全 文 ：第 wu卷 第 tt期
u s s y年 tt 月
林 业 科 学
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∂²¯1wu o‘²1tt
‘²√ qou s s y
黄土高原不同水分生态区刺槐细根
垂直分布的差异 3
赵 忠t 成向荣u 薛文鹏t 王迪海t 袁志发v
kt q西北农林科技大学林学院 杨凌 ztutss ~ u q中国科学院 !水利部水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室
杨凌 ztutss ~ v q西北农林科技大学生命科学学院 杨凌 ztutssl
摘 要 } 以生长在陕西黄土高原半干旱气候区安塞县和半湿润气候区长武县的刺槐人工林为研究对象 o采用土
钻法获取根样 o研究不同气候区刺槐细根的垂直分布特征 ∀结果表明 }两地刺槐细根分布差异较大 o安塞县刺槐细
根平均分布深度为 uxs ¦° o长武为 uss ¦° ~安塞阴 !阳坡立地上刺槐细根表面积特征值分别是长武的 x1sy和 {1u|
倍 ∀无论是在阴坡还是阳坡立地上 o安塞刺槐细根表面积特征值均在土壤表层 s ∗ us ¦°处达到最大值 o且随土层
加深逐渐减小 ~长武刺槐细根表面积特征值峰值出现在较深的土层 o阴 !阳坡均在 ys ¦°左右 ∀安塞刺槐细根约
{s h分布于 s ∗ txs ¦°土层中 o长武集中在 s ∗ tss ¦°土层 ∀此外 o两地刺槐细根表面积特征值阴坡大于阳坡 ∀水
分条件不同是造成这种差异的主要原因 ∀模型 Σ € „ η…k≤ n ⁄η n ∞ηu n ƒ ηvl可以较好地拟合两地刺槐细根的垂直
分布特征 o安塞县不同立地的拟合决定系数 Ρu 均在 s1|w以上 o长武县在 s1{s以上 ∀
关键词 } 黄土高原 ~刺槐 ~细根表面积 ~细根垂直分布 ~模型
中图分类号 }≥ztt ~≥z|u1uz 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyltt p ssst p sz
收稿日期 }ussx p s{ p s| ∀
基金项目 }国家自然科学基金kvsyztyzvl !教育部博士点基金kussvsztussul !黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室基金ktsxst p
tuvl ∀
3 成向荣为通讯作者 ∀
∆ιφφερενχε οφ Φινε Ροοτ ςερτιχαλ ∆ιστριβυτιον οφ Ροβινια πσευδοαχαχια
υνδερ τηε ∆ιφφερεντ Χλιµατε Ρεγιονσιν τηε Λοεσσ Πλατεαυ
«¤² «²±ªt ≤«¨ ±ª ÷¬¤±ªµ²±ªu ÷∏¨ • ±¨³¨ ±ªt • ¤±ª⁄¬«¤¬t ≠∏¤± «¬©¤v
kt1 Χολλεγε οφ Φορεστρψo Νορτηωεστ Α&Φ Υνιϖερσιτψ Ψανγλινγ ztutss ~ u1 Στατε ΚεψΛαβορατορψ Σοιλ Εροσιον ανδ ∆ρψλανδ Φαρµινγ ον τηε Λοεσσ Πλατεαυ o Ινστιτυτε
οφ Σοιλανδ Ωατερ Χονσερϖατιον oΧΑΣ oΜινιστρψοφ Ωατερ Ρεσουρχεσ Ψανγλινγ ztutss ~ v1 Λιφε2Σχιενχεσ Χολλεγε o Νορτηωεστ Α&Φ Υνιϖερσιτψ Ψανγλινγ ztutssl
Αβστραχτ} Ροβινια πσευδοαχαχιᬶ²±¨ ²©·«¨ °¤­²µ³¯¤±·¬±ª·µ¨¨¶³¨¦¬¨¶¬±·«¨ ≥«¤¤±¬¬²¨¶¶°¯¤·¨¤∏q≤«¤±ªº∏¦²∏±·¼ ¤±§
„±¶¤¬≤²∏±·¼ ¬¯¨ ¬±·«¨ ¶¨ °¬«∏°¬§¤±§¶¨°¬¤µ¬§µ¨ª¬²±²©·«¨ ¤µ¨¤oµ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ qŒ±·«¬¶³¤³¨µo·«¨ ©¬±¨ µ²²·√¨ µ·¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±¶
