陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布_荐圣淇
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［11 ］ ［7 － 10 ］
．
研究细根生物量与土壤水分、 土壤理化性质的关系，
． 这可以使植物摄取更多的土壤资源 ，
［4 － 6 ］
因为水分进入土壤剖面首先要经过土壤表层 ， 并且 营养物质也通常在土壤表层聚集 ． 因此， 细根的 分布规律通常依赖于土壤水分与养分的有效性 ． 在
* 国家自然科学基金项目 （ 91025015 ， 30770387 ） 和国家环境保护公 益性项目（ NEPCP200809098 ） 资助． mail： nanzhr@ lzb． ac． cn ＊＊通讯作者． E20131008 收稿， 20140426 接受．
研究表明， 人工林对土壤水分的大量消耗直接导致 林地深层土壤干化， 尤其是在阳向立地上． 有研究发 现， 在干旱和半干旱地区， 根系发达的树种具有明显
1906
应
用
生
态
学
报
25 卷
的生存优势， 土壤水分的分布影响活性根的分布 ， 同 时根系分布的变化又会引起土壤水分的改变 ， 这种 相互作用改变了植被根系空间分布特征和细根的周 ［12 － 14 ］ ． 同时， 转 土壤理化性质也会影响植物根系特 别是细根的生物量分布， 不同土壤因子对细根参数 ［15 ］ ［16 ］ 的影响程度和影响方面不同 ． Imada 等 对美国 西南部莫哈韦沙漠柽柳细根的垂直分布研究发现 ， 细根分布主要受土壤全 N 含量的影响， 与土壤水分 关系不显著； 另有研究指出， 在干旱和半干旱地区细 ［2 ］ 根分布主要依赖于土壤水分 ． 这可能是由不同研 究区不 同 树 种 细 根 分 布 具 有 不 同 影 响 因 素 造 成 ［17 ］ 的 ． 本文比较黄土高原安家沟流域 6 种主要人工植 理化性质间 被的细根生物量分布及其与土壤水分、 的关系， 分析土壤资源与细根分布之间的耦合效应 ， 为提高 黄 土 高 原 人 工 植 被 群 落 来自百度文库 定 性 提 供 科 学 依据． 1 1. 1 研究地区与研究方法
应 用 生 态 学 报 2014 年 7 月
第 25 卷
第7 期
Chinese Journal of Applied Ecology，Jul． 2014 ， 25 （ 7 ） ： 1905 － 1911
陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布
荐圣淇 赵传燕
＊＊
*
方书敏
余
凯
（ 兰州大学生命科学学院草地农业生态系统国家重点实验室 ，兰州 730000 ）
Distribution of fine root biomass of main planting tree species in Loess Plateau，China． JIAN yan，FANG Shumin，YU Kai （ State Key Laboratory of Grassland AgroShengqi，ZHAO Chuanecosystems，School of Life Science，Lanzhou University，Lanzhou 730000 ，China ） ． Chin． J． Appl． 2014 ， 25 （ 7 ） ： 1905 － 1911． Ecol． ， Abstract： The distribution of fine roots of Pinus tabuliformis，Populus tomentosa，Prunus armeniaca，Ｒobinia pseudoacacia，Hippophae rhamnoides，and Caragana korshinskii was investigated by using soil core method and the fine root was defined as root with diameter less than 2 mm． The soil moisture and soil properties were measured． The results showed that in the horizontal direction，the distribution of fine root biomass of P． tabuliformis presented a conic curve，and the fine root biomass of the other species expressed logarithm correlation． Ｒadial roots developed，the fine root biomass were concentrated within the scope of the 2 － 3 times crown，indicating that trees extended their roots laterally to seek water farther