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Effect of Hemerocallis root system distribution characteristics on soil nutrients in terrace banks planted for hillslope protection

生物埂护坡上黄花根系分布特征及其对土壤养分的影响



全 文 :书生物埂护坡上黄花根系分布特征及其
对土壤养分的影响
秦川1,何丙辉1,刘永鑫2,李天阳1,严丽1,马希武1
(1.西南大学资源环境学院 三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;2.四川省成都市龙泉驿区第十中学,四川 成都610108)
摘要:以川东丘陵区的梯田生物埂为研究对象,选择生物埂护坡上种植的黄花和生物埂网格内土壤为研究内容,为
明确4种不同种植年限黄花根系分布特征及其对土壤养分的影响,通过野外调查和室内实验相结合的研究方法,
分析了生物埂护坡上黄花根系分布特征、生物量与土壤养分之间差异性和相互关系。结果表明,随着种植年限的
增长,黄花根长、根量、根表面积和根体积等指标均增加,4年生黄花根系垂直分布明显比其他3种种植年限的大,
分别为185.3cm、17133条、237.5cm2、301.2cm3 和158.9cm。根系水平分布由于受到网格大小的限制而出现
差异性。4种不同种植年限黄花根系平均生物量的大小顺序依次为:4a>3a>2a>1a,不同生长年限不同土壤
层内根系的生物量也存在一定的差异。黄花根系形态不但影响植物本身的生长,还影响其保土培肥效果,3、4年生
黄花根系土壤养分含量均比1、2年生黄花高,且种植植物的样地比对照裸坡地养分含量高,不同种植年限同一土
层的土壤养分含量有显著性差异,土壤全氮、有效氮和有效钾含量均与黄花根系指标有显著的相关性,说明黄花根
系的水土保持作用有保留土壤养分的能力。研究结果可为川东丘陵区的梯田生物埂的草本选择和土壤养分改良
方面提供理论依据和实际应用参考价值。
关键词:根系分布特征;植物根系;梯田埂坎;根系生物量;土壤养分
中图分类号:S158.3;Q948.15+5  文献标识码:A  文章编号:10045759(2013)05025609
犇犗犐:10.11686/cyxb20130530  
  近年来为减少水土流失,增加边坡稳定性,以草本植被为主的边坡构建模式越来越受到广大学者的重视和关
注[1,2]。草本植物根系通过在土体中交错、穿插和网络固持土壤的作用,提高了土壤抗侵蚀能力、防止了土壤侵
蚀的发生。根系是植物体吸收养分和水分的主要器官,植物体与环境间的物质和能量交换,在很大程度上是通
过根系完成的[3]。根系生物量的分布格局直接反映了根系的分布特点,同时也间接反映了根系吸收水分和养分
的土层[4]。植物与土壤是一个有机整体,二者相辅相成、互相影响,两者的关系一直是土壤学和生态学研究的热
点,土壤中的养分含量受到植物生长、土壤微生物活动、大气降水和温度等多重因子的影响[5]。
国内外的研究表明,根系的分布状况直接影响到对土壤水分的吸收利用,也影响到植物拥有营养空间的大小
和对土壤水分及养分的利用能力[6,7]。因此植被根系研究在当前生态学研究中占有举足轻重的地位。党晓宏
等[8]研究认为根系形态不但影响植物本身的生长,还影响其保土效果及改土效果。韩凤朋等[9]研究发现在根系
的作用下,土壤养分具有明显的表聚现象。网格式生物埂护坡技术是在川东丘陵区实施坡改梯过程中形成的一
项技术,是植物措施和工程措施相结合的一种水土保持治理模式,通过对稳定性和相关效益分析,证明它是一种
经济适用的坡改梯治理模式,并取得了良好效果[10]。生物埂植物的选择,有限的研究多集中在少数几种经济树
种如花椒(犣犪狀狋犺狅狓狔犾狌犿犫狌狀犵犲犪狀狌犿)、沙棘(犎犻狆狆狅狆犺犪犲狉犺犪犿狉狅犻犱犲狊)、柠条(犆犪狉犪犵犪狀犪犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻)等灌木植物
上,且以固结地埂,改善小气候等效益研究为主,很少有研究生物埂上草本植物根系的分布特征及其对土壤养分
分布的影响。生物埂的未来研究方向应主要集中在从机理上解决上述问题,在研究方法上可以借鉴国际、国内
256-264
2013年10月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第22卷 第5期
Vol.22,No.5
收稿日期:20121212;改回日期:20130322
