黃河三角洲鹽堿地人工刺槐混交林細(xì)根分布研究*

白世紅, 丁新景, 馬風(fēng)云**, 李樹(shù)生, 敬如巖,黃雅麗

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黃河三角洲鹽堿地人工刺槐混交林細(xì)根分布研究*

白世紅1,2, 丁新景1, 馬風(fēng)云1,2**, 李樹(shù)生3, 敬如巖1,黃雅麗1

(1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 泰安 271018; 2. 農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 泰安 271018; 3. 三明學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)系 三明 365000)

為研究黃河三角洲鹽堿地人工刺槐混交林及純林細(xì)根空間分布格局, 選取絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林、刺槐純林, 采用土柱法取樣, 從細(xì)根生物量密度、表面積密度、體積密度、根長(zhǎng)密度等方面研究鹽堿地中不同林分中樹(shù)木細(xì)根的垂直分布情況, 從細(xì)根生物量分析不同林木細(xì)根垂直分布情況, 研究不同人工林細(xì)根分布差異及土壤影響因子。結(jié)果表明: 絨毛白蠟刺槐混交林在細(xì)根的生物量、表面積、體積、根長(zhǎng)等方面都顯著高于臭椿刺槐混交林和刺槐純林; 絨毛白蠟刺槐混交林95.77%細(xì)根生物量分布在0~60 cm土層, 臭椿刺槐混交林85.37%細(xì)根生物量分布在0~40 cm土層, 而刺槐純林的細(xì)根在土壤中分布則比較均勻, 0~40 cm土層細(xì)根占生物量總量的66.38%。絨毛白蠟細(xì)根生物量最高, 顯著高于其他林木。絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根表面積密度、體積密度、根長(zhǎng)密度顯著高于刺槐純林; 臭椿刺槐混交林高于刺槐純林, 差異不顯著。絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林細(xì)根總根尖數(shù)分別是刺槐純林的2.34倍、1.23倍, 總分叉數(shù)分別為刺槐純林的6.15倍、1.66倍。絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林、刺槐純林樹(shù)木細(xì)根生物量與土壤有效磷、速效鉀含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系; 絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根生物量堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。適當(dāng)?shù)幕旖荒Ｊ皆谝欢ǔ潭壬咸岣吡巳斯ち旨?xì)根生物量, 增強(qiáng)植物吸收土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力, 混交使人工林在鹽堿立地條件下適應(yīng)能力提高。

刺槐; 混交林; 純林; 細(xì)根; 鹽堿地

根系是為植物正常生長(zhǎng)提供水分和養(yǎng)分的器官, 其形態(tài)和分布直接反映林木對(duì)立地條件的適應(yīng)情況, 對(duì)植物生長(zhǎng)具有決定性作用[1]。根系尤其是細(xì)根(直徑<3 mm), 在發(fā)揮植物功能和陸地生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)中扮演重要角色[2]。植物細(xì)根生物量雖然占總根系比重較小, 但具有巨大的吸收表面積, 是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官, 細(xì)根生物量的差異對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起到?jīng)Q定性的作用[2-3]。細(xì)根由于不斷生長(zhǎng)和死亡, 因此相對(duì)其他徑級(jí)的根系變化較大, 同時(shí)細(xì)根對(duì)環(huán)境變化具有重要指導(dǎo)作用, 細(xì)根對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水分的吸收及其分泌物質(zhì)量與數(shù)量等都可以反映植物的健康狀況[4]。細(xì)根生物量能可靠地反映根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收能力[5], 因此對(duì)于植物根系的研究具有重要意義。根系是植物的地下部分, 不易研究, 雖然近年來(lái)對(duì)根系的研究報(bào)道較多[6-9], 對(duì)混交林根系研究也逐漸增多, 認(rèn)為混交對(duì)混交樹(shù)種的細(xì)根產(chǎn)生明顯影響, 不同樹(shù)種混交的結(jié)果不盡相同[10-13]。如錢文麗等[10]的研究表明, 紅松()細(xì)根生物量在純林和混交林間存在差異, 純林高于紅松胡桃楸()混交林, 而與紅松水曲柳()混交林無(wú)顯著差異, 且混交使紅松細(xì)根在土壤表層(0~10 cm)比例增加; 石培禮等[11]發(fā)現(xiàn)榿木()和柏木()混交林的根系生物量是柏木純林的1.5倍; 翟明普等[12]的研究表明, 沙地加楊()刺槐()混交林中, 刺槐細(xì)根生物量大于刺槐純林, 兩樹(shù)種混栽后楊樹(shù)能促進(jìn)刺槐的細(xì)根生長(zhǎng), 提高了刺槐細(xì)根生物量在混交林中的比例; 而林子力[13]發(fā)現(xiàn)刺槐純林的細(xì)根生物量和根長(zhǎng)均小于臭椿()刺槐混交林和絨毛白蠟(.)刺槐混交林, 且混交使刺槐細(xì)根有表聚現(xiàn)象。但目前對(duì)鹽堿地不同類型混交人工林植物根系分布特征仍了解較少。