from the tree． In the vertical direction，the fine root biomass decreased with the increasing soil depth． Fine root biomass had significant negative correlation with soil water content and bulk density，while significant positive correlation with organic matter and total N contents． Key words： Loess Plateau； fine root； soil moisture； soil property．
DOI:10.13287/j.1001-9332.20140429.004
在陆地生态系统中， 细根是植物吸收水分和养 ， 分的重要器官 对植物的生长发育起着关键性作用 ． 大部分生态系统中， 在垂直方向上， 细根聚集在土壤 表面并伴随着土壤深度的增加呈指数递减趋势 ； 在 水平方向上， 细根主要集中在冠层下方靠近植株主 干的位置
7期
荐圣淇等： 陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布
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研究区概况 试验 于 2011 年 5 —10 月 在 定 西 安 家 沟 流 域 （ 35°21' N， 104°23' E ） 进行． 安家沟是黄河流域祖
位于定西县城东． 流域四周 厉河水系的一条小支沟， 2 为黄土丘陵环抱， 面积 2． 98 km ， 海拔 1900 ～ 2250 m． 土壤机械组成： 粘粒占 39． 2% ， 粉沙占 50． 1% ， ［18 ］ ． 区内土壤是发育在黄土母质上 砂粒占 10． 7% 的黄绵土和沟道盐渍土． 土壤平均孔隙率 55% ． 该 区属于中温带半干旱气候区， 年均温 6． 3 ℃ ， 年降水 量 427 mm， 年日照时数 2409 h， 蒸发量 1510 mm． 2011 年为本地区 60 年以来的最干旱年， 年降雨量 仅为 208． 9 mm． 主要植被属于干旱区森林草原带． 流域内 主 要 以 人 工 植 被 为 主， 分 布 着 油 松 （ Pinus tabuliformis） 、 白杨（ Populus tomentosa） 、 山杏 （ Prunus armeniaca） 、 刺槐 （ Ｒobinia pseudoacacia ） 、 柠条 （ Hip-
表 1 安家沟流域主要造林树种样地概况 Table 1 Condition of major tree species plantations in Anjiagou catchment
树种 Species 油松 P． tabuliformis 白杨 P． tomentosa 山杏 P． armeniaca 刺槐 Ｒ． pseudoacacia 沙棘 H． rhamnoides 柠条 C． korshinskii DBH： Diameter at breast height． 坡向 Aspect WN N SE W N SE 坡度 Slope （ °） 12 10 9 7 15 19 坡位 Position 中 下 上 中 中 上 树龄 Age 24 20 15 9 10 11 平均株高 Average height （ m） 11 13 7 8 1． 7 2． 1 平均胸径 Average DBH （ cm） 10 12 8 6 4 －
pophae rhamnoides） 和沙棘（ Caragana korshinskii） 等． 1. 2 样地调查 在 6 个造林树种林内分别建立 10 m × 10 m 样 地一块， 进行每木检尺， 测定株高、 胸径、 树龄等指 标， 记 录 样 地 的 坡 度 与 坡 向． 各 样 地 基 本 情 况 见 表 1． 1. 3 测定项目与方法 1. 3. 1 土壤含水率的测定 采用土钻取样、 烘干法 测定土壤含水率． 在各样地内每 10 cm 为一层， 取样 3 次 重 复． 试 验 期 间 每 15 d 测 定 深度为 120 cm， ． 一次 1. 3. 2 土壤理化性质的测定 在各样方中， 从土壤 共分 10 层采集土样， 带 表层开始以 10 cm 为一层， 回实验室． 采用容积为 100 cm 的环刀法测定土壤容 重． 采用重铬酸钾加热法测定有机质 ， 采用沉降法测 700CN analy定土壤粒度分布， 采用 CN 分析仪（ MTzer，Yanaco，Kyoto，Japan） 测定全 N、 全 C 含量． 1. 3. 3 根样的获取及处理 2011 年 9 月中旬， 依据 每木检尺的结果， 在各样地中选取 4 株平均木． 每株 样木在不同方位划分出 1 /4 营养区作为取样区． 取 样时， 以样木为中心分别在半径方向上每隔 20 cm 的弧线上按等距离确定 3 个取样点， 垂直方向上每 10 cm 一层， 直至无根系出现 （ 图 1 ） ． 各样树垂直方 向上的取样深度为 120 cm， 水平方向上根据不同树 ， 种根系分布状况 油松取样范围为 500 cm， 白杨和 山杏为 400 cm， 刺槐、 柠条和沙棘为 300 cm． 样本用 塑料袋封装， 在实验室风干、 过 1 mm × 1 mm 筛， 将 直径 ＜ 2 mm 的细根挑出清洗， 于 105 ℃ 下烘干至恒 量， 称干质量． 测平行钻点的细根生物量， 取平均值， 得到各树 种细根生物量的水平分布． 测每个钻点中每层的细 根生物量， 与取样深度结合， 得出各树种细根生物量 的垂直分布． 按下式计算各样地不同土层深度的细 根生物量密度：
