黄土高原子午岭天然柴松林细根垂直分布特征

黄土高原子午岭天然柴松林细根垂直分布特征1

韦兰英上官周平

1. 西北农林科大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨陵(712100)

2. 中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西杨陵 (712100)

摘要：在黄土高原子午岭林区对天然柴松林细根垂直分布特征进行研究，结果表明：柴松细根生物量、根长密度、根表面积、根直径和比根长都集中分布于0~20cm土层，均随土壤深度增加而减少。柴松林地除最大根系生物量分布在10~20cm土层外，最大的根长密度、比根长和根表面积都分布在0~10cm土层；除最小比根长分布在20~30cm土层外，最小的根长密度、比根长和根表面积都分布在60~70cm土层。细根直径在各土层变化不大，从0.98~1.74mm 不等，表层根系直径比深层根系直径要大。土壤含水量与柴松细根生物量相关性极显著，土壤容重与细根生物量无相关关系；细根生物量与<0.25mm的水稳性团聚体呈显著的负相关关系。天然柴松林细根的这种垂直分布特征一方面反映了土壤中微环境的变化，另一方面也反映了根系功能的转变，对于揭示柴松林的生理生态适应机制及其替演进程具有积极意义。关键词：柴松细根特征垂直分布天然林黄土高原

1 引言

植物根系的支持作用是由粗根完成的，而植物对土壤水分和养分的吸收主要是通过细根从土壤中获取[15]，植物细根的空间结构是反映地下部分协调生长的重要内容，因此关于植物细根分布特征的研究是目前生态学研究的热点之一。为了获取足够的水分和养分，树木必须维持一定的细根生物量[12]，因而传统的对根系分布的研究侧重于生物量分布特征方面。

Gale and Grigal通过对不同演替阶段不同树种根系的分布特征的研究, 提出了一个关于根系垂直分布的模型来反映根系的垂直分布特征与深度的关系[10,14]。Vivek and George研究不仅发现根系分布和根系分布深度随林木年龄和生物量而变化，并且还发现细根分布和分布深度可作为生物量的函数[33]。植物根系分布特征不仅受制于本身的遗传特性，还受制于所处的土壤环境，并且具有很大的时空异质性[29]，同时根系分布的最大深度还受土壤结构、土层厚度和土壤水分养分资源状况的影响[31]，可见对根系分布特征的研究还应该与其所处的环境条件结合起来。

柴松（Piuns tabtulaeformis f. shekanesis）又称陕甘油松，是油松在黄土高原发生的变异生态型[37]。由于柴松树体高大、干形通直、单株及林分高、径、蓄积生长都高于油松，被

1本课题得到教育部新世纪优秀人才培养计划项目(NCET-04-0955)、西北农林科技大学拨尖人才培养计划项目和中国科学院西部之光人才培养计划联合学者项目资助资助。

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誉为黄土高原上的珍贵优良树种。目前对黄土高原柴松林结构特征的研究较少，尤其是对柴松细根分布特征的研究还没有见到报道，因此对柴松细根分布特征的研究具有十分重要的意义。本文通过对黄土高原子午岭天然柴松林细根生物量、根长密度、细根表面积、细根直径和比根长垂直分布特征进行细致的研究，揭示柴松林地根系的垂直分布特征，对于揭示柴松林的生理生态适应机制及其替演进程具有积极意义。

2 材料与方法

2.1 研究区自然概况

研究区位于陕西省富县大麦秸沟桥北局和尚塬林场，属于暖湿气候区。该区年平均气温9℃左右，最低气温- 22.7℃，最高气温35.7℃，全年≥10℃的积温2800℃，年平均降雨量600 mm 左右，6～8月占全年降雨量50%，年相对湿度60% ，无霜期165d。柴松生长于西北坡、东坡和北坡，海拔1200～1450m。林内坡度变化大，从10°～70°不等，多为30°～40°。土壤为灰褐色森林土，土层深厚；枯枝落叶层以针叶为主，厚度一般为5 cm，局部地段可达10 cm。林内pH值在7.4～7.9之间，通常由表层至深层逐渐增大；土壤腐殖质含量在3.6%～7.5%，土壤含氮多在0.10%～0.22%之间。

天然柴松林层次结构明显，一般可分为乔木层、灌木层和草本层。乔木层覆盖度多为60%～70% ，其中柴松占绝对优势，混生有极少的辽东栎(Qercus liaotungensis)，茶条槭(Acer ginnala)，山杏(Prunus aneniaca)，山杨(Populus davidiana)和漆树(Toxicodendrom vernicifluum)；灌木层盖度在5%～55%之间，成份约20 种，优势种为胡枝子(Lespedeza durica)，虎榛子(Ostryopsis davidiana)，水栒子(Cotoneaster multiflorus)等。草本盖度在5%～25%之间，成份约40种，优势种为大披针苔(Carex lanceolata)，异叶败酱(Patrinia heterophy)，野菊(Dendranthema indicum)等，在柴松林随机选取3个样点，其基本特征如表1所示。

1.2 研究方法

1.2.1 根系测定方法

在三个林地样地内每个样地用土钻(φ=9cm)从0~80 cm分土层（10cm）钻取土样，从各土层钻取的土样中拣出所有根系，编号后装入塑料袋带回实验室。采集的根系样品，用水清洗干净后，按直径Φ≤2mm 和Φ>2mm分为两级。然后用根系扫描仪和根系形态学和结构分析应用系统DT-SCAN对直径Φ≤2mm的根系进行根长密度RLD(Fine root length density,

mm/cm3)、根表面积RSA (Fine root surface area, mm2/cm3)和细根直径FD(Fine diameter, mm)

等指标进行测定分析。扫描后的根系样品置入80℃烘箱中, 烘干至恒重, 再分别称重和记录,计算细根生物量FRB (Fine root biomass, mg/cm3)。细根比根长SRL(Specific fine root length,

m/g)=细根根长/细根生物量。

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