黃河三角洲生態(tài)環(huán)境脆弱, 抗干擾能力弱, 對(duì)外界環(huán)境變化適應(yīng)能力弱導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重[14]。為改善這種狀況, 在20世紀(jì)80年代曾經(jīng)進(jìn)行大規(guī)模的人工造林, 主要有刺槐、絨毛白蠟、臭椿(.)等耐鹽堿樹(shù)種, 人工林的建造在一定程度上對(duì)該地的水土保持等起到了重要的作用。目前針對(duì)該區(qū)人工林已經(jīng)開(kāi)展了多方面的研究, 大多集中于土壤水鹽變化[15]、生物群落[16]、土壤養(yǎng)分[17]、土壤生物炭變化[18]。對(duì)人工林細(xì)根分布的研究報(bào)道較少, 僅杜振宇等[14]對(duì)鹽堿地人工刺槐絨毛白蠟混交林兩樹(shù)種根系分布與細(xì)根生長(zhǎng)進(jìn)行了研究, 但缺少不同林分類型間的比較。本研究從人工林樹(shù)木細(xì)根分布的角度比較不同混交林和刺槐純林的樹(shù)木根系狀況, 探討黃河三角洲不同林分不同種植方式下細(xì)根生物量的空間分布差異以及細(xì)根生物量與土壤特性之間的關(guān)系, 為黃河三角洲鹽堿植被恢復(fù)和適宜樹(shù)種選擇提供理論依據(jù)和支持。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山東省東營(yíng)市河口區(qū)孤島鎮(zhèn)的濟(jì)南軍區(qū)黃河三角洲生產(chǎn)基地, 地理位置為118°39′~119°8′E, 37°47′~37°84′N, 面積約為2 366.7 hm2。孤島林場(chǎng)位于黃河北大壩東灘地內(nèi), 東、北兩側(cè)近海。該地屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候, 年平均氣溫為12.8 ℃, 年均地溫15.0 ℃, 年均無(wú)霜期234 d, 凍土期44 d, 年均日照2 728.5 h, 年相對(duì)濕度平均為65%, 年均降水量690.5 mm, 降水分布不均, 夏季占全年降水量的69%, 冬季最少僅占2%, 有效積溫為4 300 ℃左右[19-20]。試驗(yàn)林地表層土壤類型為鹽化潮土, 水溶性鹽總含量0.08%[17-18]。

試驗(yàn)林為31年生人工絨毛白蠟刺槐混交林(FR)、絨毛白蠟刺槐混交林(FR)和臭椿刺槐混交林(AR)。其中絨毛白蠟刺槐混交林(FR)和臭椿刺槐混交林(AR)為行狀混交, 1行絨毛白蠟(臭椿), 1行刺槐。刺槐純林(RR)和混交林中刺槐出現(xiàn)嚴(yán)重的枯梢現(xiàn)象, 而且有明顯的缺株現(xiàn)象, 臭椿和絨毛白蠟枯梢現(xiàn)象不明顯。林下生長(zhǎng)有茅草()、荻()、牽牛()等草本植物。各種林分的林木生長(zhǎng)狀況見(jiàn)表1。

