黃土丘陵區(qū)油松林細(xì)根在坡面的空間分布特征

常恩浩,李 鵬,劉 瑩,徐國(guó)策,柯浩成,劉 琦,李雄飛

(西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,西安 710048)

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黃土丘陵區(qū)油松林細(xì)根在坡面的空間分布特征

常恩浩,李 鵬,劉 瑩,徐國(guó)策,柯浩成,劉 琦,李雄飛

(西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,西安 710048)

以黃土丘陵區(qū)人工油松林坡地為研究對(duì)象，采用網(wǎng)格法，距坡頂10 m(SP1)，20 m(SP2)，30 m(SP3)和40 m(SP4)處，分9層(20 cm/層)鉆取土樣，分析了細(xì)根形態(tài)、生物量的空間分異特征。結(jié)果表明：(1)油松細(xì)根生物量和根長(zhǎng)密度主要分布在0—100 cm的土壤中，占0—180 cm土壤的83%和81%，并隨土層深度增加呈指數(shù)下降趨勢(shì)，比根長(zhǎng)則隨土層深度增加而逐漸增大；(2)SP1處細(xì)根生物量(1.26 mg/cm3)、根長(zhǎng)密度(7.21 mm/cm3)、根面積密度(13.28 mm2/cm3)顯著小于SP2，SP3和SP4(p<0.05)，而SP1處比根長(zhǎng)(1 099.36 mm/mg)、比根面積(1 075.48 mm2/mg)顯著大于其他坡位處的(p<0.05)；(3)油松細(xì)根在坡面的空間分異性，是由于不同坡位立地條件下土壤水分的顯著差異導(dǎo)致，其影響程度達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。研究結(jié)果對(duì)于揭示立地條件對(duì)根系行為的影響機(jī)制具有一定的參考價(jià)值，為黃土丘陵區(qū)水土保持植物措施的配置提供科學(xué)依據(jù)。

油松細(xì)根; 坡位; 土層深度; 消弱系數(shù); 通徑分析

細(xì)根對(duì)土壤環(huán)境響應(yīng)敏感，在森林生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)以及對(duì)植物生長(zhǎng)、生態(tài)環(huán)境修復(fù)中起著重要作用[1]。細(xì)根在地下的分布不僅影響林木的生長(zhǎng)發(fā)育和生產(chǎn)力[2-3]，也可以反映植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)情況和競(jìng)爭(zhēng)能力[4]。細(xì)根作為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[5-7]，國(guó)內(nèi)外對(duì)其分布特征以及生長(zhǎng)特性已有相關(guān)報(bào)道。Jackson等認(rèn)為，土壤空間異質(zhì)性是導(dǎo)致細(xì)根分布空間異質(zhì)性的主要原因[8]；Gill等認(rèn)為，細(xì)根集中在土壤表層并且隨土層深度增加而減少主要是受土壤理化性質(zhì)、土壤水分以及溫度的影響[9]；國(guó)內(nèi)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)細(xì)根在不同土層的生長(zhǎng)也受自身遺傳特征影響[10]。以往對(duì)林木細(xì)根研究，多以距樹(shù)干不同距離、不同林齡等作為水平分布特征[11-13]，而以坡位作為細(xì)根水平分布的研究鮮見(jiàn)。光熱條件和土壤的理化性質(zhì)會(huì)因坡位不同存在空間分異，進(jìn)而影響植被的生理生長(zhǎng)特性[14-17]，這些差異同樣會(huì)影響細(xì)根的生長(zhǎng)發(fā)育和分布，了解細(xì)根在坡面的生理生長(zhǎng)和形態(tài)特征對(duì)于優(yōu)化水土保持退耕還林的配置具有實(shí)踐意義。因此研究細(xì)根坡面空間分布特征具有重要意義。

