湘北四川榿木人工林根系空間分布特征

蔡 潔，文仕知，何功秀，張 杰

（中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長沙 410004）

湘北四川榿木人工林根系空間分布特征

蔡 潔，文仕知*，何功秀，張 杰

（中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長沙 410004）

摘要：對湘北地區(qū)6年生四川榿木（Alnus cremastogyne）人工林不同徑級根系生物量分布、根長、比根長、根長密度的空間分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明：四川榿木人工林大根、中根、小根、細(xì)根生物量分別占林分根系生物量總和的55%、22%、14%、9%；約66%的根系生物量集中在0～30 cm土層；不同徑級根系根長變化趨勢是：細(xì)根 > 小根 > 大根 > 中根，比根長的變化趨勢是：細(xì)根 > 小根 > 中根 > 大根；各徑級根長密度變化趨勢各不相同：垂直方向上，在0～60 cm土層，大根的根長密度隨土層深度的增加先增后降，中根、小根、細(xì)根的根長密度隨土層深度的增加而減小，水平方向上，在0～80 cm距離，大根的根長密度隨距樹干距離的增加而減小，細(xì)根的根長密度隨距樹干距離的增加而增大，中根、小根的根長密度在距樹干0～60 cm內(nèi)逐漸減小，而在距樹干60～80 cm又略有增加。

關(guān)鍵詞：四川榿木；根系；生物量；比根長；根長密度

根系是林木攝取、運輸和貯存碳水化合物和營養(yǎng)物質(zhì)以及合成一系列有機化合物的器官，也是樹木生物量的重要組成部分，在森林生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮著十分重要的作用[1～2]。四川榿木（Alnus cremastogyne）屬樺木科榿木屬落葉喬木，為中國特有種，是理想的生態(tài)防護(hù)林、退耕還林和混交林樹種，被列入我國“森林資源發(fā)展和保護(hù)項目”（FRDPP）和造紙材基地建設(shè)的主要闊葉樹種，是營造短周期工業(yè)用材林的重要樹種之一。目前，我國長江中下游地區(qū)的四川、重慶、湖北、湖南、江西以及華東和華南等地區(qū)已經(jīng)進(jìn)行了大范圍的引種栽培，對其研究也較多[3～6]。本文研究了四川榿木根系生物量及形態(tài)分布特征，為合理有序的人工造林提供理論依據(jù)。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)設(shè)在湖南省北部的汨羅市林業(yè)科技示范園，位于112° 51′～113° 27′ E，28° 28′～29° 27′ N，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，雨量充足；年平均氣溫17℃，年均降水量1 345 mm，無霜期263 d；主要分布土壤是紅壤，呈酸性；地帶性植被為常綠闊葉林。

2 材料與方法

2.1 材料

試驗林分是2002年營造的四川榿木人工林，在造林前進(jìn)行了整地，造林后處于半自然狀態(tài)，其基本情況見表1。

表1 試驗地林分的基本狀況Table1 Statistics of tested plantation

2.2 方法

在四川榿木人工林內(nèi)，設(shè)立20 m×30 m標(biāo)準(zhǔn)地一塊。在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，對樣方內(nèi)榿木的胸徑、樹高、密度、郁閉度等進(jìn)行調(diào)查。以平均胸徑為標(biāo)準(zhǔn)選擇3株標(biāo)準(zhǔn)木（與林分胸徑平均值誤差不超過5%），采用“挖掘法”，以樹干為中心，環(huán)形采集土樣：在水平方向0～20、> 20～40、> 40～60、> 60～80、> 80 cm取樣；垂直方向0～15、> 15～30、> 30～45、> 45～60、> 60 cm分層取樣。將所取土樣裝入塑料袋包好，帶回實驗室，把根從土樣中分離出來用水沖洗干凈，分別按大根（>10 mm）、中根（> 5.0～10.0 mm）、小根（> 2.0～5.0 mm）、細(xì)根（≤2.0 mm）進(jìn)行分類，并稱其鮮重。用根系掃描儀EPSON TWAIN PRO（32bit，加拿大REGENT INSTRUMENT INC公司生產(chǎn)）和專業(yè)的根系形態(tài)學(xué)和結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用系統(tǒng)WINRhizo，對根系長度、直徑等指標(biāo)進(jìn)行測定分析。比根長SRL（m/g）、RLD根長密度（m/m3）根據(jù)下面的公式計算得出。