基金项目:国家科技支撑计划项目(2011BAD31B03),国家自然科学基金项目(40971166),国家林业局公益性行业科研专项(201104043),重庆市
重大科技专项(CSTC2009AB1115)和西南大学生态学重点学科“211工程”三期建设项目资助。
作者简介:秦川(1986),男,甘肃敦煌人,硕士。Email:qinchuan523@126.com
通讯作者。Email:hebinghui@swu.edu.cn
在等高植物绿篱、农林间作等农林复合经营研究领域的优秀研究成果和先进的研究方法,理论上可引入生态位、
生态场理论以及景观生态理论等。
通过对川东丘陵区网格式生物埂护坡技术中不同生长年限黄花的根系指标、生物量及其土壤养分的测定,研
究了不同年限黄花(犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊犮犻狋狉犻狀犪)的根系分布特征和土壤养分变化及相互关系,研究结果可为川东丘陵
区的梯田生物埂的草本选择和土壤养分改良方面提供理论参考和科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验样地概况
研究区位于四川省射洪县太乙河小流域,坐标为N30°40′~30°46′,E105°18′~105°28′,海拔350~513m,
地貌为典型的紫色土丘陵,属亚热带湿润季风气候,年平均气温17.6℃,多年平均降水量为954.3mm,无霜期
284d,年均日照时数为1307h,土壤类型以紫色土为主,植被为以柏木为主的亚热带常绿针阔混交林。
六棱型预制网格,为正六边形。从控制工程造价与
图1 六棱型预制网格设计图
犉犻犵.1 犎犲狓犪犵狅狀犪犾犱犲狊犻犵狀狅犳狆狉犲犳犪犫狉犻犮犪狋犲犱犵狉犻犱
 
施工等方面考虑外边长34.6cm,宽10cm,厚8cm,
相对外边距60cm,砼标号为200#。安砌方法:压顶
采用C25砼,规格宽30cm,高10cm;埂高不超过1.8
m,边坡根据埂高确定为1∶(0.8~1.2);基础如采用
干砌条石宽为35cm,高为10cm,如采用浆砌卵石则
宽为35cm,高为25~30cm(图1)。在六棱型网格中
央填入松软表土,在上面栽植黄花等经济植物,试验主
要研究网格式护坡中的黄花及土壤。
黄花,学名萱草,又名金针菜,为百合科(Lili
ace),属多年生草本宿根植物,根系丛生,比较发达,主
要有耐贫瘠、耐干旱、耐盐碱地、耐低温、抗病性强等特性。
1.2 试验设计和样品采集
2012年7月,在研究区内选择4块不同生长年限的5m×5m生长良好的黄花样地,样地的基本情况如表1
所示,对于4种不同生长年限植物,每种生长年限随机抽取20株长势良好的黄花作为标准株,测其株高和盖度。
根系生物量的测定采用整株挖掘法,具体方法为剪去标准株地上部分,每10cm 为一层逐层进行挖掘。
表1 不同种植年限的网格式生物埂样地基本情况
犜犪犫犾犲1 犇犻犳犳犲狉犲狀狋狆犾犪狀狋犻狀犵狔犲犪狉狊狅犳狋犺犲犵狉犻犱犫犻狅犾狅犵犻犮犪犾狉犻犱犵犲犾犻犽犲犫犪狊犻犮犻狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀
处理方式
Growingcondition
坡度
Slope(°)
坡长
Slopelength(m)
坡向
Aspect
盖度
Coverage(%)
网格中作物
Thegridplant
生物埂+种植1年Terracebanks+1a 45 4.8 阳坡Sunnyslope 14 黄花犎.犮犻狋狉犻狀犪(2011年Year)
生物埂+种植2年Terracebanks+2a 46 5.2 阳坡Sunnyslope 40 黄花犎.犮犻狋狉犻狀犪(2010年Year)
生物埂+种植3年Terracebanks+3a 47 4.6 阴坡Shadyslope 65 黄花犎.犮犻狋狉犻狀犪(2009年Year)
生物埂+种植4年Terracebanks+4a 44 4.5 阳坡Sunnyslope 82 黄花犎.犮犻狋狉犻狀犪(2008年Year)
裸坡(对照)Bareslope(CK) 46 5.1 阳坡Sunnyslope -     -
土样采集:实验土样取自六棱型网格内,选择不同种植年限的黄花生物埂样地作为对象,在每一种年限生物
埂护坡的坡顶、坡中、坡底所选取的黄花根系下挖40cm的土壤剖面,分0~10,10~20,20~40cm三层取样,采
用环刀法取土,分层次装入铝盒,同时以裸露坡面相应的坡位取的土样作为对照,测试土壤的养分指标。
1.3 样品的测定和分析
