全 文 ：第 26 卷 第 8 期 干 旱 区 资 源 与 环 境 Vol． 26 No． 8
2012 年 8 月 Journal of Arid Land Resources and Environment Aug． 2012
文章编号:1003 － 7578(2012)08 － 167 － 05
科尔沁差巴嘎蒿根系分布规律与土壤水分关系的研究
*
李凯锋1，罗于洋1，张海龙2，折红燕1
(1．内蒙古农业大学生态环境学院，呼和浩特 010019;2．内蒙古自治区地质调查院，呼和浩特 010018)
提 要:以生长在科尔沁大青沟两侧台面上的差巴嘎蒿为研究对象，采用整株挖掘的方法，研究差巴嘎蒿
根系分布的规律。结果表明:差巴嘎蒿根系垂直分布深度为 0 ～ 90 ㎝，其中 0 ～ 30 ㎝的土层中根系分布最多，
占根系总长度的 85． 74%，水平方向上表现为近密远疏的趋势;整体上根系呈主根型分布，形态上呈伞型分
布。差巴嘎蒿根系分布与土壤水分密切相关。随着深度的增加，土壤含水量逐渐增大，但根系长度、生物量及
密度均逐渐降低，两者呈负相关关系，其中根长平均变化率 － 12． 61%、根生物量平均变化率 － 29． 07%，均大于
土壤含水量平均变化率 7． 92%，但比根长却与土壤含水量呈正相关关系，且比根长平均变化率 7． 58%与土壤
含水量平均变化率 7． 92%相差不大。
关键词:差巴嘎蒿;根系分布;土壤水分;整株挖掘;大青沟
中图分类号:Q945． 17 文献标识码:A
根系是植物直接与土壤接触的主要器官，植物利用根系获取土壤中的物质和能量。根系的分布除了
受植物遗传特性的影响外，很大程度上还受其生长环境的制约。在干旱荒漠区，发达的根系是沙生植物吸
收水分、适应缺水环境的重要方式。植被恢复与重建是防治土地沙漠化的主要措施，直接影响到沙区退化
生态系统的恢复和重建［1］。
文中以分布在大青沟两侧台面的差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)群落为主要研究对象，研究差巴嘎
蒿根系与土壤水分的关系，并探讨垂直和水平方向上的分布规律，揭示差巴嘎蒿长期适应当地环境的机
理，以及为大青沟的生态系统乃至整个科尔沁脆弱生态环境的恢复与重建提供有力的科学依据和实验基
础。
1 研究区自然概况
大青沟位于内蒙古通辽市科左后旗境内，其地理位置为 122°13 ～ 122°15E，42°45 ～ 2°48N，总面积
为 8183hm2，保护区内大小青沟纵贯南北，呈Y字型分布，长达 24km，深约 100m，宽 200 ～ 300m。现已被
划为国家级自然保护区。大青沟周围地区属东北温带半湿润气候区向内蒙古温带半干旱气候区的过渡地
带。冬春季干旱、多大风，降雨多集中在夏季，年平均降水量 350 ～ 500mm，主要集中在 6 ～ 8 月，共三个月，
约占全年降水量总量的 70%以上，蒸发量约为 1500 ～ 2500mm。沟内年平均相对湿度比沟外大 20% ～
25%，降水年变化率较大。
大青沟保护区是科尔沁沙地中仅存的一块原始森林植物群落，主要包括三大群落，分别是大果榆群
落、蒙古栎群落、水曲柳群落，依次分布于大青沟两侧台面、沟内坡及沟底。
2 研究方法
2． 1 样地设置方法
试验地位于坡度相对平缓的大青沟台面差巴嘎蒿群落，沙丘坡度小于 5°。共设置 3 个 10m × 10m 样
* 收稿日期:2011 － 6 － 10;修改日期:2011 － 9 － 29。
基金项目:国家自然科学基金(编号:30860034)资助。
作者简介:李凯锋(1986 －) ，男，赤峰市人，硕士研究生，专业方向:荒漠化防治。
通讯作者:罗于洋(1968 －) ，女，陕西榆林市人，副教授，博士，现从事环境保护教学与科研工作。Email:luo680715@ 163． com
DOI:10.13448/j.cnki.jalre.2012.08.030
方，在每个样方中沿对角线挖取 3 个土壤剖面。
2． 2 根系取样及测定方法
在差巴嘎蒿的生长季，随机选取 6 株健康植株，采用整株挖掘的方法进行取样，取样后立即用净水将
根系的泥土洗净，然后将其置于坐标纸上，以根系顶端为起点每隔 5cm 进行截断，20cm 后每隔 10cm 进行
剪断，分别用纸质信封封装，带回实验室后，将已剪断封装好的根系样本分层，用游标卡尺测量其总长度，
记录数据。
2． 3 土壤取样及含水量测定方法
在样地内挖 3 个 0 ～ 90cm深的土壤剖面，以地表为起点，0 ～ 20cm，向下每隔 5cm 取样，20 ～ 90cm，向
下每隔 10cm取样，每层 3 个重复，装入密封袋中，带回实验室后，采用土样烘干法测定，用 105℃烘箱将土
