细根作为林地土壤养分库的重要来源,是构成地下生态系统的重要部分,同时细根分解是土壤生态系统养分归还的主要途径。为进一步掌握森林生态系统的物质循环和能量流动特征,本文以川中丘陵区柏木低效林林窗改造后栽植的阔叶树种5a生香椿人工林(Toona sinesis)为研究对象,一方面采用Fitter河流水系分支法将细根根序分为1-5级,运用土块法采样分析了川中丘陵区香椿人工林的不同根序细根生物量和形态特征,另一方面采用细根功能模块划分为1-3级、4级和5级,分别应用分解袋法和微根管法测定细根在50m2(L1)、100m2(L2)和150m2(L3)林窗内1a内的分解速率。此外,分解袋法也能进一步探究细根分解的养分释放动态,为川中丘陵区柏木低效林林窗改造方式提供理论参考,给香椿人工林生态系统服务功能的提升与林地地力维持提供技术支撑。研究结果如下:(1)香椿人工林细根总生物量平均为1725.95 kg/hm2,其中活细根生物量为1564.93 kg/hm2,占细根总生物量90.7%;死细根生物量为161.02 kg/hm2,占细根总生物量9.3%。随着土壤深度的增加,香椿细根生物量显著减少(P<0.05)。香椿1-5级不同根序的细根发生明显的变化规律,包括细根生物量和细根形态特征两个方面。香椿1级根比根长最大,直径、根长和生物量最小。伴随根序等级的提高,细根比根长有所降低,而细根根长、直径与生物量有所增加。伴随土壤深度的加大(0～30cm),细根直径有所增加,而细根生物量、比根长与根长有所减小。相关性分析可知,细根生物量和形态的垂直分布规律与土壤资源密切相关。(2)分解袋法测定细根分解速率表明香椿细根在前90d分解最快,L1、L2和L3中香椿细根质量残留率分别为82.96%、80.36%和76.91%。随着时间的推移,细根分解速率减缓,在分解365d后,L1、L2和L3内香椿细根分解残留率75.44%、73.92%和72.07%。香椿细根分解速率L3>L2>L1,由此可见,150m2林窗下有利于细根分解。分解1a后,L1内1-3级、4级和5级细根年分解率分别为29.62%、24.80%和19.26%,L3香椿细根年分解速率显著高于L1(P<0.05),但其他面积林窗之间差异不显著(P>0.05)。利用Olsen非线性指数方程Xt/X0=e-kt对三种不同林窗面积内香椿不同根序细根分解过程拟合,所有指数模型相关系数均在0.72以上,细根年分解常数为0.1359～0.2446,香椿细根干物质分解50%需要的时间为851～1737d。而微根管法测定细根速率表明香椿细根分解50%需要的时间为215～370d,是分解袋法的3～4倍。(3)随着香椿细根根序等级升高和直径增加,细根的分解速率降低。由相关性分析可知,香椿细根分解速率与细根初始碳浓度、C/P和C/N显著负相关(P<0.05),与细根初始氮浓度和磷浓度显著正相关(P<0.05)。三种不同面积林窗内香椿细根分解速率与土壤全氮、水解氮、全磷、有效磷、速效钾、土壤温度和土壤含水量均呈正相关关系。(4)随着细根分解时间的增加,林窗内香椿细根养分浓度出现一定的动态变化。香椿细根的C、P和K浓度均整体表现为下降趋势,N、Ca和Mg整体表现为增加趋势。香椿细根各养分质量残留的变化规律在不同林窗大小和细根不同根序等级中有所不同。在1a分解期内,林窗内香椿1-3级、4级和5级细根的C、P和K质量残留均呈释放趋势,分解前180d释放迅速,随时间增加,释放减缓。三种不同面积林窗内的1-3级根和L1内5级根N均呈现释放-富集-释放的变化规律。L1内4级根、L2和L3内4级和5级根N均呈现富集-释放的变化规律。香椿细根Mg质量残留整体呈现释放-富集的变化规律。而除L1内1-3级根外,其余Ca质量残留整体呈现富集-释放的变化规律,L1内1-3级根呈现富集-释放-富集-释放的变化规律。综上所述,适当面积的林窗式改造(50m2、100m2和150m2)明显改善了林内环境和土壤肥力,加快林木细根的分解和养分释放,有利于土壤养分库的维持和森林生态系统服务功能的提升。在林窗改造初期,150m2林窗改造效果更佳。