全 文 ：第 22卷　第 6期 干　旱　区　资　源　与　环　境 Vol.22　No.6
2008年 6月 JournalofAridLandResourcesandEnvironment June.2008
文章编号:1003-7578(2008)06-181-05
毛乌素沙地天然臭柏 、油蒿群落细根分解及影响因子分析＊
秦 艳 1 , 王林和 1 , 张国盛 1 , 胡永宁 1 , 耿 威1 , 张 丽 2
(1.内蒙古农业大学生态环境学院呼和浩特 010019;2.毛乌素沙地开发整治研究中心 鄂尔多斯 017300)
　　提　要:采用埋袋法对毛乌素沙地天然臭柏 、油蒿群落的分解速率在 2005年 4 ～ 10月 ,
2006年 4 ～ 10月间进行了为期 2年的动态研究 ,并同步测定样地的温度 、相对湿度 、露点温
度 、绝对湿度 、土壤含水率等影响因子。建立了细根重量保持率与时间的数学关系式 ,揭示了
群落内部气象因子的动态变化 。结果表明:臭柏和油蒿细根分解系数相差较大(P﹤ 0.05),
细根分解系数在臭柏群落与臭柏灌丛间差异不显著 ,臭柏分解系数为油蒿分解系数的 44.
44%。在对细根分解与其影响因子的相关分析基础上 ,探讨沙区生态系统中气象因子 、土壤水
分对细根分解速率的影响 ,这部分工作的开展对于揭示沙区生态系统的物质循环和能量流动
具有重要理论意义。
关键词:臭柏;油蒿;细根分解;气象因子;相关分析
中图分类号:Q948　　　　　　文献标识:A
　　林木细根具有巨大的吸收表面积 ,是林木吸收水分和养分的主要器官 ,同时因其生长和周转迅速 ,对
森林生态系统物质循环和能量流动起着十分重要的作用 [ 1 -6] 。目前 , 随着地下根系生理生态过程研究的
逐步深入 ,作为细根周转和养分循环的重要环节 ,细根分解对森林生态系统结构 、功能和过程的重要性已
经得到广泛认同 。国外在此领域已经开展了大量的研究 [ 7] ,而国内有关林木细根生长 、寿命 、生物量 、生产
量 、周转 、分布以及季节变化等方面的研究报道较多 [ 8-11] ,而系统研究细根分解过程的报道较少 ,涉及影响
细根周转和寿命的因素研究更少。细根分解过程及其对生态系统生物地球化学循环的影响研究尚处于起
步阶段 。
研究细根分解过程能够深入了解生态系统的养分循环 、土壤有机质的动态和 C贮存 [ 12] 。此外 ,细根
分解在释放养分 、形成结构复杂腐殖质的同时 ,释放大量的 CO2。凋落物的分解所产生的 CO2占土壤释放
到大气的一半以上[ 13] ,与细根分解有关的 CO2动态是全球 C循环的重要组成部分。研究控制细根分解过
程的因子 ,对于提高全球 C动态模型的精度 、预测未来气候变化及对生物地球化学循环的影响都具有重要
意义[ 6] 。
我国西部地区由于自然原因以及过度的利用土地 ,沙化面积在逐年递增 ,水土流失十分严重。许多地
区甚至出现了沙进人退的现象 ,治沙止漠刻不容缓 。防止水土流失 、荒漠化防治最关键的因素就是植被建
植 。臭柏(Sabinavulgaris)是毛乌素沙地唯一的天然常绿针叶匍匐灌木 ,油蒿(Artemisiaordosica)为菊科蒿
属半灌木 ,这两种植物是毛乌素沙地分布最广泛的沙生植物群落的优势种 ,普遍见于半固定与固定的沙丘
沙地 ,被认为是沙地天然植物群落 ,是当地主要的天然放牧场 ,并具有较好的固沙功能 。它们对该区沙丘
的固定和沙漠化防治起着举足轻重的作用 。较好的固沙功能与根系的作用是分不开的 ,本文对毛乌素沙
地臭柏 、油蒿群落细根分解动态特征及其影响因素进行了初步探讨 。这部分工作的开展对于揭示沙区生
＊ 收稿日期:2007-11 -28。
基金项目:国家自然科学基金项目:毛乌素沙地生态系统中臭柏细根生产与周转(30471423);国家重大基础研究前期研究专项
(2004CCA03000)资助。
作者简介:秦艳(1980 -),女(汉族),内蒙古兴安盟人 ,博士研究生 ,主要从事沙区植物保护与利用的研究工作。 E-mail:qinyan 80
@163.com
责任作者:王林和,教授 ,博士生导师。 E-mail:wlinhe@hotmail.com
