西藏砂生槐細(xì)根分布規(guī)律研究

韓艷英　王貞紅　林玲　魏麗萍　陳彥芹　葉彥輝

摘要：采用分層挖掘法研究了西藏特有灌木砂生槐（Sophora moorcroftiana）細(xì)根分布特征。結(jié)果表明，砂生槐細(xì)根生物量和根長(zhǎng)密度在垂直分布上呈現(xiàn)一致性，隨著土層深度的增加，呈現(xiàn)先增加后減少又有所增加的趨勢(shì)，主要分布在20～60 cm土層，細(xì)根比根長(zhǎng)在20～40 cm土層最大。砂生槐細(xì)根根長(zhǎng)密度和生物量在水平方向的分布規(guī)律相似，集中分布在距離樹(shù)干0～20 cm的空間，距離樹(shù)干越遠(yuǎn)分布量越小。

關(guān)鍵詞：砂生槐（Sophora moorcroftiana）；細(xì)根；生物量；比根長(zhǎng)；根長(zhǎng)密度

中圖分類號(hào)：S792.26；S718 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）13-3082-03

Distribution Patterns of Sophora Moorcroftiana Fine Root in Tibet

HAN Yan-ying，WANG Zhen-hong，LIN Ling，WEI Li-ping，CHEN Yan-qin，YE Yan-hui

（College of Agriculture and Animal Husbandry， Tibet University，Nyingchi 860000， Tibet， China）

Abstract： Distribution characteristics of fine root of Sophora moorcroftiana in Tibet were studied by layer mining methods. Results showed that fine root biomass and root density of S. moorcroftiana had consistency in the vertical distribution. With the increas of soil depth， it is increased first and then decreased， and mainly distributed in 20～60 cm soil layer with specific root length in 20～40 cm soil layers. Distribution of S. moorcroftiana in fine root length density and biomass in the horizontal direction was the same， mainly distributed in the range 0～20 cm trunk space with far less as distribution was distant from the trunk.

Key words： Sophora moorcroftiana； fine root； biomass； specific root length； root length density

根系是植物直接與土壤接觸的器官，不但起著固定樹(shù)木的作用，而且獲取和利用土壤中的物質(zhì)和能量均是通過(guò)根系得以實(shí)現(xiàn)的，其形態(tài)和分布直接反映植被對(duì)立地的利用狀況[1，2]，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[3]。植物對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收主要是通過(guò)細(xì)根獲取。植物細(xì)根的空間結(jié)構(gòu)是反映植物地下部分協(xié)調(diào)生長(zhǎng)的重要內(nèi)容，因此關(guān)于植物細(xì)根分布特征的研究是目前生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[4，5]。為了獲取足夠的水分和養(yǎng)分，樹(shù)木必須維持一定的細(xì)根生物量，因而傳統(tǒng)的對(duì)根系分布的研究側(cè)重于生物量分布特征方面。但是林木根系（細(xì)根）分布特征及對(duì)干旱的抗御能力是林分生長(zhǎng)和穩(wěn)定性的主要決定因素，尤其在干旱半干旱地區(qū)。由于細(xì)根具有很高的生理活性，因此細(xì)根的比根長(zhǎng)和根長(zhǎng)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。

砂生槐（Sophora moorcrof tiana）又名西藏狼牙刺，是西藏高原特有植物，具有極強(qiáng)的抗旱、耐瘠薄、抗風(fēng)沙等生態(tài)適應(yīng)性和很好的防風(fēng)固沙、保持水土的功能，并在營(yíng)養(yǎng)與藥用等方面極具開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。由于其分布的特殊地理環(huán)境所致，所以人們對(duì)砂生槐的科學(xué)研究還不是很多，主要集中在對(duì)砂生槐的藥用價(jià)值及其開(kāi)發(fā)等方面[6，7]。目前的根系研究中還沒(méi)有對(duì)砂生槐根系進(jìn)行研究。本研究以砂生槐天然灌叢幼林為研究對(duì)象，利用分層挖掘法研究了細(xì)根生物量、根長(zhǎng)密度和比根長(zhǎng)的分布規(guī)律，旨在為西藏雅魯藏布江流域的干旱河谷地區(qū)植被建設(shè)和恢復(fù)提供依據(jù)。

