全 文 ：渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究 3
赵　忠 3 3 　李　鹏　王乃江　(西北林学院资源学院 ,陕西 杨陵 712100)
【摘要】　采用土钻法研究了油松、刺槐、樟子松、华山松、侧柏和山杏 6 个树种的垂直根系分布特征. 结果表明 ,
立地条件对刺槐根系分布特征有明显的影响 ,林地土壤水分状况的差异是造成这种影响的关键所在 ;土壤种
类、结构等对刺槐根系的分布特征也有很大影响 ;油松在幼年期 (8 年生)即可达到根系分布的最大深度 ,但根系
密度却随着林龄的增大呈明显的增大趋势 ;不同树种在根系垂直分布特征方面存在着很大差异 ,其中刺槐根系
分布最深. 根据各树种根系垂直分布特征 ,在黄绵土阳向立地上各树种生产力的大小次序为 :刺槐 > 山杏 > 油
松 > 樟子松 > 华山松 > 侧柏.
关键词 　渭北黄土高原 　造林树种 　根系分布特征
Distribution patterns of root systems of main planting tree species in Weibei Loess Plateau. ZHAO Zhong ,L I Peng
and WAN G Naijiang ( Northwestern U niversity of Forest ry , Yangling 712100) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . , 2000 , 11
(1) :37～39.
The vertical patterns of root systems of Pinus tabulaef ormis , Robinia pseudoacacia , Platycladus orientalis , Pinus
sylvest ris var. mongolica , Pinus arm andi , Prunus armeniacia var. ansu planted in the Weibei Loess Plateau were
studied with soil auger. Site conditions had a significant effect on the vertical root distribution of R . pseudoacacia ,of
which ,soil moisture is the key factor. Soil species and soil structure also had great effect on the distribution. P. tabu2
laef ormis had a maximum rooting depth at its young stage (8 years old) ,but the root density increased with age. There
was a great difference in vertical root distribution among the tree species ,of them , R . pseudoaccia rooted deepest ,
which negated the opinion that R . pseudoacacia is a shallow rooted tree species. According to the vertical root distribu2
tion of the tree species ,the productivity of these species in the south2 facing site of yellow loess soil would be in order of
R . pseudoacacia > Prunus armeniacia var. ansu > P. tabulaef ormis > P. sylvest ris var. mongolica > P. arm andi >
Platycladus orientalis .
Key words 　Weibei Loess Plateau , Planting tree species , Root system , Distribution patterns.
　　3 国家“九五”重点科技攻关项目 (96 - 004 - 05 - 07) .
　　3 3 通讯联系人.
　　1999 - 03 - 03 收稿 ,1999 - 05 - 25 接受.
1 　引 　　言
迄今国内外已有许多关于林木根系的研究报
道[1 ,2 ,4 ,5 ] . 余新晓等[5 ]在黄土高原的研究发现 ,就土
壤水分利用层来讲 ,刺槐 ( Robi nia pseudoacacia) 为 20
～140cm ,油松( Pinus tabulaef ormis)为 20～100cm[5] . Gale
等[1 ]证实 ,根系分布深度由于影响到林木拥有营养空
间的大小和对土壤水分及养分的利用 ,是制约人工林
生产水平的关键因素. 刺槐和油松是渭北黄土高原的
主要造林树种. 此前已有人对它们进行了大量的研究 ,
但有关其根系的研究却很少. 本项研究旨在通过研究
和比较不同树种在根系分布特征方面的差异 ,从生物
学角度揭示其人工林生产力差异的原因.
2 　材料与方法
2. 1 　调查地概况
调查地设在位于黄土高原残塬沟壑区的陕西省淳化县. 当
地年均气温 9. 6 ℃, ≥10 ℃的积温为 3281 ℃,降水量 600. 6mm ,
属暖温带半湿润气候. 沟坡土壤以黄绵土为主. 1997～1998 年
采用样地法 ,对生长在不同沟坡立地上的刺槐以及不同林龄的
油松人工林根系分布特征进行了调查 ,样地概况如表 1 所示.
