岫岩地区不同水源涵养林内土壤根系分布情况研究

洪悦

摘要 为了对岫岩地区不同水源涵养林根系分布特征进行研究，特开展了此研究。结果表明，在当地的红松林、落叶松林、灌木林、混交林（红松+白桦）、红松采伐迹地5种水源涵养林中， 根系主要集中分布在0-40cm土层中，2mm以下较细径级的根系占比较大，表明有较好的涵养水源效果，其中效果最好的为灌木林、红松林，其根系由此可知细根占比较多，由此可知这些水源涵养林涵养水源的效果均较好，其中以灌木林、红松林、红松+白桦混交林涵养水源的效果更好，根系数量相对较多，较细根系分布比例高。

关键词 水源涵养林;根系;分布

水源涵养林涉及到的范围比较广，包括河川、湖泊上游集水区内大面积的原始林、次生林、人工林等，生态功能的核心即为涵养水源，其功能的发挥需要林间林冠、枯枝落叶、土壤等的共同参与[1-2]。其中土壤层中植物根系不仅是植物从土壤中吸收养分、水分以及储存碳水化合物等的器官，还可以通过互相缠绕、穿插等对土壤颗粒起到分散、团结的效果，最终形成土壤孔隙，使土壤的渗透性、持水性得到改善，可很好地提高周边土壤涵养水源的效果[3-4];此外还有助于提高土壤抗蚀能力、有效避免水土流失现象[1-3]。水源涵养林的类型不同，根系分布特征有不同程度的差异，发挥出来的水源涵养效果也不同[4]。由此可知，加大对不同类型水源涵养林根系分布情况的研究在进一步构建水源涵养林、恢复生态系统等方面具有较好的理论、现实意义[5]。目前有很多学者在植物根系分布特征与水源涵养能力之间的关系开展了相关的研究，寇萌等[6]的研究中指出径级1mm以下的根系根长密度在总量中占比超过90%，对土壤结构的改善起到明显的效果;李建兴等[7]的研究表明，径级1mm以下的根系对改善土壤渗透性能有着显著的效果。

岫岩地区位于辽宁省东部，降雨资源相对较为充沛、森林资源丰富。为了对该区域内不同水源涵养林内土壤储水能力进行研究，有必要对当地主要的水源涵养林类型根系分布特征情况开展研究。本试验在岫岩地区选择了红松林、落叶松林、灌木林、混交林（红松+白桦）、红松采伐迹地5种不同的水源涵养林作为研究对象，比较了不同林间土壤中根系分布特征，为深入了解根系在涵养水源方面的功效、在辽东地区营建高效水源涵养林提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地情况

试验安排在岫岩县清凉山林场内，海拔高度平均90m左右，当地属北温带湿润地区季风气候，气候宜人，降水量较为充足，年均约820mm，日照实数年均超过2300h，年均温8℃左右，无霜期年均155d左右;地形主要为丘陵。土壤类型主要为暗棕壤，此外还有沼泽土、草甸土等类型少量分布。试验区域内植被类型丰富，長势比较繁茂，森林覆盖率高，地带性植被类型包括天然次生林（主要为阔叶类混交林）、针叶林（落叶松、红松），此外还有一些灌木林，林下植被类型主要有忍冬、狗尾草等。

1.2研究方法

2019年9月在试验林场内选择造林时间在1975--1980年间的红松林、落叶松林、灌木林、混交林（红松+白桦）、红松采伐迹地5个林分作为调查对象，每个调查林分内随机选择有代表性的5块标准样方（20m×20m）作为重复，每个样方内选择1株长势较好的植株作为标准植株[6-7]。取土的位置设置在距离标本植株30cm处，用内径、长分别为10cm的根钻垂直往下分别按照0-20、20-40、40-60cm土层范围进行根系样品的采集，之后带回实验室清洗干净，对各林分处理各土层采集到的根系按照1mm以下、1-2mm、2-5mm 3个径级标准进行分级，之后用专业根系分析系统----WinRHIZO对根系条数、长度、体积、表面积等进行统计分析，最后在75℃下烘干并统计重量[8-9]。