²© Ρ q πσευδοαχαχια ªµ²º¬±ª¤··«¨ ·º²¦²∏±·¬¨¶º¨ µ¨ ¶·∏§¬¨§o∏¶¬±ª¶²¬¯ ¤∏ª¨µ°¨ ·«²§q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤··«¨ ©¬±¨ µ²²·
√¨ µ·¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± «¤§§¬¶·¬±¦·§¬©©¨µ¨±¦¨¶¬±·«¨¶¨ ·º²µ¨ª¬²±¶q׫¨ °¨ ¤± §¨³·«²©©¬±¨ µ²²·√¨ µ·¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± º¤¶uxs ¦°¬±
„±¶¤¬≤²∏±·¼o¤±§²±¯¼ uss ¦°¬± ≤«¤±ªº∏≤²∏±·¼q׫¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ©¬±¨ µ²²·¶∏µ©¤¦¨ ¤µ¨¤k¦°u#§°pvl ²±¶«¤§¼¤±§¶∏±±¼ ¶¯²³¨
²© „±¶¤¬≤²∏±·¼ º¤¶x1sy ¤±§{1u|·¬°¨ ¶²√¨ µ·«¨ √¤¯∏¨ ²©≤«¤±ªº∏≤²∏±·¼oµ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ q…²·«²±¶«¤§¼¤±§¶∏±±¼ ¶¯²³¨ ²©·«¨
·º²¦²∏±·¬¨¶o·«¨ °¤¬¬°∏° √¤¯∏¨ ²©©¬±¨ µ²²·¶∏µ©¤¦¨ ¤µ¨¤³µ¨¶¨±·¨§¶²¬¯¶∏µ©¤¦¨ ks ∗ us ¦°l ¤±§·«¨ ± §¨¦µ¨¤¶¨ ¶¯²º¯ ¼¬± „±¶¤¬
≤²∏±·¼q‹²º¨ √¨ µo·«¨ °¤¬¬°∏° √¤¯∏¨ ¤³³¨¤µ¨§²± ys ¦°¬± ≤«¤±ªº∏≤²∏±·¼q„¥²∏·{s ³¨µ¦¨±·©¬±¨ µ²²·²© Ρ q πσευδοαχαχια
§¬¶·µ¬¥∏·¨§¬±s ∗ txs ¦°¶²¬¯ ¤¯¼¨ µ¬± „±¶¤¬≤²∏±·¼o¤±§¬±s ∗ tss ¦°¬± ≤«¤±ªº∏≤²∏±·¼qŒ±¤§§¬·¬²±o·«¨ ©¬±¨ µ²²·º¤¶µ¬¦«¨µ
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¶¬ª±¬©¬¦¤±·¯¼ µ¨ ¤¯·¨§·²¶²¬¯ º¤·¨µoº«¬¦«º¤¶¤®¨ ¼©¤¦·²µ·²¬±©¯∏¨±¦¨ ©¬±¨ µ²²·§¬¶·µ¬¥∏·¬²±q׫¨ °²§¨¯ Σ € „ η…k≤ n ⁄η n ∞ηu
n ƒ ηvl ¦¤± º¨ ¯¯ §¨¶¦µ¬¥¨§ Ρ q πσευδοαχαχιαπ󩬱¨ µ²²·√¨ µ·¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±¬±·«¨¶¨ ·º²µ¨ª¬²±¶o·«¨ ©¬·§¨¦¬§¨ ¦²¨©©¬¦¬¨±·k Ρul
°²µ¨ ·«¤± s1|w ¬± „±¶¤¬¤±§ °²µ¨ ·«¤± s1{s ¬± ≤«¤±ªº∏ ≤²∏±·¼q ׫¨ µ¨¶¨¤µ¦« ²© Ρ q πσευδοαχαχιαπσ ©¬±¨ µ²²·√¨ µ·¬¦¤¯
§¬¶·µ¬¥∏·¬²± ∏±§¨µ§¬©©¨µ¨±·¶²¬¯ º¤·¨µ ±¨√¬µ²±°¨ ±·º¬¯¯ «¨ ³¯·²©∏µ·«¨µ ¬¨³¯²µ¨ ·«¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¥¨·º¨ ±¨ ©¬±¨ µ²²·¶¼¶·¨° ¤±§¶²¬¯
º¤·¨µ¤±§·«¨ µ¨¤¶²± ²©¶²¬¯ §µ¬©¬¦¤·¬²±¬±·«¨ ¨²¶¶°¯¤·¨¤∏q
Κεψ ωορδσ} ¨²¶¶°¯¤·¨¤∏~ Ροβινια πσευδοαχαχια~©¬±¨ µ²²·¶∏µ©¤¦¨ ¤µ¨¤~©¬±¨ µ²²·√¨ µ·¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±~°²§¨¯
