全 文 ：文章编号:　1001-4675(2007)06-0805-05
尖叶胡枝子地下生物量累积变化＊
孙启忠 1 , 　赵淑芬 2 , 　张志如 1 , 　徐丽君 1 , 　高　丽1
(1中国农业科学院 草原研究所 ,内蒙古 呼和浩特　010010;2内蒙古林西县 草原工作站 ,内蒙古 林西镇　025250)
摘　要:通过对栽培条件下尖叶胡枝子地下不同直径根系组分和生物量的测定及模拟分析 , 结果表明:尖叶胡枝子
的根系垂直空间分布为典型的表层聚积型 ,根系主要集中在 0 ～ 20 cm, 根系垂直分布特征参数 β的值较小;生长 1
080d(生长 3年)的尖叶胡枝子根系入土深度可达 100 cm, 其中在 0 ～ 40 cm的土层中 , 以粗根为主 , 占总根量的
81.54%, 40cm之下以细根为主;根系密度随着尖叶胡枝子生长期的延长呈明显增大的趋势。
关键词:尖叶胡枝子 (L.hedysaroides);根系;生物量;垂直分布
中图分类号:Q948.12　　文献标识码:A
　　根系不仅是固定和机械支撑植物的器官 ,同时
在水分和养分吸收 、同化物分配等方面也是至关重
要的 ,其形态和分布直接反映植物对立地条件的利
用 〔1〕 ,对植物生长具有决定性作用 〔2 ～ 6〕。自 1727年
Hales首次对根系分布特征进行研究以来 ,有关植物
根系研究已有大量报道 ,目前植物根系研究主要集
中在根系生长 、分布及其生态效应〔6 ～ 11〕等方面 。
胡枝子属 (Lespedeza)植物为中旱多年生草本 、
半灌木 、灌木 ,广泛分布于我国东北 、内蒙古 、华北 、
西北 、西南 、华南等地区。具有抗寒 、耐旱 、耐瘠薄等
特性和良好的防风固沙 、水土保持功能 ,作为改善和
美化环境的优良植物 ,近几年来受到格外重视 。到
目前为止 ,对胡枝子属的研究多见生物学特性 、生态
学 〔12 ～ 18〕等方面的报道 ,对地下生物量方面的研究报
道 尚 属 少 见 , 特 别 是 对 尖 叶 胡 枝 子 (L.
hedysaroides)的研究更少。本文旨在通过研究尖叶
胡枝子根系分布特征 ,探讨其生长规律 ,为更好地开
发利用尖叶胡枝子资源提供依据。
1　材料与方法
1.1　试验地概况
试验地设在距内蒙古林西县城 5 km的冬不冷
良种场 。林西县位于赤峰市北部 ,大兴安岭南麓 ,东
连巴林右旗 ,西与克什克腾旗毗邻 ,南以西拉沐伦河
为界 ,与翁牛特旗 、克什克腾旗隔河相望 ,北与西乌
珠穆沁旗接壤 。平均海拔高度为 900 m,属半干旱
大陆性季风气候 。年平均气温 4 ～ 5 ℃, 7月份平均
气温 20 ～ 22 ℃,极端最高气温为 40.4℃;1月份平
均气温为 -13 ～ -17 ℃,极端最低气温为 -32.2
℃;≥10 ℃积温为 2 600 ℃, 年平均日照时数
2 985.9 h。年平均降水量为 320 ～ 380 mm,降水多
集中在 6 ～ 8月 ,占全年降水的 76.7%,年蒸发量
1 800mm以上 ,是降水量的 4.95倍。无霜期 125 ～
130 d。土壤为栗钙土 。
1.2　供试材料
供试材料为尖叶胡枝子 ,于 2003年 6月 3日和
2004年 5月 26日播种 ,播种量 6.0 kg/hm2 , 行距
40 cm,人工开沟手溜种 ,覆土厚度 1.5 ～ 2.0 cm。
苗期进行 2次杂草防除 ,播种当年秋季浇封冻水 ,生
长第 2年 、第 3年返青后除 2遍杂草 。
1.3　根系取样方法
在试验地选择生长 50, 100, 720 d(生长 2年)
和 1 080d(生长 3年)的典型植株。用土块法 〔19〕挖
取根样 ,土块水平面积为 20 cm×20 cm,土块深度
挖至根系底部 ,重复 3次 。
(1)从地表向下按 0 ～ 10, 10 ～ 20, 20 ～ 30, 30
～ 40 , 40 ～ 50 cm等 ,每 10 cm一层取土样 ,直至无
根系出现 。
(2)将分层根系带回室内后 ,用水经 0.55 mm
网筛冲洗干净 ,晒干后分级。按粗根 φ≥2.0mm,中
根 0.6mm≤φ≤1.9mm,细根 φ≤0.5mm的标准分
为 3级。然后置于 105 ℃烘箱中 ,烘干至恒重 ,再分
别称重。
第 24卷　第 6期
2007年 11月
干 旱 区 研 究
ARID　ZONE　RESEARCH
Vol.24　No.6
Nov.　2007
＊ 收稿日期:2006-12-15;　修订日期:2007-03-23
基金项目:“十一五 ”国家科技支撑项目 “草业高效发展关键技术研究与示范 ”(2006BAD16B03)和 “奶业发展重大关键技术研究与示范
项目 ”(2006BAD04A04)