同时 ,对生长在泥河沟同一坡面上的 10 年生油松、刺槐、侧柏
( Platycladus orientalis) 、樟子松 ( P. sylvest ris var. mongolica) 、
华山松 ( P. arm andi) 和山杏 ( Prunus armeniacia var. ansu) 6
个树种的根系垂直分布特征进行了样木调查.
2. 2 　调查方法
2. 2. 1 根样获取及处理 　在各样地内随机选取 30 株样木 ,进行
每木检尺 ,并从中选择出 4 株平均样木. 每株样木在不同的方
位划分出 1/ 4 营养区作为取样区. 取样时 ,以样木为中心分别
在半径 0. 5m 和 1. 5m 的弧线上按等距确定 3 个取样点 ,分土
层 (10cm)用土钻 (< = 6. 8cm)钻取土样 ,直至无根系出现[4 ] .
样木调查仅随机抽取 3 株样木 ,在同一方位距树干 1. 0m
处用土钻分土层取样. 从各土层钻取的土样中拣出所有根系 ,
编号后装入塑料袋带回实验室.
将从野外带回的各个根样 ,按 < < 0. 5mm ,0. 5mm ≤< <
1mm ,1mm ≤< < 3mm 和 <≥3mm 的标准分为 4 级. 然后 ,置入
105 ℃烘箱中 ,烘干至恒重 ,再分别称重和记录.
2. 2. 2 数据处理 　按下列公式分别计算出样地中各土层的根
系 (分级或距树干不同距离)密度 (kg·m - 3)∶
应 用 生 态 学 报 　2000 年 2 月 　第 11 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb. 2000 ,11 (1)∶37～39
表 1 　淳化县主要造林树种根系调查样地概况
Table 1 A brief view of sample areas of survey for root system of major tree species planted at Chunhua county
序号
No.
树种1)
Tree species
地点2)
Place
坡向
Exposition
坡度
Slope (°)
坡位
Position
on slope
土壤3)
Soil
林龄
Stand age
(yr)
平均树高
Average height
(m)
平均胸径
Average BHD
(cm)
1 R NH SW 23 中 Middle YLS 10 8. 31 8. 8
2 R NH E 9 下 Under YLS 10 8. 85 9. 3
3 P NH SE 25 上 Over YLS 6 0. 87 2. 9
4 P NH E 5 上 Over YLS 8 2. 36 3. 2
5 P QI N 24 上 Over YLS 11 4. 46 7. 5
6 R QZ E 31 中 Middle OL 24 12. 25 15. 2
7 R QZ EN 31 中 Middle YLS 24 12. 58 16. 3
8 R QZ W 33 中 Middle YLS 24 11. 91 13. 3
9 R QZ W 26 中 Middle OL 24 12. 38 13. 2
1) R :刺槐 R . pseudoacacia ,P :油松 P. tabulaef ormis . 2) NH :泥河沟 Nihe gully , QI :祁家沟 Qijia gully , QZ:秦庄沟 Qinzhuang gully , 3) LS :黄绵土
Yellew loessial soil ,OL :红胶土 Old loess.
　　某土层根系密度 (kg·m - 3) =
6n
i = 1
6k
j = 1
m
nk ·
1
πR2 h·1000
式中 , R 为土钻半径 (0. 034m) , h 为土层厚度 (0. 1m) , m 为根
重 (g) , n、k 为样木总数及样点总数.
3 　结果与分析
3 . 1 　立地对刺槐根系分布特征的影响
在黄绵土坡地上 ,刺槐根系的分布深度一般随距
树干距离的增加而明显减小. 坡向对根系分布特征有
明显的影响. 在阴向坡面上 ,无论是在距树干 0. 5m 或
1. 5m 处 ,刺槐 < < 3mm 根系的垂直分布深度均明显较
阳向坡大 ,特别是在近树干处 (图1) ,其中以< < 0. 5mm
的根系分布最为深广.