表1 黃河三角洲鹽堿地試驗(yàn)區(qū)不同類型刺槐人工林樹(shù)木生長(zhǎng)情況

2 研究方法

2.1 采樣方法

2016年11月在絨毛白蠟刺槐混交林(FR)、臭椿刺槐混交林(AR)和刺槐純林(RR)中分別設(shè)置20 m× 20 m標(biāo)準(zhǔn)地4塊, 在每標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取相鄰的2株標(biāo)準(zhǔn)木。林木細(xì)根取樣采用土柱法[21]。每種林分取8株標(biāo)準(zhǔn)木, 4個(gè)土柱。試驗(yàn)共取24株標(biāo)準(zhǔn)木, 12個(gè)土柱。

在2株標(biāo)準(zhǔn)木中間進(jìn)行土柱法取樣, 土柱長(zhǎng)寬為50 cm×50 cm, 深100 cm, 垂直方向以每20 cm為一層, 0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm和80~100 cm共5層。將各層土柱破碎并且過(guò)篩, 依據(jù)根系顏色特征挑選鑒別根系, 用游標(biāo)卡尺測(cè)量根系直徑并且分級(jí), 其中細(xì)根<3 mm, 粗根>3 mm[22]。利用根系掃描系統(tǒng)對(duì)直徑<3 mm根系進(jìn)行分析, 測(cè)定根系的長(zhǎng)度、表面積、體積。最后80 ℃下將所有根系烘干至恒重, 測(cè)量根系干重。另外用環(huán)刀法在3種人工林12塊標(biāo)準(zhǔn)地中取土樣, 在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地各土層分別取樣一次, 用于測(cè)定土壤含水量。

將土柱中土壤混勻并且取土樣, 土樣風(fēng)干過(guò)0.20 mm篩, 用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。土樣pH測(cè)定采用電位法(水土比為1︰2.5), 土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法測(cè)定(水土比為1︰5), 速效氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法, 速效磷含量測(cè)定采用浸提鉬銻抗比色法, 速效鉀含量測(cè)定采用火焰光度法, 用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)有機(jī)質(zhì)含量[23]。

2.2 數(shù)據(jù)處理

依據(jù)下列公式計(jì)算細(xì)根生物量密度、根長(zhǎng)密度、表面積密度和體積密度:

W=d/s(1)

L=r/s(2)

A=r/s(3)

V=r/s(4)

式中:W為細(xì)根生物量密度(g?m-3);d為細(xì)根干質(zhì)量(g);L為根長(zhǎng)密度(m?m-3);r為根長(zhǎng)(m);A為細(xì)根表面積密度(m2?m-3);r為細(xì)根表面積(m2);V為細(xì)根體積密度(cm3?m-3);r為細(xì)根體積(cm3);s為土壤體積(m3),s=2′,為土層的寬度取0.5 m,為土層厚度, 取值0.2 m。

采用Excel 2013計(jì)算根系生物量、表面積、長(zhǎng)度、體積等指數(shù)的平均數(shù)、總和、密度以及百分比。應(yīng)用SPSS 22.0進(jìn)行相關(guān)性分析, 各處理間數(shù)據(jù)采用方差分析(ANOVA), 以Duncan法檢測(cè)差異顯著性, 顯著差異水平<0.05, 極顯著差異水平<0.01。

3 結(jié)果與分析

3.1 細(xì)根生物量分布特征

根系生物量密度是植物地下部分生長(zhǎng)情況的重要指標(biāo), 是植株根系生長(zhǎng)發(fā)育情況的最直接表現(xiàn)[24]。從圖1A可以看出, 絨面白蠟刺槐混交林細(xì)根主要分布在0~60 cm土層中, 占總量的95.77%; 0~20 cm土層細(xì)根最多, 占總量的54.44%; 80~100 cm土層細(xì)根生物量密度最小, 生物量占總量的0.907%。臭椿刺槐混交林細(xì)根主要分布在0~40 cm土層, 占總量的85.37%; 0~20 cm土層細(xì)根最多, 占生物量總量的46.85%。刺槐純林細(xì)根生物量主要分布在0~40 cm土層, 占細(xì)根生物量總量的66.38%; 0~20 cm土層細(xì)根最多, 占總量的33.95%, 而40~60 cm土層細(xì)根生物量密度最低, 占總量的5.4%。

