中龄林马尾松细根固土作用的调控

周 玮，周运超，叶立鹏

(1.贵州民族大学 化学与环境科学学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025)

中龄林马尾松细根固土作用的调控

周 玮1，周运超2，叶立鹏2

(1.贵州民族大学 化学与环境科学学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025)

研究不同施肥处理对中龄林马尾松细根生长动态的影响，结合根系与固土作用的关系，阐述施肥对细根固土作用的调控。结果表明：不同施肥处理下细根生物量及形态指标均表现为夏季(8、9月份)最高，冬季(11、12月份)最低，施P肥或者NPK肥合理混施可促进细根生物量及根长等的生长状况，并延长细根生长时间，且在夏季显著高于对照。因此在马尾松中龄林下，通过施用P肥及NPK肥合理混施调控细根的生长，增强其固土效应。

马尾松中龄林；细根调控；施肥处理；固土效应

马尾松 Pinus massoniana是我国南方林区主要的造林树种，也是贵州省的主要用材树种。但长期种植马尾松造成林下水土保持功能下降[1]，有近1 /4 马尾松群落存在严重的林下水土流失[2]，特别是在幼龄林及中龄林林地土壤侵蚀强度一般在中度[2 500t/(km2·a)]以上[3-4]。施肥具有显著促进林木速生丰产的作用[5-6]，马尾松近熟林、中龄林、幼林施肥试验研究结果均表明其促进速生、丰产的效果[6-10]。作者[11-14]也就马尾松幼苗根系对施肥的响应变化做了相关研究，证明施肥对马尾松根系有明显影响，可以通过施肥措施对马尾松根系生长进行适当调控。

植物根系通过盘绕、穿插等作用网络土壤，且可改善土壤物理性质，增强其抗冲性能[15-26]，实现其对土壤的固持作用。朱显谟等[27]、吴彦等[16]、李德生[28]及李勇等[29]证实了植物根系通过改变土壤物理性质而改善土壤的渗透性。国内有关根系固土作用的研究也有报道[30-34]，而对施肥—根系调控—固土效益三者之间的研究则较少。因此本文就中龄林马尾松根系在各施肥措施下形态的动态变化作相关研究，并根据根系的固土功能之间的研究结果，探讨施肥—根系调控—固土效益三者之间的关系，试图阐明施肥措施对马尾松根系的影响，进而实现对固土作用的调控。

1 材料与方法

1.1 样地基本情况

选择12年生马尾松二代人工纯林作为研究对象，共设置12块样地，每块样地面积为20m×30m。样地位于贵州省龙里林场播箕桥分场一碗井林区，北坡，海拔1 125～1 140m，林内密度大，郁闭度0.9以上，林分平均胸径在10.0～12.5cm之间，平均高为7.0～9.8m。林下植被主要有光皮桦Betual luminifera、麻栎Quercus acutissima、青冈栎Cyclobalanopsis glauca、构树Broussoneti papyrifera、杨梅Myrica rubra、火棘Pyracantha fortuneana、鼠刺Spinifex littore、木姜子Litsea pungens等。样地内土壤为黄壤，由砂岩发育而成，上层(0～20cm)为砂质粘壤土，有机质含量中等(3.13～6.41g/kg)，N、P、K素全量含量不多，分别为0.22、2.24及1.88g/kg，但有效N、K素的含量相对较高，为107.63及87.85mg/kg，有效P含量少，为28.24mg/kg；下层(20～40cm)为粘壤土，下层土壤中养分含量除全K外均低于上层土，且下层土壤中养分含量在各样地中变化小于上层土，变异系数较上层土低2.4～4.7。

