湘北四川桤木人工林根系空间分布特征

蔡 洁，文仕知，何功秀，张 杰

（中南林业科技大学林学院，湖南 长沙 410004）

湘北四川桤木人工林根系空间分布特征

蔡 洁，文仕知*，何功秀，张 杰

（中南林业科技大学林学院，湖南 长沙 410004）

摘要：对湘北地区6年生四川桤木（Alnus cremastogyne）人工林不同径级根系生物量分布、根长、比根长、根长密度的空间分布特征进行研究。结果表明：四川桤木人工林大根、中根、小根、细根生物量分别占林分根系生物量总和的55%、22%、14%、9%；约66%的根系生物量集中在0～30 cm土层；不同径级根系根长变化趋势是：细根 > 小根 > 大根 > 中根，比根长的变化趋势是：细根 > 小根 > 中根 > 大根；各径级根长密度变化趋势各不相同：垂直方向上，在0～60 cm土层，大根的根长密度随土层深度的增加先增后降，中根、小根、细根的根长密度随土层深度的增加而减小，水平方向上，在0～80 cm距离，大根的根长密度随距树干距离的增加而减小，细根的根长密度随距树干距离的增加而增大，中根、小根的根长密度在距树干0～60 cm内逐渐减小，而在距树干60～80 cm又略有增加。

关键词：四川桤木；根系；生物量；比根长；根长密度

根系是林木摄取、运输和贮存碳水化合物和营养物质以及合成一系列有机化合物的器官，也是树木生物量的重要组成部分，在森林生态系统能量和物质循环中发挥着十分重要的作用[1～2]。四川桤木（Alnus cremastogyne）属桦木科桤木属落叶乔木，为中国特有种，是理想的生态防护林、退耕还林和混交林树种，被列入我国“森林资源发展和保护项目”（FRDPP）和造纸材基地建设的主要阔叶树种，是营造短周期工业用材林的重要树种之一。目前，我国长江中下游地区的四川、重庆、湖北、湖南、江西以及华东和华南等地区已经进行了大范围的引种栽培，对其研究也较多[3～6]。本文研究了四川桤木根系生物量及形态分布特征，为合理有序的人工造林提供理论依据。

1 试验区概况

试验区设在湖南省北部的汨罗市林业科技示范园，位于112° 51′～113° 27′ E，28° 28′～29° 27′ N，属中亚热带季风湿润气候，四季分明，雨量充足；年平均气温17℃，年均降水量1 345 mm，无霜期263 d；主要分布土壤是红壤，呈酸性；地带性植被为常绿阔叶林。

2 材料与方法

2.1 材料

试验林分是2002年营造的四川桤木人工林，在造林前进行了整地，造林后处于半自然状态，其基本情况见表1。

表1 试验地林分的基本状况Table1 Statistics of tested plantation

2.2 方法

在四川桤木人工林内，设立20 m×30 m标准地一块。在标准地内进行每木检尺，对样方内桤木的胸径、树高、密度、郁闭度等进行调查。以平均胸径为标准选择3株标准木（与林分胸径平均值误差不超过5%），采用“挖掘法”，以树干为中心，环形采集土样：在水平方向0～20、> 20～40、> 40～60、> 60～80、> 80 cm取样；垂直方向0～15、> 15～30、> 30～45、> 45～60、> 60 cm分层取样。将所取土样装入塑料袋包好，带回实验室，把根从土样中分离出来用水冲洗干净，分别按大根（>10 mm）、中根（> 5.0～10.0 mm）、小根（> 2.0～5.0 mm）、细根（≤2.0 mm）进行分类，并称其鲜重。用根系扫描仪EPSON TWAIN PRO（32bit，加拿大REGENT INSTRUMENT INC公司生产）和专业的根系形态学和结构分析应用系统WINRhizo，对根系长度、直径等指标进行测定分析。比根长SRL（m/g）、RLD根长密度（m/m3）根据下面的公式计算得出。

式中，H为根长，B为根系生物量，V为土壤体积。

将各级根系样品置于85℃烘箱中烘至恒定质量，计算根系生物量（干重）。

3 结果与分析

3.1 根系生物量及空间分布特征

根系生物量的大小能反映根系吸收养分和水分的能力[7]。通过对单株根系生物量的计算得到整个林分根系生物量（见表2）。从表2中可看出，桤木根系4个径级生物量分别占林分根系生物量总和的55%、22%、14%、9%，随着根系径级的减小，根系生物量呈减少的趋势。林分根系生物量受树种单株根系生物量和林分密度的制约，试验区内桤木人工林根系生物量为4.479 t/hm2。