3種林分細(xì)根生物量密度均在0~20 cm土層最高, 絨毛白蠟刺槐混交林在0~20 cm土層細(xì)根生物量顯著高于臭椿刺槐混交林和刺槐純林(<0.05)。絨毛白蠟刺槐混交林40~60 cm土層細(xì)根生物量密度顯著高于臭椿刺槐混交林和刺槐純林(<0.05)。絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根的生物量最小土層為80~100 cm土層, 而臭椿刺槐混交林和刺槐純林的細(xì)根生物量最小土層為40~60 cm土層。刺槐純林根系生物量密度在0~100 cm土層中分布相對(duì)均勻。

從圖1B可知, 絨毛白蠟細(xì)根生物量最大, 顯著高于除刺槐純林外的其他樹(shù)種(<0.05); 2種混交林中刺槐以及臭椿刺槐混交林中臭椿細(xì)根生物量均顯著低于刺槐純林(<0.05)。絨毛白蠟刺槐混交林中的絨毛白蠟細(xì)根生物量主要分布在0~60 cm土層, 占總量的96.72%, 其中0~20 cm土層占總量的89.85%, 呈現(xiàn)出較強(qiáng)的表聚現(xiàn)象; 絨毛白蠟刺槐混交林中刺槐細(xì)根生物量主要分布在0~20 cm、40~60 cm土層中, 占總量的86.16%; 臭椿刺槐混交林中臭椿和刺槐細(xì)根生物量主要分布在0~40 cm土層; 刺槐純林細(xì)根生物量主要分布在0~40 cm、60~80 cm土層。臭椿刺槐混交林中刺槐細(xì)根生物量在20~40 cm土層最大, 臭椿刺槐混交林中臭椿及其他2種人工林樹(shù)木細(xì)根生物量在0~20 cm土層最大。

圖1 黃河三角洲鹽堿地不同類型刺槐人工林細(xì)根生物量密度(A)各樹(shù)種生物量(B)垂直分布

不同小寫字母表示不同土壤深度不同處理間差異顯著(0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments in different soil depths at 0.05 level.

3.2 細(xì)根表面積、根長(zhǎng)、體積密度分布特征

絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根表面積密度分別是臭椿刺槐混交林、刺槐純林的3.03倍、1.67倍, 差異顯著(<0.05)。絨毛白蠟刺槐混交林0~20 cm土層中細(xì)根表面積密度為16.85 m2?m-3, 顯著高于臭椿刺槐混交林、刺槐純林, 同時(shí)絨毛白蠟刺槐混交林0~20 cm土層中細(xì)根表面積密度顯著高于其他土層細(xì)根表面積密度。絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林0~20 cm土層中細(xì)根表面積顯著高于其他土層(<0.05), 刺槐純林細(xì)根表面積在20~40 cm土層最大(圖2A)。

絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林、刺槐純林細(xì)根根長(zhǎng)密度平均值分別為1 533.05 m?m-3、1 204.22 m?m-3和1 186.59 m?m-3。絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根根長(zhǎng)密度顯著高于臭椿刺槐混交林、刺槐純林(<0.05), 臭椿刺槐混交林、刺槐純林差異不顯著(>0.05)。0~20 cm土層中絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根根長(zhǎng)占總量的67.48%, 細(xì)根根長(zhǎng)密度為5 172.48 m?m-3, 顯著高于臭椿刺槐混交林、刺槐純林(<0.05), 分別是臭椿刺槐混交林、刺槐純林3.18倍、3.33倍。臭椿刺槐混交林、刺槐純林細(xì)根根長(zhǎng)密度分別在40~60 cm、20~40 cm土層取得最大值, 分別為1 877.84、2 455.14 m?m-3(圖2B)。

絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林和刺槐純林細(xì)根體積密度平均值分別為725.41 cm3?m-3、532.06 cm3?m-3和437.37 cm3?m-3。絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根體積密度顯著高于臭椿刺槐混交林、刺槐純林(<0.05), 臭椿刺槐混交林顯著高于刺槐純林(<0.05)。0~20 cm土層2種混交林細(xì)根體積密度分別為2 481.72 cm3?m-3和2 112.44 cm3?m-3, 顯著高于刺槐純林(<0.05), 2種混交林之間差異不顯著(>0.05)。刺槐純林細(xì)根體積密度在20~40 cm土層取得最大值, 為880.17 cm3?m-3(圖2C)。

圖2 黃河三角洲鹽堿地不同類型刺槐人工林細(xì)根表面積(A)、根長(zhǎng)(B)、體積(C)密度垂直分布

不同小寫字母表示不同土壤深度不同處理間差異顯著(0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments in different soil depths at 0.05 level．