摘 要 以 2 mm 为粗、 细根的划分界限， 采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、 白杨、 山 刺槐、 沙棘和柠条 6 个主要造林树种细根分布进行研究 ， 并测定不同林地下土壤含水率和 杏、 油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分 土壤理化性质． 结果表明： 在水平方向上， 布， 其他 5 个树种细根生物量均呈对数分布， 水平根系发达， 细根主要分布在冠幅半径 2 ～ 3 倍的范围内， 表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分 ． 在垂直方向上， 随着土层深度 细根生物量均呈减小趋势． 6 种植被细根生物量与土壤水分、 容重呈显著负相关， 与有 的增加， 全 N 含量呈显著正相关． 机质、 关键词 黄土高原 细根 土壤水分 土壤性质 文章编号 1001 － 9332 （ 2014 ） 07 － 1905 － 07 中图分类号 P332 文献标识码 A
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半干旱区， 土壤水分被认为是影响植被根系生长发 而土壤理化性质， 如容重、 有机质、 粒 育的第一要素， 度分布和土壤养分等也影响细根生物量的分布 ， 因 此被划为影响植被根系生长发育的第二要素 对于理解植物如何利用土壤资源至关重要 ． 近些年， 黄土高原植被建设以及土壤水文效应 问题， 日益引起人们的重视， 土壤干化造成黄土高原 大面积的低产林， 植被明显衰退死亡． 单长卷等
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研究细根生物量与土壤水分、 土壤理化性质的关系，
． 这可以使植物摄取更多的土壤资源 ，
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因为水分进入土壤剖面首先要经过土壤表层 ， 并且 营养物质也通常在土壤表层聚集 ． 因此， 细根的 分布规律通常依赖于土壤水分与养分的有效性 ． 在
* 国家自然科学基金项目 （ 91025015 ， 30770387 ） 和国家环境保护公 益性项目（ NEPCP200809098 ） 资助． mail： nanzhr@ lzb． ac． cn ＊＊通讯作者． E20131008 收稿， 20140426 接受．
研究表明， 人工林对土壤水分的大量消耗直接导致 林地深层土壤干化， 尤其是在阳向立地上． 有研究发 现， 在干旱和半干旱地区， 根系发达的树种具有明显
1906
应
用
生
态
学
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的生存优势， 土壤水分的分布影响活性根的分布 ， 同 时根系分布的变化又会引起土壤水分的改变 ， 这种 相互作用改变了植被根系空间分布特征和细根的周 ［12 － 14 ］ ． 同时， 转 土壤理化性质也会影响植物根系特 别是细根的生物量分布， 不同土壤因子对细根参数 ［15 ］ ［16 ］ 的影响程度和影响方面不同 ． Imada 等 对美国 西南部莫哈韦沙漠柽柳细根的垂直分布研究发现 ， 细根分布主要受土壤全 N 含量的影响， 与土壤水分 关系不显著； 另有研究指出， 在干旱和半干旱地区细 ［2 ］ 根分布主要依赖于土壤水分 ． 这可能是由不同研 究区不 同 树 种 细 根 分 布 具 有 不 同 影 响 因 素 造 成 ［17 ］ 的 ． 本文比较黄土高原安家沟流域 6 种主要人工植 理化性质间 被的细根生物量分布及其与土壤水分、 的关系， 分析土壤资源与细根分布之间的耦合效应 ， 为提高 黄 土 高 原 人 工 植 被 群 落 来自百度文库 定 性 提 供 科 学 依据． 1 1. 1 研究地区与研究方法
应 用 生 态 学 报 2014 年 7 月
第 25 卷
第7 期
Chinese Journal of Applied Ecology，Jul． 2014 ， 25 （ 7 ） ： 1905 － 1911
陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布
荐圣淇 赵传燕
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方书敏