式中，H為根長，B為根系生物量，V為土壤體積。

將各級根系樣品置于85℃烘箱中烘至恒定質(zhì)量，計算根系生物量（干重）。

3 結(jié)果與分析

3.1 根系生物量及空間分布特征

根系生物量的大小能反映根系吸收養(yǎng)分和水分的能力[7]。通過對單株根系生物量的計算得到整個林分根系生物量（見表2）。從表2中可看出，榿木根系4個徑級生物量分別占林分根系生物量總和的55%、22%、14%、9%，隨著根系徑級的減小，根系生物量呈減少的趨勢。林分根系生物量受樹種單株根系生物量和林分密度的制約，試驗區(qū)內(nèi)榿木人工林根系生物量為4.479 t/hm2。

表2 榿木人工林根系各徑級生物量Table2 Biomass of different diameter root ofA. cremastogyneplantation

由圖1可以看出榿木人工林在空間上的分布情況。榿木各徑級根系生物量在垂直方向上是逐漸遞減的，根系總生物量的66%集中在0～30 cm土層，而在60 cm土層以下基本沒有大根分布，這些均在一定程度上說明四川榿木的淺根性。水平方向上根系生物量隨著距樹干距離的增大總量呈減少趨勢，根系主要集中在距離樹干0～60 cm，這一區(qū)間的根系生物量占根系總生物量的79%，但是不同徑級根系生物量變化較垂直方向復(fù)雜。大根生物量隨著距樹干距離增大而減??；中根生物量開始呈遞減狀態(tài)，在40～60 cm距離時達(dá)到0.077 t/hm2的最低值，隨后又有小幅增加；小根生物量在距樹干0～40 cm距離內(nèi)逐漸減少，在40～80 cm距離內(nèi)逐漸增加到最高值，超過80 cm后急劇減少，細(xì)根在0～80 cm內(nèi)逐漸增加至最高值，隨后有近70%幅度的下降。

圖1 榿木人工林根系生物量空間分布Figure 1 Spatial distribution of root system biomass ofA. cremastogyneplantation

3.2 根長、比根長空間分布特征

由表3可知，榿木人工林根系總根長變化趨勢是細(xì)根 > 小根 > 大根 > 中根。大根、中根、小根、細(xì)根分別占總根長的10.9%、13.8%、23.6%、51.7%。在垂直方向上，中根、小根、細(xì)根根長和總根長隨土層深度增加呈遞減趨勢，大根根長則在深度30～45 cm達(dá)最大值，0～45 cm土層也是大根的主要分布區(qū)，這和大根直徑隨深度增加變小有一定關(guān)系。在0～30 cm土層內(nèi)根長占總根長的67.5%，其中細(xì)根根長占全部細(xì)根長的75.5%，小根根長占全部小根根長的63.3%，中根根長占全部中根根長的57.0%，大根占全部大根根長的51.6%，其根系生物量和根長主要集中在0～30 cm土層。水平方向上，大根根長隨著距樹干水平距離的增大而減小，中根、小根根長于0～60 cm呈遞減并達(dá)最低值，在60～80 cm有小幅增加，隨后又開始減少，細(xì)根根長則隨著距樹干距離的增大而逐漸增大，至60～80 cm時達(dá)最高值，隨后開始減少至最低值，這一規(guī)律與細(xì)根的生物量水平分布規(guī)律一致。細(xì)根的水平分布規(guī)律在生產(chǎn)實踐中可以加以利用。比根長（Specific Root Length，SRL）是植物高效吸收水分、養(yǎng)分的重要標(biāo)志，并且SRL的大小可以指示根系生理活性的大小。細(xì)根的比根長和根長密度決定根系吸收養(yǎng)分和水分的能力，在反映根系生理生態(tài)功能方面可能比生物量更有意義。通過對四川榿木人工林不同徑級根系比根長（見表4）的對比分析表明，細(xì)根的比根長明顯高于其它徑級的比根長，隨著根系直徑的增加，比根長呈減少趨勢，具體是細(xì)根 > 小根 > 中根 > 大根。這一變化趨勢在同類研究中也得到證實[7]。細(xì)根SRL沿土層垂直方向0～60 cm逐漸增加，在60 cm以下有小幅降低；水平方向細(xì)根SRL的變化幅度比垂直方向的變化幅度小，在水平方向0～60 cm內(nèi)逐漸減小，在60～80 cm有小幅上升。