黃土丘陵區(qū)氣候干旱少雨，且受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響,原始天然林的破壞殆盡，加速了水土流失，區(qū)域生態(tài)環(huán)境十分脆弱。因此植被建設(shè)對(duì)于改善黃土丘陵區(qū)的生態(tài)環(huán)境及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用。油松是一種深根性喬木樹(shù)種，具有良好的水土保持等生態(tài)功能[18]，同時(shí)也是黃土丘陵地區(qū)水土保持植物措施中最常見(jiàn)的樹(shù)種。本文以26 a生人工油松林的坡面細(xì)根為對(duì)象，研究?jī)?nèi)容為：(1)不同坡位和不同土層深度的細(xì)根生物量、根長(zhǎng)、根面積等特征指標(biāo)的空間分異性；(2)影響細(xì)根分布差異的主要因素；(3)各因素影響細(xì)根的直接和間接作用。以期通過(guò)此研究，了解該地區(qū)油松細(xì)根在坡面不同位置的組成、分布規(guī)律及其與土壤環(huán)境因子的關(guān)系，對(duì)于揭示立地條件對(duì)根系行為的影響機(jī)制具有一定的參考價(jià)值，為黃土丘陵區(qū)水土保持植物措施的配置提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)自然概況

本研究地位于陜西省綏德縣王茂溝(110°20′26″—110°22′46″E，37°34′13″—37°36′03″N)，是無(wú)定河中游左岸的一條二級(jí)支溝。海拔高度940～1 180 m，流域面積5.74 km2，屬大陸季風(fēng)性氣候，四季分明，多年平均氣溫10.2℃，多年平均降水量513 mm。土壤以黃綿土覆蓋為主，厚度20～30 m。油松樣地位于流域下游左岸陽(yáng)坡的油松林，坡度為30°～36°，油松林齡為26 a，樣地詳細(xì)調(diào)查情況見(jiàn)表1。

表1　油松林地概況

1.2研究方法

1.2.1取樣2014年7月，采取網(wǎng)格法(5 m×5 m)對(duì)油松林進(jìn)行采樣，將坡面平均分成21個(gè)水平點(diǎn)位，再將這21個(gè)水平分布樣點(diǎn)分為四個(gè)坡位，分別是SP1(距坡頂10 m)、SP2(距坡頂20 m)、SP3(距坡頂30 m)和SP4(距坡頂40 m)，并且盡量使每個(gè)樣點(diǎn)距樹(shù)干距離相同(圖1)。使用內(nèi)徑9 cm、筒長(zhǎng)10 cm根鉆采集根系與土壤樣品，采集深度為180 cm，每20 cm分為一層，共189個(gè)樣本，其中SP1，SP2，SP3和SP4的樣本數(shù)依次為54，45，45，45個(gè)。采集的根系及土壤樣品放入冷藏箱低溫保存，帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。

1.2.2樣品處理首先，用篩子過(guò)濾采集到的土樣，取出所有根系用水沖洗，反復(fù)數(shù)次后放到干凈濾紙上直至吸干表面水分。再利用游標(biāo)卡尺將根系分為5個(gè)徑級(jí)，分別是0

圖1　采樣點(diǎn)分布

1.2.3根系垂直分布定量計(jì)算應(yīng)用根系垂直分布的模型可將細(xì)根垂直分布特征進(jìn)行定量描述[19]，β值越大說(shuō)明根系在深層土壤中分布的百分比越大，反之β值越小，則說(shuō)明有更多的根系集中分布于接近地表的土層中，公式如下：

