红松、云杉和水曲柳细根比较

王付刚

(辽宁省林业调查规划院，辽宁 沈阳 110122)

红松、云杉和水曲柳细根比较

王付刚

(辽宁省林业调查规划院，辽宁 沈阳 110122)

对红松、云杉和水曲柳的细根生物量、不同根序细根平均根长和细根总长变化以及细根比根长变化进行比较研究。结果表明，红松、水曲柳生物量根序之间总体表现为随着细根级别增加而减少，云杉则没有上述树种所表现的规律性；根系统中由远端低级根序到近端的高级根序个体根的平均长度显著增加，但在同一个低级根序内根长差异不显著；红松、云杉和水曲柳由低级根序到高级根序细根的总长度逐渐下降；同一树种不同根序内，细根比根长由低级根序到高级根序逐渐降低；不同树种比根长构建方式明显不同，水曲柳比根长最高，云杉次之，红松比根长最低；水曲柳根生长的平均速率明显高于红松和云杉。

根系；根序；细根；生物量；根长；比根长；红松；云杉；水曲柳

根序上不同位置的个体根发育时间空间上都存在很大差异，每个根在分枝系统中的特定位置执行着它特定的生理生态功能，这些差异首先反应在形态特点上。细根根序的研究，为进一步深入了解各级根序细根的功能，及其对森林生态系统生态学过程和森林生产力的提高中的贡献提供了重要途径。

1 绪论

1.1 细根的功能

根系是树木生长发育过程中最重要的器官[1]，其生理和生态功能主要由细根完成或由1级根完成。粗根或高级根序的根尽管占根系总生物量比例很大，但主要功能是固持植物体、储存和长距离运输养分和水分[2]。细根由于周转，是森林生态系统碳和养分库中最重要的动态组成部分[3]，在森林生态系统能量流动和物质循环中起着重要作用。细根的生物量虽仅占总生物量的5%左右，但向林地输入的碳却占总输入量的6.2%～88.7%，平均50%左右[4]。因此，细根生物量的动态影响森林生产力[5]。此外，细根吸收养分和水分需要大量的光合产物，根系吸收N以消耗碳为代价，吸收的N越多，消耗的光合产物越多[6]。对于树木整体而言，根系是树木养分和水分的“源”和消耗碳的“汇”，而树冠则是养分和水分的“汇”和碳的“源”[3]。

1.2 细根形态研究的意义

细根具有自身生长发育特点，在生长过程产生复杂的分枝系统，形成不同的根序[7]。细根的分支系统的复杂性主要表现在不同植物细根在分支模式、形态和大小上各不相同，甚至同种植物在不同立地根系分支结构上也不同[2]。以前按直径大小将细根任意定义为小于某一等级的根，但这种任意按直径大小对细根进行分级，使位于复杂的侧生分枝系统上的单个根的位置及根结构的功能重要性常被忽略[7]。根序上不同位置的个体根发育时间、空间上都存在很大差异，每个根在分枝系统中的特定位置执行着它特定的生理生态功能，这些差异首先反应在形态特点上。细根根序的研究，为进一步深入了解各级根序细根的功能及其对森林生态系统生态学过程和森林生产力的提高中的贡献提供了重要途径。

红松、云杉和水曲柳是东北地区阔叶红松生态系统的主要树种。这些树种在阔叶红松林生态系统中发挥不同的功能，研究这些树种的根系形态结构，如不同根序的细根直径、长度、比根长等形态指标，比较这些树种细根形态之间的差异，对认识老龄林森林生态系统的地下生态学过程、细根生长、死亡和周转具有重要的理论意义。同时，对森林科学经营管理，提高林分生产力具有明显的现实意义。

2 研究方法

2.1 细根取样方法

在小兴安岭阔叶红松林内随机选取红松、云杉和水曲柳10株，量测树高、胸径，选取平均树高、胸径最符合平均数的红松、云杉和水曲柳各1株，挖取一定量的完整根系，去掉杂质放入编号的塑料袋中，放入冷藏箱运回实验室，放入冰箱保存。

2.2 根系分级

取出冷冻保存的样品，用2～3℃的蒸馏水小心清洗根系上的土壤颗粒及杂质，然后放入装有蒸馏水的培养皿中。依据Pregizter等(2002)根序分级法，将每一个样的根系分成若干根段(Root segment)，再按根段进行分级。

2.3数据获取

利用根系扫描仪对分好级的根系进行扫描，扫描好的图像用根系分析仪分析得出根段平均直径、表面积、长度等数据。扫描完的根系放入65℃烘箱中烘干至恒重，用1/10 000精度天平称重，记录数据。

