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Root Distribution of Populus × xiaozhuanica cv. ‘Chifengensis’ Planted Under Low Coverage Belt-scheme

低覆盖度行带式种植模式下赤峰杨根系分布特征



全 文 :林业科学研究!"#"%% ":#
!"#%(#)* !!文章编号!##()&""#!"! 杨文斌"!! 李!卫"! 乌志颜V! 张!丽V! 王红霞V!
李向晨V! 陈学勋! 常伟东! 彭!瑞
".!!::+ ".中国林业科学研究院荒漠化研究所! 北京!###)+
V.内蒙古赤峰市林业研究所! 内蒙古 赤峰!#"### +.内蒙古敖汉旗林业局! 内蒙古 赤峰!#"V###
收稿日期"#V(#(V 国家林业公益性行业科研专项中国沙地补充考察与沙地志编研("编号"#V#V"%#+国家自然科学基金半干旱区低覆盖
度固沙林的水分动态及其应对极旱年的调节机理("编号V*#::*# 作者简介 吴雪琼")&"*#!女!云南昆明人!博士研究生!研究方向为荒漠化防治./(01,2,0X<@8,7569:V.;70!研究员.主要研究方向./(01,2502gFFRK9:V.;70!!)赤峰杨的总平均根长密度在不同土层间变化很大!#.# # ;0土层为根系主
要分布区域!其在总平均根长密度中所占比例高达 **.=+不同径级之间的根长密度差异显著!#.# #." 00径级 根系的根长密度最大!可达 #.: ;0/;0WV) 带间根长密度变化出现了先增大后减少而后略有增大的趋势!环境因
子影响根系分布!s".# 00的粗根根长密度主要分布于带间) 低覆盖度行带式配置模式下的赤峰杨吸收根系" r"
00#主要分布于 # # ;0深度区域!粗根" s".# 00#主要分布于地表 # ;0以下区域!带间是根系的主要分布区
域!根系主要利用的是天然降水)
关键词!赤峰杨+根系+分布+径级+土壤深度
中图分类号!>*&." 文献标识码!? C**2%&20:I2*)*+!"#%&ZC*("@;(+*-( 9WK678+#)(#)&&4 D-1)2#.
T).#0V*7*W#01(#5#-2J&98#4# >5W9234"01
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"$.G4,51E7B@AD/XQ27B1D,75 15H P@A,65 C5AD,DDG4,5@A@?;1H@0F7-E7B@ADBF! M@,O,56!###)! G4,51+ V.+@A@1B;4 C5AD,D.M!:&20192$C5 D4,AADD4@F"P9:9%ZY4("J*9(04)( f.l.jA< @DJ,156;N.6G4,-@56@5A,AzR4,;4 R@B@Q215D@H 1D27R;7N@B16@K@2D
A;4@0@! D4@B77DR@,64DH@5A,DFR1A0@1A+JP;4156@H HB101D,;12F"Fr#.#$# 1DH,-@B@5DA7,2H@QD4.?0756R4,;4! # W# ;0R1AD4@01,5 375@7--,5@
B77DAFAD@0H,ADB,K+JPAR@B@ADB,g,56"Fr#.#$#.L4@-,5@B77D1D#.# W#." 00H,10@D@B;21AA41H D4@07AD+JP! ;0
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.f,D4 D4@H,AD15;@,5;B@1A,56-B70DB@@! D4@+JP,5;B@1A@H 1D-,BAD15H H@;B@1A@H A;B@1A@H A2,64D2F161,5.>7! @5N,B750@5DR1AD4@g@F-1;D7B,5-2<@5;,56D4@B77DH,ADB,KDB,K,5 D4@AD林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