表3 榿木人工林根長空間變化Table 3 Spatial change of root length ofA. cremastogyneplantation

表4 四川榿木人工林比根長空間變化Table 4 Spatial change of specific root length ofA. cremastogyneplantation

3.3根長密度空間分布特征

根長密度（RLD）在一定程度上能代表單位土體內(nèi)根系的吸收表面積，RLD越大，吸收表面積越大。不同徑級的RLD水平分布規(guī)律有所不同，由表5可知，四個徑級中大根RLD最大值出現(xiàn)在距樹干0～20 cm距離范圍內(nèi)，而中根、小根細(xì)根的最高值均出現(xiàn)在 > 60 cm距離范圍，大根、中根、小根、細(xì)根四個徑級的RLD最高值分別為14.49、28.89、42.28、111.71m·m-3。大根RLD隨距樹干距離的增加而減少，細(xì)根RLD隨距樹干距離的增加而增大。不同徑級的RLD垂直分布規(guī)律也不相同，大根的根長密度隨土層深度的增加先增后降，中根、小根、細(xì)根RLD在0～60 cm土層隨著土層深度的增加而減小，在0～15 cm時值最大，其最大值分別為15.47、29.37、89.56 m·m-3。這樣的分布情況可能是根系的重疊和趨水性的表現(xiàn)。

表5 四川榿木人工林根長密度空間變化Table 5 Spatial change of root length density ofA. cremastogyneplantation

4 結(jié)論

（1）對試驗區(qū)四川榿木人工林的根系生物量分析表明，隨根系徑級的減小，根系生物量呈減少趨勢，其生物量變化是大根 > 中根 > 小根 > 細(xì)根。大根、中根、小根根系生物量分別為細(xì)根生物量的6.56倍、2.60倍、1.69倍。四個徑級根系的生物量分別占林分根系生物量總和的55.37%、21.95%、14.24%、8.44%。垂直方向上，根系生物量集中在0～30 cm土層；水平方向上根系生物量隨著距樹干距離的增大總量呈減少趨勢。

（2）四川榿木人工林大根、中根、小根、細(xì)根總根長分別為359.94、453.62、776.23、1 700.95、3 290.74 cm。大根、中根、小根、細(xì)根根長分別占總根長的10.9%、13.8%、23.6%、51.7%；四川榿木人工林根系各徑級根系比根長的變化是細(xì)根 > 小根 > 中根 > 大根，其中細(xì)根的比根長明顯高于其它徑級根系的比根長，隨著根系直徑的增加，根系比根長在水平方向和垂直方向均呈減少趨勢。

（3）對試驗區(qū)四川榿木人工林根系的根長密度分析表明，各徑級根系的根長密度分布規(guī)律不盡相同。垂直方向大根根長密度呈遞增趨勢，中、小、細(xì)根的根長密度呈遞減趨勢；在水平方向上，在大根RLD隨著距樹干距離的增大也基本呈遞減趨勢，細(xì)根RLD隨著距樹干距離的增大而增加，中、小根RLD在距離樹干0～60 cm內(nèi)逐漸減小，距樹干60～80 cm間又略有增加。

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中圖分類號：S792.14

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-3776（2010）05-0042-04

收稿日期：2010-03-04；修回日期：2010-06-03

基金項目：國家林業(yè)局重點項目“南方榿木人工林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)經(jīng)營開發(fā)應(yīng)用”（2008-12）

作者簡介：蔡潔（1981－），女，湖南岳陽人，講師，碩士研究生，從事水土保持學(xué)研究；*通訊作者。

Spatial Distribution of Root System of
Alnus cremastogyne Plantation inThe North Hunan province

CAI Jie，WEN Shi-zhi，HE Gong-xiu，ZHANG Jie（College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004, China）

Abstract:Investigations were conducted on different diameter class root biomass distribution, root length, specific root length(SRL) and root length density (RLD)of 6-yearAlnus cremastogyneplantation in the north Hunan province. The results showed that biomass of big root, middle root, small root and fine root accounted for 55%, 22%, 14%, 9% of the total root biomass, and about 66% of root biomass distributed in 0-30 cm soil layer. The order of different diameter class root length was as follows: fine root > small root > big root > middle root, and that ofSRLwas: fine root > small root > middle root > big root, and that ofRLDwas different. Root length density of different diameter root had different distribution vertically and horizontally.

Key words:Alnus cremastogyne; root system; biomass; specific root length; root length density