样烘干至恒重，用精度为 0． 1g电子天平称重。
2． 4 根系生物量测定方法
生物量是指植物的干重，根的生物量是指地下部分(根)的干重。将取好的根系带回实验室，利用烘
箱在 80℃下烘干至恒重，用精度为 0． 1g电子天平测定。
2． 5 比根长计算方法
比根长(SRL)是根长和生物量的比值，单位:m/g，是衡量根系消耗 －收益的重要指标。
2． 6 数据分析处理方法
将重复的试验数据用相关软件求出平均值，利用 Excel 及 SAS9． 0 对数据进行整理分析，并绘制相关
图形，标明趋势线及相关公式。
3 结果与分析
3． 1 不同深度土层差巴嘎蒿根系分布情况
3． 1． 1 差巴嘎蒿根系垂直分布特点
植物根系生物量在土壤中的垂直分布并不是呈均匀的变化，而是存在一定的差异性［2 － 3］，不同深度土
层差巴嘎蒿根长的变化情况(图 1、2)。
图 1 不同土层深度差巴嘎蒿根长的垂直分布特点
Fig． 1 The vertical distribution of root length in different soil depth of Artemisia halodendron
由图 1 可知，差巴嘎蒿的根长变
化及其在不同土层中的分布规律各
不相同，其根系主要分布在 0 ～ 10cm
的土层中，该 层 根 系 总 长 度 为
664cm，占总根系的 75． 20%;在 20 ～
40cm土层中，根系总长度为 135cm，
占总根系的 15． 29%，在 60 ～ 90cm
土层中，根系总长度仅占总根系的
9． 51%。由此可知，在浅层(0 ～
10cm)土壤中根系总长度最大，几乎是深层(10 ～ 90cm)土壤中根系总长度的 3 倍。由此可知，根系在浅层
图 2 不同土层深度的根长回归分析
Fig． 2 The regression analysis of root length in different soil depth
土层中分布较多，深层较少。如图 2
所示，对差巴嘎蒿根系长度与土层深
度的幂指数进行回归分析可知，回归
方程为:y = 328． 11x － 1． 4048，相关
系数为 R2 = 0． 8386，由此可知，差巴
嘎蒿根系长度与土壤深度相关程度
较大。结合图 1、图 2 可知，随着土
层深度增加，差巴嘎蒿根系总长度逐
渐减小，递减速率差异较大，其中 0
～ 10cm的土层中，迅速递减，10 ～ 90cm的土层中，递减速度明显缓慢，其中 50 ～ 90cm的土层范围内，递减
速度无明显变化。
3． 1． 2 差巴嘎蒿根系不同径级根长分布特点
·861· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 26 卷
差巴嘎蒿根系的水平分布呈现以根基为中心向外辐射的趋势，主要以 1mm ＜ d ＜ 2mm 的根系为主，
呈伞型分布［1］，从外部形态看表现为轴根性［4］，0 － 60cm土层内根系较密集，侧根较多，且大多为细根。
按照研究根系区分最普遍的方法，将根系的径级［5］以 1mm和 2mm为标准划分，结果如图 3 所示:
图 3 不同土层深度不同径级根系长度分布图
Fig． 3 The length distribution of different diameter root in different soil depth
由图 3 可知，在 0 － 15cm深的土
层中，根径小于 1mm 的根系总长度
为 600cm，占整个同等根径总长度的
86． 46%，其中 0 － 5cm 的土层中，根
径小于 1mm 的长度为 443cm，所占
比例最大，为 63． 83%。在 0 － 15cm
深的土层中，根径大于 2mm 的总长
度为 27cm，占整个同等根径总长度
的 61． 36%，其中 0 － 5cm 的土层中，
根径大于 2mm的长度为 17cm，所占
比例最大，为 38． 63%。由此可知，
浅层土壤(0 － 30cm)中，根系分布较
集中，即根系密度较大，对水分和土壤养分可以充分利用，同时对固沙起到了重要作用，为良好的固沙先锋
植物。
3． 2 不同深度土壤水分与差巴嘎蒿根系分布的相关关系分析
3． 2． 1 不同深度土壤水分与差巴嘎蒿根系长度及根系生物量的相关关系分析
土壤水分与差巴嘎蒿根系长度及根系生物量的相关关系分析如图 4、图 5 所示。
由图 4 可知，根系生物量与土壤含水量之间有一定关系，在土壤深度为 0 ～ 30cm土层中，根系的生物
量迅速递减，减小的幅度为 5． 22g，在 30 ～ 90cm 土层中，根系的生物量保持在较低的水平，平均值为 0．
12g，与之相反，土壤含水量却在增加，0 ～ 50cm 土层中增幅为 1． 39%，50 ～ 90cm 土层中增幅为 2． 55%。
