海南省楓木實驗林場樹木園樹木根系分布特征

田樂宇，韋建杏

海南省林業(yè)科學(xué)研究院(海南省紅樹林研究院)，海南 海口 571100

根系是樹木的營養(yǎng)器官，負(fù)責(zé)從土壤中吸收水分和養(yǎng)分供樹木生長發(fā)育所需，主要由較細(xì)根系和根毛所完成[1]；根系還在物質(zhì)運輸、同化物分配等方面起著重要作用，還能向土壤輸送有機物等物質(zhì)改善土壤質(zhì)量[2-4]。根系分布是指根在空間梯度上的分布情況，其分布特征決定了植物與土壤環(huán)境之間作用面的大小[5]，直接反映了植物對土壤水分和養(yǎng)分的利用情況[6-7]。森林根系生物量是指森林中某個時間段和特定面積內(nèi)森林土壤中根系的干物質(zhì)量；一般而言，根系生物量越大，特別是細(xì)根生物量越大，其吸收水分和養(yǎng)分的能力就越強，對植物生長越有利[8-9]。

海南省楓木實驗林場樹木園創(chuàng)建于20 世紀(jì)60年代初，數(shù)十年來共引種栽培113 科423 屬1100 多個樹種，收集了許多具有很高木材使用價值、藥用價值和觀賞價值等的熱帶珍稀樹種，如坡壘（Hopea hainanensis）、鐵凌（Hopea reticulata）、伯樂樹（Bretschneidera sinensis）、 海南油杉（Keteleeria hainanensis）、蝴蝶樹（Heritiera parvifolia）、油楠（Sindora glabra）、青梅（Vatica mangachapoi）等。此前對于樹木園的相關(guān)調(diào)查多限于植物多樣性等，對其樹木根系狀況尚無研究。文章以海南省楓木實驗林場近自然經(jīng)營的樹木園為研究對象，對其樹木根系分布特征進(jìn)行探究，為樹木園的合理經(jīng)營和林木種質(zhì)資源管護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地及樣地概況

研究區(qū)位于海南省楓木實驗林場(以下簡稱林場)(19°11′38″N～19°15′52″N，109°56′17″E～109°58′15″E)，地處熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)，屬低山、丘陵地貌，海拔250m～400m，土壤類型主要為磚紅壤和赤紅壤。年平均氣溫24℃，年降雨量1500mm～2500mm[10]。

在樹木園中樹木生長健康的地塊隨機設(shè)立3 個調(diào)查樣地，樣地概況見表1。

表1 樣地概況Tab.1 Plot General Situation

1.2 研究方法

在選定的樣地內(nèi)，采用樣方挖掘法，在每個樣地內(nèi)隨機選擇3 個樣點（樣點位于周圍幾棵樹的幾何中心），按照深度（d）將土壤分為5 層（0≤d＜10cm、10cm≤d＜20cm、20cm≤d＜30cm、30cm≤d＜50cm 和50cm≤d≤100cm），分別記為S1、S2、S3、S4、S5 土層，每層長寬為30cm 和40cm。用剖面法取土樣，分層挖掘土壤，并挑出全部根系。根系挑出后取部分土樣帶回沖洗干凈，挑出剩余根系，根據(jù)土壤重量計算所遺漏的根系總量，降低實驗誤差。

根樣取回后先在清水中浸泡沖洗，并過0.2mm篩使根與大部分土壤、雜質(zhì)分離，然后放入清水中利用網(wǎng)勺和鑷子根據(jù)根的外形、顏色和彈性區(qū)分死根和活根，將死根挑除。根系沖洗后，利用游標(biāo)卡尺將根系按直徑分為細(xì)根（0～＜2mm）、中根（2mm≤～＜5mm）和粗根（5mm≤～10mm）。將分類后的根系放入烘箱烘干并稱重，計算根系生物量。

1.3 數(shù)據(jù)整理與分析

根系生物量密度：y（g/m3）=m/V

根系累積百分?jǐn)?shù)=md/m總×100%

y 為根系生物量密度；m 為根系生物量；V為土壤體積；d 為土壤深度（cm）；md為根系在土層深度d以內(nèi)的生物量；m總為根系在土層深度0≤d≤100cm內(nèi)的生物量。

使用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，使用Excel 2022 制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系生物量密度分布特征

由表2 可知，樹木園土壤中，隨土層的加深，各徑級根系的生物量密度均顯著降低；總的根系生物量密度為250.34g/m3，其中細(xì)根、中根和粗根的生物量密度分別為115.55g/m3、46.18g/m3、88.61g/m3；占總根系的比重分別為46.16%、18.45%、35.39%。說明細(xì)根是樹木園樹木根系的主要組成部分。