表2 桤木人工林根系各径级生物量Table2 Biomass of different diameter root ofA. cremastogyneplantation

由图1可以看出桤木人工林在空间上的分布情况。桤木各径级根系生物量在垂直方向上是逐渐递减的，根系总生物量的66%集中在0～30 cm土层，而在60 cm土层以下基本没有大根分布，这些均在一定程度上说明四川桤木的浅根性。水平方向上根系生物量随着距树干距离的增大总量呈减少趋势，根系主要集中在距离树干0～60 cm，这一区间的根系生物量占根系总生物量的79%，但是不同径级根系生物量变化较垂直方向复杂。大根生物量随着距树干距离增大而减小；中根生物量开始呈递减状态，在40～60 cm距离时达到0.077 t/hm2的最低值，随后又有小幅增加；小根生物量在距树干0～40 cm距离内逐渐减少，在40～80 cm距离内逐渐增加到最高值，超过80 cm后急剧减少，细根在0～80 cm内逐渐增加至最高值，随后有近70%幅度的下降。

图1 桤木人工林根系生物量空间分布Figure 1 Spatial distribution of root system biomass ofA. cremastogyneplantation

3.2 根长、比根长空间分布特征

由表3可知，桤木人工林根系总根长变化趋势是细根 > 小根 > 大根 > 中根。大根、中根、小根、细根分别占总根长的10.9%、13.8%、23.6%、51.7%。在垂直方向上，中根、小根、细根根长和总根长随土层深度增加呈递减趋势，大根根长则在深度30～45 cm达最大值，0～45 cm土层也是大根的主要分布区，这和大根直径随深度增加变小有一定关系。在0～30 cm土层内根长占总根长的67.5%，其中细根根长占全部细根长的75.5%，小根根长占全部小根根长的63.3%，中根根长占全部中根根长的57.0%，大根占全部大根根长的51.6%，其根系生物量和根长主要集中在0～30 cm土层。水平方向上，大根根长随着距树干水平距离的增大而减小，中根、小根根长于0～60 cm呈递减并达最低值，在60～80 cm有小幅增加，随后又开始减少，细根根长则随着距树干距离的增大而逐渐增大，至60～80 cm时达最高值，随后开始减少至最低值，这一规律与细根的生物量水平分布规律一致。细根的水平分布规律在生产实践中可以加以利用。比根长（Specific Root Length，SRL）是植物高效吸收水分、养分的重要标志，并且SRL的大小可以指示根系生理活性的大小。细根的比根长和根长密度决定根系吸收养分和水分的能力，在反映根系生理生态功能方面可能比生物量更有意义。通过对四川桤木人工林不同径级根系比根长（见表4）的对比分析表明，细根的比根长明显高于其它径级的比根长，随着根系直径的增加，比根长呈减少趋势，具体是细根 > 小根 > 中根 > 大根。这一变化趋势在同类研究中也得到证实[7]。细根SRL沿土层垂直方向0～60 cm逐渐增加，在60 cm以下有小幅降低；水平方向细根SRL的变化幅度比垂直方向的变化幅度小，在水平方向0～60 cm内逐渐减小，在60～80 cm有小幅上升。

表3 桤木人工林根长空间变化Table 3 Spatial change of root length ofA. cremastogyneplantation

表4 四川桤木人工林比根长空间变化Table 4 Spatial change of specific root length ofA. cremastogyneplantation

3.3根长密度空间分布特征

根长密度（RLD）在一定程度上能代表单位土体内根系的吸收表面积，RLD越大，吸收表面积越大。不同径级的RLD水平分布规律有所不同，由表5可知，四个径级中大根RLD最大值出现在距树干0～20 cm距离范围内，而中根、小根细根的最高值均出现在 > 60 cm距离范围，大根、中根、小根、细根四个径级的RLD最高值分别为14.49、28.89、42.28、111.71m·m-3。大根RLD随距树干距离的增加而减少，细根RLD随距树干距离的增加而增大。不同径级的RLD垂直分布规律也不相同，大根的根长密度随土层深度的增加先增后降，中根、小根、细根RLD在0～60 cm土层随着土层深度的增加而减小，在0～15 cm时值最大，其最大值分别为15.47、29.37、89.56 m·m-3。这样的分布情况可能是根系的重叠和趋水性的表现。