D41DD4@FEZY4("J*9(04)( 6G4,-@56@5A,A4 01,52F;#< *0.& F"P9:9%ZY4("J*9(04)(6G4,-@56@5A,Az+ B77DAFAD@0+ H,ADB,K半个多世纪的实践证明!国内外干旱半干旱地
区不适当的造林方式打破了当地水量供需平衡!进
一步加剧了干旱半干旱地区生态系统的退化!如内
蒙古 "## 年夏季降水为近 %# 年来最少!气温为近 %# 年来最高,- !部分地区出现林分成片衰退死亡现
象!而研究区内低覆盖度行带式固沙林,"-内并未出
现枯稍死亡的情况!但这种优良的低密度%带状栽植
模式下的林分生长状况却少有报道) 根系是林木吸
收水分和养分的重要器官!定量研究根系密度空间
分布特征对林木根系吸水及其运移模型的构建%林
地水分管理策略的改进以及节水林业的发展至关重
要,V- ) 近年来!国内外关于杨树根系分布特征的报
道较多!但是主要针对散生孤立木%均匀栽植和单行
带状栽植的林木以及农田防护林带, *- ) 目前!已
有的相关研究仅限于探讨该模式下杨树细根生物
量%根长密度等的分布特征,V!& )- +然而!针对低覆
盖度行带式固沙林这种特殊栽植模式下杨树根系分
布的研究还鲜有报道) 本文以我国北方干旱半干旱
区主要树种赤峰杨"FEZW4("J*9(04)( f.l.jA< @D
J,156;N.6G4,-@56@5A,A4#为研究对象!研究其在行带
式栽植模式下的根系空间分布特征!以便深入了解
行带式固沙林具有的高效防风固沙效果,)- !并为制
定合理的固沙林配置模式及灌溉策略提供依据)
!!%# "%# 0!位于科尔沁沙地南缘!属温带半
干旱季风气候区!年平均气温在 % *d!年平均日
照时数 " &%# " )%# 4!年平均降水量 V&# V#
00!年平均蒸发量 *&# )"# 00!年平均风速
V.& 0/A
W!V) 地带性土壤为栗钙土!由于地质历
史年代沉积了丰富而松散的地表沙质沉积物!在风
力吹扬作用下!形成波状起伏的沙地!受风力和生沙
过程的影响!形成固定风沙土和栗钙土型风沙土!机
械组成以物理性沙粒为主!全旗森林植被以人工林
为主!造林树种以赤峰杨为主)
本文研究对象为 "* 年生行带式配置赤峰杨固
沙林!株距 " 0!行距 % 0!带间距 "% 0) 林分平均胸
径"&. v.#;0!平均树高"".# v."#0) 试验
地总面积 V." 40"!于 )&: 年春季用 年生根萌苗
造林) 整地方式为机械穴状!穴直径为 ."0!
0!造林前以复合肥为基肥施于穴底部!回填少量表
土后植苗) 采取低覆盖度行带式带状栽植模式!行
方向为南北向) 林下有稀疏草本植物!草本主要有
狗尾草"U$&(#4( R4#4Q4%"J.# M@1Q#&"#9C >QB@56.>FAD.n@6.#%甘草 "/:7)7#*4J(
9#(:07C9%%)(:409"09#9%(#&$C4%4( "J1.l.
j<#% 菟 丝 子 " I9%)9&( )*400#C9C*7%"P4T":49CJ.#%鹤虱"K(PP9:( C7"2
%"&4%n.f72-#%田旋花"I"0R":R9:9%(#R0:P*4049C1#(0Q4T:"#9CJ.#%山苦荬"6Y#4Q49C )*400%"L4<5K.# L3N@2.#%蒺藜 "N#4S9:9%&##
J.#%灰绿藜"I*0"P"Q49C1:(9)9CJ.#%蒲公英"N(2 #(Y()9CC"01":4)9Cj15H. e133.#%苍耳"W(0&*42 9C%4S4#4)9CU1DB,5 @Xf,HH@B#%兴安胡枝子"K%PQ2
J( Q(9#4)( "J1X0.# >;4,5H2.#%籽蒿"-#&C4%(9%&#(:4%"G1N.# LB,5.