作者简介:孙启忠(1959-),男 ,内蒙古五原人 ,研究员 ,主要从事牧草生产与草地改良技术研究.E-mail:Sunqz@126.com
DOI :10.13866/j.azr.2007.06.017
1.4　数据处理
1.4.1　根系密度　尖叶胡枝子各土层的根系密度
(kg/m3)〔11〕 ,其某层根系密度:
RD=∑
n
i=1 ∑
k
j=1m
nk ×
1
R2h×1 000
式中:R为所取土块水平面边长(0.2 m);h为土层
厚度(0.1m);m为根重(g);n, k分别为样株总数
及样点总数 。
1.4.2　根系垂直分布特征模型 〔7〕　Gale〔20, 21〕等根
据不同演替阶段和不同树种根系的分布特征 ,提出
了根系垂直分布模型:
Y=1-βD
式中:Y表示从地表到一定深度的根系生物量累积
百分比;D为土层深度 (cm);β为根系消失系数 。
其中 β值越大 ,说明根系在深层土壤中分布的百分
比越大 ,反之则说明有更多的根系集中分布于接近
地表的土层中。β值的大小说明了根系的垂直分布
特征与深度的关系〔7〕。
2　结果与分析
2.1　地下生物量累积与组分特征
从图 1可以看出 ,尖叶胡枝子地下生物量累积
较快 ,生长 50 d和生长 100 d(播种当年生长结束
期)的生物量分别达 1.29 g和 2.24 g,生长 720d后
地下生物量累积增强 ,达 8.87 g,随后累积缓慢 ,到
1 080 d,生物量仅为 10.17 g,比生长 720 d的增加
1.30g。尖叶胡枝子地下生物量组分以粗根为主 ,
生长 50 d粗根占地下生物量的比例较低 , 为
41.86%,生长 100 d粗根达到 52.23%,生长 720 d
和 1 080 d粗根占绝对优势 ,分别占地下生物量的
70.91%和 65.56%。
图 1　生长 50, 100, 720d和 1 080 d的尖叶胡枝子
的不同直径根系组分和地下生物量
Fig.1　Componentsofrootswithdifferentdiametersand
undergroundbiomassofL.hedysaroidesplants
growingfor50, 100, 720 and1 080 days
2.1.1　地下生物量的垂直分布特征　对不同生长
天数尖叶胡枝子根系进行调查 ,结果表明(图 2):生
长 50, 100, 720 d和 1 080 d尖叶胡枝子的根系均主
要集中在 0 ～ 20 cm的土层中 ,根系重量分别达 1.2,
1.89 , 6.97 g和 7.43 g, 分别占总根系重量的
93.02%, 84.38%, 78.58%和 73.06%。当土壤深
度超过 40 cm后 ,根系生物量降低到较低水平 ,说明
尖叶胡枝子根系主要分布在浅层;同时 ,从表 1还可
以看出 ,尖叶胡枝子 0 ～ 10 cm土层根系密度 (RD)
生长 50, 100, 720d和 1 080d的数值分别为 0.083,
0.101, 0.431kg/m3和 0.593 kg/m3 ,根系密度随着
尖叶胡枝子生长期的延长呈明显增大的趋势 。
图 2　生长 50, 100, 720d和 1 080 d的
尖叶胡枝子根系发育状况
Fig.2　RootgrowthstatusofL.hedysaroidesplants
growingfor50, 100, 720 and1 080days
表 1　不同土层生长 50, 100, 720 d和 1 080 d的
尖叶胡枝子的根系密度(RD)
Tab.1　RootdensitiesofL.hedysaroidesplants
growingindifferentsoillayersfor
50, 100, 720 and1 080days
土层 /cm 根系密度 (RD)/(kg· m-3)
50d 100d 720d 1 080d
0～ 10 0.083 0.101 0.431 0.593
10～ 20 0.013 0.049 0.124 0.199
20～ 30 0.004 0.014 0.039 0.098
30～ 40 0.002 0.005 0.037 0.057
40～ 50 0.001 0.005 0.029 0.025
50～ 60 0.001 0.003 0.021 0.015
60～ 70 0.000 0.001 0.014 0.014
70～ 80 0.000 0.000 0.002 0.006
80～ 90 0.000 0.000 0.010 0.003
90～ 100 0.000 0.000 0.000 0.001
2.1.2　不同土层根系发育状况　从图 3(a)可以看
出 ,生长 50 d的尖叶胡枝子在 0 ～ 20 cm的土层中
主要以粗根为主 ,即 φ≥2.0 mm的根较多 ,占总根
