紅松、云杉和水曲柳細(xì)根比較

王付剛

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

紅松、云杉和水曲柳細(xì)根比較

王付剛

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

對(duì)紅松、云杉和水曲柳的細(xì)根生物量、不同根序細(xì)根平均根長(zhǎng)和細(xì)根總長(zhǎng)變化以及細(xì)根比根長(zhǎng)變化進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明，紅松、水曲柳生物量根序之間總體表現(xiàn)為隨著細(xì)根級(jí)別增加而減少，云杉則沒(méi)有上述樹(shù)種所表現(xiàn)的規(guī)律性；根系統(tǒng)中由遠(yuǎn)端低級(jí)根序到近端的高級(jí)根序個(gè)體根的平均長(zhǎng)度顯著增加，但在同一個(gè)低級(jí)根序內(nèi)根長(zhǎng)差異不顯著；紅松、云杉和水曲柳由低級(jí)根序到高級(jí)根序細(xì)根的總長(zhǎng)度逐漸下降；同一樹(shù)種不同根序內(nèi)，細(xì)根比根長(zhǎng)由低級(jí)根序到高級(jí)根序逐漸降低；不同樹(shù)種比根長(zhǎng)構(gòu)建方式明顯不同，水曲柳比根長(zhǎng)最高，云杉次之，紅松比根長(zhǎng)最低；水曲柳根生長(zhǎng)的平均速率明顯高于紅松和云杉。

根系；根序；細(xì)根；生物量；根長(zhǎng)；比根長(zhǎng)；紅松；云杉；水曲柳

根序上不同位置的個(gè)體根發(fā)育時(shí)間空間上都存在很大差異，每個(gè)根在分枝系統(tǒng)中的特定位置執(zhí)行著它特定的生理生態(tài)功能，這些差異首先反應(yīng)在形態(tài)特點(diǎn)上。細(xì)根根序的研究，為進(jìn)一步深入了解各級(jí)根序細(xì)根的功能，及其對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)過(guò)程和森林生產(chǎn)力的提高中的貢獻(xiàn)提供了重要途徑。

1 緒論

1.1 細(xì)根的功能

根系是樹(shù)木生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最重要的器官[1]，其生理和生態(tài)功能主要由細(xì)根完成或由1級(jí)根完成。粗根或高級(jí)根序的根盡管占根系總生物量比例很大，但主要功能是固持植物體、儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離運(yùn)輸養(yǎng)分和水分[2]。細(xì)根由于周轉(zhuǎn)，是森林生態(tài)系統(tǒng)碳和養(yǎng)分庫(kù)中最重要的動(dòng)態(tài)組成部分[3]，在森林生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用。細(xì)根的生物量雖僅占總生物量的5%左右，但向林地輸入的碳卻占總輸入量的6.2%～88.7%，平均50%左右[4]。因此，細(xì)根生物量的動(dòng)態(tài)影響森林生產(chǎn)力[5]。此外，細(xì)根吸收養(yǎng)分和水分需要大量的光合產(chǎn)物，根系吸收N以消耗碳為代價(jià)，吸收的N越多，消耗的光合產(chǎn)物越多[6]。對(duì)于樹(shù)木整體而言，根系是樹(shù)木養(yǎng)分和水分的“源”和消耗碳的“匯”，而樹(shù)冠則是養(yǎng)分和水分的“匯”和碳的“源”[3]。

1.2 細(xì)根形態(tài)研究的意義

細(xì)根具有自身生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)，在生長(zhǎng)過(guò)程產(chǎn)生復(fù)雜的分枝系統(tǒng)，形成不同的根序[7]。細(xì)根的分支系統(tǒng)的復(fù)雜性主要表現(xiàn)在不同植物細(xì)根在分支模式、形態(tài)和大小上各不相同，甚至同種植物在不同立地根系分支結(jié)構(gòu)上也不同[2]。以前按直徑大小將細(xì)根任意定義為小于某一等級(jí)的根，但這種任意按直徑大小對(duì)細(xì)根進(jìn)行分級(jí)，使位于復(fù)雜的側(cè)生分枝系統(tǒng)上的單個(gè)根的位置及根結(jié)構(gòu)的功能重要性常被忽略[7]。根序上不同位置的個(gè)體根發(fā)育時(shí)間、空間上都存在很大差異，每個(gè)根在分枝系統(tǒng)中的特定位置執(zhí)行著它特定的生理生態(tài)功能，這些差異首先反應(yīng)在形態(tài)特點(diǎn)上。細(xì)根根序的研究，為進(jìn)一步深入了解各級(jí)根序細(xì)根的功能及其對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)過(guò)程和森林生產(chǎn)力的提高中的貢獻(xiàn)提供了重要途徑。