@X>D@地锦 "H9P*"#S4( C()9:(&( J.#%小白蒿 "-#&C4C#")(:4%)4(( M1B75,#% 草木樨"A:4:"&9%%9(R":0%J@H@K.#%乳浆大戟"H92
P*"#S4( " 年 * 月至 )
月进行) 由于林木间株距%行距%带间距都差别很
大!因此!本研究假设赤峰杨根系呈均匀分布+然后
在试验地中部划定具有代表性的 %# 0Z%# 0标准
地"包含 V 个林带#!并在其中的每个林带上选择平
均标准木各 株!共选择东向和西向栽植的赤峰杨 共  株" 个重复#!然后以所选的每株样树为基点! 在正对树干且垂直于树干的带间"带间距 "% 0#%株 间"株间距 " 0#%行间"行间距 % 0#中点至树干间 :%" 第 " 期 吴雪琼等低覆盖度行带式种植模式下赤峰杨根系分布特征
每隔 #.% 0用根钻进行根系取样!取样深度为 0! 个取样点共 % 层"即 # "#!"# #!# :#!
:# &#!&# ## ;0#!每个取样单元体积为 VV%
;0
V
"根钻高 "# ;0!内直径 )."" ;0#) 由于该地区
降水稀少!降水入渗多分布于 # &# ;0深处!也有
研究表明!杨树的细根主要集中于 # "# ;0的表
土层!所以取样深度设为 0!共计 :# 个根样"样 点数Z深度级Z重复YV" Z% Z Y:##) 根样取回后先在水中浸泡!用水冲洗后过 #.& 00的筛使根与大部分土壤%杂质分离!然后在清水 中利用网勺和镊子捡取所有根系) 将获取的根系装 入塑料袋!并依次编号标记!带回实验室将每袋根样 放在坐标纸上!先用游标卡尺分级"根系分析径级范 围设为 #.# #."%#." #.%%#.%.#%.# "h#%s".# 00#!对于连接在一起的根系将其剪开 再分级!以坐标纸为参考测量每一根系的根长!获取 不同径级根系长度!最后将根系置入#%d烘箱烘
干至恒质量并称质量和记录)
将获得的各测点的各径级根系长度除以根钻取
样体积即得到各测点的各径级根系根长密度 +JP
";0/;0
WV
#+同样!各样点根系干质量除以根钻取
样体积得根质量密度 +fP"06/;0WV#!根重量密
度不分径级) 本研究采用传统的细根分类标准,$$- )
?.?>数据分析
根长密度和根质量密度采用 >U>>$*.# 软件进
行k5@ R1F?ckn?分析!其主要影响因子设为$
根系位置"V 个水平!即带间%行间%株间#+土壤深度
"% 个水平#+根系径级"% 个水平#+距树基部距离
""% 个水平#) 同因素不同水平间差异显著性采用
P<5;15法检验"显著性水平为 Fr#.#%#) 分析前!
根长密度数据经 >41Q,B7 f,2g和J@N@5@检验均满
足正态分布和方差齐性等方差分析的前提条件!在
>U>>里进行单因素方差分析后用 /X;@2"##* 绘图!
计算根质量密度平均值后用 >表绘制)
V!结果与分析
A.=>根长密度分布情况
不同径级"#.# #."%#." #.%%#.%
.#%.# ".#%s".# 00#根系的根长密度差异
显著"Fr#.#%#!# #." 00细根的根长密度最大!