将植株根系用孔径5mm×5mm的筛子经纯水清洗干净,晾干后装入信封,用根系扫描仪EPSONTWAIN
752第22卷第5期 草业学报2013年
PRO(32bit)和专业的根系形态学和结构分析应用系统WINRhizo对根系长度、根系表面积和根系体积等主要根
系参数进行分析,该仪器通过先进的扫描系统和图像分析系统,理论上可以对径级无限小的根系的各项指标进行
精确的测定,得到根系的根长、根量、根表面积、根体积等几个重要指标。
将根系风干后平铺在坐标纸上,以10cm为一层将根系截断装入信封,将不同生长年限植物的根系在80℃
条件下烘24h至恒重,然后用1%的天平称量,计算根系生物量。
将取好的土样带回实验室风干,混合均匀后用四分法取部分土样过1mm筛,用于速效氮、速效磷、速效钾的
测定;再取部分土样研磨后过0.25mm筛,用于全氮、全磷、全钾的测定。其中全氮采用半微量凯氏定氮法测定;
全磷采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定;全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定;有效氮采用碱解扩散法
测定;有效磷采用0.5mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;有效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定。以
上测定均为3个重复。
1.4 数据处理
实验得到的数据用 MicrosoftExcel2010进行处理并作图,用 AUTOCAD2008绘制相关图形,用SPSS
18.0软件进行方差分析、相关分析和回归分析。
2 结果与分析
2.1 根系分布特征
根是植物直接与土壤接触的营养器官,也是植物生物量的重要组成部分。黄花根系指标及不同生长年限间
根系差异性如表2所示。黄花的根系分布呈“伞”型分布,主根明显,侧根较多。黄花根系的主根长随着生长年限
的变化表现出逐年递增的规律,1、2年生黄花没有显著差异,但和3、4年生黄花有显著差异,根长的最大值达到
185.3cm,根系长度是能表明根系吸收功能的优良指标,黄花根系较长,说明黄花有较强的吸收水分和养分的能
力。根量是研究根系空间分布的最常用的参数,黄花根系的数量、根表面积和根体积的变化趋势与主根长的变化
表现出相同的规律,都随生长年限的变化逐渐增大,4年生黄花根系的根量、根表面积和根体积均明显比其他生
长年限的多,分别为17133条、237.5cm2 和301.2cm3。不同生长年限黄花根系数量、根表面积和根体积的差
异性均表现出相似性。不同生长年限黄花根系水平分布由于生物埂网格大小的限制,根系为了满足植株自身的
养分和水分需求只能沿着土层往下生长,水平分布最大值为80cm,4种不同生长年限黄花根系水平分布差异不
显著,而1、2、3年生的黄花的根系垂直分布和4生的黄花有差异性,根系垂直分布最大达到158.9cm。
表2 黄花根系分布分析结果
犜犪犫犾犲2 犃狀犪犾狔狊犻狊狉犲狊狌犾狋狊狅犳狉狅狅狋犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳犎.犮犻狋狉犻狀犪
生长年限
Plantingyears
根长
Rootlength
(cm)
根数量
Rootnumber
(条Number)
根表面积
Rootsurfacearea
(cm2)
根体积
Rootvolume
(cm3)
根系垂直分布
Rootverticaldistribution
(cm)
根系水平分布
Rootleveldistribution
(cm)
1 13.6±4.0a 1315.0±237.3a 9.0±3.6a 6.7±2.3a 89.0±18.2a 60.3±7.6a
2 22.7±2.9a 1186.0±57.4a 27.3±1.5a 26.7±2.1a 88.7±21.7a 51.0±9.5a
3 100.3±25.6b 7846.3±1820.5b 102.3±20.6b 134.7±28.3b 97.0±24.0a 49.0±9.1a
4 165.3±20.0c14382.0±2751.9c 215.3±22.2c 239.7±61.5c 147.0±11.9b 74.0±6.1a
 注:表中数据为平均值±标准误差;同列数据中注不同字母表示草种间差异显著性(犘<0.05)。
 Note:Dataaremeans±SD.Differentlettersindicatesignificantdifferencesatthe0.05level.
