王付剛
(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院 遼寧 沈陽(yáng) 110122)
樹(shù)木根系按其功能可分為結(jié)構(gòu)性根和功能性根,按其發(fā)育次序可分為主根、1級(jí)側(cè)根、2級(jí)側(cè)根等等[1],側(cè)根按其直徑大小還可分為粗根和細(xì)根[2]。以前對(duì)細(xì)跟的研究沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),多是按直徑大小將細(xì)根定義為小于某一直徑等級(jí)的根。多數(shù)定義細(xì)根的標(biāo)準(zhǔn)為直徑小于或等于2 mm[3]。也有人將細(xì)根定義為非木質(zhì)化或沒(méi)有次生增厚的根[4]。Pregitzer等(2002)應(yīng)用 Fitter(1985)河流水系分級(jí)的方法對(duì)細(xì)根按生長(zhǎng)順序進(jìn)行分級(jí),即位于根軸最遠(yuǎn)端的根稱為1級(jí)根,1級(jí)根起源于2級(jí)根,2級(jí)根又起源于3級(jí)根,依次類推,劃分出不同等級(jí)的根。其中1級(jí)根有的起源于2級(jí)根,有的起源于較高級(jí)別根。
根系形態(tài)千差萬(wàn)別,因?yàn)楦稻哂锌伤苄?,?dǎo)致根系構(gòu)型的復(fù)雜性。因?yàn)殡y以定位觀察和測(cè)定根系形態(tài)和構(gòu)型,定量研究細(xì)根形態(tài)特征及根序構(gòu)型成為根系生物學(xué)研究的難點(diǎn)之一。根系形態(tài)主要指直徑、平均長(zhǎng)度、比根長(zhǎng)(SRL)和總長(zhǎng)度,是植物遺傳因素和外部環(huán)境共同作用的結(jié)果,但是受土壤資源有效性的影響[5]。根系形態(tài)(主要是細(xì)根形態(tài))的可塑性非常明顯,影響根系形態(tài)的重要外部環(huán)境因子之一是土壤資源的分布和有效性。以前細(xì)根形態(tài)研究?jī)H僅考慮了細(xì)根直徑大小,忽略了細(xì)根的生長(zhǎng)發(fā)育順序(即著生位置),因此,有人主張研究不同根序等級(jí)的細(xì)根形態(tài)特征[6]。
細(xì)根影響?zhàn)B分和水分的吸收,生理活力強(qiáng),直接影響森林生產(chǎn)力的提高。研究細(xì)根形態(tài)也可以初步了解根細(xì)胞壽命及C和N在細(xì)根中的構(gòu)建和轉(zhuǎn)換。紅松、云杉和冷杉作為東北常見(jiàn)樹(shù)種,是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)重要樹(shù)種,了解細(xì)根在樹(shù)木生長(zhǎng)的作用,探索細(xì)根生長(zhǎng)生理規(guī)律,為今后探索研究細(xì)根提供基礎(chǔ)。
在涼水自然保護(hù)區(qū)紅松、云杉、冷杉占優(yōu)勢(shì)的林分中,選取健康的對(duì)象木各3株,年齡一般在30~40年生。首先把周圍的枯木、灌木和雜草等清理干凈,露出樹(shù)木主干基部分出的側(cè)根,隨機(jī)選擇其中的一條側(cè)根進(jìn)行完整挖掘。挖掘時(shí)小心地沿著生長(zhǎng)的方向挖掘,保證根系的完整性。挖掘結(jié)束后,整理根系的構(gòu)型,拍照,統(tǒng)一標(biāo)號(hào),并截成幾段,裝入封口袋,置于1~3℃冷藏箱內(nèi),運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后放入-20℃冰箱中冷凍保存。
細(xì)根分級(jí):在實(shí)驗(yàn)室,用2~3℃的蒸餾水小心洗去根系上的土壤顆粒和雜質(zhì)后,放入盛有蒸餾水的培養(yǎng)皿中,用冰保持低溫(2~3℃)。根據(jù)外形、顏色、彈性等區(qū)別出活根和死根。采用Pregitzer的分級(jí)方法,先分根序完整、包含五級(jí)的細(xì)根,再依據(jù)得出的直徑范圍,用鑷子依次將其余樣品的1~5級(jí)根分離下來(lái),放到標(biāo)有根序號(hào)的5個(gè)培養(yǎng)皿中。用Win-RHIZO軟件掃描,調(diào)入圖像。將掃描過(guò)的細(xì)根用濾紙包起來(lái),濾紙上寫(xiě)明樹(shù)種、樣地號(hào)、根序號(hào),置于65℃烘箱中烘至恒重。使用精確到0.0001的天平稱重,記錄結(jié)果。