Y=1-βh

式中：Y是從地表到一定深度的根系生物量累積的百分比；h為土層深度(cm)；β為根系消弱系數(shù)。

1.3數(shù)據(jù)處理

對(duì)同一土層中每個(gè)坡位內(nèi)獲得的細(xì)根根長(zhǎng)密度和生物量等求平均值，獲得細(xì)根的垂直分布數(shù)據(jù)；對(duì)同一坡位所有土層中的細(xì)根根長(zhǎng)密度和生物量等相加后求平均值，得到細(xì)根的水平分布數(shù)據(jù)；用指數(shù)方程對(duì)土層深度與細(xì)根生物量、根長(zhǎng)密度進(jìn)行擬合；利用單因素方差分析(ANOVA)，對(duì)不同處理間細(xì)根特征參數(shù)的差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)；采用多元回歸和通徑理論，分析各土壤因子對(duì)細(xì)根的影響。數(shù)據(jù)初步統(tǒng)計(jì)分析、根系消弱系數(shù)計(jì)算、作圖表，均由Excel 2010軟件完成；單因素方差分析(ANOVA)、回歸分析、通徑分析及回歸方程的擬合均由SPSS 20.0軟件完成。

2　結(jié)果與分析

2.1坡面細(xì)根垂直分布特征

油松細(xì)根的垂直分布特征存在顯著差異(圖2)。4個(gè)坡位中，SP4處的0—20 cm土層根長(zhǎng)密度(5.51 mm/cm3)最大，SP1處的80—100 cm土層根長(zhǎng)密度(0.30 mm/cm3)最小。油松細(xì)根根長(zhǎng)主要分布于0—100 cm土層中，占總體的81%。20—40 cm，40—60 cm，140—160 cm，160—180 cm土層的不同坡位之間存在顯著性差異(p<0.05)。

生物量(1.31 mg/cm3)最大出現(xiàn)在SP3處的20—40 cm土層中，在SP1處的120—140 cm土層中生物量(0.02 mg/cm3)最小。油松細(xì)根生物量集中分布在0—100 cm土層，占總體的83%。生物量在不同坡位之間無(wú)顯著性差異(p>0.05)(除20—40 cm土層外)，細(xì)根根長(zhǎng)密度和生物量都隨土層深度呈指數(shù)下降趨勢(shì)，R2分別為0.96，0.91。

與根長(zhǎng)密度和生物量的垂直變化趨勢(shì)相反，比根長(zhǎng)隨土層深度增加而增大。在SP1處的20—40 cm土層，比根長(zhǎng)最大(200.50 mm/mg)，而最小值(36.69 mm/mg)出現(xiàn)在SP1處的0—20 cm土層中。在20—40 cm，40—60 cm，80—100 cm土層，不同坡位之間比根長(zhǎng)存在顯著性差異(p<0.05)。

通過(guò)對(duì)細(xì)根生物量的定量研究，可使細(xì)根垂直分布特征的描述更為簡(jiǎn)化和直觀。從表2可看出，不同坡位細(xì)根生物量的消弱系數(shù)存在顯著性差異(p<0.05)。在SP1處，0

SP1處的00.05)，說(shuō)明全部細(xì)根在深層所占的比例基本一致，但SP1處直徑0

2.2坡面細(xì)根水平分布差異

細(xì)根在水平坡面上的分布特征見(jiàn)表3，相同坡位中均是徑級(jí)為0

注：同一土壤層中，小寫(xiě)字母相同表示不同坡位間無(wú)顯著性差異，顯著水平α=0.05。下圖同。

圖2油松細(xì)根垂直分布特征

不同坡位上的根長(zhǎng)密度、根面積密度和生物量表現(xiàn)為：SP2>SP4>SP3>SP1，其中SP1與其他坡位有顯著性差異(p<0.05)，說(shuō)明細(xì)根的量隨著坡位降低呈現(xiàn)“N”型分布趨勢(shì)；SP1處比根長(zhǎng)和比根面積顯著大于其他坡位(p<0.05)，但總體呈現(xiàn)出先減小后增大的“V”型分布趨勢(shì)(表3)?？傊甋P1處根系形態(tài)指標(biāo)或生物量均與其他坡位存在顯著性差異。

表2　不同徑級(jí)細(xì)根生物量的消弱系數(shù)