图 1 　不同坡向黄绵土立地上刺槐根系 (< < 3mm)垂直分布
Fig. 1 Vertical root (< < 3mm) distribution of R . pseudoacacia growing in
sites of yellew loessial soil.
图中 140cm 以下土层中根密度单位为 100g·m - 3 ,a. 距树干 0. 5m 处 ,b.
距树干 1. 5m 处 The unite of root density under the horizon of 140cm is
100g·m - 3 , a. 0. 5m away from the stem , b. 1. 5m away from the stem.
N :阴坡 Northern exposition ,S :阳坡 Southern exposition. 1) 0～10 ,2) 20
～30 ,3) 40～50 ,4) 60～70 ,5) 80～90 ,6) 100～110 ,7) 120～130 ,8) 140～
150 ,9) 160～170 ,10) 180～190. 下同 The same below.
　　近年来黄土高原的研究表明 ,人工林对土壤水分
的大量消耗会导致林地深层土壤逐渐的干化 ,尤其是
在阳向立地上[3 ,5 ] . 与相同立地的荒坡相比较 ,刺槐阴
坡林地的土壤含水量在 1. 0～1. 5m 深土层中急剧下
降至 13. 71 % ,并在 1. 5m 以下保持相对稳定 ,占田间
持水量 ( 23. 16 %) 的 59. 2 %左右 ; 阳向坡面上 , 刺
槐林地土壤含水量在1 . 5 m以上只占田间持水量
(22. 66 %)的 58. 1 % ,在 1. 5m 以下仅占 38. 8 % (含水
量平均 8. 8 %) ,接近凋萎湿度[5 ] . 人工林对林下深层
土壤水分的这种负作用 ,是造成黄绵土坡面刺槐根系
多集中分布于 1. 4m 以上土层 ,阳向坡刺槐根系的垂
直分布明显较阴向坡浅的关键所在 ,也是造成刺槐阴
向林分的生产力高于阳向林分的主要原因 (表 1) .
　　红胶土系在红色古土壤上发育形成的初育土壤.
与生长在相同坡向黄绵土立地上的刺槐相比 ,红胶土
图 2 　不同坡向红胶土立地上刺槐根系 (< < 3mm)垂直分布
Fig. 2 Vertical root (< < 3mm) distribution of R . pseudoacacia growing in
sites of old loess.
a. 距树干 0. 5m 处 ,其中 160cm 以下土层中根密度单位为 100g·m - 3 ;b.
距树干 1. 5m 处 a. 0. 5m away from the stem , the unite of root density un2
der the horizon of 160 cm is 100g·m - 3 ;b. 1. 5m away from the stem.
83 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　11 卷
坡面上刺槐根系 (< < 3mm) 的生物量明显减少 (图 2) ,
与红胶土质地粘重、呈大块状结构 ,对根系生长的机械
阻力大于黄绵土有很大的关系. 在距树干 1. 5m 处 ,由
于阳坡上红胶土仅出现在 1. 4m 以上的土层中 ,使得
该立地上刺槐根系的分布深度超过了阴坡. 这一结果
表明 ,除了坡向以外土壤种类、结构等对刺槐根系的分
布特征也有很大的影响.