刺槐k Ροβινια πσευδοαχαχιαl是黄土高原地区主要造林树种之一 ∀us世纪 zs年代末到 {s年代初 o陕西黄
土高原从南到北进行了大面积的栽植 o对改善这一地区的生态环境 o防治水土流失发挥了重要作用 ∀us世
纪 |s年代以来 o黄土高原南北人工刺槐林群落的生长出现了明显的区域分异k王力等 ousswl ∀生长在南部
长武县的刺槐林长势良好 o但生长在北部安塞的刺槐林却出现了大面积的衰退现象 ∀现有的研究表明 o这与
人工植被根系对土壤水分过度消耗导致的林地土壤干化密切相关k杨文治 ousst ~王力等 oussxl ∀根系k尤其
是细根l是传输水分的主要通道 o其分布特性影响到林木对地下营养和土壤水分的利用 o与土壤干层的形成
有着直接的关系k¤¦®¶²± ετ αλqot||y ~穆兴民等 oussvl ∀尽管深层土壤中仅有很少比例的细根存在 o但它们
对林木的水分吸收却发挥着非常重要的作用kŠ¤¯¨ ετ αλqot|{z ~¤¦®¶²± ετ αλqot||y ~¤¦¯¤∏ ετ αλqousstl ∀根
系统是土壤 p植物 p大气连续体k≥°„≤l中的重要环节 o精确掌握根系的分布特征对于研究 ≥°„≤ 系统中水
分的转化是必不可少的 o也是研究不同植被覆盖下水量平衡的基础 ∀通过数学模型描述根系的分布特征是
研究根系在土壤中分布格局的有效方式 ∀国内外在这方面已有许多报道k马华明等 oussu ~张劲松等 oussu ~
ussw ~Š¤¯¨ ετ αλqot|{z ot||t ~¤¦®¶²± ετ αλqot||y ~…²∏¬¯¯ ·¨ετ αλqoussul o但大多数仍用简单的指数 !幂函数或对
数函数来描述根系的分布 ∀由于根系的分布不仅取决于植物本身的遗传特性 o而且在很大程度上受所处生
态环境的影响 o这就导致现有的模型有时不能很好地反映根系空间分布特性 ∀成向荣等kussyl提出了一个
描述细根垂直分布的模型 o通过该模型来拟合陕北黄土高原不同水分生态区刺槐细根垂直分布特征 o以期为
今后研究根系吸水及水量平衡奠定基础 ∀开展黄土高原人工植被根系分布特征及其水分生态环境效应的研
究 o对于揭示土壤干层形成机理 o进一步深化黄土高原土壤干层研究都具有十分重要的意义 ∀
本文以位于陕西省黄土高原半湿润区的长武县和半干旱区的安塞县为调查地点 o对两地的刺槐细根垂
直分布特征进行比较 o并建立根系垂直分布模型 o研究不同水分生态环境下刺槐细根的垂直分布规律 ∀
t 研究区概况
试验地在陕西省安塞县的墩滩山和长武县王东沟 ∀安塞县居黄土高原腹地kts{βxtχwwδ ) ts|βuyχt{δ∞o
vyβvsχwxδ ) vzβt|χvtδ‘l o属典型的梁峁状丘陵沟壑区 o暖温带半干旱大陆性季风气候 o平均海拔t uss ° o年均
降水量 xsx1v °° o降雨量年际变化较大 o年内分布不均 oz ) |月的降雨量占全年降雨量的 ys h以上 o干燥度
为 t1x ∗ u1x o年均气温 {1{ ε o平均无霜期 tys §∀年总辐射量为 xxu1y{ ®#¦°pu o属暖温带森林草原区 o主要
土壤类型为黄绵土 ∀长武县地处黄土高原沟壑区中部ktszβv{χw|δ ) tszβx{χsuδ∞ovwβx|χs|δ ) vxβt{χvzδ‘l o暖
温带半湿润大陆性季风气候 o海拔 |xs ∗ t uux ° o年均气温 |1t ε o年均降水量 x{w1t °° o多集中于 z ) |月 o
干燥指数 t1x ∗ u1s o无霜期 tzt §o土壤类型为黄绵土 ∀
u 研究方法
ussv年 z月下旬在安塞县的墩滩山和长武县王东沟共设置 ts块 us ° ≅ us °的临时样地 o采用土钻法
对刺槐细根的垂直分布进行了取样调查 ∀样地概况如表 t所示 ∀
表 1 样地概况
Ταβ .1 Συρϖεψ οφ σαµ πλε πλοτσ
序号
‘²q
地点
°¯ ²·
坡向
≥¯ ²³¨ ¤¶³¨¦·
坡度
≥¯ ²³¨Πkβl
坡位
°²¶¬·¬²± ²± ¶¯²³¨
林龄
≥·¤±§¤ª¨Π¤
平均树高
„√¨ µ¤ª¨ ·µ¨¨«¨¬ª«·Π°
平均胸径
„√¨ µ¤ª¨ ⁄…‹Π¦°
林分密度
≥·¤±§§¨±¶¬·¼Πk·µ¨ #¨«°pul