3.3 細(xì)根分支結(jié)構(gòu)

絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林和刺槐純林細(xì)根總根尖數(shù)分別為91 276、47 831和38 969, 總分叉數(shù)分別為48 460、13 117、7 882(圖3)。絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林細(xì)根總根尖數(shù)、分叉數(shù)顯著高于刺槐純林(<0.05), 細(xì)根總根尖數(shù)分別是刺槐純林的2.34倍、1.23倍, 總分叉數(shù)分別為刺槐純林的6.15倍、1.66倍。絨毛白蠟刺槐混交林、臭椿刺槐混交林細(xì)根根尖數(shù)主要分布在0~40 cm土層, 刺槐純林細(xì)根根尖數(shù)主要分布在0~40 cm、60~80 cm土層中。絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根分叉數(shù)主要分布在0~60 cm土層, 臭椿刺槐混交林細(xì)根分叉數(shù)主要分布在0~40 cm土層, 刺槐純林細(xì)根分叉數(shù)主要分布在0~40 cm、60~80 cm土層。

圖3 黃河三角洲鹽堿地不同類型刺槐人工林樹(shù)木細(xì)根根尖數(shù)(A)、分叉數(shù)(B)垂直分布

不同小寫字母表示不同土壤深度不同處理間差異顯著(0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments in different soil depths at 0.05 level．

3.4 細(xì)根生物量密度與土壤特性間的相關(guān)性

由表2得知, 刺槐絨毛白蠟混交林、刺槐臭椿混交林、刺槐純林土壤電導(dǎo)率、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)隨土壤深度增加而降低的趨勢(shì), 而土壤含水量相反。刺槐絨毛白蠟混交林、刺槐臭椿混交林、刺槐純林的0~40 cm土壤含水量、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量存在一定差異, 而60~100 cm土壤差異不顯著。2種刺槐混交林0~20 cm土壤電導(dǎo)率、堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量均低于刺槐純林, 其中刺槐絨毛白蠟混交林0~20 cm土壤電導(dǎo)率、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量分別為刺槐純林的93.95%、82.61%和64.29%, 差異顯著; 刺槐臭椿混交林0~20 cm土壤電導(dǎo)率、有效磷含量分別為刺槐純林的87.38%和57.45%, 差異顯著。刺槐純林0~20 cm土壤含水量顯著低于刺槐絨毛白蠟混交林、刺槐臭椿混交林。

表2 黃河三角洲鹽堿地不同類型刺槐人工林土壤性質(zhì)

不同小寫字母表示不同土壤深度不同處理間差異顯著(0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments in different soil depths at 0.05 level．

黃河三角洲3種人工林樹(shù)木細(xì)根生物量密度與土壤理化性質(zhì)存在一定的相關(guān)關(guān)系(表3)。刺槐絨毛白蠟混交林樹(shù)木細(xì)根生物量密度與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與有效磷、速效鉀含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 與土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。刺槐臭椿混交林樹(shù)木細(xì)根生物量密度與土壤電導(dǎo)率、含水量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與土壤pH、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。刺槐純林樹(shù)木細(xì)根生物量密度與土壤電導(dǎo)率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與有效磷、速效鉀含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

4 討論與結(jié)論

本研究表明, 黃河三角洲鹽堿地刺槐人工林細(xì)根表現(xiàn)出一定程度的表聚現(xiàn)象, 隨著土壤深度增加而逐漸減少, 如刺槐純林內(nèi)刺槐的細(xì)根生物量主要分布在0~40 cm土層, 與王俊波等[24]和萬(wàn)子俊等[25]的研究結(jié)果(20~40 cm)存在差異。其主要原因可能是立地條件的不同導(dǎo)致刺槐根系在土壤中的垂直分布出現(xiàn)較大差異。刺槐60%以上的細(xì)根生物量集中分布在土壤表層及近表層, 這可能與黃河三角洲深層土壤含鹽量較高有關(guān)。樹(shù)木根系大量分布在土壤的表層, 這種表聚現(xiàn)象能夠減輕黃河三角洲地區(qū)土壤鹽漬化對(duì)植物根系的危害, 提高植物成活率及生長(zhǎng)速度[14]?；旖涣种械慕q毛白蠟、臭椿細(xì)根的表聚現(xiàn)象高于刺槐純林, 這可能與刺槐是深根性樹(shù)木有關(guān), 在黃河三角洲濱海鹽堿立地條件下, 深根型樹(shù)種較淺根型樹(shù)種反而會(huì)更容易受到鹽堿脅迫, 降低其生產(chǎn)力, 因此刺槐的生長(zhǎng)狀況不如絨毛白蠟、臭椿[14]。