DOI :10.13448/j.cnki .jal re.2008.06.023
态系统的物质循环和能量流动具有重要理论意义。
1　实验地概况与研究方法
1.1　自然概况
调查地位于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗图克苏木境内的毛乌素沙地开发整治中心北试验区 ,地理位置
为 N38°57′～ 39°1′, E109°2′～ 109°17′,海拔 1200 ～ 1350m。本地区总面积 87.14km2 ,其中流动沙地占
65%,固定 、半固定沙地占 10%,滩地占 25%[ 14] 。该区属温带大陆型气候区 ,年平均降水量 360mm,降水
主要集中于 7、8、9三个月 ,约占年降水量的 60% ～ 70%,年平均蒸发量为 2300mm,是年均降水量的 6倍
多 。风大沙多 ,年均风速 3.3m/s,大风多发生在 4 ～ 5月间 ,春秋季以西北风为主 ,夏季盛行东南风 。该区
的地带性土壤为栗钙土 ,但沙地为风沙土 ,土壤剖面发育不明显 。天然植被以油蒿(Artemisiaordosica)、柠
条(Caraganaintermedia)、牛心朴子(Cynanchumkomarovi)、沙芦草(Agropyronmongolicum)、臭柏(Sabina
vulgaris)、乌柳(Salixcheilophila)等为主 ,人工植被主要有樟子松(Pinussylvistrisvar.mon-golica)、沙柳
(Salixpsammophila)、杨柴(Hedysarumfruticosumvar.mongolicum)、花棒(Hedysarumscoparium)、柠条等[ 1] 。
研究对象为天然分布的油蒿群落 、臭柏群落和臭柏灌丛 ,依据臭柏 、油蒿群落的自然分布特征 、生长状
况 、立地条件等综合因素 ,选择趋于中等水平的群落为细根调查的固定样地。在实验区选定臭柏样地 5
块 ,其中 3块臭柏群落 ,面积分别为 2756m2、750m2 、1231m2 ;2块臭柏独立灌丛 ,面积分别为 269m2 、158m2;
油蒿样地 2块 ,面积为 2668m2 、3929m2 。 (GPS72定位)。
1.2　研究方法
1.2.1　埋袋试验
本实验采用埋袋法研究根系分解 ,于 2005年 4月 ,在毛乌素沙地挖取直径≤2mm的细根 ,洗净 ,去除
颜色发暗 、无弹性的死亡根系 ,晾至自然含水量 ,剪成 5cm长的根段 ,称取细根 5.0g,分别装入 20 ×20cm
网眼为 0.5mm的尼龙网带中 ,共 540袋 ,把装好的根样按照样地不同坡位(坡顶 、阴坡 、阳坡)埋入样地内 ,
深度为 20cm,表层覆盖林地凋落物。在 2005年 4 ～ 10月间每隔 2个月取样一次 , 2006年 4 ～ 10月间每隔
1个月取样一次 ,取样时间为每月的 15日。臭柏群落 ,按照阴坡 、阳坡 、坡顶三个方位取样 ,每个方位每次
取 3袋;臭柏灌丛 ,每次每个样地取 3袋;油蒿群落 ,按照阴坡 、阳坡二个方位取样 ,每个方位每次取 3袋。
整个北实验地每次共取根样 45袋。拆开网袋 ,去除新长入的根 ,采用土壤筛(40目)冲洗根系 ,剩余的根
系于 75℃烘箱中烘 24h后测定干重 ,粉碎后用于化学成分的分析 。
1.2.2　群落温度 、湿度 、土壤含水率测定
2005年 4 ～ 11月 , 2006年 4 ～ 11月间 ,在每块样地中心安置 HN-CH型温湿度自记仪记录大气的温
湿度 ,探头位置离地 20cm。采用 HH2Read土壤水分测定仪在每块样地按环形 ,同心圆的方式测定 20cm
土层土壤含水率 ,每组数据取 54次重复。
1.2.3　数据处理
采用细根的重量保持率表示根系的分解 ,即残余重量占初始重量的比例。采用非线性指数方程 Xt/
X0 =e-kt进行回归分析 , X0 、Xt分别为根系初始干重(g)和分解时间 t时的残留干重(g),求得根系的分解
系数 k。各层土壤含水率数据取 54个值的平均值 ,取样面积换算为 1m2的标准。臭柏 、油蒿细根分解动态
与气象因子 、土壤含水率采用 Spss13.0做 Pearson相关分析。
2　结果与分析