3 . 2 　林龄对油松根系分布特征的影响
不同林龄油松根系的调查结果表明 ,6 年生油松
的根系仅分布于 0～90cm 的土层中 ,到 8 年生时其根
系分布深度可达 120cm 左右 ,到 11 年生时仍稳定在这
一深度 ;同时 ,根系密度随着油松林龄的增大呈明显增
大趋势 ,说明油松在幼年期即可达到根系分布的最大
深度. 8 年生以前 ,在油松根系中几乎没有 < > 3mm 的
根存在. 但到 11 年生时 ,< > 3mm 的根在 90cm 以上的 大部分土层中已占绝对优势. 在其余径级的根系中 ,以1mm < < < 3mm 根占比例最大 ,分布深度也随林龄增大而增大.3 . 3 　不同树种根系垂直分布特征的差异对泥河沟同一坡面、相同立地上油松等 6 个树种根系分布特征的调查结果表明 (表 2) ,各树种之间存在着很大的差异. 从各树种根密度在不同深度土层中的变化情况来看 ,油松根系在 0～110cm 土层中均有分布 ,且主要分布在 0～60cm 的土层中 ;侧柏根系分布仅局限在 0～90cm 土层中 ,并集中于 0～40cm 土层中 ;刺槐根系分布最深 ,可达 120cm ,且分布相对均匀 ;樟子松根深与侧柏一样 ,但集中于 0～60cm 土层中 ;山杏的根系分布虽可达 110cm ,但主要集中在 10～70cm 土层中 ;华山松根深可达 100cm ,但集中于 0～50cm 土层中.
表 2 　淳化县泥河沟同一立地上不同树种的根系垂直分布特征
Table 2 Vertical root distribution of some tree species planted in the same site of Nihegou gully at Chunhua county
土层
Soil horizon
(cm)
油　松
P. tabulaef ormis
RD1) RI2)
侧　柏
P. orientalis
RD RI
刺　槐
R . pseudoacacia
RD RI
樟子松
P. sylvest ris
RD RI
山　杏
P. armeniacia var. ansu
RD RI
华山松
P. armandi
RD RI
0～10 0. 07 1. 4 0. 79 20. 8 0. 33 4. 0 0. 51 14. 2 0 0 0. 67 19. 5
10～20 1. 22 23. 4 0. 92 24. 1 0. 24 2. 9 0. 89 24. 9 0. 49 29. 1 0. 95 27. 7
20～30 1. 86 35. 5 0. 85 22. 3 0. 08 1. 0 0. 47 13. 1 0. 008 0. 5 0. 63 13. 5
30～40 0. 21 4. 0 0. 29 7. 6 0. 15 1. 9 0. 70 19. 5 0. 22 12. 8 0. 55 15. 9
40～50 0. 99 19. 0 0. 18 4. 6 1. 98 24. 2 0. 53 14. 8 0. 08 4. 8 0. 33 9. 5
50～60 0. 15 2. 8 0. 18 4. 6 1. 12 13. 7 0. 39 10. 9 0. 13 7. 9 0. 14 4. 0
60～70 0. 01 0. 2 0. 17 4. 5 0. 15 1. 8 0. 08 2. 3 0. 76 44. 8 0. 25 7. 4
70～80 0. 06 1. 2 0. 11 2. 8 0. 59 7. 2 0. 007 0. 2 0. 0004 0. 02 0. 07 2. 2
80～90 0. 02 0. 4 0. 33 8. 6 0. 08 1. 0 0. 005 0. 1 0. 0009 0. 05 0. 001 0. 04
90～100 0. 02 0. 4 0 0 2. 28 27. 8 0 0 0. 0009 0. 05 0. 003 0. 08
100～110 0. 61 11. 7 0 0 1. 19 14. 5 0 0 0. 002 0. 1 0 0
110～120 0 0 0 0 0. 003 0. 03 0 0 0 0 0 0
1) RD :根密度 Root density (kg·m - 3) ,2) RI : (RD/ 6 RD) ×100.
　　国外一些研究证实 ,通常情况下深根型树种较浅
根型树种具有更高的生产力 ,特别是在差的立地
上[1 ] . 余新晓等研究也证实[5 ] ,不同树种对土壤水分
的利用能力不同 ,刺槐比油松更能利用深土层的水分.
据上述各树种根系垂直分布特征 ,从纯生物学角度出
发 ,在淳化县侵蚀沟黄绵土阳向立地上 ,各树种生产力
大小次序为∶刺槐 > 山杏 > 油松 > 樟子松 > 华山松 >
侧柏 ;同时 ,也否定了前人有关刺槐是浅根型树种的观
点[6 ] .
参考文献
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931 期 　　　　　　　　　　　　赵 　忠等 :渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究