1.2 试验设计

采用随机区组试验进行施肥，每个样地为1个肥种，分别为N、P、K以及NPK不同配合，每个样地分为4个小区，每个小区面积为150m2，分别为各肥种的4个施肥水平，每个处理重复3次。选用肥料为尿素(含N 460g/kg)、钙镁磷肥(含P2O5140g/kg)、硫酸钾(含K2O 500g/kg)，于每株树的坡上方树冠投影下呈弧形开15cm沟施入。每种肥料均设置4 个水平，其中尿素为每株 0g(N1)、150g(N2)、300g(N3)、450g(N4)，钙镁磷肥为每株0g(P1)、500g(P2)、1 000g(P3)、1 500g(P4)，硫酸钾为每株 0g(K1)、100g(K2)、200g(K3)、300g(K4)，不 同肥种配合设计4个水平，分别为CK、N1P3K2、N2P3K2、N2P1K2，其中CK为不施肥对照，N2P3K2有证明为对中龄林马尾松林有较好施肥效应的2个组合，N2P1K2为无P对照，N1P3K2为无N对照。

于2009年1月按照实验设计进行施肥试验，施肥后采用尼龙网袋法，在每株施肥树木的林冠下方用直径为4.5cm、高为20cm的土钻在树干周围钻12个孔(0～20cm土层)，每个孔的土壤钻出后将其中的根系全部捡掉，再将土壤分别装入尼龙网袋中，填回原处。待施肥2年后，于2011年4月底至2012年3月底每月一次对实验区的尼龙网袋进行调查，将生长后通过网袋的马尾松根全部取出，轻轻抖去粘在根上的土壤，装入有编号的样品袋中带回实验室，根系上有无法抖掉的土连根一起带回。带回的根置于0.1mm孔径的细筛中，用清水轻轻反复冲洗，用游标卡尺捡出筛中直径≤2mm的根系，并注意将非马尾松的根及死根区别和剔除。平铺在干净的滤纸上，以吸去多余水分以待测定。

1.3 研究方法

洗净的根系应用Epson数字化扫描仪(Expression 10000XL 1.0)扫描根系，并将扫描后的图像存入计算机，用与扫描仪配套的Win RHIZOC Pro 2004b根系图像分析系统软件(加拿大Regentlnstruments公司)对根形态指标(根系长度(Root length,cm)及根系体积(Root Volume,cm3)进行定量分析，之后测定根系的鲜质量后将其置于80℃的烘箱中烘至恒质量，得到各处理下细根的生物量。

2 结果与分析

2.1 根生物量

图1是不同的施肥处理下中龄林马尾松根系生物量的情况。经方差分析，不同肥种及各肥种不同施肥量对根系生物量影响极显著(p=0.001及0.0005＜0.01)，说明对中龄马尾松进行不同的施肥处理对根系有明显影响，通过施肥措施对根系生物量进行调控是可行的。从图1中可以看出，对照在全年变化不明显，9月最高，10月最低；施K肥细根生物量表现与对照一致；而施N、P肥及NPK混施均表现为8月最高，明显高于同时期的对照，施N肥在11月生物量最低，P肥则到12月或者次年1月最低。从7月后迅速增加直至最低值时细根生物量显著高于同时期对照。8月N2P3K2处理根生物量最大，显著高于对照，并高于同时期其他处理，全年生物量均高于其他NPK处理及对照，说明NPK肥按照合理比例混合施用能较好地促进根系生物量的生长。

图1 不同施肥处理下根系生物量的动态变化Fig.1 Dynamic changes of root biomass under different fertilizer treatments

2.2 根 长

方差分析结果表明，肥种对根长影响达到极显著水平(p=0.002＜0.01)，各肥种的不同施肥量对根长影响显著(p=0.015＜0.05)，说明通过施肥措施可以对中龄马尾松的细根总长度进行调控。图2是不同施肥处理下细根长度的年动态变化。从图2中可以看出，马尾松细根1年内均表现为夏季(8、9月)根长最长，冬季(11、12月)最低。施N肥及K肥处理在8月根长最长，之后迅速降低，直至11月到最低点，而后经过12月后逐渐增加。施P肥处理则8月时根长达到对照(P1)最高值，而后仍持续增加，9月根长最长，10月缓慢降低，直至12月最低，而对照P1则是11月细根长最低；并且随着P肥施用量的增加，全年细根根长有逐渐增加的趋势；从最高值到最低值之间施P肥处理下细根根长远远高于对照。NPK混合施用结果则是，除NPK合理混施外其余处理下根长均在8月达到最高值，而N2P3K2处理下细根8月后持续生长直至9月最长，11月降到最低(高于同时期的其他处理)，而后逐渐增加；全年NPK混施细根根长高于对照。