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（ 兰州大学生命科学学院草地农业生态系统国家重点实验室 ，兰州 730000 ）
Distribution of fine root biomass of main planting tree species in Loess Plateau，China． JIAN yan，FANG Shumin，YU Kai （ State Key Laboratory of Grassland AgroShengqi，ZHAO Chuanecosystems，School of Life Science，Lanzhou University，Lanzhou 730000 ，China ） ． Chin． J． Appl． 2014 ， 25 （ 7 ） ： 1905 － 1911． Ecol． ， Abstract： The distribution of fine roots of Pinus tabuliformis，Populus tomentosa，Prunus armeniaca，Ｒobinia pseudoacacia，Hippophae rhamnoides，and Caragana korshinskii was investigated by using soil core method and the fine root was defined as root with diameter less than 2 mm． The soil moisture and soil properties were measured． The results showed that in the horizontal direction，the distribution of fine root biomass of P． tabuliformis presented a conic curve，and the fine root biomass of the other species expressed logarithm correlation． Ｒadial roots developed，the fine root biomass were concentrated within the scope of the 2 － 3 times crown，indicating that trees extended their roots laterally to seek water farther from the tree． In the vertical direction，the fine root biomass decreased with the increasing soil depth． Fine root biomass had significant negative correlation with soil water content and bulk density，while significant positive correlation with organic matter and total N contents． Key words： Loess Plateau； fine root； soil moisture； soil property．
DOI:10.13287/j.1001-9332.20140429.004
在陆地生态系统中， 细根是植物吸收水分和养 ， 分的重要器官 对植物的生长发育起着关键性作用 ． 大部分生态系统中， 在垂直方向上， 细根聚集在土壤 表面并伴随着土壤深度的增加呈指数递减趋势 ； 在 水平方向上， 细根主要集中在冠层下方靠近植株主 干的位置
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荐圣淇等： 陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布
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研究区概况 试验 于 2011 年 5 —10 月 在 定 西 安 家 沟 流 域 （ 35°21' N， 104°23' E ） 进行． 安家沟是黄河流域祖
位于定西县城东． 流域四周 厉河水系的一条小支沟， 2 为黄土丘陵环抱， 面积 2． 98 km ， 海拔 1900 ～ 2250 m． 土壤机械组成： 粘粒占 39． 2% ， 粉沙占 50． 1% ， ［18 ］ ． 区内土壤是发育在黄土母质上 砂粒占 10． 7% 的黄绵土和沟道盐渍土． 土壤平均孔隙率 55% ． 该 区属于中温带半干旱气候区， 年均温 6． 3 ℃ ， 年降水 量 427 mm， 年日照时数 2409 h， 蒸发量 1510 mm． 2011 年为本地区 60 年以来的最干旱年， 年降雨量 仅为 208． 9 mm． 主要植被属于干旱区森林草原带． 流域内 主 要 以 人 工 植 被 为 主， 分 布 着 油 松 （ Pinus tabuliformis） 、 白杨（ Populus tomentosa） 、 山杏 （ Prunus armeniaca） 、 刺槐 （ Ｒobinia pseudoacacia ） 、 柠条 （ Hip-