注：同一列小寫(xiě)字母相同表示不同坡位間無(wú)顯著性差異，顯著水平α=0.05。

2.3細(xì)根空間分布差異的影響因素

土層深度、坡位的不同，使得土壤性質(zhì)存在空間變異，進(jìn)而影響油松細(xì)根生物量及各形態(tài)指標(biāo)的空間分布情況。研究區(qū)不同坡位土壤養(yǎng)分和含水量差異見(jiàn)圖3，SP1處養(yǎng)分和含水量均有顯著大于其他坡位的情況存在(p<0.05)。

將所有坡位和土層中(N=189)的細(xì)根生物量及形態(tài)指標(biāo)與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行多元回歸分析和通徑分析(表4)，表明細(xì)根生物量主要受土壤水分影響。從土壤水分影響細(xì)根生物量的間接作用中發(fā)現(xiàn)，土壤水分通過(guò)土壤有機(jī)碳對(duì)細(xì)根生物量的間接作用最大，其間接通徑系數(shù)為-0.010。雖然土壤水分通過(guò)全氮(0.008)對(duì)細(xì)根生物量產(chǎn)生一定逆向的間接作用，但由于直接作用和通過(guò)有機(jī)碳的作用較大，從而使土壤水分對(duì)細(xì)根生物量的影響最大，總效應(yīng)達(dá)到了-0.188。因此，土壤水分對(duì)細(xì)根生物量的影響作用最強(qiáng)。土壤全氮、全磷和有機(jī)碳含量的直接和間接通徑系數(shù)均較小，對(duì)細(xì)根生物量影響不顯著(p>0.05)。

3　討 論

細(xì)根在土壤中的空間分布決定植物獲取土壤資源的多少以及植物個(gè)體間或種群間對(duì)土壤資源的競(jìng)爭(zhēng)能力。比根長(zhǎng)可以表征細(xì)根收益和花費(fèi)的關(guān)系[21]，比根長(zhǎng)越大代表著細(xì)根吸收土壤資源的效率越高[22]，王國(guó)梁等[23]在研究茵陳蒿細(xì)根時(shí)表示：比根長(zhǎng)隨土層深度增加而增大，其認(rèn)為可能是由于土壤表層養(yǎng)分含量高或者與植物生物學(xué)特征有關(guān)。而梅莉等[24]研究水曲柳比根長(zhǎng)時(shí)則是徑級(jí)D≤1 mm的細(xì)根比根長(zhǎng)隨土層深度增加無(wú)明顯變化趨勢(shì)。本研究細(xì)分細(xì)根徑級(jí)后發(fā)現(xiàn)，直徑處在0.5

表3　不同徑級(jí)細(xì)根形態(tài)指標(biāo)差異(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

注：同一坡位中具有相同小寫(xiě)字母表示不同徑級(jí)間無(wú)顯著性差異；同一列中具有相同大寫(xiě)字母表示不同坡位間無(wú)顯著性差異，顯著水平α=0.05。

圖3　土壤養(yǎng)分、水分沿坡面變化

表4　細(xì)根生物量與土壤因子通徑分析

注：總效應(yīng)值即為皮爾遜相關(guān)系數(shù)，**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

根系消弱系數(shù)β作為描述植被細(xì)根垂直分布特征的重要參數(shù)，其研究在最近幾年中有著廣泛的應(yīng)用[27-28]。本研究樣地為陽(yáng)坡油松林地，4個(gè)坡位的細(xì)根生物量(00.05)，但SP1處0

