胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳細(xì)根形態(tài)研究

王付剛

摘要：研究了胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳一到五級(jí)根序之間的細(xì)根形態(tài)，以期了解溫帶樹種細(xì)根形態(tài)各參數(shù)與根序的關(guān)系，為進(jìn)一步研究細(xì)根形態(tài)與功能關(guān)系、研究細(xì)根壽命及周轉(zhuǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：胡桃楸；黃菠蘿；水曲柳；細(xì)根

中圖分類號(hào)：S716

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）09009802

1 引言

1.1 林木細(xì)根的研究現(xiàn)狀

近些年，有關(guān)陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的大量研究表明，細(xì)根在系統(tǒng)內(nèi)C-N循環(huán)中的作用不可忽視[1]。研究表明：在森林總生物量中根系占10%～20%[2]，細(xì)根雖僅占森林總生物量的5%左右。但是，由于細(xì)根處于不斷周轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)過程中，其年生產(chǎn)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地上部分[3]，是森林生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)最為重要的組成部分。傳統(tǒng)的研究中細(xì)根通常指直徑小于等于2 mm的根。最近的研究表明，既使同一立地上同一樹種且同為2 mm直徑范圍內(nèi)的細(xì)根，其形態(tài)和功能都有顯著的差異，這是由于作為功能性根的細(xì)根具有高度復(fù)雜的分支系統(tǒng)造成的[4]。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x

細(xì)根形態(tài)重要指標(biāo)有直徑和長(zhǎng)度。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳一到五級(jí)根序之間的細(xì)根形態(tài)進(jìn)行初探，以期了解溫帶樹種細(xì)根形態(tài)各參數(shù)與根序的關(guān)系，為進(jìn)一步研究細(xì)根形態(tài)與功能關(guān)系，研究細(xì)根壽命及周轉(zhuǎn)提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為更深入研究闊葉樹種生長(zhǎng)在天然林與生長(zhǎng)在人工林中其細(xì)根形態(tài)與功能及更深層的研究奠定基礎(chǔ)，為根系模型的建立提供參考，有助于在生態(tài)尺度上較精確地估計(jì)和預(yù)測(cè)C和養(yǎng)分的循環(huán)動(dòng)態(tài)，也為樹木根系生態(tài)學(xué)的研究及發(fā)展提供數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 細(xì)根取樣方法

在闊葉紅松林內(nèi)隨機(jī)選取年齡在30～40年的胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳樣木各3株，在樹干基部1 m處用鐵鍬挖掘出一定量的完整根系，去掉根系上的土壤及其它雜質(zhì)，將所得根系編號(hào)裝入塑料袋中，然后放置在1～3 ℃冷藏箱內(nèi)。樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室放入-20 ℃冰箱保存等待處理。

2.2 根系分級(jí)

在實(shí)驗(yàn)室，取出冷凍保存的樣品，用2～3 ℃的蒸餾水清洗根系上的土壤顆粒及雜質(zhì)，然后放入直徑15 cm，裝有蒸餾水的培養(yǎng)皿中。依據(jù)Pregizter等根序分級(jí)法，用適當(dāng)規(guī)格的鑷子將每一個(gè)樣的根系分成若干根段（Root segment），再按根段進(jìn)行分級(jí)。即將根系末梢的根（最遠(yuǎn)軸的根）定為一級(jí)根，然后是二級(jí)根、三級(jí)根等，直至區(qū)分到五級(jí)細(xì)根。

2.3 數(shù)據(jù)獲取

實(shí)驗(yàn)采用根系掃描儀及根系分析儀。儀器可以對(duì)分好級(jí)別的根段進(jìn)行圖像掃描、圖像分析，得出所掃描圖像中的根段平均直徑和長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)。將掃描過的根段用濾紙卷起（濾紙上要寫明樹種、根序號(hào)），放在65 ℃烘箱中烘干至恒重（24 h），使用萬分之一天平稱重，記錄結(jié)果。用Excel工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 細(xì)根平均直徑

表1顯示，胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳3個(gè)樹種的一級(jí)根平均直徑最小，分別為0.24 mm、0.57 mm和水曲柳0.24 mm。五級(jí)細(xì)根平均直徑相對(duì)最大，分別為0.53 mm、1.16 mm和0.75 mm。胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳細(xì)根直徑≤2 mm時(shí)，包含5級(jí)根序，當(dāng)直徑≤1 mm時(shí)，胡桃楸和水曲柳仍包含5級(jí)根序，黃菠蘿則只包含3級(jí)根序，直徑≤0.5 mm時(shí)，胡桃楸和水曲柳還包含了4級(jí)根序，而黃菠蘿在此范圍內(nèi)則沒有分布。

3個(gè)樹種細(xì)根平均直徑均隨著根序升高而增加，但相鄰根序相差倍數(shù)僅為1～2倍。樹種間進(jìn)行比較，黃菠蘿5級(jí)根序的細(xì)根平均直徑分別都是胡桃楸、水曲柳對(duì)應(yīng)根序的2～3倍，只是五級(jí)根序的平均直徑僅為其它的1倍以上。