1 研究地概況

西藏米林縣地處雅魯藏布江中游河谷地帶，念青唐古拉山與喜馬拉雅山之間。地勢(shì)西高東低，平均海拔3 700 m，相對(duì)高差較小。屬高原溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫8.2 ℃，年降水量641 mm，80%的雨水集中在6～9月，年無(wú)霜期170 d左右。植被主要為高山松、光核桃、砂生槐、醉魚(yú)草、薔薇、沙棘等，土壤為沙土，含有較多礫石。調(diào)查樣地為砂生槐天然灌叢幼林，樣地面積為20 m×30 m，平均株高60 cm，平均地徑16.5 mm，平均冠幅70 cm。

2 研究方法

2012年10月在米林縣選擇具有代表性的砂生槐天然林，設(shè)立3塊樣地，依據(jù)與周圍植被根系不重疊的原則，每塊各選取4株，測(cè)量地徑和株高，采用分層挖掘法測(cè)定根系生物量。挖掘時(shí)以砂生槐根莖為圓心，水平半徑120 cm，垂直方向按土壤層次（每20 cm為一層，80 cm以下合并）挖出全部根系，用清水沖洗，除去土壤后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量根系直徑，分別按細(xì)根（<2 mm）、小根（2～5 mm）和粗根（>5 mm）[8，9]進(jìn)行分級(jí)；用直尺測(cè)量各級(jí)的根長(zhǎng)度。將各級(jí)根系樣品置于85 ℃烘箱中烘干至恒重，電子天平稱量干重。由細(xì)根干重與其長(zhǎng)度的比值得到細(xì)根的比根長(zhǎng)，并由各層細(xì)根比根長(zhǎng)和生物量推算各層細(xì)根根長(zhǎng)密度，多次計(jì)算求其平均值，并換算為單位面積細(xì)根生物量（g/m2）、比根長(zhǎng)（m/g）和根長(zhǎng)密度（m/m2）。

土壤含水量采用土樣烘干法測(cè)定。在植物全根系挖取前，挖一個(gè)120 cm深的土壤剖面，每20 cm 深度為一層采取土樣，共取6層，每個(gè)深度3次重復(fù)。取回土樣，然后于105 ℃烘干至恒重，待冷卻后稱干重計(jì)算土壤含水量，確定0～120 cm的土壤水分含量隨土壤深度分布狀況。其中80～100 cm和100～120 cm兩個(gè)層進(jìn)行了合并。

3 結(jié)果與分析

3.1 砂生槐細(xì)根垂直分布特征

3.1.1 根系生物量垂直分布特征 表1表明，砂生槐 0～20 cm土層細(xì)根生物量低于20～40 cm和40～60 cm土層；60 cm土層以下細(xì)根生物量基本隨土層深度的增加而逐漸減少。其中40～60 cm土層細(xì)根生物量最高，0～20 cm土層細(xì)根生物量最低，前者約為后者的3倍；60～80 cm 土層細(xì)根生物量與80 cm以下土層幾乎相等，約為0～20 cm土層的1.6倍，占細(xì)根總生物量的17%。砂生槐約有54%的細(xì)根生物量分布在20～60 cm土層，即20～60 cm是細(xì)根生物量集中分布的土層。

3.1.2 細(xì)根比根長(zhǎng)垂直分布特征 表1表明，砂生槐0～40 cm土層細(xì)根比根長(zhǎng)基本隨土層深度的增加而增加，40 cm土層以下細(xì)根比根長(zhǎng)基本隨著土層深度的增加而出現(xiàn)先減少而后又有所增加的現(xiàn)象。20～40 cm土層細(xì)根比根長(zhǎng)最大，為2.452 m/g；其次為80 cm以下土層，最小比根長(zhǎng)分布在40～60 cm土層，為1.585 m/g。