2.3 体 积

根体积的大小与植物对养分、水分吸收的关系不大，但能够体现根系在土壤中所占空间的大小，对水分在土壤中的运输及转移有明显影响。由图3可知，不同肥种对细根体积影响不显著(p=0.55＞0.05)，各肥种的不同施肥量对根体积影响显著(p=0.012＜0.05)，随着N、P肥施用量的增加，根系体积表现出增加的趋势，P肥增加量较N肥高，特别是在细根生长旺盛期(8、9月)；施K肥则表现是K3处理下全年细根体积较高；不同处理下体积表现为夏季最高(8月)，冬季(12月)最低，P3、P4处理下则体积增长至9月达最高；P3、P4、N2P3K2在冬季降至最低后迅速增加；在细根生长旺盛期施P肥及NPK混施处理下体积明显高于对照。

3 讨 论

植物根系通过细根及根尖吸收土壤中的养分和水分，并且通过根系的穿插等作用增强土壤的抗侵蚀力和抗剪切力[35]，改善土壤的物理性质，这些对于植物根系的固土作用有着很重要的意义。综合国内外学者[30-34,36-48]的研究成果，都一致肯定了植物根系的固土功能。

在自然和人为作用条件下，有近1 /4 马尾松群落存在严重的林下水土流失[2]，而通过施肥措施可改变马尾松根系的生长状况[11,13-14]，本研究得出不同的施肥处理对马尾松细根有极显著或显著影响，说明对马尾松中龄林进行施肥处理能够明显地促进或者抑制根系，特别是细根的生长，可以通过施肥措施来实现对林木根系的调控，这与已有的研究结果[5-14]一致，进一步说明施肥可调控马尾松根系的生长，进而影响其林地土壤的抗冲、抗蚀及渗透性，发挥林木根系的固土作用，实现根系固持土壤的效应。

图2 不同施肥处理下根长的动态变化Fig.2 Dynamic changes of root length density under different fertilizer treatments

图3 不同施肥处理下根系体积的动态变化Fig.3 Dynamic changes of root volume under different fertilizer treatments

根系对土壤渗透性的影响是通过改善物理性质来实现的。根系在土壤中的盘绕能将土壤单粒粘结起来，通过其穿插作用将板结、实密的土壤分散[27]，并且通过土壤中微生物的分解作使其分解成为腐殖质，使土壤有良好的团聚结构和孔隙状况。吴彦等[16]的研究证明对土壤宝盒渗透系数影响最主要的是须根，须根可增加土壤中大粒级水稳性团粒，从而改善土壤的渗透性能。李德生[28]的研究结果也证明了土壤根系与土壤渗透性能的相关关系。研究区施肥处理后马尾松细根在夏季(8、9月份)最高，冬季(11、12月份)最低，对照则全年变化不明显。该地区全年降水量分布不均，5～10月降雨量较多，6～8月占降雨量的一半，且多为大到暴雨。降雨是马尾松林地土壤水土流失的一个重要因素[49]，因为高强度的降雨极易产生地表径流和严重的土壤侵蚀[50]。而部分地区侵蚀性降雨占到该地区多年平均总降雨量的一半以上[51]。吴擢溪[52]研究也表明在其他条件基本相同的情况下，随着降雨侵蚀力的增加，泥沙冲刷量最高可增加约205.18 倍。因此该地区夏季细根生长增加，生长期延长可增加土壤的渗透性，减少地表径流，实现中龄林马尾松细根固持土壤的效应。而冬季则相反，降雨量少，发生地表径流可能性小，因此通过施肥可调控对该地区1年内马尾松林细根的生长动态变化，实现细根固土效应的调控。