t 长武 ≤«¤±ªº∏ 东北 ‘²µ·«¨¤¶· ty 下 ˜±§¨µ us tt tv1z t xss
u 长武 ≤«¤±ªº∏ 东北 ‘²µ·«¨¤¶· us 下 ˜±§¨µ us tv tw1u t xss
v 长武 ≤«¤±ªº∏ 西南 ≥²∏·«º ¶¨· t{ 下 ˜±§¨µ ux tt tw1v t xss
w 长武 ≤«¤±ªº∏ 西南 ≥²∏·«º ¶¨· vs 上 „¥²√¨ ux tu tw1s t xss
x 安塞 „±¶¤¬ 东北 ‘²µ·«¨¤¶· vx 上 „¥²√¨ uy |1t tx1z t uss
y 安塞 „±¶¤¬ 东北 ‘²µ·«¨¤¶· vs 下 ˜±§¨µ uy z1z t{1v t uss
z 安塞 „±¶¤¬ 南 ≥²∏·« vu 上 „¥²√¨ vs z1w t|1t t uxs
{ 安塞 „±¶¤¬ 西南 ≥²∏·«º ¶¨· u| 上 „¥²√¨ vs {1w tz1v t uxs
| 安塞 „±¶¤¬ 东南 ≥²∏·«¨¤¶· uz 上 „¥²√¨ uw tt1{ tw1v zus
ts 安塞 „±¶¤¬ 西南 ≥²∏·«º ¶¨· uw 下 ˜±§¨µ uw y1{ tv1u zus
在各样地内随机选取 vs株样木 o进行每木检尺 o从中选出 w株平均样木 o按照 tΠw样圆法取样k王文全
等 ot||wl ∀取根样时 o以样木为中心分别在半径 s1x和 t1x °的弧线上按等距确定 v个取样点 o分土层kts
¦° o即 t §°l用土钻k< € y1{ ¦°l钻取土样 o直至无根系出现 ∀从各土层钻取的土样中拣出所有根系 o编号后
u 林 业 科 学 wu卷
装入塑料袋带回实验室 ∀
将野外带回的根样用蒸馏水清洗干净 o采用根系形态学和结构分析系统 • Œ‘•«¬½²k加拿大 • ∞Š∞‘× 公
司l o按根系直径 [ u °°和  u °°的标准分为 u级 o测定各径级的根系表面积 o并分别计算出各样地不同土
层中根系的分布特征值 ∀
¼µ等kt|yzl研究认为 o林木一般在苗期就可以达到根系垂直分布的最大值 o刺槐的根系分布在 w年时
就可以达到 v1z °的深度 ∀赵忠等kusssl的研究证实 o尽管林木根系密度随着年龄的增大而增加 o但是在一
定年龄就可以达到水平分布和垂直分布的极值 ∀这表明其根系的垂直分布模式已形成 ∀成向荣等kussyl的
研究表明 o在刺槐细根各项特征值中表面积特征值与水分在土壤垂直剖面上的分布特征最为吻合 ∀虽然生
物量已成为刻画细根分布的重要指标 o但根样品较小时变异较大 o不易揭示处理间的差异 o提供的信息也相
对有限k…²¬ot||yl ∀根系表面积是根系与土壤之间进行营养物质交换的界面 o根面积与水分吸收密切相关 o
这一指标能更好地反映林木对土壤环境的利用状况k王佑民等 ot||w ~¤¦®¶²± ετ αλqot||z ~何维明 ousss ~刘建
军 oussul ∀用下式计算某土层细根表面积特征值 }
Σ €
Ε
ν
ϕ€ t
Ε
κ
ι € t
µ
νκ #
t
Πρu η # t sss
式中Β Σ为某土层细根表面积特征值k¦°u #§°pvl oρ为土钻半径kv1w ¦°l oη为土层厚度k¦°l oµ为细根表面
积k¦°ul oν !κ为样木总数及样点总数 ∀
细根垂直分布的分析和拟合使用 ∞¬¦¨¯ussv和 ≥ׄ׌≥׌≤„ y1s统计分析软件 ∀
v 结果与分析
311 不同水分生态区刺槐细根垂直分布特征
v1t1t 安塞县刺槐细根垂直分布特征 安塞县不同立地刺槐细根表面积随土壤深度的变化状况见图 t ∀从
图 t可看出 o刺槐细根表面积特征值在阴 !阳坡立地表现出类似的变化规律 o即在土壤表层 s ∗ us ¦°达到峰
值 o随着土壤深度的增加而减少 ∀这与赵忠等kusswl对渭北黄土高原地区刺槐人工林细根垂直分布特征的
研究结果一致 ∀
图 t 安塞县刺槐细根表面积垂直分布特征
ƒ¬ªqt ƒ¬±¨ µ²²·¶∏µ©¤¦¨ ¤µ¨¤√¨ µ·¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©
Ρ q πσευδοαχαχιᬱ „±¶¤¬≤²∏±·¼