系重量的 41.87% ～ 51.92%,但在 20 ～ 30 cm的土
806 　　　　　　　　　　　　　　　　　干　旱　区　研　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　24卷
层中以中根(0.6 mm≤φ≤1.9mm)为主 ,中根占总
体比例的 81.25%,粗根基本消失 ,而土层深度深于
30 cm时 ,尖叶胡枝子是以细根(φ≤0.5 mm)为主 ,
粗中根消失;生长 100d〔图 3(b)〕的尖叶胡枝子在
0 ～ 20 cm的土层中主要以粗根(φ≥2.0 mm)为主 ,
在 20 ～ 30 cm的土层中 ,粗中根所占比例相近 ,分别
为 43.55%和 38.71%,当土层深度达到 30 ～ 50 cm
时 ,尖叶胡枝子以中根 (0.6 mm≤φ≤1.9 mm)为
主 ,粗根消失 , 中根所占比例可达 83.33% ～
88.89%。土壤深度超过 50 cm后 ,尖叶胡枝子以细
根为主 ,粗中根消失;生长 720d〔图 3(c)〕的尖叶胡
枝子 ,在 0 ～ 30 cm的土层中主要以粗根为主 ,占总
比例的 70.19% ～ 91.50%。在 30 ～ 40 cm的土层 ,
粗 、中 、细根所占比例相近 , 分别为 32.65%,
24.49%和 42.86%,土层深度深于 40cm时 ,尖叶胡
枝子以细根为主;生长 1 080 d〔图 3(d)〕的尖叶胡
枝子 ,在 0 ～ 40cm的土层中 ,以粗根为主 ,占总比例
的 58.41% ～ 81.54%,之后以细根为主 ,中根 (0.6
mm≤φ≤1.9 mm)在土层中的分布较少 ,最多情况
下占到总比例的 29.03%。
图 3　生长 50 d(a), 100 d(b), 720 d(c)和 1 080 d(d)的尖叶胡枝子不同径级根系的生长状况
Fig.3　GrowthstatusofrootswithdiferentdiametersofL.hedysaroidesplantsgrowingfor50, 100, 720 and1 080 days
注:不同径级根系重量百分比 =粗根 /中根 /细根重量根系总重 ×100%
2.2　根系垂直分布模型
本文采用数值拟和的方法 ,用公式 Y=1 -βD
对尖叶胡枝子根系的垂直分布进行了研究 ,求得特
征参数 β的解。结果表明:尖叶胡枝子根系的累积
分布曲线与拟和曲线之间具有较好的相关关系 。同
时 ,对不同径级根系的生物量进行模拟 ,也得到相似
的结果 。说明采用这一公式确定的根系垂直分布特
征参数 β ,描述草地植被根系的垂直分布特征是可
行的。
由表 2可以看出 ,生长 50 d的尖叶胡枝子根系
垂直分布特征参数 β的值较小 ,虽然随着生长时间
的延长 β值有所增大 ,但增幅不太明显 ,生长 720 d
和 1 080 d的尖叶胡枝子 β值几乎相等 ,说明尖叶胡
枝子的根系大多集中分布在接近地表的土层中。
表 2　尖叶胡枝子不同生长阶段根系垂直分布模型
Tab.2　VerticaldistributionmodelsofL.hedysaroides
rootsatdifferentgrowingstages
天数 /d 分布模型
50 Y= 1-0.885D
100 Y= 1-0.919D
720 Y= 1-0.938D
1 080 Y= 1-0.937D
8076期　　　　　　　　　　　　　 　　孙启忠等:尖叶胡枝子地下生物量累积变化　　　　　　　　　 　　
3　讨　论
根系是植物与土壤环境之间进行物质和能量交
换的主要纽带 ,根系的分布和组分特点对改善植物
与土壤环境之间的信息交流具有重要的意义 ,因此
植物根系研究〔18 ～ 21〕长期以来是生态学研究的主要
内容之一。 Gale〔20〕等利用 Y=1-βD成功地对白云
杉林地根系与分布状况进行了研究与评价 ,我国学
者李鹏 〔7〕等也对黄土高原退耕草地植被根系分布
特征进行了研究 ,结果表明 ,一年生植物根系垂直分
布特征参数的 β值较大 ,证明植物根系在深层土壤
中的分布比例较大 ,而在多年生植物根系垂直分布
特征参数的 β数值较小 ,则证明植物根系大多集中
在土壤表层 ,深层土壤中分配比例较小。本研究表
明尖叶胡枝子的根系主要集中在 0 ～ 20 cm处 ,并且
根系垂直分布特征参数 β的值较小 ,说明尖叶胡枝
子根系主要集中在土壤表层 ,可以强化根的抗冲性
等土壤侵蚀特性 ,较好地发挥了保持水土的生态作
用 。
根系是植物与土壤环境之间进行物质和能量交
换的主要桥梁 ,研究证实 ,植物根系通过细根的周转
还原有机质于土壤中 ,可以为土壤提供丰富的有机
物质 ,同时 ,对植物吸收土壤环境中的水分 、养分等
具有重要意义 〔3, 18 ～ 24〕。本研究结果表明 ,尖叶胡枝