在同一級(jí)根序內(nèi)，細(xì)根直徑變化范圍差異性較大。胡桃楸和黃菠蘿1、2、3級(jí)根在0.0～1.9 mm范圍內(nèi)均有分布，其中胡桃楸在0.1～0.2 mm之間分布較多，占總的60%以上，黃菠蘿在0.0～0.6 mm 間占了80%以上，但不及胡桃楸分布有規(guī)律，出現(xiàn)了兩次波峰，而胡桃楸則只有一次，水曲柳在0.0～0.8 mm之間有分布，其中0.1～0.2 mm之間占了60%以上。隨著根序級(jí)別的升高，細(xì)根直徑逐漸增大，不同根序細(xì)根直徑之間相差倍數(shù)也隨之增大。黃菠蘿前5級(jí)根序細(xì)根直徑普遍高于胡桃楸和水曲柳，是它們的2～3倍。

3.2 細(xì)根的個(gè)數(shù)

對(duì)各級(jí)根序細(xì)根進(jìn)行的個(gè)數(shù)查數(shù)結(jié)果顯示，3個(gè)樹種的一級(jí)根占總個(gè)數(shù)的百分比分別為胡桃楸78.4%、黃菠蘿72.6%、水曲柳79.6%，二級(jí)根占總個(gè)數(shù)的百分比分別為胡桃楸15.2%、黃菠蘿17.3%、水曲柳14.9%，三級(jí)根占總個(gè)數(shù)的百分比分別為胡桃楸4.9%、黃菠蘿7.1%、水曲柳4.7%，四、五級(jí)根個(gè)數(shù)總和也只分別為胡桃楸1.5%、黃菠蘿2.9%、水曲柳0.8%。

3.3 細(xì)根的平均長(zhǎng)度

表2顯示，胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳的一級(jí)細(xì)根平均根長(zhǎng)最小，分別為0.39 cm、1.24 cm和0.44 cm，五級(jí)細(xì)根平均長(zhǎng)度最大，分別為6.64 cm，7.70 cm和9.62 cm。胡桃楸前 4個(gè)根序，黃菠蘿前3個(gè)根序，水曲柳前4個(gè)根序的平均根長(zhǎng)均<5.0 cm。

3個(gè)樹種細(xì)根平均根長(zhǎng)均隨著根序升高而增長(zhǎng)，平均長(zhǎng)度之間相差1～4倍，其中，胡桃楸低級(jí)根序（1、2級(jí)之間）和較高級(jí)根序（2、3、4級(jí)之間）的平均根長(zhǎng)相差均為2～3倍，高級(jí)根序（4、5級(jí)之間）的相差近1.5倍。黃菠蘿各級(jí)根序之間相差為1～2倍，水曲柳低級(jí)根序和較高級(jí)根序之間的相差1～2倍，但高級(jí)根序（4、5級(jí)之間）的相差近4倍。相比之下，水曲柳細(xì)根第五級(jí)根序的平均根長(zhǎng)較其它兩個(gè)樹種的大，是它們的1倍以上。

3.4 細(xì)根的總長(zhǎng)度

表3顯示，胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳3個(gè)樹種前3級(jí)根序總長(zhǎng)度和分別占所有5級(jí)根序總長(zhǎng)度和的87%、90%、95%，4、5級(jí)根序總長(zhǎng)度和分別只占13%、10%、5%。3個(gè)樹種細(xì)根總長(zhǎng)度均隨著根序升高而縮短，各根序總根長(zhǎng)之間相差1～4倍，其中，胡桃楸、黃菠蘿低級(jí)根序（1、2級(jí)之間）和較高級(jí)根序（2、3、4級(jí)之間）的總根長(zhǎng)相差1～2倍，高級(jí)根序（4、5級(jí)之間）的相差近3倍。水曲柳各級(jí)根序之間的總根長(zhǎng)相差倍數(shù)則無規(guī)律可循，但相比之下，水曲柳細(xì)根1級(jí)根序的總根長(zhǎng)是胡桃楸、黃菠蘿兩個(gè)樹種的1倍以上，而2到5級(jí)根序的細(xì)根總長(zhǎng)度則是其它兩個(gè)樹種的的1/3～1/2。

4 結(jié)論

（1）胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳的細(xì)根平均直徑、長(zhǎng)度均隨著根序上升而增加，各級(jí)根系總長(zhǎng)度、總面積和比根長(zhǎng)則隨根序上升而減小。

（2）胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳細(xì)根直徑≤2 mm時(shí)，包含5個(gè)級(jí)別的根序；當(dāng)直徑≤1 mm時(shí)，胡桃楸和水曲柳仍包含5級(jí)根序，黃菠蘿則只包含3級(jí)根序；直徑≤0.5 mm時(shí)，胡桃楸和水曲柳還包含了4級(jí)根序，而黃菠蘿在此范圍內(nèi)則沒有分布。在同一根序內(nèi)，細(xì)根直徑變化范圍較大。種間差異較大，黃菠蘿前四級(jí)根序的細(xì)根平均直徑分別都是胡桃楸、水曲柳對(duì)應(yīng)根序的2～3倍，只是第五級(jí)根序的平均直徑是它們的1倍以上。

（3）胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳各級(jí)根序的細(xì)根平均長(zhǎng)度在3.9 mm以上，從低級(jí)根序（1、2、3級(jí)根）到高級(jí)根序（4、5級(jí)根），3個(gè)樹種細(xì)根總長(zhǎng)度逐漸下降，前3級(jí)根序細(xì)根長(zhǎng)度和分別占胡桃楸、黃菠蘿和水曲柳前5級(jí)根序長(zhǎng)度和的87%，90%和95%，4、5級(jí)根序總長(zhǎng)度和則分別占13%，10%，5%。

參考文獻(xiàn)：

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