¤q阴坡 ≥«¤§¼ ¶¯²³¨ ~¥q阳坡 ≥∏±±¼ ¶¯²³¨ q下同 ׫¨ ¶¤°¨¥¨ ²¯º q
在阴坡及阳坡立地上 o刺槐细根
表面积在 txs ¦°以上的土层中随土壤
深度的增加显著下降 otxs ¦°以下的
土壤中减少的相对缓和 ∀阴坡k距树
干 s1x °ls ∗ us ¦°土层中细根表面积
特征值占整个剖面 ks ∗ uxs ¦°l的
ty1w h ous ∗ txs ¦°土层中占 yw1u h ~
阳坡 s ∗ us ¦° 土层中所占比例为
uv h ous ∗ txs ¦° 土层中为 xz1u h ∀
可见 o无论在阴坡还是阳坡 o约 {s h的
刺槐细根分布在 s ∗ txs ¦°土层中 o
tys ∗ uxs ¦° 土层中仅为 us h ∀由于
黄土高原特殊的水文特征 o其降水入
渗深度一般在 u1s °以内 o没有深层
渗漏k杨新民等 ot|{{ ~聂道平 ot|{| ~杨
海军等 ot||vl ∀杨新民等kt||wl的研
究表明 }在少雨年 o安塞县仅 t1s °以上的土壤可得到水分的补偿 o在丰水年可达 u1s ° ~个别降水特别丰润
的年份 o可达 u1x °左右 ∀王国梁等kussul对这一地区不同林龄阴 !阳坡立地刺槐人工林土壤水分的研究表
明 o该区土壤水分在剖面上分为 v层 }一是水分交换活跃层 o厚约 us ¦° ~二是土壤水分双向补偿层 o在 us ∗
txs ¦°处 ~三是土壤水分相对稳定层 o位于 txs ¦°以下 ∀从图 t可以看出 o刺槐细根表面积在 us ¦°的深度
v 第 tt期 赵 忠等 }黄土高原不同水分生态区刺槐细根垂直分布的差异
内达到峰值 o这可能与表层土壤强烈的水热交换作用有关 o强烈的水热交换作用有利于根系的生长和发育 ∀
在 us ∗ txs ¦°的土层中细根分布比较集中 o土壤水分也常处于不稳定状态 ∀在 txs ¦°以下的土壤中细根较
少 o土壤水分的变化也不大 ∀可知 o刺槐细根的垂直分布与土壤水分在剖面上的垂直分布规律基本一致 ∀此
外 o阳坡土壤水分蒸发比阴坡强烈 o相同的土壤深度中 o阴坡比阳坡的土壤水分条件好k赵忠等 ousss ~王国梁
等 oussu ~郝文芳等 oussvl o导致阴坡刺槐细根表面积比阳坡大 ∀
在阴坡 o细根表面积在距树干 s1x和 t1x °处没有明显差异 o但在阳坡 o在距树干 s1x °处大于 t1x °
处 o尤其在 s ∗ tss ¦°土层中差异明显 o在 tss ¦°以下的土壤中差异不大 ∀这表明阳坡立地上刺槐细根在距
树干较近的区域分布集中 ∀因此 o刺槐细根在阴坡较阳坡有更大的分布空间 ∀造成这种差异的关键因素是
阴 !阳坡土壤水分状况不同 o总体上阴坡立地水分状况好于阳坡k赵忠等 ousssl ∀在阴坡及阳坡 o受整地方式
或树干茎流作用的影响 o距离树干较近的土壤能够获得较多的水分补给 ∀同时也说明用距离树干较近区域
的细根特征值能够更为准确地反映细根的垂直分布特征 ∀
v1t1u 长武县刺槐细根垂直分布特征 长武县地处半湿润地区 o土壤水分状况与地处半干旱地区的安塞县
有很大的不同 ∀从图 u可以看出 o长武县刺槐人工林细根表面积在阴坡及阳坡立地上 o在 ys ¦°左右的土深
处达到峰值k阳坡距树干 t1s °处在土深 us ¦°处达峰值l o然后随土壤深度的增加缓慢减少 ∀在阴坡距树
干 s1x和 t1s °处刺槐细根表面积变化不大 ~而在阳坡距树干 s1x °处细根表面积明显大于 t1s °处 o在 tys
¦°土层以下 o距树干 t1s °处细根表面积几乎为零 ∀这表明刺槐细根在阴坡较阳坡有更广的分布空间 ∀
图 u 长武县刺槐细根表面积垂直分布特征
ƒ¬ªqu ƒ¬±¨ µ²²·¶∏µ©¤¦¨ ¤µ¨¤√¨ µ·¬¦¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²± ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©
Ρ q πσευδοαχαχιᬱ ≤«¤±ªº∏≤²∏±·¼
在阴坡k距树干 s1x °l os ∗ tss
¦°土层中分布的刺槐细根占整个剖
面ks ∗ uss ¦°l的 z{1z h o其中 xs ∗ zs
¦°土层中集中了 vt1{ h的细根 ~在阳
