干旱山區(qū)油松幼林根系分布特征研究

郝凱婕

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

油松是我國特有的鄉(xiāng)土樹種，也是華北地區(qū)的主要造林樹種。20世紀(jì)70年代開始，我國黃土高原地區(qū)廣泛開展了以油松為代表的人工林培育，但是生態(tài)效果很不理想，成活率低、成材質(zhì)量差。尤其是在干旱山地惡劣的立地條件下幼苗成活率很低。

根系是植物從外界吸收養(yǎng)分和水分的主要渠道，是合成和貯藏營養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，對林分生態(tài)系統(tǒng)各組分養(yǎng)分和水分的競爭起著重要作用。根系的生長發(fā)育，尤其是細(xì)根的形態(tài)分布和活力直接影響植物生物產(chǎn)量和抗旱性，對植被生長和防治當(dāng)?shù)厮亮魇Ь哂袥Q定性作用。全面了解根系的分布規(guī)律，是制訂相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)措施和開展科學(xué)研究的基礎(chǔ)。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者采用剖面挖掘和分層取樣法，定量研究幼齡油松根系空間分布特征，以期為進(jìn)一步研究油松幼林生態(tài)系統(tǒng)和干旱區(qū)油松苗木管護(hù)提供理論依據(jù)。

1 試驗地概況

本試驗地位于太原市陽曲縣泥屯鎮(zhèn)岔上村，海拔1 250 m，地貌為剝蝕構(gòu)造型和侵蝕堆積型。年均降水量450 mm，集中在7月，8月，9月，占全年降水量60%以上。年均溫9.5 ℃，無霜期150 d左右。油松為當(dāng)?shù)刂饕獦浞N，土壤為褐土，屬于干旱山區(qū)造林困難立地。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

于2015年在泥屯鎮(zhèn)岔上村，選擇生長良好、無病蟲害、同一林齡、生長勻稱、樹高和冠幅一致的油松幼齡林為試驗地，油松幼樹株行距為3 m×4 m，南北行向栽植。

2.2 試驗設(shè)計

在2年生、3年生、4年生、5年生、6年生油松幼林典型地段各選10株樣樹做為研究對象，每木調(diào)查后，從各個林齡的幼樹中選1株做為標(biāo)準(zhǔn)株。標(biāo)準(zhǔn)株基本情況見表1.

表1 標(biāo)準(zhǔn)株基本情況

采用全挖法，水平方向以樹干為中心，1 m為半徑(2年生～6年生油松根系水平分布都不足1 m)，垂直方向直到根系下邊界，將標(biāo)準(zhǔn)株根系完整挖出，測量根系水平分布距離、垂直深度以及主根長度。之后帶回實驗室，浸泡、沖洗，清除根系表面附土，用吸水紙吸去根系表面水分。按垂直方向每10 cm為1層將根系分解，并按直徑分為粗根和細(xì)根(小于2 mm為細(xì)根)，用游標(biāo)卡尺測量粗根平均直徑，用電子天平稱量每層根系鮮重，把根系樣品放在80 ℃的烘箱中烘干至恒重,求出干鮮重比率，計算其干生物量。

干生物量=鮮生物量×樣品干重÷樣品鮮重。

3 結(jié)果與分析

不同樹齡樹木根系分布和形態(tài)差異主要體現(xiàn)在生物量和垂直分布特征上。

3.1 油松根系分布范圍

油松根系的分布，不僅與其立地條件的土壤質(zhì)地、水養(yǎng)量和分布有關(guān)，與其樹齡也有很大的關(guān)系。表2為不同樹齡油松根系的分布情況。

表2 不同樹齡根系分布范圍

從表2可以看出，垂直方向10 cm～40 cm的區(qū)域是2年生～6年生油松根系的主要分布區(qū)，水平距離0 cm～20 cm以內(nèi)的區(qū)域是根系的主要分布區(qū)。隨著樹齡增長，主根長度顯著增大，2年生油松主根長度為53 cm，6年生油松主根長度已達(dá)到124 cm.其根系垂直分布深度變化也顯著，2年生油松根的垂直分布范圍為42 cm，6年生達(dá)到78 cm.不同林齡油松根的水平分布范圍變化不明顯，2年生油松根的最大水平分布范圍為50 cm，6年生油松根最大水平分布范圍為63 cm，水平分布只相差13 cm.原因可能是表土層水養(yǎng)量較少，幼樹向下扎根以獲得生長所需的水分和養(yǎng)分。