子在深于 40 cm的土层中 ,以细根为主 ,说明该区域
是尖叶胡枝子根系生长与生理活动的旺盛区。
4　结　论
尖叶胡枝子地下生物量累积较快 ,地下生物量
组分以粗根为主 ,生长 50, 100, 720 d和 1 080 d尖
叶胡枝子的根系主要集中在 0 ～ 20 cm的土层中 ,当
土壤深度超过 40 cm后 ,根系生物量降低到较低水
平 ,且根系垂直分布特征参数 β的值较小 ,说明尖叶
胡枝子根系主要分布在浅层;根系密度随着尖叶胡
枝子生长期的延长呈明显增大的趋势 。
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StudyontheChangeofUndergroundBiomassAccumulation
ofLespedezhedysaroides
SUNQi-zhong1 , 　 ZHAOShu-fen2 , 　 ZHANGZhi-ru1 , 　 XULi-jun1 , 　 GAOLi1
(1.InstituteofGrasslandResearch, ChineseAcademyofAgriculturalScience, Huhhot010010, CHina;
2.LinxiCountyStationofGrasslandWork, Linxi025250, InnerMongolia, China)
Abstract:　Inthisstudy, thecomponentsofrootswithdiferentdiametersandtheundergroundbiomassofLespedez
hedysaroideplantsgrowingfordiferentdaysaremeasuredandanalyzed.Thestudyarea(900ma.s.l.)islocated
inLinxiCounty, InnerMongolia, whereitbelongstothearidcontinentalmonsoonclimate, theannualairtempera-
tureandthemonthlytemperatureinJulyandJanuaryvaryinrangesof4 ～ 5℃, 20 ～ 22 ℃ and-13 ～ -17 ℃,
theextremelymaximumandminimumtemperaturesare40.4℃ and-32.2℃, respectively, andtheaccumulated
temperature≥10 ℃ is2 600 ℃;theannualprecipitationvariesinarangeof320 ～ 380 mmandoccursmainly
duringtheperiodfromJunetoAugust, andtheannualevaporationisover1 800 mm;thefrost-freeperiodvariesin
arangeof125 ～ 130days;thesoilischestnutsoil.Theresultsrevealthattheverticaldistributionofrootecological
nicheofL.hedysaroidesischaracterizedbyrootaccumulationinsurfacesoillayer.Therootsdistributemainlyin
soillayerof0 ～ 20cmindepth, andthecharacteristicparameterofrootverticaldistribution(β)islow.Theroots
ofL.hedysaroidesplantsgrowingfor1 080 days(threeyears)cangrowdeepintosoillayerof100 cmindepth.
Thickrootsdistributemainlyinsoillayerof0 ～ 40cmindepth, theirproportionisashighas81.25% ofthetotal,
andthethinrootsdistributemanlyinsoillayerdeeperthan40cm.Rootdensityincreasessignificantlywithprolon-
gingthegrowingtimeofL.hedysaroidesplants.
Keywords:　Lespedezahedysaroides;rootdiameter;biomass;rootverticaldistribution.
8096期　　　　　　　　　　　　　 　　孙启忠等:尖叶胡枝子地下生物量累积变化