2.2 生长年限和土壤深度变化对根系生物量的影响
根干重的指标能够直观地反映根系在土壤中的分布情况,通过对4种不同种植年限黄花的根系总生物量进
行测定(图2),结果表明,4种不同种植年限黄花根系平均生物量的大小顺序依次为:4a>3a>2a>1a,分别为
418.2,254.1,48.44和11.08g。3、4年生黄花根系的生物量明显高于1、2年生。黄花根系生物量从第3
852 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.5
年开始增长速度加快,1、2年生黄花的根系年增长量
图2 黄花根系生物量随生长年限的变化
犉犻犵.2 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狉狅狅狋犫犻狅犿犪狊狊狅犳犎.犮犻狋狉犻狀犪狑犻狋犺狆犾犪狀狋犻狀犵狔犲犪狉狊
 
较小。对不同种植年限黄花的根系总生物量随着生长
年限的变化关系进行方程拟合,得出:指数函数狔=
3.772e1.254狓;犚2=0.96,比较符合黄花根系生物量的变
化规律。
由于不同样地内植物的生长特性不同,不同生长
年限不同土壤层内根系的生物量也存在一定的差异。
土壤不同深度的根系生物量,可以反映该植物在某一
土层深度的生长能力和积累的生物量,而积累的生物
量越多,说明在该层中利用土壤营养、水分和微量元素
的能力越强。不同生长年限不同土壤层内草本植物根
系生物量如图3所示。1年生和2年生黄花的根系生
物量的分布特征均是随着土层的加深,根系生物量迅速降低;而3年生和4年生黄花根系生物量的分布特征则是
先随土层的加深而增加,在10~20cm土层内达到最大值,分别为106.0和165.7g,占根系总生物量的41.7%
和39.6%,然后又随土层的加深而逐渐降低。0~20cm土壤层是4种不同生长年限草本植物根系的集中分布
层,4种不同生长年限根系的生物量占总生物量的比例分别达到86.9%,78.9%,76.8%和73.3%。虽然梯田埂
坎是较为特殊的立地类型,但根系生物量的垂直变化均呈相同变化规律。
图3 不同种植年限黄花根系生物量随土层深度的变化
犉犻犵.3 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狉狅狅狋犫犻狅犿犪狊狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆犾犪狀狋犻狀犵狔犲犪狉犎.犮犻狋狉犻狀犪狑犻狋犺狊狅犻犾犱犲狆狋犺
 1a1,2a1,3a1,4a1等代表不同种植年限黄花植株编号。1a1,2a1,3a1,4a1representdifferentplantingyearsof犎.犮犻狋狉犻狀犪No.