圖4　土壤水分在土壤剖面的分布情況

通徑分析可以通過(guò)分解土壤因子對(duì)細(xì)根影響的總效應(yīng)，來(lái)研究各因子對(duì)細(xì)根空間分布的直接影響和間接影響作用。油松細(xì)根的空間分布受土壤水分影響主要來(lái)自土壤水對(duì)細(xì)根的直接影響作用。在眾多間接影響作用中，土壤水分通過(guò)土壤有機(jī)碳而影響細(xì)根的作用最強(qiáng)，是土壤水分通過(guò)全氮和全磷影響細(xì)根的1.3，10.1倍，同時(shí)細(xì)根生物量受土壤水分的直接影響達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。可見(jiàn)，在黃土丘陵區(qū)相比于其他土壤養(yǎng)分因子，油松細(xì)根受土壤水分的影響最為顯著。當(dāng)土壤水分空間異質(zhì)性很明顯時(shí)，林木細(xì)根可以通過(guò)在貧水斑塊中增生的策略來(lái)獲取水分，導(dǎo)致細(xì)根生物量增加[30]。SP1處的細(xì)根生物量顯著小于SP2，SP3和SP4(p<0.05)處的，而SP2，SP3和SP4相比SP1又屬于貧水斑塊(p<0.05)，從而貧水斑塊中細(xì)根生物量大，與本研究土壤水分和細(xì)根生物量呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)相吻合，這一結(jié)果與Zhou等[31]相同。

4　結(jié) 論

(1)在整個(gè)坡面中，細(xì)根生物量、根長(zhǎng)密度都隨土層深度增加而減小，這個(gè)過(guò)程可用指數(shù)函數(shù)來(lái)模擬；比根長(zhǎng)隨土層深度增加而增大；徑級(jí)為0

(2)隨著細(xì)根直徑增加，細(xì)根根長(zhǎng)密度、比根長(zhǎng)和比根面積顯著減小(p<0.05)；細(xì)根形態(tài)或生物量受不同坡位立地條件的影響顯著，其中SP1處生物量、根長(zhǎng)密度和根面積密度顯著小于(p<0.05)其他坡位處的；SP1處比根長(zhǎng)和比根面積顯著大于(p<0.05)其他坡位處的，并且隨著坡位降低，呈現(xiàn)出先增大后減小的“V”型分布趨勢(shì)。

(3)影響細(xì)根生物量空間分布的主要因素是土壤水分，其對(duì)細(xì)根的影響程度達(dá)到極顯著水平(p<0.01)；相比土壤全氮、全磷和總有機(jī)碳等養(yǎng)分因子，土壤水分是影響油松細(xì)根空間分布的限制性因子，不同坡位立地條件下土壤水分空間分異是導(dǎo)致油松細(xì)根生物量空間分布差異的主要原因。

[1]Gordon W S,Jackson R B.Nutrient concentrations in fine roots[J].Ecology,2000,81(1):275-280.

[2]Johnson M G,Tingey D T,Phillips D L,et al.Advancing fine root research with minirhizotrons[J].Environmental and Experimental Botany,2001,45(3):263-289.

[3]Hendrick R L,Pregitzer K S.Patterns of fine root mortality in two sugar maple forest[J].Nature,1993,361:59-61.

[4]黃剛,趙學(xué)勇,趙玉萍,等.科爾沁沙地兩種典型灌木獨(dú)生和混交的根系分布規(guī)律[J].中國(guó)沙漠,2007,27(2):239-243.

[5]楊秀云,韓有志,張蕓香.距樹(shù)干不同距離處華北落葉松人工林細(xì)根生物量分布特征及季節(jié)變化[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2008,32(6):1277-1284.

[6]Vogt K A,Grier C C,Vogt D J.Production,turnover,and nutrient dynamics of above-and belowground detritus of world forests[J].Advances in Ecological Research,1986,15:303-378.

[7]郭忠玲,鄭金萍,馬元丹,等.長(zhǎng)白山幾種主要森林群落木本植物細(xì)根生物量及其動(dòng)態(tài)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(9):2855-2862.

[8]Jackson R B,Mooney H A,Schulze E D.A global budget for fine root biomass,surface area,and nutrient contents[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,1997,94(14):7362-7366.

[9]Gill R A,Burke I C,Lauenroth W K,et al.Longevity and turnover of roots in the shortgrass steppe:influence of diameter and depth[J].Plant Ecology,2002,159(2):241-251.