2 结果与分析

2.1 不同水源涵养林对根系各密度指标的影响

通过对不同水源涵养林根系在不同土层中主要密度指标进行统计分析，结果见表1。

2.1.1根系密度

水源涵养林根系的密度与其涵养水源的能力关系紧密。一般来说根系密度大的情况下，不仅土壤中有机质含量相对较高，而且细小的根系在土壤中穿插有助于提高土壤抗蚀能力，避免土壤遇到水发生破碎、分散等现象[10-11]。根据表1可知，各水源涵养林内根系密度指标表现出不同程度的的差异。在0-20 cm土层中，根系密度最大的水源涵养林为灌木林，根系密度为1410条/m2，其次依次为混交林（956条/m2）>红松林（852条/m2）>落叶松林（830条/m2）>红松采伐迹地（642条/m2）;20-40、40-60 cm土层内，各水源涵养林根系密度的变化趋势与0-20 cm保持一致，均以灌木林为最高。整体来说，随着土层深度的增加，各水源涵养林的根系密度整体表现出逐渐增加的趋势，其中0-40cm土层中各水源涵养林根系密度在0-60cm总根系密度中占比均在64%以上，以红松林占比最高。

2.1.2根表面积密度

根表面积密度即为根系单位体积内表面积，此表面积为土壤根系直接接触到土壤的面积[10]。根据表1可知，不同水源涵养林根表面积密度有不同程度的差异。0-20 cm土层内，根表面积密度最高的水源涵养林类型为灌木林，为3.22cm2/cm3，其次依次为混交林、红松林、落叶松林、红松采伐迹地，20-40 cm土层中，根表面积密度最大的林分为灌木林，其次依次为落叶松林、混交林、红松林、红松采伐迹地;40-60 cm土层中，灌木林的根表面积密度最大，为4.15cm2/cm3，其次依次为混交林、落叶松林、红松采伐迹地、红松林。整体来说，以灌木林的根表面积密度为最大，其次为混交林，以红松采伐迹地为最低;随着土层的增加，红松林、红松采伐迹地根表面积密度表现为逐渐降低的趋势，混交林先降低再增加，落叶松根表面积密度表现为先增加后降低的趋势，灌木林表现为逐渐增加;0-40cm土层中各水源涵养林内土壤根表面积密度在0-60cm土层中总根表面积占比在62.03%-85.89%，以红松林占比最高。

2.1.3根体积密度

根据表1可知，不同水源涵养林内根体积密度随着土层的变化有着不一样的变化趋势。0-20 cm土层中，根体积密度最大的为灌木林，其次为混交林，2种林分差异不明显，分别为0.052、0.050 cm3/cm3，其次依次是落叶松林、红松林、红松采伐迹地;20-40 cm土层中，根体积密度最大的是灌木林，其次分别为落叶松林、红松林、混交林、红松采伐迹地;40-60cm土层中，根体积密度最大的为落叶松林，其次依次为混交林、灌木林、红松采伐迹地、红松林。整体来说，随着土层的不断增加，红松林、落叶松林、灌木林根体积密度为先增加再降低，混交林为先降低再增加，红松采伐迹地为逐渐降低;0-40cm土层中各水源涵养林根体积占比范围在65.38%-90.14%，以红松林占比最高。

2.1.4 根质量密度

根据表1可知，不同水源涵养林内各土层根质量密度差异程度不一。0-20cm土层中，根质量密度最大的为红松林，其次依次为红松采伐迹地、混交林、落叶松林、灌木林;20-40cm土层中，根质量密度最大的为落叶松林，其次依次为红松林、红松采伐迹地、混交林、灌木林;40-60cm土层中，根质量密度最大的为红松林，其次依次为红松采伐迹地、混交林、灌木林、落叶松林。随着土层的增加，红松林、混交林、红松采伐迹地的根质量密度逐渐降低，落叶松林、灌木林根质量密度均表现出先增加后降低的趋势;整体比较灌木林各土层根质量密度最低，分析其原因是其他乔木类树种有着发达、长势粗壮的主根系，而灌木林根系中占比较大的为须根[11];0-40cm土层中各水源涵养林根质量密度在0-60cm土层总根质量密度中占比在60.43%-88.81%，以落叶松林、红松林占比在80%以上。

2.2不同水源涵养林对各径级根系分布密度特征的影响

选择根表面积密度、根体积密度、根质量密度3个指标对各水源涵养林内各径级根系分布密度特征进行分析，结果见表2。

2.2.1 根质量密度

根据表2可知，不同土层中各水源涵养林不同径级根系密度分布情况存在不同程度的差异;0-20 cm土层中，5种不同水源涵养林根质量密度最高的径级均为1-2 mm范围内的根系，以细根居多，其中红松林>红松采伐迹地>混交林>落叶松林>灌木林;20-40cm土层中，红松林、灌木林、混交林根质量密度最大的径级集中在1-2mm范围，落叶松林根密度最大的径级在2-5mm，红松采伐迹地根密度最大的径级在1mm以下。

