Multiple responses of fine root resource uptake strategies to gravel content in a subtropical plantation

Most forest soils contain substantial amounts of gravel. However, unlike the more widely known root resource uptake behaviors which respond to resource patches in substrate without gravels, how roots respond to substrate containing different gravel levels is poorly understood. We grew roots in substrates with five gravel levels (0%, 10%, 20%, 30%, and 40% of volume) in a subtropical Schima superba Gardn. et Champ plantation, determined fine root dynamics and turnover rate with minirhizotrons, measured fine root morphological, architectural, mycorrhizal colonization, chemistry, and mass allocation. The presence of gravel in the substrate delayed the timing of peak root growth. In the substrate with higher gravel content, plants produced more in roots in autumn, but there were fewer roots in summer and the roots tended to exhibit lower fine root turnover rate and mycorrhizal colonization, but higher root biomass allocation. The higher root biomass in the substrate with higher gravel content was associated with higher root carbon/nitrogen ratio. Our findings emphasize the complexity of root resource uptake behavior in response to gravel content and suggest that incorporating substrate gravel content into root studies may help to improve the prediction of patch exploitation and nutrient acquisition in stony soils. Key words: heterogeneous patches, root phenology, root morphology, root architecture, mycorrhizal colonization. La plupart des sols forestiers contiennent des quantites substantielles de gravier. Cependant, contrairement aux comportements plus largement connus concernant le prelevement des ressources par les racines qui reagissent a des ilots riches en ressources dans un substrat exempt de gravier, la facon dont les racines reagissent a un substrat qui contient differentes quantites de gravier est mal connue. Nous avons fait croitre les racines dans des substrats contenant differentes proportions (cinq) de gravier (0%, 10%, 20%, 30% et 40% du volume) dans une plantation subtropicale de Schima superba Gardn. et Champ; determine la dynamique et le taux de renouvellement des racines fines a l'aide de minirhizotrons; mesure la morphologie, l'architecture, la colonisation mycorhizienne et les caracteristiques chimiques des racines fines ainsi que la repartition de la biomasse. La presence de gravier dans le substrat a retarde le moment ou la croissance des racines a atteint son niveau maximum. Dans le substrat contenant le plus de gravier, la plus forte croissance est survenue dans les racines a l'automne. Par contre les racines etaient moins abondantes durant l'ete et le taux de renouvellement ainsi que la colonisation mycorhizienne des racines fines avaient tendance a etre plus faibles, mais l'allocation de biomasse racinaire etait plus prononcee. La biomasse racinaire plus elevee dans le substrat contenant le plus de gravier etait associee a un rapport carbone:azote plus eleve dans les racines. Nos resultats font ressortir la complexite du comportement relie au prelevement des ressources par les racines en reaction a la teneur en gravier et indiquent que l'incorporation de la teneur en gravier du substrat dans les etudes portant sur les racines pourrait contribuer a ameliorer la prediction de l'exploitation des ilots riches en ressources et l'acquisition des elements nutritifs dans les sols pierreux. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : ilots heterogenes, phenologie racinaire, morphologie racinaire, architecture racinaire, colonisation mycorhizienne.
1. Introduction Resources in soil are heterogeneously distributed. Understanding fine root resource uptake strategies in heterogeneous patches is of primary importance for predicting plant growth and adaptation to changing environments [...]