3.1.3 細(xì)根根長(zhǎng)密度垂直分布特征 表1表明，砂生槐細(xì)根根長(zhǎng)密度基本隨著土層深度的增加呈現(xiàn)先增加后降低而后又有所增加的趨勢(shì)。其中40～60 cm土層細(xì)根根長(zhǎng)密度最大，其次為20～40 cm土層，0～20 cm土層細(xì)根根長(zhǎng)密度最小?？梢?jiàn)，細(xì)根根長(zhǎng)密度主要分布在20～60 cm土層，占總細(xì)根根長(zhǎng)密度的53%?？梢钥闯?，細(xì)根生物量和根長(zhǎng)密度在各土層的分布規(guī)律一致。

3.2 砂生槐細(xì)根水平分布特征

3.2.1 根系生物量水平分布特征 表2表明，砂生槐細(xì)根生物量隨著距離樹(shù)干距離的增加表現(xiàn)出先急劇減少，后增加又降低的趨勢(shì)，最大細(xì)根生物量出現(xiàn)在距離樹(shù)干0～20 cm處，為28.451 g/m2，占總細(xì)根生物量的86%；最小細(xì)根生物量出現(xiàn)在距離樹(shù)干80 cm以外的土層?？梢?jiàn)砂生槐灌叢幼林細(xì)根生物量水平方向主要分布在以樹(shù)干為圓心半徑為20 cm的空間范圍內(nèi)，距離樹(shù)干越遠(yuǎn)生物量越小。

3.2.2 細(xì)根比根長(zhǎng)水平分布特征 表2表明，砂生槐細(xì)根比根長(zhǎng)隨著水平距離的增加出現(xiàn)先減少而后又有所增加的現(xiàn)象。距離樹(shù)干60～80 cm處細(xì)根比根長(zhǎng)最大，為2.510 m/g；其次為距離樹(shù)干80 cm以外土層，最小比根長(zhǎng)分布在距樹(shù)干20～40 cm土層，為1.497 m/g。

3.2.3 細(xì)根根長(zhǎng)密度水平分布特征 從表2可以看出，砂生槐細(xì)根根長(zhǎng)密度在水平方向的分布規(guī)律與生物量一致，隨著距離樹(shù)干距離的增加先急劇減少，后增加又降低，最大細(xì)根根長(zhǎng)密度出現(xiàn)在距離樹(shù)干0～20 cm處，為55.740 g/m2，占總細(xì)根根長(zhǎng)密度的87%；最小細(xì)根根長(zhǎng)密度出現(xiàn)在距離樹(shù)干80 cm以外的土層?？梢?jiàn)砂生槐細(xì)根根長(zhǎng)密度主要集中分布在距離樹(shù)干0～20 cm的空間，距離樹(shù)干越遠(yuǎn)根長(zhǎng)密度越小。

3.3 砂生槐細(xì)根生物量垂直分布與土壤水分的關(guān)系

由圖1可知試驗(yàn)地土壤含水率的總的特點(diǎn)：0～20 cm的土層基本為干沙層，表層土壤含水率最低，一般為1.2%左右；土壤剖面的20～120 cm土層內(nèi)，隨著土壤深度的增加，土壤含水率逐漸增大，但變化平緩，含水率只是由1.2%左右上升到8.5%左右。砂生槐細(xì)根生物量在0～20 cm土層最少，主要分布在20～60 cm土層，因?yàn)樵诹种サ貐^(qū)，由于干濕季明顯，水分蒸發(fā)較快，所以水分就成為砂生槐細(xì)根生長(zhǎng)的主要限制因子，而每年的10月就進(jìn)入了干季，土壤上層水分含量較低，導(dǎo)致砂生槐細(xì)根生物量主要分布在土壤中層，而上層分布較少。