表5 四川桤木人工林根长密度空间变化Table 5 Spatial change of root length density ofA. cremastogyneplantation

4 结论

（1）对试验区四川桤木人工林的根系生物量分析表明，随根系径级的减小，根系生物量呈减少趋势，其生物量变化是大根 > 中根 > 小根 > 细根。大根、中根、小根根系生物量分别为细根生物量的6.56倍、2.60倍、1.69倍。四个径级根系的生物量分别占林分根系生物量总和的55.37%、21.95%、14.24%、8.44%。垂直方向上，根系生物量集中在0～30 cm土层；水平方向上根系生物量随着距树干距离的增大总量呈减少趋势。

（2）四川桤木人工林大根、中根、小根、细根总根长分别为359.94、453.62、776.23、1 700.95、3 290.74 cm。大根、中根、小根、细根根长分别占总根长的10.9%、13.8%、23.6%、51.7%；四川桤木人工林根系各径级根系比根长的变化是细根 > 小根 > 中根 > 大根，其中细根的比根长明显高于其它径级根系的比根长，随着根系直径的增加，根系比根长在水平方向和垂直方向均呈减少趋势。

（3）对试验区四川桤木人工林根系的根长密度分析表明，各径级根系的根长密度分布规律不尽相同。垂直方向大根根长密度呈递增趋势，中、小、细根的根长密度呈递减趋势；在水平方向上，在大根RLD随着距树干距离的增大也基本呈递减趋势，细根RLD随着距树干距离的增大而增加，中、小根RLD在距离树干0～60 cm内逐渐减小，距树干60～80 cm间又略有增加。

参考文献：

[1] Bilbrough C J，Caldwell M M.. Exploitation of springtime ephemeral N pulses by six great basin plant species[J]. Ecoology，1997，78（1）：231－243．

[2]张小全，吴可红，DieterMurach. 树木细根生产与周转研究方法评述[J]. 生态学报，2000，20（5）：875－883.

[3] 刘兴良，马钦彦，杨冬生，等. 川西山地主要人工林种群根系生物量与生产力[J]. 生态学报，2006，26（2）：542－551.

[4] 杨丽丽，文仕知，王珍珍，等. 不同离地条件下桤木人工幼林生物量和生产力的比较[J]. 中南林业科技大学学报，2008，28（1）：122－126.

[5] 刘贤词，文仕知，冯汉华，等. 四川桤木人工林不同年龄段生物量的研究[J]. 中南林业科技大学学报，2007，27（2）：83－86.

[6] 周小玲，田大伦，许忠坤，等. 中亚热带四种桤木与台湾桤木幼林的光合生态特性[J]. 中南林业科技大学学报，2007，27（1）：40－49.

[7] 周小玲，田大伦，张旭东，等. 桤木不同品系蒸腾特性与水分利用效率的研究[J]. 中南林业科技大学学报，2008，28（1）：1－7.

[8] 梅莉，王政权，韩有志，等. 水曲柳根系生物量、比根长和根长密度的分布格局[J]. 应用生态学报，2006，17（1）：1－4.

中图分类号：S792.14

文献标识码：A

文章编号：1001-3776（2010）05-0042-04

收稿日期：2010-03-04；修回日期：2010-06-03

基金项目：国家林业局重点项目“南方桤木人工林生态系统可持续经营开发应用”（2008-12）

作者简介：蔡洁（1981－），女，湖南岳阳人，讲师，硕士研究生，从事水土保持学研究；*通讯作者。

Spatial Distribution of Root System of
Alnus cremastogyne Plantation inThe North Hunan province

CAI Jie，WEN Shi-zhi，HE Gong-xiu，ZHANG Jie（College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004, China）

Abstract:Investigations were conducted on different diameter class root biomass distribution, root length, specific root length(SRL) and root length density (RLD)of 6-yearAlnus cremastogyneplantation in the north Hunan province. The results showed that biomass of big root, middle root, small root and fine root accounted for 55%, 22%, 14%, 9% of the total root biomass, and about 66% of root biomass distributed in 0-30 cm soil layer. The order of different diameter class root length was as follows: fine root > small root > big root > middle root, and that ofSRLwas: fine root > small root > middle root > big root, and that ofRLDwas different. Root length density of different diameter root had different distribution vertically and horizontally.

Key words:Alnus cremastogyne; root system; biomass; specific root length; root length density