2.2.2 根体积密度

根据表2可知，不同土壤各水源涵养林不同径级根体积密度分布情况存在不同程度的差异;红松林0-20、40-60cm土层内根体积密度主要集中在1mm以下径级;落叶松林0-40cm根体积密度主要集中在2-5mm径级;灌木林0-40cm根体积密度主要集中在1-2mm径级;混交林0-40cm根体积密度主要集中在1-2、2-5mm径级，40-60cm主要集中在1mm以下径级;红松混交林各土层主要集中在1-2mm径级，其中0-20cm土层中2-5mm径级根体积密度也较高。

2.2.3 根表面積密度

根据表2可知，不同土壤各水源涵养林不同径级根表面积密度分布情况存在不同程度的差异;0-20cm土层中，红松林、灌木林、混交林、红松采伐迹地土壤根系表面积密度均以1mm以下径级为最高，落叶松林根表面积密度以2-5cm径级为最高;20-40cm土层中，各水源涵养林根表面积密度均以1mm以下径级为最大，40-60cm土层中除了混交林、红松采伐迹地 2个处理以外，其他处理根表面积密度均以1mm以下径级为最大。

3 结论

辽宁省总水资源中，辽东地区的占比达到了62%，其中每年辽东地区水源涵养林涵养水源总量可达到120亿t以上，对当地农业、林业等的水资源需求提供了水源保证。而在水源涵养林中，其根系分布情况可很大程度上表征水源涵养林涵养水源的效果，是森林生态系统稳定发挥出蓄水效果的重要标志[11-12]。

本试验通过选择了5类水源涵养林，对其根系分布密度特征开展了相关的研究。结果表明，各水源涵养林各根系密度指标分布情况存在不同程度的差异，随着土层深度的增加，各水源涵养林的根系密度整体表现出逐渐增加的趋势，其中0-40cm土层中各水源涵养林根系密度在0-60cm总根系密度中占比均在64%以上;灌木林的根表面积相对高于乔木林，0-40cm土层中各水源涵养林内土壤根表面积密度在0-60cm土层中总根表面积占比达到62.03%-85.89%，以红松林占比最高;0-40cm土层中各水源涵养林根体积占比范围在65.38%-90.14%，以红松林占比最高;灌木林各土层根质量密度最低，0-40cm土层中各水源涵养林根质量密度在0-60cm土层总根质量密度中占比在60.43%-88.81%，以落叶松林、红松林占比最高;通过对各林间不同径级根相关密度指标的分析，根系中以1mm以下、1-2mm径级的为主，由此可知较细的根占比较多，表明这些水源涵养林涵养水源的效果均较好，其中以灌木林、混交林、红松林涵养水源的效果更好。

参考文献

[1] 张超波，蒋静，陈丽华.植物根系固土力学机制模型[J].中国农学通报，2012，28（31）：1-6.

[2] 高成德，余新晓.水源涵养林研究综述[J].北京林业大学学报，2000，22（5）：78-82.

[3] 宋维风，陈丽华，刘秀萍.树木根系固土力学机制研究综述[J].浙江林学院学报，2008（3）：376-381.

[4]陈文乐，杜鹃，方迎潮，等.泥石流频发区乔灌植物根系的固土效应[J].水土保持通报，2019，39（5）：32-39.

[5]吕刚，刘红民，高英旭，等.子午岭次生林植被演替过程的土壤抗冲性[J].生态学报，2006，26（10）：3271-3275.

[6]寇萌，焦菊英，王巧利，等.黄土丘陵沟壑区不同植被带植物群落的细根分布特征[J].农业机械学报，2016，47（2）：161-171.

[7]李建兴，何丙辉，湛芸.不同护坡草本植物的根系特征及对土壤渗透性的影响[J].生态学报，2013，33（5）：1535-1544.

[8]王赵男.黑龙江省东部山地水源涵养林土壤优先流特征及影响因素研究[D].黑龙江：东北林业大学，2017.

[9]易贤军.湖南会同毛竹林土壤水源涵养及生物量的研究[D].湖南：中南林业科技大学，2010. DOI：10.7666/d.y1848452.

[10]赵莎莎.祁连山水源涵养林枯落物层水文生态功能研究[C].//甘肃省科协.甘肃省2009年学术年会论文集.2009：302-307.

[11]戚一应.祁连山南坡不同林地土壤水分及其水源涵养特征研究[D].青海：青海师范大学，2017.

[12]李传文.森林保持水土涵养水源的效应及评价[J].山西水土保持科技，2006，（2）：1-3.