 
2.3 不同种植年限土壤的养分分布
根系是连接植物和土壤的纽带,影响着土壤中养分向植物体的输送以及在土壤中的运移[9]。氮素是植物生
长所必需的营养元素,也是评价土壤肥力的重要指标。4种不同种植年限黄花土壤养分情况如表3所示,不同种
952第22卷第5期 草业学报2013年
植年限黄花土壤全氮含量变化趋势都是在0~40cm土层内随着土壤深度的增加而减小,在土壤表层0~10cm
都达到最高,分别为0.83,0.99,1.01和1.23g/kg,说明土壤氮素在成土作用下向表层富集,不同种植年限在
20~40cm土层上全氮含量有显著性差异,而0~20cm土层上没有差异性,4年生黄花土壤的全氮含量明显高
于其他年限,而其他3种年限则没有较大差异。4种不同种植年限黄花土壤有效氮含量变化则和全氮变化趋势
不同,在0~40cm范围内有一定的变化,有效氮的平均含量随着生长年限的增加逐渐增大,但是到种植黄花3年
后则逐渐稳定,不同生长年限土壤有效氮的平均含量分别为113.3,125.6,147.1和130.9mg/kg,不同种植年限
的土壤有效氮含量在各个土层没有差异性。
磷素是一种沉积性的矿物,其含量大小,分布格局与成土母质、植被类型等紧密相关[11]。4种不同种植年限
黄花土壤磷素随种植年限变化表现出一定的波动性,有效磷含量随土壤深度含量变化的最大值均出现在1年生
土壤中,分别为215.0,197.2,179.5mg/kg,但不同种植年限有效磷含量明显比对照的含量要大,说明黄花根系
有提高土壤有效磷含量的能力,不同种植年限的土壤有效磷含量在3个不同土层上没有差异性。土壤全磷含量
变化出现了不同的变化规律,1、2、3年生黄花根系土壤的全磷含量差异不大,而4年生的土壤全磷含量达到最
大,全磷含量随着土层深度的增加而逐渐降低,不同种植年限的土壤全磷含量只有在20~40cm土层上有显著性
差异,其他土层则没有差异。
土壤钾素含量变化和磷素含量变化呈现相同的变化规律,土壤全钾含量在土壤垂直分布上有差异性,1年生
黄花根系土壤的全钾含量在土壤各层中均达到最大值,分别为3.97,4.50,4.50g/kg。土壤有效钾能直接被植
物根系吸收,不同生长年限的土壤的有效钾含量变化有差异,和其他3种生长年限土壤相比,4年生的土壤有效
钾含量最大,在0~10cm上达到240.9mg/kg,在10~20cm上达到213.1mg/kg,在20~40cm土层上达到
204.9mg/kg。有植株的土壤钾素含量比裸坡对照的含量大,说明植株根系和钾素有一定的关系,根系有引起钾
素变化的作用。
表3 不同生长年限土壤养分的剖面分布
犜犪犫犾犲3 犞犪狉犻犪狀犮犲犻狀狋犺犲犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊犻狀狊狅犻犾狆狉狅犳犻犾犲
生长年限
Plantingyears
土壤深度
Soildepth
(cm)
全氮
TotalN
(g/kg)
有效氮
AmmoniumN
(mg/kg)
有效磷
AmmoniumP
(mg/kg)
全磷
TotalP
(g/kg)
有效钾
AmmoniumK
(mg/kg)
全钾
TotalK
(g/kg)
1 0~10 0.83±0.05bc 124.1±9a 149.9±65a 0.62±0.1b 119.9±6b 3.75±0.22a
10~20 0.68±0.05b 116.8±13a 123.1±74a 0.59±0.2b 113.6±7bc 4.07±0.43a
20~40 0.54±0.04b 100.0±17b 103.2±76b 0.61±0.1b 100.3±6c 3.99±0.51a
2 0~10 1.06±0.31ab 132.5±32a 44.2±10a 0.58±0.2b 126.9±41ab 3.58±0.47a
10~20 0.99±0.21ab 130.8±35a 41.8±10a 0.62±0.3ab 143.2±31b 3.20±0.27b
20~40 0.83±0.08ab 113.4±25ab 51.1±7ab 0.53±0.2b 157.8±23b 3.30±0.20ab
3 0~10 0.97±0.14abc 133.4±26a 100.4±54a 0.61±0.1b 134.3±17ab 3.25±0.23a
10~20 1.01±0.16ab 145.9±25a 93.1±40a 0.59±0.1b 120.4±12bc 3.35±0.50b
20~40 1.01±0.32a 161.9±44a 106.6±76a 0.55±0.1b 109.0±18c 3.41±0.71ab
4 0~10 1.23±0.18a 131.8±20a 79.9±10a 0.94±0.1a 183.6±57a 3.52±0.34ab
10~20 1.09±0.16a 133.1±26a 80.1±14a 0.96±0.1a 188.7±24a 3.54±0.18ab
20~40 0.98±0.27a 127.9±26ab 87.1±20ab 0.97±0.1a 195.3±10a 3.20±0.28b
CK 0~10 0.73±0.11c 132.1±9a 28.7±15a 0.79±0.0ab 102.8±3b 2.99±0.06b
10~20 0.81±0.11b 130.6±15a 29.5±13a 0.83±0.1ab 104.5±4c 2.98±0.05b
20~40 0.99±0.09a 139.2±28ab 23.1±14ab 0.98±0.2a 97.4±0c 3.02±0.15b
 注:表中数据为平均值±标准误差;同列数据中注不同字母表示不同种植年限同一土层差异显著(犘<0.05)。
 Note:Dataaremeans±SD.Differentlettersindicatesignificantdifferencesatthe0.05level.