约 #.:;0/;0WV+ s".# 00根系的根长密度最 小!前者占根系根长密度的 .*=!而后者仅为h:=!前者约是后者的 V# 倍) 不同土壤深度全根
系根长密度的差异显著!#.# "#%"# #%#
:#%:# &# ;0土层的根长密度的差异显著"Fr
#h#%#!而 :# &# ;0与 &# ## ;0土层根长密度 的差异不显著!# :# ;0土层的根系占全根长密度 的 *.%=!而 :# &# ;0的根系仅占 "%.%=+同样! 不同位置"带间%行间%株间#全根系根长密度的差 异显著"Fr#h#%#!株间的根长密度所占比例最大! 而带间最小!分别为 #.* ;0/;0WV%#.)) ;0/ ;0 WV !分别占总体的 :."=和 "".#=) 表 =>栽植位置和土壤深度对赤峰杨根长密度的影响 项目 根系径级_00 #.# #." #." #.% #.%.# .# ".# s# s".# 土壤深度_;0 # "# "# # # :# :# &# &###
根系位置
带间 行间 株间
根长密度_
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! &#E):E同一主因子下数据后相同字母表示差异不显著"Fs#.#%#)
由表 "和图 基部距离对根长密度也
有显著影响"Fr#.#%#!总的规律是距树越近根长密
度越大!而在带间两树根系交界处根长密度略有上升
的趋势!其中!以树体附近 #.% 0处根长密度最大!占
总根长密度的 *.=!而根长密度最小的并未出现在
离树最远的 "...# 0处!均占 总根长密度的 ".&=!相应的在 %.#%&.%%*.#%).# 0 处的根长密度也非常接近!为 ".)= V.=!而带间
两树交界处"即离树体最远#的 ".#%".% 0处根长
密度均占全根系根长密度的 V.:=)
由图 行间 # "# ;0深处根系径
级为 #.# #." 00的细根根长密度最大!达到 #. 0处!径级为 #.#
#h" 00的细根根长密度!达到了 #."";0/;0WV)A.?>V根质量密度的分布情况!不同位
置"带间%株间%行间#根质量密度随着距树基部距离
与土壤深度的增加而减少!而带间根质量密度出现了
与根长密度分布相类似的情况!即根质量密度随距离
的增加而减少随后增加的趋势+与根长密度分布情况
不同!根质量密度最大的出现在带间!这主要是因为
根质量密度主要受粗根" s".# 00#的影响!由于根
系间的竞争!行带式种植模式下杨树的粗根多分布于
带间!有利于植株吸收更多的水分与养分)
表 ?>基部距离对赤峰杨根长密度的影响
基部距离
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根长密度
_" ;0/
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#
占总根长
密度的
百分比
_=
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异显著"Fr#E#%#! !YE"&!FY#.")V 图!种植位置和土壤深度对赤峰杨不同径级根长密度的影响
&%"
第 " 期 吴雪琼等低覆盖度行带式种植模式下赤峰杨根系分布特征 图 "!不同栽植位置及与树基部距离各径级的根长密度 图 V!不同土壤深度及与树基部距离处的根质量密度分布 !结论与讨论 B.=>结论 本研究发现!赤峰杨是浅根性树种!树木根系的 水平生长量多于垂直生长量!研究区赤峰杨固沙林r " 00的细根主要分布于 # # ;0的浅土层!浅土层 细根寿命较短!而 s" 00的粗根主要分布于 # ;0 以下的深土层!根系以水平根和侧根为主) 由于根系 较浅!因此!无法利用深层土壤中的水分和养分!细根 主要利用的是天然降水) 研究区 # "# ;0深处的根长密度最高!说明表 土层是赤峰杨固沙林细根的主要分布区域!粗根分布 于深层土壤) 粗根是由细根发育而来!调查过程中! 深土层":### ;0#只发现有极少量的细根且多以
活根"白色#为主!表土层细根较多但绝大多数都是死
根"黑色或褐色#) 在调查过程中发现!粗根的横截面
有较多孔隙!用肉眼就能看出其孔状结构!质量较轻!