施P肥或者NPK肥合理混施可促进细根生物量、根长、表面积及体积的生长状况并延长细根生长时间，且随着P肥施用量的增加，全年表现出增加趋势，而施K肥则无明显效果，施N肥对马尾松细根总的来说效果不明显。而植物的固土抗蚀作用大小与其根系密切相关，根系特征决定了根的固土抗蚀作用的发挥[53]，张金池等[18]的研究结果表明树木根系，尤其是＜2mm细根有较强的固持土壤的能力，而根长、根生物量与土壤的抗冲、抗蚀性和渗透性有明显的相关性。小于1mm的细根在土壤中分布较广，作用较明显，从而使土体抵抗风蚀和流水冲刷的能力大增，明显提高抗冲性[16,19-21]。说明在马尾松中龄林适当施用P肥，或者NPK按照合理比例配合施用，对增强林下土壤的抗冲、抗蚀性及渗透性，减少地表径流，固土效应较施N、K肥更明显。

4 结 论

本文中以中龄马尾松为研究对象，通过对施肥后细根生物量及形态的动态研究，得出施肥对细根生长变化的影响，从而达到通过施肥来调控根系的目的，实现通过施肥调控根系—固土的目的。得出如下研究结果：

(1)不同的施肥处理(包括肥种及各肥种不同施肥量)对根系的形态有极显著或显著影响。

(2)不同施肥处理下细根生物量及形态指标均表现为夏季(8、9月份)最高，冬季(11、12月份)最低，而对照则全年变化不明显。

(3)施P肥及NPK合理混施可延长细根生物量、根长及体积的生长时间，即细根生长到达最高值及最低值时间延后，或者同时期生长量较高，且在夏季生物量、根长及体积均明显高于对照。施K肥处理则与对照相似，对马尾松细根的影响不明显。施N肥处理对细根影响不一致，对生物量、根长及表面积表现出旺盛期有一定的促进作用，而对体积则不明显。

(4)随着P肥施用量的增加，全年表现出增加趋势，而施N、K肥效果不明显。

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Regulation of fertilization treatment on fi ne root fi xation in middle aged Pinus massoniana plantation

ZHOU Wei1,ZHOU Yun-chao2,YE Li-peng2
(1.Chemistry and Environmental Science School of Guizhou Minzu University,Guiyang 550025,Guizhou,China;2.Forestry College of Guizhou University,Guiyang 550025,Guizhou,China;)

The effects of fertilization treatments on middle-aged Pinus massoniana fi ne-root growth dynamics were investigated.By taking into account for the relations of root system and soil fi xation,the adjustive function of fertilization treatments on fi ne root soil fixation was expounded.The results show that the fine root biomass and morphology under different fertilizer treatments were the highest in summer(August and September),those were the lowest in winter months(November and December); the fertilizer P treatment or fertilizer NPK treatment could promoted the growth of fi ne root biomass and root length and extended the fi ne root reaction time,and in summer,the actions were signi fi cantly higher than the CK,the N,K fertilizer treatments had no signi fi cant effect.So the fi ne root biomass and morphology can be regulated through the application of P fertilizer and reasonable mixed NPK fertilizer.

middle-aged forest of Pinus massoniana; regulation of fi ne roots; fertilization treatment; soil reinforcement effect

S791.248；S725.5

A

1673-923X(2015)01-0018-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.01.004

2013-10-08

国家863课题(2011AA10020301)；贵州省重大专项(黔科合重大专项字[2012]6001号)；贵州省人才基地建设项目(黔人领发[2009]9号)；贵州省科技人才团队建设项目(黔科合人才团队(2011)4003)；贵州民族大学引进人才科研基金资助项目[校引才科研2014(03)号]

周 玮，副教授；E-mail：zhwei1982802@126.com

周运超，教授，博导：E-mail：fc.yczhou@gzu.edu.cn

周 玮，周运超，叶立鹏.中龄林马尾松细根固土作用的调控[J].中南林业科技大学学报，2015，35(1)：18-23.

[本文编校：谢荣秀]