062 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.5
2.4 生长年限、根系指标与土壤养分的相关性分析
通过SPSS18.0对生长年限、根系与土壤养分含量进行相关性分析,各指标的相关性关系如表4所示。全氮
含量和生长年限有极显著的相关性,相关系数达到0.777,随着种植年限的增加,土壤全磷含量也逐渐增大,全磷
和有效钾及生长年限也有显著相关性,相关系数分别为0.584和0.648,其他土壤养分指标和生长年限没有显著
相关性。根系生物量和土壤氮素含量有极显著的相关性,相关系数分别为0.888和0.837,但是和磷素、钾素的
相关性不显著。根表面积、根体积和土壤养分的相关性一致,均与土壤全氮和有效钾有显著相关性,说明土壤全
氮、有效钾和根系有密切的关系,达到了显著水平,而土壤其他指标和根系相关性不显著。
表4 各指标相关性分析
犜犪犫犾犲4 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊犫犲狋狑犲犲狀犪犾狋犺犲犻狀犱犲狓犲狊
土壤养分
Soilnutrients
相关性指标
Correlationindexes
生长年限
Plantingyears
根系生物量
Rootbiomass
根表面积
Rootsurfacearea
根体积
Rootvolume
全氮 TotalN r 0.777 0.888 0.671 0.697
sig. 0.003 0.000 0.017 0.012
有效氮AmmoniumN r 0.324 0.837 0.315 0.284
sig. 0.304 0.001 0.319 0.372
全磷 TotalP r 0.584 -0.364 0.518 0.498
sig. 0.046 0.245 0.084 0.099
有效磷 AmmoniumP r -0.043 0.221 -0.133 -0.081
sig. 0.894 0.489 0.681 0.803
全钾 TotalK r 10.410 -0.340 -0.315 -0.312
sig. 0.185 0.280 0.319 0.324
有效钾 AmmoniumK r 0.648 0.483 0.685 0.613
sig. 0.023 0.112 0.014 0.034
 注:表示犘<0.01水平上显著相关。表示犘<0.05水平上显著相关。
 Note:indicatesthecorrelationissignificantatthe0.01level.indicatesthecorrelationissignificantatthe0.05level.