即根系生物量的变化与土壤含水量的变化呈相反趋势。
由图 5 可得，在 0 ～ 30cm 土层中，该层根系总长度为 773cm，占总根系的 87． 54%;在 30 ～ 60cm 土层
中，该层根系总长度为 49cm;在 60 ～ 90cm土层中，该层根系总长度为 61cm。由此可知，差巴嘎蒿根系主
要分布在浅层土壤中，中层和下层土壤中的根系长度几乎一致，深层土壤中的根系长度略大于中层土壤的
根系长度。这一结果表明，随着土壤深度的增加，土壤含水量逐渐增加，根系总长度逐渐减少，土壤含水量
与根系长度呈相反的变化趋势。
图 4 不同土层深度与根系生物量的相关分析图
Fig． 4 The correlation analysis between soil depth and root biomass
图 5 不同土层深度与根系长度的相关分析图
Fig． 5 The correlation analysis between soil depth and root length
依据上述分析结果可知，土壤水分与差巴嘎蒿根系的分布有一定关系，试将土壤深度分为 3 个层
次［6］，在 0 ～ 30cm土层中，土壤水分非常活跃，根系的长度及生物量均较大;在 30 ～ 60cm 土层中，该层中
土壤水分大多被根系吸收利用，土壤含水量较低，水分的补给主要来自上一土层的渗漏和水分子在土壤中
·961·第 8 期 李凯锋等 科尔沁差巴嘎蒿根系分布规律与土壤水分关系的研究
的运动;在 60 ～ 90cm土层中，该层土壤水分非常稳定，被差巴嘎蒿根系利用的量不多，大多为静态水。
3． 2． 2 土壤水分与差巴嘎蒿比根长的相关关系分析
比根长(SRL)是根长和生物量的比值，在一定程度上能够反映根系的直径及其吸收能力［7］。不同土
壤深度下，差巴嘎蒿根系比根长与土壤含水量的相关分析，如图 6 所示。
图 6 不同土壤深度与比根长的相关分析图
Fig． 6 The correlation analysis between soil depth and specific root length
由图 6 可知，随着土壤深度的增加，比根长总体呈上升趋势，增幅为 3． 28m /g;土壤含水量也呈上升的
趋势，增幅为 3． 94%。比根长与土壤含水量的相关方程为:y = 0． 0108x + 0． 0261，相关系数为 R2 = 0．
7113，即比根长与不同深度的土壤含水量存在相关关系，即随着土壤深度的增加，根系比根长及土壤含水
量的变化总体表现一致，均呈上升趋势，其中比根长在 30 ～ 60cm土层中比根长出现波动，略有下降，降幅
为 0． 71m /g，这可能与植物根系在此土层中分布相对较少或土壤环境等因素影响有关。
3． 2． 3 土壤水分与差巴嘎蒿根长密度的相关关系分析
由图 7 可知，随着土壤含水量的逐渐增加，土壤深度的增加，根长密度呈现出降低的趋势。根长密度
与土壤水分的相关方程为:y = － 0． 0063Ln(x)+ 0． 0343，相关系数为 R2 = 0． 6094。由此可知，根长密度与
不同深度的土壤含水量存在相关关系。
图 7 土壤含水量与根长密度的相关分析图
Fig． 7 The correlation analysis between soil moisture and density of root length
在 0 ～ 30cm土层中，土壤含水量的变化范围为:2． 96% ～ 3． 39%，增幅为 0． 43%;而根系密度变化范
围却在 8． 89% ～0． 37%，降幅为:8． 52%，由此可知，土壤含水量的变化与根长密度的变化趋势恰好相反，
土壤水分变化幅度 ＜根系密度变化幅度;在 30 ～ 90cm 土壤层中，土壤含水量随土壤深度的增加，呈上升
趋势，其变化范围:3． 78% ～6． 90%，增幅为 3． 12%;而根系密度却基本保持不变。由分析可知，在浅层土
壤中(0 ～ 30cm)，差巴嘎蒿的根系分布较多，密集程度高，同时说明，根系密度与土壤含水量有一定的关
系，即根系密度越大，土壤水份的利用率越高，土壤的含水量越低。
·071· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 26 卷
4 结论
通过对大青沟两侧台面上差巴嘎蒿根系分布的研究，揭示出根系分布规律及其与土壤水分的相关关
系，并初步得出以下结论:
(1)差巴嘎蒿根系垂直方向上呈伞型分布，其水平方向上表现为近密远疏的趋势。随土壤深度的
增加，差巴嘎蒿的根系长度逐渐减小，而土壤含水量变化却呈现增加趋势。通过对 6 个样方的研究，在 0
～ 10cm土层中，根系长度占总根系长度的 85． 74%，占据的比重最大;各土层中，土壤含水量增幅大小关