紅松、云杉和水曲柳是東北地區(qū)闊葉紅松生態(tài)系統(tǒng)的主要樹(shù)種。這些樹(shù)種在闊葉紅松林生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮不同的功能，研究這些樹(shù)種的根系形態(tài)結(jié)構(gòu)，如不同根序的細(xì)根直徑、長(zhǎng)度、比根長(zhǎng)等形態(tài)指標(biāo)，比較這些樹(shù)種細(xì)根形態(tài)之間的差異，對(duì)認(rèn)識(shí)老齡林森林生態(tài)系統(tǒng)的地下生態(tài)學(xué)過(guò)程、細(xì)根生長(zhǎng)、死亡和周轉(zhuǎn)具有重要的理論意義。同時(shí)，對(duì)森林科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理，提高林分生產(chǎn)力具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義。

2 研究方法

2.1 細(xì)根取樣方法

在小興安嶺闊葉紅松林內(nèi)隨機(jī)選取紅松、云杉和水曲柳10株，量測(cè)樹(shù)高、胸徑，選取平均樹(shù)高、胸徑最符合平均數(shù)的紅松、云杉和水曲柳各1株，挖取一定量的完整根系，去掉雜質(zhì)放入編號(hào)的塑料袋中，放入冷藏箱運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，放入冰箱保存。

2.2 根系分級(jí)

取出冷凍保存的樣品，用2～3℃的蒸餾水小心清洗根系上的土壤顆粒及雜質(zhì)，然后放入裝有蒸餾水的培養(yǎng)皿中。依據(jù)Pregizter等(2002)根序分級(jí)法，將每一個(gè)樣的根系分成若干根段(Root segment)，再按根段進(jìn)行分級(jí)。

2.3數(shù)據(jù)獲取

利用根系掃描儀對(duì)分好級(jí)的根系進(jìn)行掃描，掃描好的圖像用根系分析儀分析得出根段平均直徑、表面積、長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)。掃描完的根系放入65℃烘箱中烘干至恒重，用1/10 000精度天平稱(chēng)重，記錄數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 3個(gè)樹(shù)種細(xì)根生物量

3個(gè)樹(shù)種中，紅松細(xì)根生物量最大，為 0.608 1 g，其次是水曲柳，為 0.349 3 g，最小是云杉，為 0.173 8 g。1級(jí)根占總生物量百分比分別為紅松27.6%、云杉19.8%、水曲柳44.1%；2級(jí)根分別為紅松22.8%、云杉16.3%、水曲柳17.3%；3級(jí)根分別為紅松227.5%、云杉10.3%、水曲柳17.6%；4、5級(jí)根總和分別為紅松22.1%、云杉53.6%、水曲柳21%。

紅松、水曲柳生物量根序之間總體表現(xiàn)為隨著細(xì)根級(jí)別增加而減少，云杉則沒(méi)有上述樹(shù)種所表現(xiàn)的規(guī)律性(表1)。

3.2 不同根序細(xì)根平均根長(zhǎng)變化

紅松、云杉和水曲柳的1級(jí)細(xì)根平均根長(zhǎng)最小，分別為 0.569 4 cm、0.265 0 cm和 0.409 4 cm；5級(jí)細(xì)根平均長(zhǎng)度最大，分別為 6.493 5 cm、3.476 9 cm和 11.922 9 cm，5級(jí)細(xì)根平均長(zhǎng)度分別是1級(jí)細(xì)根的11.4、13.1、29.1倍。根系統(tǒng)中由遠(yuǎn)端低級(jí)根序到近端的高級(jí)根序個(gè)體根的平均長(zhǎng)度顯著增加，但在同一個(gè)低級(jí)根序內(nèi)根長(zhǎng)差異不顯著。各樹(shù)種間比較，1、2級(jí)根序紅松、水曲柳和云杉平均根長(zhǎng)依次增加，3、4、5級(jí)根序水曲柳、紅松和云杉依次增加(表2)。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，紅松、云杉和水曲柳的根序與細(xì)根平均根長(zhǎng)呈線性關(guān)系，回歸方程分別為y=1.55572x-1.0952，r2=0.98；y=3.08525x-3.73353，r2=0.96；y=0.79268x-1.01868，r2=0.88。

表1 紅松、云杉和水曲柳不同根序細(xì)根生物量Tab.1 Biomass of fine root in different rootings of Koreanpine, Pice asperata, spruce and Fraxinus mandahurica g

表2 紅松、云杉和水曲柳不同根序細(xì)根平均根長(zhǎng)Tab.2 Average root length of fine roots in different rootings of Korean pine, Pice asperata, spruce andFraxinus mandahurica cm