2.1　臭柏和油蒿细根的分解速率
在臭柏和油蒿细根分解过程中 ,细根的重量保持率总体上随时间而下降(图 1),但也有因实验误差和
空间异质性等原因出现的负分解现象 。分解 180d后 ,臭柏群落细根分解在 17%左右 ,臭柏灌丛细根分解
在 12%左右 ,油蒿分解接近 41%左右;分解 540d后臭柏群落细根分解在 20%左右 ,臭柏灌丛细根分解在
21%左右 ,油蒿分解在 47%左右。
表 1为细根分解过程中干物质重量保持率(X/X0 )随时间(t, d)动态模拟指数方程 ,臭柏 、油蒿细根分
解系数分别为 0.0004、0.0009,臭柏和油蒿细根分解系数相差较大(P﹤ 0.05),细根分解系数在臭柏群落
与臭柏 灌丛间 差异不显著。臭柏 分解 系数 k为油蒿分 解系数 k的 44.44%。臭柏 、油蒿细根分解的半
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图 1　臭柏和油蒿细根重量保持率变化
Fig.1 ChangeinrootmassremainingrateofSabinavulgarisandArtemisiaordosicafinerootswithdiferentdiametersduringrootdecomposition
Ⅰ :臭柏群落 Sabinavulgariscommunity, Ⅱ臭柏灌丛 Sabinavulgariscluster, Ⅲ:油蒿群落 Artemisiaordosicacommunity
分解时间分别为 1639d、544d;分解 95%时间分别为 7396d、3102d。比较两种树种可见 ,油蒿细根分解比臭
柏快 ,这是因为臭柏细根含有大量的松脂 、单宁等不易被微生物分解的物质 。与其他地区的研究结果相
比 ,一般阔叶树种根的分解较针叶树种为快 ,温带落叶阔叶林根的分解较亚热带常绿落叶阔叶林为慢。不
同树种 、不同气候区林木细根的分解速率差异较大 。
表 1　细根分解过程中干物质重量保持率(X/X0)随时间(t, d)动态模拟指数方程
Tab.1 Exponentialequationsofthemassremainingrate(X/X0)withtime(t, d)
植　物 直径(mm)
分解系数
(k)
相关系数
R2
分解 50%时间
50% (d)
分解 95%时间
95% (d)
臭柏 Sabinavulgaris ≤ 2 0.0004 0.7025 1639 7396
油蒿 Artemisiaordosica ≤ 2 0.0009 0.7068 544 3102
2.2　细根分解动态的影响因子
2.2.1　土壤含水率
从图 2可以看出 , 20cm土层内土壤水分呈现出双峰型动态变化 , 2005年峰值出现在 6月和 8月 , 2006
年峰值出现在 5月和 8月。从三种样地 20cm土层含水率的比较结果可以看出:臭柏群落最高 ,其次为臭
柏灌丛 ,油蒿群落最低 。
图 2　20㎝土层含水率季节动态
Fig.2Seasonaldynamicsofsoilwatercontentsat20cmdepth
Ⅰ :臭柏群落 Sabinavulgariscommunity;Ⅱ:臭柏灌丛 Sabinavulgariscluster;Ⅲ:油蒿群落 Artemisiaordosicacommunity
2.2.2　气象因子
通过对臭柏群落 、臭柏灌丛 、油蒿群落内的温度 、相对湿度 、露点温度 、绝对湿度等气象因子连续两年
的动态观测 ,可以发现(图 3),各样地温度都呈现单峰型动态变化 ,一年中平均最高气温出现在 7 ～ 8月
份 ,相对湿度呈双峰型动态变化 ,峰值出现在 5月和 8月 。在月平均温度最高的 7 ～ 8月份 ,臭柏样地内温
度低于油蒿样地 ,相对湿度高于油蒿样地 ,这是因为臭柏的地上部分郁闭度大 ,可达到 70%,有些群落甚
至可达到 90%以上 ,在贫瘠的沙区环境中有效的调节了局部小气候。
　　在 2005年 4 ～ 10月 、2006年 4 ～ 10月 ,各样地都呈现出:露点温度在 05年 4月初最低 ,其中油蒿群落
出现最低值 -14.23℃。露点温度动态变化呈现单峰曲线 ,最高点在 8月 。绝对湿度为单峰型动态变化 ,