3 结果与分析

3.1 3个树种细根生物量

3个树种中，红松细根生物量最大，为 0.608 1 g，其次是水曲柳，为 0.349 3 g，最小是云杉，为 0.173 8 g。1级根占总生物量百分比分别为红松27.6%、云杉19.8%、水曲柳44.1%；2级根分别为红松22.8%、云杉16.3%、水曲柳17.3%；3级根分别为红松227.5%、云杉10.3%、水曲柳17.6%；4、5级根总和分别为红松22.1%、云杉53.6%、水曲柳21%。

红松、水曲柳生物量根序之间总体表现为随着细根级别增加而减少，云杉则没有上述树种所表现的规律性(表1)。

3.2 不同根序细根平均根长变化

红松、云杉和水曲柳的1级细根平均根长最小，分别为 0.569 4 cm、0.265 0 cm和 0.409 4 cm；5级细根平均长度最大，分别为 6.493 5 cm、3.476 9 cm和 11.922 9 cm，5级细根平均长度分别是1级细根的11.4、13.1、29.1倍。根系统中由远端低级根序到近端的高级根序个体根的平均长度显著增加，但在同一个低级根序内根长差异不显著。各树种间比较，1、2级根序红松、水曲柳和云杉平均根长依次增加，3、4、5级根序水曲柳、红松和云杉依次增加(表2)。经过分析发现，红松、云杉和水曲柳的根序与细根平均根长呈线性关系，回归方程分别为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 红松、云杉和水曲柳不同根序细根生物量Tab.1 Biomass of fine root in different rootings of Koreanpine, Pice asperata, spruce and Fraxinus mandahurica g

表2 红松、云杉和水曲柳不同根序细根平均根长Tab.2 Average root length of fine roots in different rootings of Korean pine, Pice asperata, spruce andFraxinus mandahurica cm

3.3 不同根序细根总长度变化

红松、云杉和水曲柳由低级根序到高级根序细根的总长度逐渐下降(表3)。前2级根序细根长度分别占各自所有5级根序细根长度和的73.16%、70.99%和82.64%，在水分、养分吸收中具有非常重要的作用。1级根总长度占各自所有5级根总长度的44.04%、52.22%和63.1%，是不可忽略的一部分。尽管不同的个体根平均长度随根序增加而增加，但数量随着根序增加而减少。虽然低级根序细根的平均长度小，但数量多，总根长反而占很大比例。

3.4 不同根序细根比根长变化

红松、云杉和水曲柳的1级根的比根长最高，分别为 3 312.993 8 cm/g，8 047.649 4 cm/g和8 908.160 9 cm/g。5级细根的比根长相对最低，分别为 378.626 8 cm/g，741.083 5 cm/g和 651.229 9 cm/g(表4)。1级细根平均长度分别是5级细根的8.75，0.86，13.67倍(表4)。同一树种不同根序内，细根比根长由低级根序到高级根序逐渐降低。不同树种比根长构建方式明显不同，水曲柳比根长最高，云杉次之、红松比根长最低。水曲柳根生长的平均速率明显高于红松和云杉。

表3 红松、云杉和水曲柳不同根序细根总根长Tab.3 Total root length of Korean pine, Pice asperata, spruce and Fraxinus mandahurica cm

表4 红松、云杉和水曲柳不同根序细根的比根长Tab.4 Specific root length of the fine root in different root sequence of Korean pine, Pice asperata, spruce andFraxinus mandahurica cm

4 结论

1)红松、水曲柳生物量根序之间总体表现为随着细根级别增加而减少，云杉则没有上述树种所表现的规律性。

2)根系统中由远端低级根序到近端高级根序个体根的平均长度显著增加，但在同一个低级根序内根长差异不显著。

3)红松、云杉和水曲柳由低级根序到高级根序细根的总长度逐渐下降。

4)同一树种不同根序内，细根比根长由低级根序到高级根序逐渐降低。不同树种比根长构建方式明显不同，水曲柳比根长最高，云杉次之、红松比根长最低。水曲柳根生长的平均速率明显高于红松和云杉。

[1] 张福锁.土壤—植物营养研究新动态[M]．北京：北京农业大学出版社，1992：73-82.

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[3] 梅莉，王政权，程云环，等．林木细根寿命及其影响因子研究进展[J]．植物生态学报，2004，28(5)：704-710

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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.

王付刚(1982-)，男，河南新郑人，工程师.从事林业调查规划工作.

S791.247；S791.18；S792；S718.43

A

1671-3168(2017)02-0068-03