3 讨论与结论
根系的分布特征不仅与植物本身的特性有关,而且在很大程度上受土壤环境因子的影响。植物根系的分布
特征是目前生态学研究的热点之一[12],通过对不同生长年限黄花根系分布特征的研究,结果表明,1)黄花根系
的主根长随着生长年限的变化表现出逐渐递增的规律,1、2年生黄花没有显著差异,但和3、4年生黄花差异显
著,根长的最大值达到185.3cm。根长指标反映了植株自身的生态学特性对特殊环境的适应,黄花种植在生物
埂网格内,根系水平分布受到网格限制,在水平反方向上受到抑制,为了吸收水分和养分满足自身,只有选择对其
根系空间分布状况的调整以适应环境,从而加大其自身的竞争能力。根系长度是能表明根系吸收功能的优良指
标,根系越长,其吸收能力越强,3、4年生黄花的根系吸收养分和水分的能力要强于1、2年生。2)黄花根系的数
量、根表面积和根体积的变化都随生长年限的变化逐渐增大,但是4年生黄花根系的根量、根表面积和根体积均
明显比其他生长年限的大,分别为17133条、237.5cm2 和301.2cm3。根表面积是根系形态特征的一个重要指
标,能够从整体上反映根系的吸收水分和无机盐等物质的有效吸收面积。随着生长年限的增加,根系表面积也增
加,两者呈线性变化关系。根体积指标能够直观地反映根系在土层中的空间分布特征,1、2年生黄花根体积差异
不显著,但与3、4年生黄花根体积差异显著,这是因为黄花属于多年生宿根植物,随着年限的增大,其根系也逐渐
增大,虽然会有部分老根随植株新陈代谢作用发生变化,但很大程度上不影响根体积的变化。3)不同生长年限黄
花根系数量、根表面积和根体积的差异性均表现出相似性。通过相关性分析可知黄花根系数量、根表面积和根体
积及根长有极显著的相关性,其相关系数分别为0.994,0.983,0.985。
162第22卷第5期 草业学报2013年
根系的生物量是生态系统最基本的数量特征,是认识生态系统结构和功能的基础,而根系生物量的差异是植
物的生物学特性和环境因子的共同作用的结果。研究发现不同种植年限黄花根系平均生物量的大小顺序依次
为:4a>3a>2a>1a,它们的变化规律通过方程拟合发现指数函数狔=3.772e1.254狓(犚2=0.96)比较适合这种变
化关系。研究结果与党晓宏等[8]在沙棘根系生物量随树龄变化中结果一致,相同立地条件下,沙棘根系生物量随
着树龄的增长而增加。郭忠玲等[13],董慧霞等[14],杨丽韫和李文华[15]在各自的研究中也认为细根生物量随着土
层深度的变化而变化。产生这种结果的原因是4年生黄花长势相比其他生长年限较好,土壤水分和养分条件与
其他年限的有差异。1年生、2年生黄花和3年生黄花根系生物量垂直分布特征不同,1、2年生黄花根系生物量
随土层深度加深而降低,3、4年生黄花根系生物量则是随土壤深度加深先增加而后降低。韦兰英和上官周平[16]
研究也认为根系总生物量以及各径级根系生物量随着土层深度的增加而减小,其在表层分布较多。宇万太和于
永强[17]在植物地下生物量研究进展一文中认为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。0~20cm土壤层是4种不同生长年限黄花根系的集中分布层,4种不同生长年限根系的生
物量占总生物量的比例分别达到86.9%,78.9%,76.8%和73.3%。随着黄花根系生长,根系之间会穿插和相互
交织在一起,形成一个根系网,而这个根系网往往存在于0~20cm的土层,周华坤等[18]研究认为各土层中植物
地下生物量随着深度的增加而明显减小,其中不同深度地下生物量之间差异显著。
土壤是植物群落的主要环境因子之一,其理化性质影响着植被发生、发育和演替的速度,同时也因植被的演
变而发生变化。土壤水分及养分的含量,对植物的生长和植物生态系统的生产力具有很强的控制作用,土壤养分
含量受植被类型因素影响[19]。通过研究黄花根系土壤的养分,结果表明全氮、全钾和有效磷含量在4种不同生
长年限里均是4年种植年限达到最大值,且均大于对照裸坡样地,而其他养分指标则变化不明显。根系影响土壤
养分分布程度取决于根系在土体中缠绕和分布状况,包括根密度、垂直、水平方向分布及根的分枝特性等。对根
系指标和土壤养分指标的相关性进行分析,发现土壤全氮、有效氮和有效钾含量均与黄花根系有显著地相关性,
这也符合紫色土养分特点[20]。张庆费等[21]分析认为植被对土壤的改良作用主要体现在增加土壤的有机质、氮
素等养分元素含量。
黄花根系生长、穿插、死亡及其生物量的变化,使得根系土壤的营养元素含量差异显著。成文竞等[22]研究发
现草坪土壤剖面养分含量与根系分布特征和养分移动性有密切关系,根系分布越深,根生物量越大,养分残留越
少。土壤氮素含量相对富集主要是因为氮素主要来源于植物枯枝落叶,随着种植年限的增大和植被恢复演替,为
土壤养分富集提供了基础。杨益等[23]研究认为凋落物的增加和根系生长过程中分泌物排放的增多,可能会促进
微生物的活动进而影响到土壤颗粒碳和氮含量变化。有黄花根系土壤钾素和磷素含量均比无根系的对照裸坡地
大,说明根系有改变土壤养分的能力。根系是植物的重要组成部分,植物生长所需要的水分和养分主要通过根系
从土壤中摄取。由于植物根系直接不断地摄取养分,以及随着植物的生长,土壤养分通过质流和扩散的方式向根
表迁移,加上根系分泌作用的影响,使得土壤养分含量和分布都变得较为复杂。植物每年都有大量有机物质进入
土壤,并通过微生物的活动,逐渐变为土壤腐殖质,进而提高了土壤有机质的含量,最后达到提高土壤肥力的效
果。
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362第22卷第5期 草业学报2013年
犈犳犳犲犮狋狅犳犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊狉狅狅狋狊狔狊狋犲犿犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅狀狊狅犻犾