[10]韋蘭英,上官周平.黃土高原子午嶺天然柴松林細(xì)根垂直分布特征[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,35(7):70-74.

[11]程瑞梅,王瑞麗,肖文發(fā),等.三峽庫(kù)區(qū)馬尾松根系生物量的空間分布[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(3):823-832.

[12]李陸生,趙西寧,高曉東,等.黃土丘陵區(qū)不同樹(shù)齡旱作棗園細(xì)根空間分布特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(20):140-146.

[13]成文浩,陳林.賀蘭山油松林根系空間分布特征研究[J].水土保持研究,2013,20(1)89-94.

[14]靳甜甜,傅伯杰,劉國(guó)華,等.不同坡位沙棘光合日變化及其主要環(huán)境因子[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(7):1783-1793.

[15]祁建,馬克明,張育新.北京東靈山不同坡位遼東櫟(Quercus liaotungensis)葉屬性的比較[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(1):122-128.

[16]梁淑娟,潘攀,孫志虎,等.坡位對(duì)水曲柳及胡桃楸生長(zhǎng)的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,33(3):17-19.

[17]趙思金,韓烈保,張?jiān)佇?等.不同坡位胡枝子光合特性及其影響因子研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2008,28(2):342-347.

[18]楊玉姣,陳云明,曹揚(yáng).黃土丘陵區(qū)油松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳密度及其分配[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(8):2128-2136.

[19]Gale M R,Grigal D F.Vertical root distributions of northern tree species in relation to successional status[J].Canadian Journal of Forest Research,1987,17(8):829-834.

[20]李鵬,趙忠,李占斌,等.渭北黃土區(qū)刺槐根系空間分布特征研究[J].生態(tài)環(huán)境,2005,14(3):405-409.

[21]Waisel Y,Eshel A,Kafkafi U.Plant Roots,the Hidden Half[M].NewYork: Marcel Dekker Inc.,1991:3-25.

[22]Eissenstat D M.Costs and benefits of constructing roots of small diameter[J].Journal of Plant Nutrition,1992,15(6/7):763-782.

[23]王國(guó)梁,周東.黃土丘陵區(qū)退耕地先鋒群落演替過(guò)程中細(xì)根特征的變化[J].西北植物學(xué)報(bào),2009,29(2):356-364.

[24]梅莉,王政權(quán),韓有志,等.水曲柳根系生物量、比根長(zhǎng)和根長(zhǎng)密度的分布格局[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(1):1-4.

[25]林士杰,張忠輝,謝朋,等.中國(guó)水曲柳基因資源的保護(hù)與利用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2009,25(24):158-162.

[26]Hendrick R L,Pregitzer K S.The dynamics of fine root length,biomass,and nitrogen content in two northern hardwood ecosystems[J].Canadian Journal of Forest Research,1993,23(4):2507-2520

[27]Stone E L,Kalisz P J.On the maximum extent of tree roots[J].Forest Ecology and Management,1991,46(1):59-102.

[28]Jackson R B,Canadell J,Ehleringer J R,et al.A global analysis of root distribution for terrestrial biomes[J].Oecologia,1996,108(3):389-411.

[29]李鵬,李占斌,澹臺(tái)湛.黃土高原退耕草地植被根系動(dòng)態(tài)分布特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16(5):849-853.

[30]Wullschleger S D,Jackson R B,Currie W S,et al.Below-ground processes in gap models for simulating forest response to global change[J].Climatic Change,2001,51(3/4):449-473.

[31]Zhou Z,Shangguan Z.Vertical distribution of fine roots in relation to soil factors in Pinus tabulaeformis Carr.forest of the Loess Plateau of China[J].Plant and Soil,2007,291(1/2):119-129.