表3 黃河三角洲鹽堿地不同類型刺槐人工林細(xì)根生物量密度與土壤性質(zhì)相關(guān)系數(shù)

*與**分別表示達(dá)到5%和1%的顯著水平。* and ** indicate significant correlation at 5% and 1% levels, respectively.

研究表明黃河三角洲地區(qū)人工林混交加強(qiáng)了刺槐根系的表聚現(xiàn)象, 與林子力[13]的結(jié)果一致。在0~60 cm土層中刺槐細(xì)根生物量比重從純林的71.69%上升到了混交林的87.91%、90.34%。這應(yīng)該與刺槐獲取土壤資源的策略有關(guān)[26]。純林中刺槐細(xì)根采取精細(xì)獲取資源的策略, 細(xì)根生物量分布較為均勻, 對(duì)深層土壤的利用率增加, 以最大限度降低對(duì)土壤養(yǎng)分和水分的競(jìng)爭(zhēng), 達(dá)到資源的最佳合理分配和利用; 而在混交林中為了與其他種類樹(shù)木(臭椿、白蠟)競(jìng)爭(zhēng)土壤養(yǎng)分及水分, 刺槐采取快速獲取資源的策略, 細(xì)根大量分布淺層土壤可以充分吸收表層土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[27]。

黃河三角洲刺槐純林土壤含水量以及細(xì)根生物量最低。有研究發(fā)現(xiàn), 植物細(xì)根在土壤中的分布與土壤含水量顯著相關(guān), 并主要由土壤含水量控制, 這與本研究的結(jié)果基本一致[28]。這可能是因?yàn)榇袒笔呛乃詮?qiáng)的樹(shù)種, 本研究采樣時(shí)間為11月份, 此時(shí)黃河三角洲地區(qū)降水較少, 地面水分蒸發(fā)較為強(qiáng)烈, 土壤含水量較低, 而較低含水量的土壤不利于植物根系(特別是細(xì)根)的生長(zhǎng), 或者導(dǎo)致樹(shù)木細(xì)根生長(zhǎng)緩慢甚至死亡, 因此純林細(xì)根生物量較低, 而混交林細(xì)根生物量較高[29]。

樹(shù)木混交的目的是促進(jìn)樹(shù)木生長(zhǎng)從而獲得較好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。張彥東等[30]研究結(jié)果表明, 水曲柳和落葉松()混交林細(xì)根生物量、全根量高于純林, 特別是顯著提高了細(xì)根量占全根量的比例, 有利于植物生長(zhǎng)。本研究與之不同, 在黃河三角洲相同的立地條件、造林密度和株行距下, 刺槐與絨毛白蠟、臭椿混交, 2種混交林中刺槐細(xì)根生物量顯著低于刺槐純林, 說(shuō)明混交不利于刺槐根系的生長(zhǎng)。這應(yīng)該與樹(shù)木種類不同有關(guān), 也可能與立地條件不同有關(guān), 同時(shí)說(shuō)明只有恰當(dāng)?shù)幕旖徊趴梢源龠M(jìn)根系生長(zhǎng), 提高林分的生產(chǎn)力[31]。

當(dāng)然, 進(jìn)一步的研究需要將不同營(yíng)林模式下人工林樹(shù)木細(xì)根形態(tài)特征與不同土層土壤理化性質(zhì)有機(jī)地聯(lián)合分析, 并從植物對(duì)鹽堿脅迫的適應(yīng)策略和種間、種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)等不同角度研究造成植物細(xì)根生物量分布特征及其差異的機(jī)制。另外, 需要在黃河三角洲地區(qū)不同季節(jié)對(duì)植物細(xì)根進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè), 探明不同林分樹(shù)種的根系季節(jié)性動(dòng)態(tài)特征及其功能, 從而更好地指導(dǎo)人工林營(yíng)造和人工群落經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的管理以及造林樹(shù)種和造林模式的篩選。