利用WinRHIZO根系分析儀對(duì)已存盤的根段圖像進(jìn)行分析,得出數(shù)據(jù),格式為記事本格式,將此數(shù)據(jù)調(diào)入Excel文件中,并輸入已測(cè)定的生物量數(shù)據(jù)及根段個(gè)數(shù)數(shù)據(jù),再用Excel工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。以根序?yàn)樾?,直徑(Diameter)、長(zhǎng)度(Length)和生物量(Biomass)為列,分樹(shù)種(Species)列成表格(直徑分布頻度作柱狀圖),具體見(jiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)采用儀器分析,得出的數(shù)據(jù)均為平均值,無(wú)標(biāo)準(zhǔn)差。
紅松、云杉和冷杉不同根序細(xì)根的總個(gè)數(shù)分別為1695個(gè),1219個(gè),1392個(gè)。1級(jí)根數(shù)量分別占總個(gè)數(shù)的76.37%,71.55%和79.23%,其中冷杉最多,云杉最少,紅松介于中間。隨著根序的不斷上升,細(xì)根的個(gè)數(shù)銳減(表1)。紅松、云杉、冷杉不同根序細(xì)根的總生物量分別為0.5791g,0.1655g和1.0660g(表2)。
表1 紅松、云杉和冷杉不同根序細(xì)根的個(gè)數(shù)/個(gè)
表2 紅松、云杉和冷杉不同根序細(xì)根的生物量/g
紅松、云杉和冷杉1、2、3級(jí)根分布范圍分別在0.0~1.4 mm,0.0~0.9 mm 和 0.0~1.9 mm。 其中紅松、云杉、 冷杉分別在 0.0~0.5 mm,0.0~0.4 mm,0.0~0.7 mm之間分布較多,各占91.12%,96.09%,96.16%。云杉分布較為集中。在0.0~0.5 mm范圍內(nèi),分別分布著紅松、云杉、冷杉細(xì)根的93.87%,79.95%,79.38%(圖 1)。
圖1 各樹(shù)種前三級(jí)根序細(xì)根的直徑頻度(%)
紅松、云杉、冷杉3個(gè)樹(shù)種的1級(jí)根平均直徑最?。ū?3),分別為 0.3893 mm,0.2749 mm 和 0.3987 mm,5級(jí)細(xì)根平均直徑相對(duì)最大,分別為0.9213 mm,0.6918 mm和1.8643 mm。5級(jí)細(xì)根分別為1級(jí)細(xì)根直徑的2.37,2.52和4.69倍。細(xì)根直徑<2 mm時(shí),包含前5級(jí)根序。種內(nèi)比較,隨著根序的增加,細(xì)根直徑緩慢增大。但冷杉的5級(jí)根是4級(jí)根的2.2倍。種間比較,冷杉、紅松、云杉各級(jí)根序細(xì)根的平均直徑依次減小。同為2 mm直徑范圍內(nèi)的細(xì)根,前4級(jí)和第5級(jí)形態(tài)和功能差異很大,第5級(jí)種間差異明顯。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)紅松、云杉、冷杉3個(gè)樹(shù)種的根序與細(xì)根平均直徑呈線性關(guān)系,回歸方程分別為Y=0.1426x+0.1006 r2=0.94,Y=0.0910x+0.1363 r2=0.90,Y=0.3323x+0.1661 r2=0.66。
表3 紅松.云杉和冷杉不同根序細(xì)根的平均直徑/mm
直徑是根系研究中最重要的指標(biāo)之一。一般認(rèn)為,細(xì)根和粗根分別具有不同的形態(tài)特征和生理功能[7]。與粗根相比,細(xì)根中N的濃度通常較高,而C的濃度較低。本研究表明,1級(jí)根直徑最小,5級(jí)根直徑最大(表3)。1級(jí)細(xì)根吸收土壤中養(yǎng)分和水分的效率較高,雖然在構(gòu)建過(guò)程中消耗C少,但呼吸速率高,維持消耗顯著大于粗根,而且容易受到土壤動(dòng)物的攝食[8]。紅松、云杉和冷杉3個(gè)樹(shù)種細(xì)根隨著根序的增加,平均直徑緩慢增大。細(xì)根直徑<2 mm時(shí),包含前5級(jí)根序。Pregitzer等(2002)研究表明,1級(jí)根到3級(jí)根隨著根序增加,直徑逐漸增大。這表明,隨著根序增加,細(xì)根直徑增大的變化規(guī)律在樹(shù)木根系中是相同的。
(1)紅松、云杉、冷杉細(xì)根在分支模式、形態(tài)和大小上有明顯的不同。
(2)紅松、云杉、冷杉細(xì)根形態(tài)與根序有重要關(guān)系。低級(jí)根序的根在數(shù)量上占絕大部分,高級(jí)根序的根數(shù)量較少。細(xì)根平均直徑和平均長(zhǎng)度隨著根序增加而增加。
(3)種間比較,冷杉、紅松、云杉各級(jí)根序細(xì)根的平均直徑依次減小。同為2 mm直徑范圍內(nèi)的細(xì)根,前4級(jí)和第5級(jí)形態(tài)和功能差異很大,第5級(jí)種間差異明顯。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)紅松、云杉、冷杉三個(gè)樹(shù)種的根序與細(xì)根平均直徑呈線性關(guān)系。
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