Spatial Distribution Characteristics of Pinus tabulaeformis Fine Root on Sloping Land in Loess Hilly Region

CHANG Enhao,LI Peng,LIU Ying,XU Guoce,KE Haocheng,LIU Qi,LI Xiongfei

(State Key Laboratory Base of Eco-hydraulic Engineering in Arid Area,Xi′an University of Technology,Xi′an 710048,China)

Root system is sensitive to soil environment and plays an important role in forest ecosystem.Fine root is the core link for mass circulation and energy flow between vegetation and soil environment.Based on the former research about the spatial distribution of fine root,there were significant differences both in vertical and horizontal distribution.Due to different slope positions (SP),the light and heat conditions and soil physicochemical properties were various,which had effects on biological and botanical characteristics of vegetation.These discrepancies could affect the growth and distribution of fine root.Therefore,the study on spatial distribution of fine root on slope is important.Targeting at the artificial Pinus tabulaeformis forest in Loess Hilly Region,the grid sampling method was used to analyze the root morphology,biomass spatial variability with 10 m (SP1),20 m (SP2),30 m (SP3)and 40 m (SP4)from the top of the sloping land.The results showed that: (1)The fine root weight density (FRWD)and fine root length density (FRLD)mainly clustered in the 0—100 cm soil layer which accounted for 83% and 81% of that in the 0—180 cm soil layer,respectively.They decreased exponentially with the increase of soil depth and the specific root length (SRL)added along soil depth,known from the extinction coefficient,the FRWD with 0～2 mm diameter in deep soil layer was less and that with 0～0.5 mm diameter was the least which indicated that the smaller of root diameter,the less FRWD distributed in deep layer; (2)In horizontal direction,the distribution of FRWD,FRLD and fine root area density (FRAD)with various SP showed ‘N’ type.FRWD,FRLD and SRL had significant difference (p<0.05)with the different SP.FRWD (1.26 mg/cm3),FRLD (7.21 mm/cm3)and FRAD (13.28 mm2/cm3)in SP1were significantly less than that in SP2,SP3and SP4(p<0.05).The distribution of specific root length (SRL)and specific root area (SRA)with SP showed V-shape.While the SRL (1 099.36 mm/mg)and SRA (1 075.48 mm2/mg)in SP1were significantly higher than other SP (p<0.05); (3)Fine root growth on SP1were significantly different from other SP (p<0.05),soil water and nutrients were also different from other SP.The spatial difference of fine root was caused by the soil properties of various site conditions with four SP.The direct and indirect effect of soil water,total nitrogen,total phosphorus and total organic carbon on the spatial distribution of fine root was determined by the path coefficient analysis.Regression analysis showed that the main factor of spatial distribution of fine root is the soil water,which had extremely significant effect (p<0.01)on fine root of Pinus tabulaeformis.The results will supply

for the influence mechanism of site conditions on root behaviors,and provide scientific basis for the arrangement of soil and water conservation vegetation measures in the loess hilly region.

Pinus tabulaeformis； fine root; slope position; soil layer; extinction coefficient; path analysis

2016-01-14

2016-01-23

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“黃土高原生態(tài)建設(shè)的生態(tài)—水文過(guò)程響應(yīng)機(jī)理研究”(41330858);國(guó)家自然科學(xué)基金“基于能量過(guò)程的坡溝系統(tǒng)侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程調(diào)控與模擬”(41471226);國(guó)家自然科學(xué)基金“黃土區(qū)退耕生態(tài)系統(tǒng)植被根系行為特征與土壤水資源響應(yīng)”(41271290);水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)“生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持生態(tài)效應(yīng)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)研究”(201501045)

常恩浩(1991—),男,陜西西安人,碩士研究生,黃土高原植被生態(tài)建設(shè)。E-mail:123 ceh@163.com

李鵬(1974—),男,山東煙臺(tái)人,教授,水土保持與生態(tài)環(huán)境建設(shè)。E-mail:lipeng74@163.com

S791.254

A

1005-3409(2016)05-0028-07