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05年绝对湿度最高的月份为 8月 , 06年绝对湿度最高值从 7月一直延续到 8月底。
图 3　气象因子的季节动态
Fig.3Seasonaldynamicsofmicro-climatefactors
Ⅰ :臭柏群落 Sabinavulgariscommunity, Ⅱ臭柏灌丛 SabinavulgarisclusterⅢ:油蒿群落 Artemisiaordosicacommunity
2.3　细根分解动态与气象因子 、土壤含水率的相关性分析
由于影响细根分解的因子十分复杂 ,其中直接影响分解速率的是细根的本身特性 ,包括根系中 C的存
在形式 ,糖和氨基酸等不稳定的小分子容易分解 ,而纤维素 、半纤维素 、木质素和单宁大分子较难分解。在
分解初期一些易分解的物质快速分解 ,因此分解比较快 ,而到了后期残留的是较难分解的物质 ,分解速度
变慢 ,细根分解前期和后期差异很大 。根据臭柏 、油蒿两年分解的实际情况 ,在做分解与其它影响因子相
关分析时 ,排除细根自身特性对分解的影响 ,选取细根分解的前期阶段 2005年 4月至 2005年 10月 ,对不
同样地间细根分解的动态变化 、土壤含水率 、气象因子的动态变化作 Pearson相关性分析(表 2)。结果发
现:在细根分解前期 ,臭柏和油蒿的细根分解量与样地温度之间存在着显著的正相关(P﹤ 0.05),相关系
数分别为 0.884和 0.958;油蒿细根分解量与样地的相对湿度 、露点温度 、绝对湿度间达到极显著的负相关
(P﹤ 0.01),相关系数分别为 -0.996、 -0.997、 -0.996;臭柏细根分解量与相对湿度存在着弱的负相关 ,
与露点温度 、绝对湿度间不相关;油蒿细根分解量与 20cm土层含水率体现出弱的负相关 ,臭柏细根分解量
与 20cm土层含水率间不相关 。
表 2　细根分解动态与土壤含水率 、气象因子的相关分析
Tab.2 Correlationanalysisamongfinerootdecompositiondynamics, soilmoisturesandmicro-climatefactors
细根分解量 温度 相对湿度 露点温度 绝对湿度 土壤含水率
臭柏 1.000
细根分解量 油蒿 1.000
臭柏 0.884(＊) 1.000
温度 油蒿 0.958(＊) 1.000
臭柏 -0.628 -0.760 1.000
相对湿度 油蒿 -0.996(＊＊) -0.937 1.000
臭柏 -0.329 -0.659 0.794 1.000
露点温度 油蒿 -0.997(＊＊) -0.948 0.999(＊＊) 1.000
臭柏 -0.029 -0.367 0.771 0.877 1.000
绝对湿度 油蒿 -0.996(＊＊) -0.940 1.000(＊＊) 1.000(＊＊) 1.000
臭柏 0.275 0.360 0.214 -0.183 0.274 1.000
土壤含水率 油蒿 -0.742 -0.528 0.765 0.736 0.753 1.000
　　　　　　＊ Correlationissignificantatthe0.05 level(2 -tailed);＊＊ Corelationissignificantatthe0.01 level(2-tailed)
3　结论
　　细根分解是陆地生态系统 C和养分循环的重要环节。其分解过程受复杂的细根化学成分及外部土壤
因子的综合控制 ,通过本项研究发现臭 柏和油 蒿细根 分解 系数相差较大(P﹤ 0.05),细根分解系数在
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臭柏群落与臭柏灌丛间差异不显著。臭柏分解系数为油蒿分解系数的 44.44%。
沙生植物的水分利用的机制主要体现在如下两个方面:地上部分的生理生态过程和生物量;地下部分
根系分布及其土壤水环境容量 [ 15] 。对于毛乌素沙地地下部分根系的水分利用特征研究表明:臭柏群落细