系为:60 ～ 90cm土层(1． 81%)＞ 30 ～ 60cm土层(0． 57%)＞ 0 ～ 30cm土层(0． 43%)。
(2)随着土壤深度的增加，差巴嘎蒿根系生物量变化与土壤含水量变化呈相反趋势，根系生物量变化
范围为:5． 52 ～ 0． 05g，降幅为:5． 47g;土壤含水量变化范围为:2． 96% ～ 6． 90%，增幅为:3． 94%;根系生物
量的下降率(－ 29． 07%)＞ 土壤含水量的上升率(7． 92%)。
(3)差巴嘎蒿比根长与土壤含水量存在一定相关关系，即随着土壤深度的增加，比根长与土壤含水量
的变化总体均呈上升趋势，比根长的增长率(7． 58%)略小于土壤含水量的上升率(7． 92%)。
(4)差巴嘎蒿根长密度的变化与土壤含水量的变化趋势恰好相反，在浅土层(0 ～ 30cm)中，根长密度
表现为急剧下降，而土壤含水量却基本保持不变，深土层(60 ～ 90cm)中，根长密度基本不变，土壤含水量
却明显增加。
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The relations between root distribution of Artemisia halodendron and soil water
in Horqin
LI Kaifeng1，LUO Yuyang1，ZHANG Hailong2，SHE Hongyan1
(1． Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010019;2． The Inner Mongolia Geology Survey Institute，Hohhot 010018，P． R． China)
Abstract:The root distribution of Artemisia halodendron was studied． The plant mainly grows on the top site of
the Daqinggou，with an approach of whole － tree excavation． The results were as follows:The depth of the verti-
cal distribution of roots of Artemisia halodendron is 0 ～ 90cm． The 85． 7% of roots distribute in soil depth of 0 ～
30cm． The shapes of roots distribution show umbrella type． The distribution of roots is intensive around near
the main root，instead，decreased gradually from the main root to the outside at horizontal direction． In summa-
ry，the root distribution of Artemisia halodendron is closely related to soil moisture． The water content of soil is
increased with the depth of soil． On the contrary，the root length，the root biomass and the root density de-
crease． The average change rate of root length is － 12． 61%，the change average rate of root biomass is － 29．
07% ． They are greater than the average rate of soil moisture change rate，7． 92%，the specific root length is
positively correlated with the soil moisture，and there is little difference between them．
Key words:Artemisia halodendron;root distribution;soil moisture;whole － tree excavation;Daqinggou
·171·第 8 期 李凯锋等 科尔沁差巴嘎蒿根系分布规律与土壤水分关系的研究