3.3 不同根序細(xì)根總長(zhǎng)度變化

紅松、云杉和水曲柳由低級(jí)根序到高級(jí)根序細(xì)根的總長(zhǎng)度逐漸下降(表3)。前2級(jí)根序細(xì)根長(zhǎng)度分別占各自所有5級(jí)根序細(xì)根長(zhǎng)度和的73.16%、70.99%和82.64%，在水分、養(yǎng)分吸收中具有非常重要的作用。1級(jí)根總長(zhǎng)度占各自所有5級(jí)根總長(zhǎng)度的44.04%、52.22%和63.1%，是不可忽略的一部分。盡管不同的個(gè)體根平均長(zhǎng)度隨根序增加而增加，但數(shù)量隨著根序增加而減少。雖然低級(jí)根序細(xì)根的平均長(zhǎng)度小，但數(shù)量多，總根長(zhǎng)反而占很大比例。

3.4 不同根序細(xì)根比根長(zhǎng)變化

紅松、云杉和水曲柳的1級(jí)根的比根長(zhǎng)最高，分別為 3 312.993 8 cm/g，8 047.649 4 cm/g和8 908.160 9 cm/g。5級(jí)細(xì)根的比根長(zhǎng)相對(duì)最低，分別為 378.626 8 cm/g，741.083 5 cm/g和 651.229 9 cm/g(表4)。1級(jí)細(xì)根平均長(zhǎng)度分別是5級(jí)細(xì)根的8.75，0.86，13.67倍(表4)。同一樹(shù)種不同根序內(nèi)，細(xì)根比根長(zhǎng)由低級(jí)根序到高級(jí)根序逐漸降低。不同樹(shù)種比根長(zhǎng)構(gòu)建方式明顯不同，水曲柳比根長(zhǎng)最高，云杉次之、紅松比根長(zhǎng)最低。水曲柳根生長(zhǎng)的平均速率明顯高于紅松和云杉。

表3 紅松、云杉和水曲柳不同根序細(xì)根總根長(zhǎng)Tab.3 Total root length of Korean pine, Pice asperata, spruce and Fraxinus mandahurica cm

表4 紅松、云杉和水曲柳不同根序細(xì)根的比根長(zhǎng)Tab.4 Specific root length of the fine root in different root sequence of Korean pine, Pice asperata, spruce andFraxinus mandahurica cm

4 結(jié)論

1)紅松、水曲柳生物量根序之間總體表現(xiàn)為隨著細(xì)根級(jí)別增加而減少，云杉則沒(méi)有上述樹(shù)種所表現(xiàn)的規(guī)律性。

2)根系統(tǒng)中由遠(yuǎn)端低級(jí)根序到近端高級(jí)根序個(gè)體根的平均長(zhǎng)度顯著增加，但在同一個(gè)低級(jí)根序內(nèi)根長(zhǎng)差異不顯著。

3)紅松、云杉和水曲柳由低級(jí)根序到高級(jí)根序細(xì)根的總長(zhǎng)度逐漸下降。

4)同一樹(shù)種不同根序內(nèi)，細(xì)根比根長(zhǎng)由低級(jí)根序到高級(jí)根序逐漸降低。不同樹(shù)種比根長(zhǎng)構(gòu)建方式明顯不同，水曲柳比根長(zhǎng)最高，云杉次之、紅松比根長(zhǎng)最低。水曲柳根生長(zhǎng)的平均速率明顯高于紅松和云杉。

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Comparison of Fine Roots ofPinuskoraienschangeis,PiceamongolicaandFraxinusmandahurica

WANG Fugang

(Liaoning Forestry Investigation and Planning Institute, Shenyang 110102, China)

This paper studied the fine root biomass, the average root length, the length change of fine root and ratio root of Pinus koraienschangeis, Picea mongolica and Fraxinus mandshurica. The results showed that the total biomass of Pinus koraiensis and Fraxinus mandshurica decreased as the fine root level increased, and the spruce did not have the regularity of the above tree species. In the root system, the average length of individual roots increased significantly, but the root length was not significantly different in the same lower order. The total length of Pinus koraiensis, Picea fir and Fraxinus mandshurica was gradually increased from lower order to higher order. And the root length of the same tree species was lower than that of the root length from the low order to the higher order. The different tree species were significantly different from the root length construction, the ash was the highest and the spruce was the second the average growth rate of the Fraxinus mandshurica root was significantly higher than that of Pinus koraienschangeis and Picea mongolica .

root system; root order; fine root; biomass; root length; ratio root; Pinus koraienschangeis; Picea mongolica; Fraxinus mandshurica

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.02.016

2017-03-02.

王付剛(1982-)，男，河南新鄭人，工程師.從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作.

S791.247；S791.18；S792；S718.43

A

1671-3168(2017)02-0068-03