根生物量动态与 0 ～ 15cm土壤含水率和空气相对湿度相关性显著 [ 16] 。臭柏 、油蒿两种植物细根分解与
土壤含水率间不存在显著的相关性。
在细根分解的前期阶段 ,臭柏 、油蒿细根分解与样地温度达到显著的正相关(P﹤ 0.05),油蒿细根分
解与样地的相对湿度 、露点温度 、绝对湿度间达到极显著的负相关(P﹤ 0.01)。在毛乌素沙地生态系统中
温度对臭柏 、油蒿的细根分解起着促进的作用 ,样地相对湿度 、露点温度 、绝对湿度越高时 ,油蒿细根分解
越慢。样地的相对湿度 、露点温度 、绝对湿度对臭柏细根分解速率影响不明显。
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TheAnalysisontheFineRootsDecompositionandInfluenceFactorsofSabinavulgarisandArtemisiaordosicaCommunitiesinMUUSSandland
QINYan1 , WANGLin-he1 , ZHANGGuo-sheng1 ,HUYong-ning1 , GENGWei1 , ZHANGLi2
(1 ColegeofEcologyEnvironment, InnerMongoliaAgriculturalUniversity, Huhhot010019;
2 ResearchCenterofDevelopmentandManagementinMuUsSandland, Ordos017300, China)
Abstract　　ThedynamicstudyonthefinerootsdecompositionratesofSabinavulgarisandArtemisiaordosicacommuni-tieswasmadebythemeansofatwo-yearburiedbagexperimentinMUUSSandland.Atthesametime, themicro-climatefactorsandsoilmoisturesweremeasured.Themathematicalmodelsoffinerootsmassremainingratewithdecompositiondurationweresetup, andthechangesofclimatefactorswereanalyzed.Theresultsshowedasfolows:thesignificantdiferenceofanannualdecompositioncoeficientbetweenS.vulgarisandA.or-dosicawasfound(p<0.05), whiletheannualdecompositioncoeficientofS.vulgarisbetweencommunitiesandclusterswasnotdetectedsignificantly.TheannualdecompositioncoeficientofS.vulgarisaccountedfor30.
74% ofA.ordosica.Moreover, onthebasisofcorelationanalysistofinerootsdecompositionandinfluencefac-tors, themicro-climatefactorsandsoilmoisturesofsandlandecosystemsefectedondecompositionspeedoffinerootswasdiscussed, itisusefultofurtherunderstandsubstancerecycleandenergyreturnofsandlandecosystems.Keywords:Sabinavulgaris;Artemisiaordosica;decompositionoffineroots;micro-climatefactors;cor-relationanalysis
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