坡 os ∗ tss ¦° 土层中所占比例为
{x1y h oxs ∗ zs ¦°土层为 vu1{ h ∀曹
扬等kussyl对该流域刺槐林地土壤水
分年动态的研究表明 }刺槐生长旺盛
期kz ) |月l os ∗ ws ¦°土层土壤水分
变化最为活跃 o不同月份变化较大 o
xs ∗ |s ¦°土层土壤水分常处于不稳定
状态 otss ¦° 以下土壤含水量保持相
对稳定 ∀s ∗ tss ¦°土层阴坡立地平
均土壤含水量为 ut1uv h o而阳坡为
tz1w| h ∀值得提及的是 o刺槐林下草
本植被长势较好 o盖度在 |x h以上 o其根系集中分布在 s ∗ ws ¦°土层k李鹏等 oussvl ∀因而 o在 s ∗ ws ¦°土
层草根与刺槐细根相互穿插 o导致总的细根量相对较大 o土壤水分变化活跃 ∀由此说明 o细根分布密集的土
层通常土壤水分变化也比较强烈 o剖面土壤水分的变化与细根的垂直分布具有十分紧密的联系 ∀
v1t1v 安塞和长武刺槐细根垂直分布特征比较 通过对安塞和长武两地刺槐细根垂直分布k距树干 s1x °
处l特征的比较k图 t !ul o可发现安塞的刺槐平均细根分布深度为 uxs ¦°o长武为 uss ¦° ~安塞阴 !阳坡立地
上刺槐细根表面积平均特征值kuv1ww和 t{1|t ¦°u#§°pvl分别是长武平均值kw1yv和 u1u{ ¦°u#§°pvl的 x1sy
和 {1u|倍 ∀两地刺槐细根在整个剖面的垂直分布特征也有区别 o无论在阴坡还是在阳坡立地上 o安塞刺槐
细根表面积均在土壤表层 s ∗ us ¦°达到最大值 o然后随深度增加逐渐减少 ~长武的峰值出现在较深的土层 o
阴 !阳坡均在 ys ¦°左右 ∀此外 o两地阴坡刺槐细根表面积大于阳坡 ∀两地刺槐细根垂直分布的这种差异与
不同生态区的水分环境密切相关 o水分条件是影响刺槐细根分布的关键因素 ∀杨文治等kt||wl对黄土高原
地区造林土壤水分生态分区的研究表明 o长武处在暖温带半湿润区 o土壤水分均衡补偿人工乔灌林适生区 o
经雨季降水补给 o土壤湿度恢复到田间持水量水平的深度可达 tss ∗ txs ¦°∀在丰水年 o恢复深度可达 uss
¦° o在立地条件较好的沟坡乔木多可成材 ~而安塞属暖温带半干旱区 o土壤水分周期亏缺人工灌乔林适生
区 o经雨季 uss ¦°土层的土壤湿度只恢复到 tx h左右 o相当于田间持水量的 zs h ∗ {s h ∀因此 o不同水分生
w 林 业 科 学 wu卷
态区刺槐细根表现出的分布特征差异是对不同生境适应的结果 ∀
上述结果证实了在不同气候区和不同立地上刺槐细根的垂直分布特征具有一定的规律 ∀即由半湿润到
半干旱地区 o随着干旱程度增加 o刺槐细根垂直分布深度增大 o细根密度明显增加 ~而在同一气候区内 o阴 !阳
坡立地上细根的分布深度大体一致 o但阴坡较阳坡密度大 ∀
图 v 安塞县刺槐细根表面积实测值与模拟值垂直变化状况
ƒ¬ªqv ∂ µ¨·¬¦¤¯ ¦«¤±ª¨ ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©²¥¶¨µ√¨ §¤±§³µ¨§¬¦·¨§√¤¯∏¨¶²© Ρ q πσευδοαχαχιαπ¶
©¬±¨ µ²²·¶∏µ©¤¦¨ ¤µ¨¤¬± „±¶¤¬≤²∏±·¼
图 w 长武县刺槐细根表面积实测值与模型预测值
垂直变化状况
ƒ¬ªqw ∂ µ¨·¬¦¤¯ ¦«¤±ª¨ ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©²¥¶¨µ√¨ §¤±§³µ¨§¬¦·¨§√¤¯∏¨¶²© Ρ q πσευδοαχαχιαπ¶
©¬±¨ µ²²·¶∏µ©¤¦¨ ¤µ¨¤¬± ≤«¤±ªº∏≤²∏±·¼
312 不同水分生态区刺槐细根垂直
分布的拟合
为量化地反映刺槐细根的分布规
律 o成向荣等kussyl根据安塞县刺槐
细根的分布特征建立了根系垂直分布
数学模型 }Σ € „ η… k≤ n ⁄η n ∞ηu n
ƒ ηvl o式中 }„ !… !≤ !⁄!∞ !ƒ 为经验系
数 o其中 „  s !…  s !ƒ Ξ s o Σ为从地
表到一定深度的细根表面积 k¦°u #
§°pvl oη为土壤深度k¦°l ∀
运用 ≥ׄ׌≥׌≤„ 统计分析软件