黃河三角洲鹽堿地人工刺槐混交林細(xì)根分布研究結(jié)果表明, 人工林樹(shù)木細(xì)根主要分布在0~40 cm土層, 混交林特別是絨毛白蠟刺槐混交林細(xì)根的生物量、表面積、體積、根長(zhǎng)等均高于刺槐純林?；旖涣旨?xì)根總根尖數(shù)、分叉數(shù)高于刺槐純林, 刺槐絨毛白蠟混交林細(xì)根總根尖數(shù)、分叉數(shù)最高。人工林細(xì)根生長(zhǎng)受土壤理化性質(zhì)影響, 土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量越高越有利于細(xì)根生長(zhǎng), 而土壤電導(dǎo)率越高則不利于細(xì)根生長(zhǎng)。

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Fine root distribution in mixedplantations in saline soils of the Yellow River Delta*

BAI Shihong1,2, DING Xinjing1, MA Fengyun1,2**, LI Shusheng3, JING Ruyan1, HUANG Yali1

(1. College of Forestry, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; 2. Key Laboratory for Agricultural Ecology and Environment, Tai’an 271018, China; 3. Department of Mathematics and Computer Sciences, Sanming University, Sanming 365000, China)

To determine the distribution of fine roots ofmixed forests and pure forest in saline-alkali soils of the Yellow River Delta, fine root distributions inandmixed forest,andmixed forest andpure forest were sampled with a soil column method. The vertical distributions of fine roots in different forest stands were analyzed for the distributions of fine root biomass density, fine root surface area density, volume density, root length density and other root parameters. The aim of the study was to clarify differences of roots distribution of different forests and their relationship with soil properties and to provide references for the vegetation recovery and tree species selection in saline soils of the Yellow River Delta. The results showed that fine root biomass, surface area, volume and root length ofandmixed forest were significantly higher than those ofandmixed forest andplantation. About 95.77% of fine root biomass was distributed in the 0–60 cm soil layer forandmixed forest, 85.37% in the 0–40 cm soil layer forandmixed forest and 66.38% in the 0–40 cm soil layer forpure forest. Although surface aggregation of fine roots was conducive to reducing the harmful effects of saline-alkaline conditions on the root, fine roots ofpure forest were more uniformly distributed in the soil.andmixed forest had the highest total fine root biomass (91.56 g in 2 500 cm2of soil), significantly higher than those of other trees stands. Fine root surface area, length and volume densities ofandmixed forest were significantly higher than that ofpure forest. Fine root tips ofandmixed forest andandmixed forest were respectively 2.34 and 1.23 times that ofpure forest. Root forks ofandmixed forest andandmixed forest were respectively 6.15 and 1.66 times that ofpure forest. There was a significant positive correlation between stand fine root biomass with soil available phosphorus and soil available potassium contents. The correlation between fine root biomass with available nitrogen and organic matter content ofandmixed forest was also very significant and positive. The research showed that some trees mixed patterns increased fine root biomass distribution and the ability of roots to absorb soil nutrient. This suggested that proper mixing patterns could increase the adaptability of tree plantations.

; Mixed forest; Pure forest; Fine root; Saline-alkali soil

Corresponding author, E-mail: sdmfy@sdau.edu.cn

Aug. 20, 2017; accepted Sep. 29, 2017

10.13930/j.cnki.cjea.171037

S728.5; S718.5

A

1671-3990(2018)01-0116-09

通信作者:馬風(fēng)云, 主要研究方向?yàn)榱謽I(yè)生態(tài)工程。E-mail: sdmfy@sdau.edu.cn 白世紅, 主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)與生物統(tǒng)計(jì)。E-mail: bsh@sdau.edu.cn

2017-08-20

2017-09-29

*This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (30970499).

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30970499)資助

白世紅, 丁新景, 馬風(fēng)云, 李樹(shù)生, 敬如巖, 黃雅麗. 黃河三角洲鹽堿地人工刺槐混交林細(xì)根分布研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2018 , 26(1): 116-124

BAI S H, DING X J, MA F Y, LI S S, JING R Y, HUANG Y L. Fine root distribution in mixedplantations in saline soils of the Yellow River Delta[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(1): 116-124