表 1 安家沟流域主要造林树种样地概况 Table 1 Condition of major tree species plantations in Anjiagou catchment
树种 Species 油松 P． tabuliformis 白杨 P． tomentosa 山杏 P． armeniaca 刺槐 Ｒ． pseudoacacia 沙棘 H． rhamnoides 柠条 C． korshinskii DBH： Diameter at breast height． 坡向 Aspect WN N SE W N SE 坡度 Slope （ °） 12 10 9 7 15 19 坡位 Position 中 下 上 中 中 上 树龄 Age 24 20 15 9 10 11 平均株高 Average height （ m） 11 13 7 8 1． 7 2． 1 平均胸径 Average DBH （ cm） 10 12 8 6 4 －
pophae rhamnoides） 和沙棘（ Caragana korshinskii） 等． 1. 2 样地调查 在 6 个造林树种林内分别建立 10 m × 10 m 样 地一块， 进行每木检尺， 测定株高、 胸径、 树龄等指 标， 记 录 样 地 的 坡 度 与 坡 向． 各 样 地 基 本 情 况 见 表 1． 1. 3 测定项目与方法 1. 3. 1 土壤含水率的测定 采用土钻取样、 烘干法 测定土壤含水率． 在各样地内每 10 cm 为一层， 取样 3 次 重 复． 试 验 期 间 每 15 d 测 定 深度为 120 cm， ． 一次 1. 3. 2 土壤理化性质的测定 在各样方中， 从土壤 共分 10 层采集土样， 带 表层开始以 10 cm 为一层， 回实验室． 采用容积为 100 cm 的环刀法测定土壤容 重． 采用重铬酸钾加热法测定有机质 ， 采用沉降法测 700CN analy定土壤粒度分布， 采用 CN 分析仪（ MTzer，Yanaco，Kyoto，Japan） 测定全 N、 全 C 含量． 1. 3. 3 根样的获取及处理 2011 年 9 月中旬， 依据 每木检尺的结果， 在各样地中选取 4 株平均木． 每株 样木在不同方位划分出 1 /4 营养区作为取样区． 取 样时， 以样木为中心分别在半径方向上每隔 20 cm 的弧线上按等距离确定 3 个取样点， 垂直方向上每 10 cm 一层， 直至无根系出现 （ 图 1 ） ． 各样树垂直方 向上的取样深度为 120 cm， 水平方向上根据不同树 ， 种根系分布状况 油松取样范围为 500 cm， 白杨和 山杏为 400 cm， 刺槐、 柠条和沙棘为 300 cm． 样本用 塑料袋封装， 在实验室风干、 过 1 mm × 1 mm 筛， 将 直径 ＜ 2 mm 的细根挑出清洗， 于 105 ℃ 下烘干至恒 量， 称干质量． 测平行钻点的细根生物量， 取平均值， 得到各树 种细根生物量的水平分布． 测每个钻点中每层的细 根生物量， 与取样深度结合， 得出各树种细根生物量 的垂直分布． 按下式计算各样地不同土层深度的细 根生物量密度：
摘 要 以 2 mm 为粗、 细根的划分界限， 采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、 白杨、 山 刺槐、 沙棘和柠条 6 个主要造林树种细根分布进行研究 ， 并测定不同林地下土壤含水率和 杏、 油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分 土壤理化性质． 结果表明： 在水平方向上， 布， 其他 5 个树种细根生物量均呈对数分布， 水平根系发达， 细根主要分布在冠幅半径 2 ～ 3 倍的范围内， 表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分 ． 在垂直方向上， 随着土层深度 细根生物量均呈减小趋势． 6 种植被细根生物量与土壤水分、 容重呈显著负相关， 与有 的增加， 全 N 含量呈显著正相关． 机质、 关键词 黄土高原 细根 土壤水分 土壤性质 文章编号 1001 － 9332 （ 2014 ） 07 － 1905 － 07 中图分类号 P332 文献标识码 A
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半干旱区， 土壤水分被认为是影响植被根系生长发 而土壤理化性质， 如容重、 有机质、 粒 育的第一要素， 度分布和土壤养分等也影响细根生物量的分布 ， 因 此被划为影响植被根系生长发育的第二要素 对于理解植物如何利用土壤资源至关重要 ． 近些年， 黄土高原植被建设以及土壤水文效应 问题， 日益引起人们的重视， 土壤干化造成黄土高原 大面积的低产林， 植被明显衰退死亡． 单长卷等