选择适当的模型参数 o分别对安塞县
不同立地刺槐细根的垂直分布k距树
干 s1x °处l进行拟合k图 vl o拟合决
定系数 Ρu 均在 s1|w以上 ∀
安塞县阴坡刺槐细根表面积随土壤深度变化的垂直分布方程为 }
Σs1x ° € u1u ≅ tspx ηs1txkt zt{ vwt p t| wx|1y η n {|1zzx y ηu p s1twz zvy ηvl Ρu € s1|xt s
由方程可得 }ktl刺槐细根分布的最大深度 η°¤¬ € u|w1x ¦°o这与在安塞县刺槐人工林下调查的细根分布结果
相一致 o一般在 uxs ¦°左右 o最深不超过 vss ¦°~kul刺槐细根分布的极大值点 η³ € tu1| ¦°o从图 v可以看
出 o模型的预测值与实测值基本吻合 ∀
同理 o安塞县阳坡立地上距树干 s1x °处刺槐细根表面积的垂直分布方程为 }
Σs1x ° € v1w ≅ tspx ηs1tykt uts |sy p tz vxs1{η n |s1su| ηu p s1txu |u ηvl Ρu € s1|wx z
阳坡刺槐细根表面积 η³ € ts1z ¦°时分布达最大值 o细根分布的最大深度 η°¤¬ € u|x1v ¦°∀
该模型对长武县不同立地刺槐细根垂直分布k距树干 s1x °处l的拟合见图 w ∀
长武阴坡立地上刺槐细根表面积随土壤深度增加的垂直分布方程为 }
Σs1x ° € s1z ≅ tspz ηt1yk{t{ wst p
tw xwz1y η n {x1yst ηu p s1tyy tv ηvl Ρu
€ s1{vy {
由方程可计算出阴坡立地刺槐细根表
面积在 η³ € x{1v ¦°时达最大值 o细根
分布的最大深度 η°¤¬ € uts1s ¦°∀
阳坡立地上刺槐细根表面积随土
壤深度增加的垂直分布方程为 }
Σs1x ° € s1t ≅ tspy ηt1vxk{t{ usx p
tw xx{1vη n {x1x{tηu p s1tyx {uηvl
Ρu € s1{tv w
同样可得阳坡立地刺槐细根表面积在
η³ € xt1| ¦°时达最大值 o细根分布的
最大深度 η°¤¬ € us{1| ¦°∀
从图 v !w可以看出 o尽管两地刺
x 第 tt期 赵 忠等 }黄土高原不同水分生态区刺槐细根垂直分布的差异
槐细根垂直分布差异较大 o但模型对不同刺槐细根垂直分布特征的拟合取得了满意的结果 ∀
w 结论与讨论
tl通过对安塞和长武两地刺槐细根垂直分布特征的分析 o发现不同水分生态区刺槐细根分布差异较大 ∀
安塞县刺槐细根平均分布深度为 uxs ¦° o长武为 uss ¦°~安塞阴 !阳坡立地上刺槐细根表面积均值分别是长
武的 x1sy和 {1u|倍 ∀在阴坡及阳坡立地上 o安塞刺槐细根表面积均在土壤表层 s ∗ us ¦°达到最大值 o随着
土层加深逐渐减少 ~长武刺槐细根表层土壤分布较少 o峰值出现在较深的土层 o阴 !阳坡均在 ys ¦°左右 ∀现
有的研究大多集中在林木地上部分k单长卷等 oussvl o对不同水分生态区刺槐细根分布的研究 o进一步扩展
了对刺槐生长特性的认识 o有助于今后刺槐林建设的合理布局和经营管理 ∀
ul刺槐细根垂直分布特征与剖面土壤水分的分布密切相关 ∀安塞刺槐细根约 {s h分布于 s ∗ txs ¦°土
层中 o相应土层中土壤水分也常处于不稳定状态 ∀长武阴坡 s ∗ tss ¦°土层中刺槐细根占整个剖面的
z{1yx h o阳坡为 {x1zt h o同样 o对应土层的土壤水分状况变化较为活跃 ∀可见 o在半干旱气候区刺槐林主要
耗水层比半湿润区深一些 o这与对两地刺槐林土壤水分的研究结论一致 ∀王力等kusswl对陕西黄土高原刺
槐林生长与土壤干化的研究也表明 o宜君以南刺槐长势较好 o土壤含水量基本没有亏缺 o没有产生明显的土
壤干化现象 ~延安以北的广大地区土壤水分亏缺严重 o形成了明显的土壤干层 ∀前人对黄土高原土壤水分与
刺槐生长关系的研究主要集中在土壤水分对刺槐生长的影响 o而对刺槐耗水特征与土壤干层的相互关系仍
缺乏深入系统的研究k单长卷等 oussvl ∀细根垂直分布对剖面水分的分布有重要影响 o掌握细根分布特征对
阐明土壤干层的形成机理可能更具积极意义 ∀