3.2 油松粗根的分布情況

根的粗細(xì)反映了根系的健康程度，粗壯的根系有利于植株從土壤中吸收養(yǎng)分和水分。筆者測量了不同林齡的油松在各個土層根的平均直徑，見表3.

表3 各個土層的油松粗根直徑

從表3可看出，在水平方向上，粗根主要分布于0 cm～20 cm的范圍內(nèi)。隨著樹齡增長，根的直徑逐漸變粗。2年生和3年生油松粗根平均直徑只有6.61 mm和7.35 mm，4年生油松粗根的平均直徑達(dá)到20.73 mm；而且在土層20 cm～30 cm范圍內(nèi)，4年生油松其粗根平均直徑已達(dá)到28.53 mm，5年生油松粗根平均直徑是22.5 mm，6年生油松的粗根平均直徑是34.5mm.在垂直方向上，粗根平均直徑隨深度的增加而減小，在10 cm～20 cm范圍內(nèi)，由于根的分叉較多，所以直徑可能比0 cm～10 cm粗。

3.3 根生物量的分布范圍

根系生物量是反映植株地下部分生長情況的重要指標(biāo)，可直接表明根系生長發(fā)育情況。筆者以根干重作為根生物量,根生物量的分布情況見表4.

表4 不同樹齡油松粗根和細(xì)根重垂直分布

隨著樹齡增長，油松根生物量顯著增多。由表4可知，在垂直方向上，根生物量隨著土層深度的增加先增大后減小，呈現(xiàn)倒V的變化趨勢。在地下0 cm～10 cm的土層內(nèi)幾乎沒有細(xì)根；在30 cm以下的土層內(nèi)，只有細(xì)根和近似細(xì)根的根。2年生、3年生油松根生物量主要集中在0 cm～20 cm的土層內(nèi)，4年生、5年生、6年生油松根生物量主要分布于0 cm～30 cm土層內(nèi)。

4 結(jié)論與討論

植物根系(尤其是細(xì)根)的分布特征反映著植物對水分和養(yǎng)分的利用范圍。根系構(gòu)型特征是植物重要的性狀之一，在特定立地條件下適宜的根系構(gòu)型能使植物度過水分、養(yǎng)分虧缺，進(jìn)而抵御各種自然災(zāi)害。關(guān)于林齡對根系的影響，不同研究者在不同地區(qū)對不同林分的研究有不同的結(jié)果。本試驗結(jié)果表明，不同樹齡油松根的水平分布范圍變化不明顯，根的水平主要分布區(qū)均在距苗木20 cm以內(nèi)。隨樹齡增長，油松根逐漸變粗；在垂直方向，根平均直徑隨深度增加而減小。隨著樹齡增大，油松根系生物量顯著增大，根生物量隨土層深度的增加先增大后減小，呈現(xiàn)倒V的變化趨勢。在0 cm～10 cm的土層內(nèi)，幾乎沒有細(xì)根。在30 cm以下的土層內(nèi)沒有粗根，只有細(xì)根和近似細(xì)根的根。說明油松是相對深根性的樹種，這種根系分布有助于幼齡時在干旱立地條件下生存，能夠利用較深層次的土壤水分，保持水分平衡。研究表明，較深根系的植物往往可以在較高栽植密度下通過利用深層水分和養(yǎng)分來保持較高的生產(chǎn)力。

不同的立地條件，根系分布會有不同。本試驗地為干旱石質(zhì)山地，其它立地條件下的油松根系分布情況仍待調(diào)查。對于根系垂直分布是否有極限深度，以及水平分布范圍的變化規(guī)律，需要進(jìn)一步研究更多林齡的根系來確定。