表2 根系生物量密度Tab.2 Root Biomass Density

表3 根系擬合方程Tab.3 Root Fitting Equation

由S1 至S5 土層，各徑級根系的生物量密度之比，細(xì)根為37.05:32.39:19.53:9.54:1.00；中根為22.18:19.61:10.39:8.29:1.00；粗根為18.09:17.35:10.78:8.29:1.00；各土層根系總的生物量密度之比為25.51:23.02:13.72:8.72:1.00。即隨著根系徑級的增大，土壤表層與深層的根系生物量密度之比隨之減小，說明樹木園中越粗的樹木根系，其分布越深。

S1、S2 和S3 土層的根系生物量密度均表現(xiàn)為細(xì)根＞粗根＞中根，而S4 和S5 土層的根系生物量密度則表現(xiàn)為粗根＞細(xì)根＞中根。S1 和S2 土層中，細(xì)根、中根和粗根的生物量密度均差異顯著；S3 和S4土層則是細(xì)根和粗根差異不顯著，但與中根差異顯著；S5 土層則是細(xì)根、中根和粗根之間差異不顯著。

由S1 至S5 土層，細(xì)根占各土層生物量的比例分別為50.22%、48.64%、49.22%、37.84%、34.57%；中根為18.42%、18.04%、16.03%、20.13%、21.18%；粗根為31.36%、33.32%、34.74%、42.03%、44.22%。說明細(xì)根在S1、S2 和S3 土層中都占主要部分（均在48.64%以上）；粗跟則在S4 和S5 土層中占主要部分，均在42.03%以上。且隨土層加深，細(xì)根在各土層中所占比例逐漸減小，粗根逐漸增大。說明樹木園樹木細(xì)根在較淺土層中更占優(yōu)勢。

2.2 根系累積百分?jǐn)?shù)

由圖1 可知，0～＜20cm 土層內(nèi)各徑級根系生物量占總根系生物量的比重均在52.27%及以上；0～＜30cm 土層內(nèi)各徑級根系生物量占總根系生物量的比重均在68.17%及以上。說明0～＜20cm 深的土壤表層是樹木園樹木根系的主要分布區(qū)，且大部分根系分布于0～＜30cm 深的土壤中。

圖1 根系累積百分?jǐn)?shù)Fig.1 Root Cumulative Percent

2.3 根系擬合方程

用二次曲線、指數(shù)曲線、對數(shù)曲線和復(fù)合曲線等曲線函數(shù)模型對樹木園各徑級樹木根系生物量密度（y）與土層深度（d）進(jìn)行擬合，以F 值和R2評定模型的擬合程度，選出最適合估計各徑級根系生物量密度垂直分布的回歸模型。結(jié)果表明，指數(shù)曲線模型ln（y）=a+b×d 對細(xì)根、中根和全根擬合效果最好，對數(shù)曲線模型y=a-b×ln（d）對粗根擬合效果最好。樹木園總的根系生物量密度的回歸方程為ln(y) =7.14-0.04×d。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

樹木園樹木根系主要分布在0～＜30cm 深的土層中（占比73.50%），且隨土層加深，各徑級根系的生物量密度均顯著降低。因此，在對林場樹木園的樹木進(jìn)行管護(hù)時，根據(jù)其根系分布特征，0～＜30cm 深的土壤是進(jìn)行水肥管理和管護(hù)的重點區(qū)域。

3.2 討論

眾多研究表明，森林植物根系密度往往隨著土層深度的增加而遞減[11-12]。該研究中，樹木園的樹木根系生物量密度隨著土層加深而顯著下降，這與前人的研究一致。該研究中0～＜20cm 和0～＜30cm土層深度的根系分別占總根系的57.30%和73.50%，說明樹木園的樹木根系主要分布在0～＜30cm 深度的土層。

此外，細(xì)根生物量占根系總生物量的比重為46.16%，說明細(xì)根是樹木園樹木根系的主要組成部分。

研究表明，森林土壤根系的分布與土壤水分、養(yǎng)分等理化性質(zhì)顯著相關(guān)[13-14]，大部分根系分布于土壤表層是因為土壤養(yǎng)分在表層聚集，樹木根系為獲得更多養(yǎng)分，分布趨于土壤表層[15]。所以林場樹木園的大部分樹木根系分布于0～＜30cm 深的土層，可能是因為地處熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤，且樹木園枯枝落葉較多、地表的腐殖質(zhì)等養(yǎng)分較土層深處充足，樹木根系在較淺土壤中能獲得充足的水分與養(yǎng)分，故而分布較淺。