vl尽管安塞和长武刺槐细根垂直分布差异较大 o但模型 ≥ € „ η…k≤ n ⁄η n ∞ηu n ƒ ηvl对两地刺槐细根垂
直分布的拟合均取得较好的效果 o安塞阴 !阳坡立地的拟合决定系数 Ρu 分别为 s1|xt s和 s1|wx z o长武为
s1{vy {和 s1{tv w ∀这对今后研究刺槐林地根系吸水及水量平衡奠定了良好的基础 ∀为进一步揭示不同气
候条件下刺槐生长规律及分异特征 o有必要加强细根动态的研究及其与土壤水分的响应关系 o建立细根与土
壤水分耦合的数学模型 ∀
参 考 文 献
曹 扬 o赵 忠 o渠 美 o等 qussy q刺槐根系对深层土壤水分的影响 q应用生态学报 otz kxl }zyx p zy{
成向荣 o赵 忠 o郭满才 o等 qussy q刺槐人工林细根垂直分布模型的研究 q林业科学 owukyl }ws p w{
郝文芳 o韩蕊莲 o单长卷 o等 qussv q黄土高原不同立地条件下人工刺槐林土壤水分变化规律研究 q西北植物学报 ouvkyl }|yw p |y{
何维明 qusss q不同生境中沙地柏根面积分布特征 q林业科学 ovykxl }tz p ut
李 鹏 o李占斌 o郝明德 o等 qussv q黄土高原天然草地根系主要参数的分布特征 q水土保持研究 otsktl }tww p tw|
刘建军 qussu q秦岭油松 !锐齿栎根系生态研究 q西安 }西北大学出版社 ovy
马华明 o林锦仪 o陈慈禄 qussu q杜仲人工幼林根系的研究 q经济林研究 ousktl }tw p ty
穆兴民 o徐学选 o王文龙 o等 qussv q黄土高原人工林对区域深层土壤水环境的影响 q土壤学报 owskul }uts p utz
聂道平 qt|{| q油松人工林水分平衡与蒸散特点的研究 q林业科学研究 oukyl }ysy p ys|
单长卷 o梁宗锁 o郝文芳 qussv q黄土高原刺槐林生长与土壤水分关系研究进展 q西北植物学报 ouvk{l }tvwt p tvwy
王国梁 o刘国彬 o常 欣 o等 qussu q黄土丘陵区小流域植被建设的土壤水文效应 q自然资源学报 otzkvl }vv| p vww
王 力 o邵明安 o李裕元 qussw q陕北黄土高原人工刺槐林生长与土壤干化的关系研究 q林业科学 owsktl }{w p |t
王 力 o邵明安 o王全九 o等 qussx q黄土高原子午岭天然林与刺槐人工林地土壤干化状况对比 q西北植物学报 ouxkzl }tuz| p tu{y
王文全 o王世绩 o刘雅荣 o等 qt||w q粉煤灰田立地上杨 !柳 !榆 !刺槐根系的分布和生长特点 q林业科学 ovsktl }ux p vv
王佑民 o刘秉正 qt||w q黄土高原防护林生态特征 q北京 }中国林业出版社 oxz
杨海军 o孙立达 o余新晓 qt||v q晋西黄土区生态保持林水量平衡的研究 q北京林业大学学报 otxkvl }wu p xs
杨文治 o马玉玺 o韩仕峰 o等 qt||w q黄土高原地区造林土壤水分生态分区研究 q水土保持学报 o{ktl }t p |
杨文治 qusst q黄土高原土壤水资源与植树造林 q自然资源学报 otykxl }wvv p wv{
杨新民 o杨文治 qt|{{ q干旱地区林地土壤水分平衡的探讨 q水土保持通报 o{kvl }vu p v{
杨新民 o杨文治 o马玉玺 qt||w q纸房沟流域人工刺槐林生长状况与土壤水分条件研究 q水土保持研究 ovktl }vt p vx
张劲松 o孟 平 o尹昌君 qussu q果农复合系统中果树根系空间分布特征 q林业科学 ov{kwl }u| p vv
张劲松 o孟 平 qussw q石榴树吸水根根系空间分布特征 q南京林业大学学报 ou{kwl }{{ p |t
赵 忠 o李 鹏 o王乃江 qusss q渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究 q应用生态学报 ottktl }vz p v|
赵 忠 o李 鹏 o薛文鹏 o等 qussw q渭北主要造林树种细根生长及分布与土壤密度关系 q林业科学 owskxl }w| p xx
y 林 业 科 学 wu卷
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