4 小結(jié)與討論

砂生槐細(xì)根生物量和根長(zhǎng)密度在垂直分布上呈現(xiàn)一致性，主要分布在20～60 cm土層，0～20 cm土層分布最低。大量研究證明，細(xì)根生物量的垂直分布隨著土層的加深而減少[10，11]，主要是受到土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響。Caldwell等[12]認(rèn)為，根系的動(dòng)態(tài)主要是細(xì)根的動(dòng)態(tài)，維持細(xì)根的生理生態(tài)功能主要是保持細(xì)根的吸收能力，細(xì)根應(yīng)具有較高的比根長(zhǎng)和根長(zhǎng)密度。本研究中細(xì)根的生物量主要分布在20～60 cm土層與檸條細(xì)根、梭梭細(xì)根[2，13，14]的分布特征相似，原因可能因?yàn)楸狙芯繀^(qū)域處于青藏高原干旱和半干旱地區(qū)，研究時(shí)間為10月，已進(jìn)入了該地區(qū)的干季，加之土壤為沙土，保水性差，水分的缺少限制了細(xì)根在表層的富集，而干旱脅迫可刺激細(xì)根向較深土層生長(zhǎng)，使得深土層細(xì)根比例增加。比根長(zhǎng)是指單位質(zhì)量細(xì)根的總根長(zhǎng)，是表征細(xì)根形態(tài)與生理功能的一個(gè)重要指標(biāo)[15]。研究表明，細(xì)根比根長(zhǎng)大小與土壤資源的有效性相關(guān)[16]。一般認(rèn)為，比根長(zhǎng)較大的根系，其養(yǎng)分與水分吸收效率相對(duì)較高，比根長(zhǎng)大小可以指示根系生理活性。Pregitzer等[15]認(rèn)為，細(xì)根比根長(zhǎng)除了與土壤水分和養(yǎng)分有效性相關(guān)外，還與樹(shù)種本身的遺傳特性有關(guān)。本研究中砂生槐細(xì)根比根長(zhǎng)在20～40 cm土層最大，原因可能為表層土壤水分含量低，養(yǎng)分含量少。與梅莉等[1]對(duì)水曲柳根系的研究結(jié)果相比，砂生槐細(xì)根比根長(zhǎng)遠(yuǎn)小于水曲柳。一方面是物種之間的差異，也可能是由于區(qū)域土壤養(yǎng)分有效性不同所致。

樹(shù)木細(xì)根在水平位置的分布主要受水平位置上土壤的空間異質(zhì)性影響[17]，而土壤在水平位置上的空間異質(zhì)性主要由林木樹(shù)冠及樹(shù)木之間的林隙造成的水分、溫度等因素的異質(zhì)性所致，林隙和林冠下光照和溫度的異質(zhì)性很大，林隙可以接受到更充足的陽(yáng)光，溫度均高于林冠下同一層次土壤的溫度，且在一定的范圍內(nèi)根系的生長(zhǎng)隨溫度的升高而增加。本研究中砂生槐細(xì)根根長(zhǎng)密度和生物量在水平方向的分布規(guī)律相似，集中分布在距離樹(shù)干0～20 cm的空間，距離樹(shù)干越遠(yuǎn)分布量越小。顯然本研究的結(jié)論與干旱區(qū)胡楊[16]根系水平分布形成的結(jié)論一致，但與上述的原因不相符，主要由于研究的區(qū)域環(huán)境所致，研究地處于干旱區(qū)域水分成為根系生長(zhǎng)的主要限制因子，林冠下接受的光照少，水分蒸發(fā)量少，相比于林隙水分含量大，加之本研究的對(duì)象處于幼林階段而且是深根形植物，才會(huì)導(dǎo)致與檸條[18]不同的結(jié)論。樹(shù)木根系的垂直分布與樹(shù)種、年齡、土壤水分、養(yǎng)分、物理性質(zhì)（通氣、機(jī)械阻力等）、地下水位等有關(guān)[19]。土壤資源有效性不但具有季節(jié)上的變化，還具有垂直分布的差異，不同季節(jié)甚至同一季節(jié)各個(gè)層次細(xì)根的結(jié)構(gòu)和功能可能發(fā)生轉(zhuǎn)變，砂生槐細(xì)根生物量、比根長(zhǎng)和根長(zhǎng)密度是否表現(xiàn)出與落葉松[19]明顯的季節(jié)特點(diǎn)，需要進(jìn)一步研究。本研究對(duì)砂生槐細(xì)根在水平方向和垂直方向的分布特征進(jìn)行了研究，但沒(méi)有與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件等聯(lián)系起來(lái)，今后可進(jìn)一步進(jìn)行研究，進(jìn)而為西藏干旱半干旱地區(qū)的植被建設(shè)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。另外本研究選取的樣地上的砂生槐樣木處于幼齡階段，因此形成的特征是否與其他齡組的一致，需要進(jìn)一步研究。

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