含水率低!这种结构适宜于地下缺氧的环境生长!这
也说明赤峰杨适合在沙地种植)
)%"
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
B.?>讨论
杨树是一种速生树种!其根系生长发育较快!生
根能力强!大多情况下扦插就可正常生长!喜于深
厚%疏松%透气的土壤中生长) 杨树水平支柱根在土
体内分布的深度临界值约 :# ;0!而水平营养吸收根
系呈辐射状向四周延伸) 在疏松的沙土中!赤峰杨
水平支柱根分布的临界深度值约 &# ;0!一般水平根
系分布深度不超过 # ;0!根系稀疏而粗壮) 有研究
表明!在距杨树基部不同距离处!根系分布差异显
著!根系特征值"根数%根量%根表面积比率%根长密
度等#一般会随基部距离的增加而递减,*!W$"- +也 有研究表明!离树体不同距离处杨树的细根分布无 显著差异) 由于行带式配置的特殊性!本研究与前 人研究结果相似又不同的是!试验林中!赤峰杨根长 密度在离树体不同距离处呈现先减而稍后增加的趋 势) 刚开始增加的原因是 $.# 0以内带间%行间%株 间根系的重叠!".% 0内有带间%行间的根系重叠! 所以这部分区域的根长密度很高!而离树体最远的 $".% 0处的根长密度有所增加是因为带内两侧的 根系重叠!并可能形成复杂根系网络) 此外!杨树的 根系密度在垂向上呈递减趋势,*- !试验区赤峰杨固 沙林在垂向 # "# ;0分布的根系最多!&# $## ;0最少) 出现这种现象的原因$一是根系越往下受 到的机械阻力越大,$V W$- +其次!试验地内的杨树水 分主要来源是天然降水!且降水很难入渗补充地下 水) 试验区年降水量在 ## 00左右!地下水水位 是 $V 0!试验区林龄为 "* 1!年平均降水量 V&# V# 00!年平均蒸发量 $ *&# $ )"# 00!这也意味 着在干旱半干旱区种植行带式配置的合理性!其在 雨养条件下即能够正常生长) 本研究仅涉及赤峰杨固沙林的细根及侧根!故 该试验说明赤峰杨根系分布是不全面的!所以得出 的结论具有一定局限性!但是研究对象林龄为 "* 1! 其根系分布广阔!而且相互交错!要完全测定其根系 分布也是不太可能的) 低覆盖度行带式栽植模式 下!赤峰杨固沙林内不同位置处"带间%行间%株间# 由于一天内接受太阳辐射的时段和强度不同!其热 量条件存在差异!所以不同位置树木光合%冠层小气 候和土壤水热条件等不尽一致!这也会对根系的分 布产生影响) 在这种栽植模式下植株个体间的距离 有 "%%%"% 0!根系对水分%养分和空间资源的竞争 必然较均匀分布栽植模式下的激烈!所以其中根系 的分布特征就发生了明显改变!行带式栽植模式下 林木的水分利用策略有待进一步研究) 根据以上分析!今后对研究区 "* 年生 " 0Z% "% 0配置的赤峰杨固沙林经营策略如下$如果在 极旱年对行带式配置固沙林进行灌溉!不需要进行 大面积漫灌!只需在带间 $#.# $".% 0区域进行 沟灌!与漫灌相比可减少灌溉面积 &:=以上!就可 以达到对林带两边林木水份进行补给的效果) 相比 均匀配置的林地!行带式配置结构可节约大量的水! 是一种适合干旱半干旱区的栽植模式+在带间不适 宜进行间作!虽然可以对土壤进行水分和养分的补 给!但会破坏赤峰杨的细根!影响其呼吸和新陈代 谢!带间以自然恢复草本为主) 参考文献! ,$- 陈廷芝!尤!莉!古!月!等."#$# 年夏季内蒙古干旱高温成因分 析,i-.干旱区资源与环境!"#$"!":"$#$&& W)". ,"- 杨文斌!卢!琦.低覆盖度固沙方法,U-.Gc$#$*#%:*)?!"##) WV.
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布特征及其与根系吸水的关系,i-.生态学报!"#$$!V$"$#$* W%*.
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,&- 宋曰钦!翟明普!贾黎明!等.不同年龄三倍体毛白杨纸浆林生长
期间细根变化规律,i-.生态学杂志!"##!")")#:):W*#".
,)- 朱强根!张焕朝!方升佐!等.苏北杨树人工林细根分布及其季节
动态,i-.林业科技开发!"##&"V##- +13(l1A@@-c!I7D@@5 J!M12H7;;4,PP.G71BA@B77DH,ADB,K1A@0,(1B,H 71g A1N1551@AD,01D@H R,D4 6B7<5H Q@5@DB1D,56B1H1B
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