狀狌狋狉犻犲狀狋狊犻狀狋犲狉狉犪犮犲犫犪狀犽狊狆犾犪狀狋犲犱犳狅狉犺犻犾狊犾狅狆犲狆狉狅狋犲犮狋犻狅狀
QINChuan1,HEBinghui1,LIUYongxin2,LITianyang1,YANLi1,MAXiwu1
(1.KeyLaboratoryoftheThreeGorgesReservoirRegion’sEcoEnvironmentMinistryofEducation,
InstituteofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China;
2.The10middleschool,Longquanyidistrict,Chengdu,Sichuan,
Chengdu610108,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:TerracebanksintheeastSichuanhilyareawhichwereplantedwith犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊犮犻狋狉犻狀犪forslope
protectionwerestudiedtogetherwithsoilinbankgridstounderstandrootdistributioncharacteristicsandtheir
effectonsoilnutrients.Fourdifferentplantingyearsof犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊,wereusedinfieldinvestigationsandin
doorexperimentswithacombinationofresearchmethods.Thedifferencesandrelationshipsbetweenrootdis
tributioncharacteristics,biomassandsoilnutrientsonterracebankswereanalysed.Withanincreasingageaf
terplanting,rootlength,rootvolume,rootsurfaceareaandrootvolumeindexesincreased;Therootvertical
distributionof4yearold犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊weresignificantlyhigherthaninyoungerplants.Theirvaluesover
yearsonetofourwere185.3cm(17,133items),237.5cm2,301.2cm3and158.9cmrespectively.Theroot
systemdistributionlevelsweredifferentduetotherestrictionsofthegridsize.Inthefourdifferentplanting
yearsof犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊,theaveragerootbiomasssizesequenceswere:4a>3a>2a>1a.Therewasdifferent
growthindifferentsoillayersandalsosomedifferencesofrootbiomass.The犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊rootmorphology
notonlyaffectedthegrowthoftheplantitself,butalsoaffectedsoilfertilization.Rootandsoilnutrientswere
higherunderthreeorfouryearsof犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊thanunder1or2yearsof犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊,andthoseindexin
thebareplots,soilnutrientcontentweresignificantlydifferencebetweendifferentplantagesinthesamesoil
layer.TotalN,availableNandavailablePcontentsandthe犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊rootindicatorsweresignificantly
correlated.Itappearsthatthe犎犲犿犲狉狅犮犪犾犾犻狊rootshavetheabilitytochangethesoilnutrientsthroughtheirsoil
andwaterconservationproperties.Theresearchresultscouldbeusedforchoosingherbsandimprovingsoilnu
trientsintheeastSichuanhilyareaterracebanksandtoprovideatheoreticalbasisandpracticalreference
value.
犓犲狔狑狅狉犱狊:rootdistributioncharacteristics;plantroots;terracebank;rootbiomass;soilnutrients
462 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.5