这项研究没有发现第二个最大加油尽管柳树与年度谷物生长。作者发现了一个较高的土壤质地的影响细根密度lighter-textured土壤。因此,我们得出这样的结论:在给定的情况下与浅水表在130厘米深度和相对粗粒度的衬底,柳树根部横向扩展不超过8.5米。gydF4y2Ba

在混合物,根系形成模式的空间优势(gydF4y2BaLeuschner et al ., 2001gydF4y2Ba)。如果我们考虑一个根质量> 66%,占主导地位的,情况就会完全分化。我们的结果符合研究树种的反应研究种间根系竞争以及竞争对草地植物的根系分布的影响:更高的竞争压力下,他们倾向于增加根聚合(gydF4y2BaLepik et al ., 2021gydF4y2Ba),因此根系的空间分离。尽管永久性草地和树木的根系重叠在混合区,绝对根质量并没有增加,但树的范围内——或者grassroot-dominated地区。gydF4y2Ba

细根密度和细根长密度与根表面积成正比,因此与植物吸收水分的能力。鉴于半径大区别树和草地之间的细根,我们可能会高估树水吸收能力,如果我们只考虑的朋友。因此,我们比较细根长密度作为主导地位的代理关于植物水吸收。我们发现这两个参数之间最大的区别在5.5从树行,树林和草地物种共显性根质量,但不是在根长度的基础上。因为我们没有考虑根功能但只有直径、根的根长度是一个更好的指标函数比重量。朋友之间的偏差和FRLD树根的泥炭层中含量特别高。树根在这个地区陷入细根的定义,但没有确定根函数作为总结gydF4y2Ba麦科马克et al。(2015)gydF4y2Ba,我们不能确定他们是否吸收水分(吸收细根)或通过泥炭作为运输细根生长。gydF4y2BaHajek et al。(2014)gydF4y2Ba只考虑细根的第一根顺序吸收细根。质量差异,length-based主导地位重要性的指标可能当造型根系之间的相互作用,特别是对根的水和营养吸收。草原根是最有可能获利液压升降机在区与根长密度的树木和草地的根源。的FRLD co-dominance始终较低的区域(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba,底部)。我们估计,草原的带根受益于液压升降机主要局限于根co-dominance区。gydF4y2Ba

小巷种植往往是促进了如上的机会增加,地下的C存储相比,农业(gydF4y2Ba德雷克斯勒et al ., 2021gydF4y2Ba)。草原,综述文献没有证实显著增加土壤有机碳(SOC)相比,小巷裁剪。在这个荟萃分析,平均采样深度研究草原控制是15.5厘米。我们的结果表明,甚至在根区土壤承压地下水,这个采样深度不足以捕获C输入由树的树根草原的根源。选择较低的采样深度会导致低估的地下C存储由树根(gydF4y2Ba图S1gydF4y2Ba)。另一方面,C营业额的底土了解甚少gydF4y2BaSiegwart et al。(2023)gydF4y2Ba没有发现根C之间的正相关股票和SOC深度> 50厘米。我们的结果显示,总C根系的股票相比是更高的距离为3.5米的草地参考。因此,我们假设SOC股票附近的树下巷种植超过下的农田(据gydF4y2Ba德雷克斯勒et al。(2021)gydF4y2Ba),但在许多情况下也下永久的草原。gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba和gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba显示在我们的研究中,土壤C股票过高检测最近的土地利用变化的影响和直接在土壤C输入增加了树木。然而,细根分布测量树木在我们的研究表明,在地下通过根系碳分配。地下C存储的机制提出了许多开放的问题(gydF4y2BaSiegwart et al ., 2023gydF4y2Ba),尤其有趣的混合种植制度,可以增加土壤C存储与农田相比。高采样点之间的偏差gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba必须考虑在解释研究结果时还是劝告和显示,需要大量的重复研究根系的复杂相互作用。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

RS:正式的分析、调查、可视化、写初稿准备;翼:调查、可视化、写作——审查和编辑;方法、调查、资源、写作——审查和编辑;答:融资收购,形式分析、调查方法,资源,写作——审查和编辑。所有作者的文章和批准提交的版本。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

这项工作是由美国联邦教育部和研究的一部分信号(通过农林业可持续集约化农业)项目资助数量(031 b0510a)在来临网络感激地承认。我们承认支持开放获取出版基金的哥廷根大学。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

我们感谢美国作物科学,特别是Isselstein教授对他的支持。我们感谢麻仁Langhof她的支持和反馈的手稿。我们感谢部门的员工援助在根洗。特别感谢去德克配方和技术援助和朱利安·迈耶与WinRhizo Andreas Parth寻求帮助。我们感谢弗里德里希Loffler研究所合作。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

补充材料gydF4y2Ba

本文的补充材料在网上可以找到:gydF4y2Bahttps://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fagro.2023.1200785/full补充材料gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba