全 文 ：第 17 卷 第 1 期
Vol. 17 No . 1
草地学报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 1 月
Jan. 2009
刈割频度对四翅滨藜生物量累积
及根系垂直分布的影响
何芳兰1 , 裴明祥2* , 王继和1, 刘虎俊1 , 尉秋实1
( 1.甘肃省治沙研究所荒漠化重点实验室,甘肃 武威 733000
2.武威广厦铁路房建生活有限公司, 甘肃 武威 733000)
摘要:为科学指导四翅滨藜( A tr ip lex canescens ( Pursh) Nutt . )在我国西北沙区的生产和利用, 研究不同刈割处理
下四翅滨藜生物量变化及其根系垂直分布。结果表明: 刈割频度对四翅滨藜的地上、地下部分生物量积累均有极
显著影响( P< 0. 01) ,地上生物量随刈割频度增大而先增大后减小, 2 次刈割生物量最大, 单株均值高达 14. 26 g;
粗脂肪、粗蛋白、粗灰粉及无氮浸出物百分比随着刈割频度的增大而增大,而粗纤维则逐渐减小; 当刈割次数逐渐
增加时,主根直径、根系体积、根系生物量及粗根百分比均显著减小 (P < 0. 05) ,根系在土壤深层( 40~ 70 cm )中的
分布也减少,而在浅土层中( 0~ 20 cm)的分布明显增大; 4 组刈割处理的根系垂直分布特征参数 的值均小于对照
( H 0) ,并随刈割频度增大其值逐渐减小。
关键词:四翅滨藜; 刈割频度;生物量; 垂直分布
中图分类号: S36; Q949. 745. 1 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2009) 01-0079-06
Effect of Different Cutting Frequencies on Biomass Accumulation
and Root Vertical Distribution of Atriplex canescens ( Pursh) Nutt.
HE Fang- lan
1
, PEI Ming-xiang
2*
, WANG J-i he
1
, L IU Hu-jun
1
, YU Qiu-shi
1
( 1. Gansu Key Laboratory of Desert if ication Combat ing & Gansu Desert Con t rol Research Inst itute, Wuw ei, Gansu Province 73300, China;
2. Wuw ei Hu ge- man sion Railroad livin g-bui lding Co. , Ltd. , Wuw ei, Gan su Pr ovin ce 73300, C hina)
Abstract: The Biomass and root vert ical dist ribut ion of A tr ip lex canescens ( Pursh) Nut t. under different
cut ting f requencies w ere studied in the f ield. The results show that cut t ing f requency had significant ef fects
on the abovegr ound and underground biomass allocation and root vert ical dist ribut ion o f A . canescens ( P<
0. 01) . Firstly , w ith the increasing of cutt ing f requency , the aboveg round biomass incr eased at the begin-
ning and then decreased w ith highest accumulated biomass of 14. 26 g plant- 1 under tw o cutt ing t imes and
the contents of crude pr otein, cr ude fat, ash, and N-fr ee ex t ract w er e alw ays increased, but the crude fibre
decreased gr adually . Secondly, as the cut t ing f requencies increased, the taproot diameter, root system vo-l
ume, roo t sy stem biomass, and rude root per centage w er e decreased signif icant ly ( P< 0. 05) , the root dis-
t ribution in so il layer of 40 to 70 cm was r educed, and that in shallow soil lay er o f 0 to 20 cm increased sig-
nificant ly. T he character ist ic parameters () of root v ert ical dist ribut ion under all cut t ing t reatments w ere
smaller than that of the control and decreased g radually along w ith the incr easing of cut t ing f requency.
Key words: Atrip lex canescens ( Pursh) Nut t. ; Cut ting frequencies; Biomass; Roo t vert ical dist ribut ion
四翅滨藜( A tr ip lex canescens ( Pursh) N ut t . )
属藜科,滨藜属植物,是美国科罗拉多州立大学农业
试验站、犹他州野生动物资源局、农业部林业局山际
林业和牧场试验站、水土保持局等单位选育出的常
绿灌木,其根系发达,耐旱、耐寒、耐瘠薄、耐盐碱、适
应性强、生长快、分枝多,不仅具有防风固沙、涵养水
收稿日期: 2008-05-07; 修回日期: 2008-09-26
基金项目:国家948项目( 2005-04-C05)
作者简介:何芳兰( 1980- ) ,女,甘肃陇西人,硕士,研究方向为沙旱生植物种质资源保存与利用, E-mail: hefanglan2003@ 126. com; * 通讯
作者 Author for correspondence, E-mail: peimin gxian g@ 126. com
草地学报 第 17卷
源、改良土壤等生态防护功能,还具有较高的经济价
值,枝叶含有丰富的营养价值, 是牛羊的好饲料 [ 1] ,
并且已被广泛用于牧场改良、造林绿化和水土保
持[ 2]。为了增加我国干旱沙漠饲用灌木种类, 20 世
纪 90年代, 青海、新疆、宁夏、甘肃等地先后引进四
翅滨藜,通过区域性栽培试验证明,该物种保持了原
有的优良特征, 截至目前生长良好[ 3, 4] 。
国内外对四翅滨藜的研究主要集中在育苗、造
林、枝叶养分以及抗旱生理等方面 [ 5~ 7] ,作为一种新
型的牧草资源, 其再生性方面的研究尤为重要。目
前,牧草再生性方面的研究主要集中在草本植物 [ 6] ,
而木本植物研究甚少[ 7] , 尤其是四翅滨藜再生性方
面的研究至今未见报道。为此, 在甘肃民勤沙区进
行了不同刈割频度下四翅滨藜生物量累积和根系分
布的研究,以期能够科学指导其在我国西北沙区的
生产和利用。
1 试验区概况
试验点设于甘肃省民勤沙生植物园引种圃, 地
处民勤县城西的西沙窝即巴丹吉林沙漠东南缘
( 10305E, 3838N,海拔高度 1378. 5 m)。从 1959
年建站以来观测的气象资料看,温度夏高冬低,年平
均 7. 5 ,但变化剧烈,最热 7月,平均气温 22. 8 ,
最冷元月,平均气温- 9. 9 ; 平均年较差达32. 8 ,
极端气温年较差为 62. 2 ,而最大气温年较差高达
70. 8。年平均相对湿度为 50% , 年平均水汽压是
5. 9 mb, 年平均降水量 115. 1 mm, 最多 157. 8 mm ,
最少 66. 0 mm, 年平均蒸发量 2485. 8 mm, 是降水
量的 23 倍多, 光照热量丰富, 日照时数年平均
2651. 9 h,日照百分率平均 60%, 且地面温度高于
60 的日数并非稀有, 是典型的荒漠区。
2 材料与方法
2. 1供试材料
于 2007年 4 月 16 日将事先催好芽(种子裂嘴
露白达 30%~ 40% )的四翅滨藜种子播种于民勤西
沙窝沙地,不施肥,播种株行距为 5 60 cm 左右,覆
土厚度 1~ 2 cm, 浇透水。播种后 5 d 左右开始出
苗, 20 d后进行间苗, 选生长健壮、株距为 55~ 60
cm、长势均匀的留作试验苗, 并除草浇水一次,以后
浇月水。
2. 2试验设计
试验按不同的刈割频度分为 4组( T 1、T 2、T 3、
T 4 ) ,每组 6株,留茬 12 cm , 并以不刈割( H 0 )作为
对照, 3组重复; 待植株高 40 cm 时进行刈割试验,
具体处理详见表 1。2007年 10月 16日剪去各处理
地上部分,进行根系试验。
表 1 不同刈割频度的处理
Table 1 T reatment o f different cutting frequency
处理
Treatm ent
刈割次数
Cut t ing t im e
刈割时间(月- 日) Cut t ing date ( Day-Month)
第一次刈割
Firs t cu tt ing
第二次刈割
S econ d cu tt ing
第三次刈割
T hird cut t ing
第四次刈割
Fourth cut t ing
T1 1 07- 16 - - -
T2 2 06- 16 08- 16
T3 3 06- 16 07- 26 09- 06
T4 4 06- 16 07- 16 08- 16 09- 16
H 0 - - - - -
2. 3测定指标和方法
2. 3. 1 地上生物量 将每次刈割后的枝叶(包括
10月 16 日剪下的地上部分) , 分别装入牛皮纸袋
中,放入 80的烘箱中进行 24 h 的烘干称重, 然后
将地上生物量求和, 求单株平均生物量。
2. 3. 2地上生物量营养成分 按常规法测定粗脂
肪、粗纤维、粗蛋白和粗灰分的含量[ 8] , 计算无氮浸
出物,计算各处理单株营养成分平均含量。
2. 3. 3 根系生物量、体积及分级用土块法 [ 9]挖取
根样,土块水平面积为 50 cm 50 cm ,从地表向下
按每10 cm 一层取土样,直至无根系出现;根系去杂
后放进盛有一定毫升水的量筒中, 量筒内水增加的
毫升数就是置入根系的体积;用水经 0. 55 mm 网筛
冲洗净晾干,按粗根直径 D 3 mm、中根 0. 6 D
2. 9、细根 D 0. 5分为 3级,置于 85 烘箱中烘 24
小时后称其干重, 用游标卡尺测定主根直径。
不同根系体积百分比、根系重量百分比计算公
式如下:
80
第 1期 何芳兰等:刈割频度对四翅滨藜生物量累积及根系垂直分布的影响
( 1)不同土层根系体积百分比=
不同土层根系体积/根系总体积 100%
( 2)不同土层根系重量百分比=
不同土层根系质量/根系总重 100%
( 3)不同径级根系重量百分比=
粗根(中根、细根)重量/根系总重 100%
2. 3. 4根系垂直分布特征模型 依据 Gale[ 10~ 12]
等提出的植物根系垂直分布特征模型:
Y= 1- D
式中: Y 表示从地表到一定深度的根系生物量
积累百分比; D为土层深度( cm ) ; 为根系消失系
数。其中 值高,说明根系在深层土壤中分布的百
分比大,反之则说明根系集中分布于接近地表的土
层中。值的大小说明了根系的垂直分布特征与深
度的关系[ 10] 。
2. 4数据处理
所得数据均用 EXCEL 和 SPSS 13. 0软件进行
处理。
3 结果与分析
3. 1刈割对四翅滨藜地上部分的影响
从表 2可以看出, 地上生物量随刈割频度增大
而先增大后减小, 并以 2次刈割的地上生物量最大,
单株平均地上生物量 13. 61 g,而不刈割的地上生物
量最小( 11. 62 g ) , 说明四翅滨藜适合低频度刈割,
即刈割 2次。粗脂肪、粗蛋白、粗灰粉及无氮浸出物
百分比随着刈割频度的增大而逐渐增大, 并均大于
对照;粗纤维百分比随刈割次数增加而逐渐减小,并
均小于对照。
表 2 不同刈割频度下四翅滨藜地上生物量及其部分营养成分变化
Table 2 Dynamics of aboveg round biomass and nutr ient cont ents of A . canescens w ith differ ent cutting frequencies
处理
Tr eatm ent
刈割次数
Cu tt ing t imes
地上生物量 ( g plant- 1 )
Aboveground biomass
粗蛋白( % )
Cru de protein
粗脂肪( % )
Cru de fat
粗纤维( % )
Crude f ibre
粗灰粉( % )
Ash
无氮浸出物( % )
N-free ext ract
T1 1 13. 75bB 13. 78dD 0. 87 dD 37. 12bB 15. 02dD 33. 21cC
T2 2 14. 26aA 15. 21cC 1. 06 cC 33. 23cC 16. 35cC 34. 15bB
T3 3 13. 61bB 16. 23bB 1. 23 bB 27. 56dD 17. 76bB 37. 62aA
T4 4 11. 87cC 18. 05aA 1. 34 aA 23. 54eE 19. 23aA 37. 84aA
H0 - 11. 62cC 13. 03eE 0. 73 eE 42. 13aA 12. 37eE 31. 74dD
注:同列不同小写字母表示差异显著( P< 0. 05) ,不同大写字母表示差异极显著( P< 0. 01) ( Duncans检验法) ,下表同
Note: Means w ith diff er ent sm all letters or capital let ters in the sam e column are signif icant ly dif feren t at the 0. 05 level or 0. 01 level, re-
spect ively, according to Dun cans test ; the s am e as below
3. 2刈割对四翅滨藜根系及其垂直分布的影响
3. 2. 1刈割对四翅滨藜根系体积及其垂直分布的
影响 刈割对四翅滨藜根系体积及其垂直分布具有
极大影响。从表 3可以看出, 处理 T 1、T 2、T 3 和 T 4
根系体积显著小于对照 H 0 ,同时各处理根系体积差
异极显著( P< 0. 01) ,并随刈割频度增大逐渐减小,
即 H 0> T 1 > T 2 > T 3 > T 4。此外, 刈割对根系在土
层的垂直分布也有极显著影响( P< 0. 01) , 随刈割
频度增大,根系在浅土层中( 0~ 30 cm )体积百分比
相应地增大,而在深土层中( 40~ 70 cm )分布急剧减
小;刈割 1次时, 即 T 1 处理,根系分布在 0~ 60 cm
之间,刈割次数大于 2时( T 3、T 4 ) ,根系分布在土层
0~ 50 cm 之间,而对照H 0 根系在 0~ 70 cm 之间均
有分布。
3. 2. 2刈割对四翅滨藜根系生物量及其垂直分布
影响 由表 4可见,刈割对根系生物量积累及其在
土层的垂直分布有极显著影响( P< 0. 01)。刈割 1
次时( T 1 ) , 根系直径较对照( H 0 )变化不明显; 刈割
次数 2时,其主根直径较对照依次急剧减小,即 T I
( 8. 49 mm) > T 2 ( 8. 19 mm) > T 3 ( 7. 42 mm) > T 4
( 6. 34 mm) ,说明高频刈割影响四翅滨藜主根根系
横向发育。其次, 不同处理下根系总生物量及其在
不同土层中的分布较对照差异极显著( P< 0. 01) ,
当刈割频度逐渐增大时,根系生物量不但明显减小,
而且浅土层( 0~ 20 cm )中根系质量百分比明显增
大,深土层( 40~ 70 cm )中根系质量比百分比逐渐减
小,甚至消失,说明刈割抑制根系纵向发育。
3. 2. 3刈割对四翅滨藜根系生物量组分及其垂直
分布的影响 从不同刈割处理下根系生物量组分及
其垂直分布(图 1)可以看出,粗根( 3. 0 mm)的重
量百分比随刈割次数增加而不断减小, 而中根( 0. 6
mm 3. 0 mm)和细根( < 0. 6 mm)重量百分比
逐渐增大。当一年生四翅滨藜实生苗刈割1次时,
81
草地学报 第 17卷
表 3 不同刈割频度下四翅滨藜根系体积及其垂直分布变化
Table 3 Dynamics of ro ot v olume and vertical dist ribution of A . canescens w ith different cutting frequencies
处理
Tr eatm ent
根系体积( cm3)
Root volume
不同土层根系体积百分比( % )
Percentage of root volum e in differ ent soil lay ers
0~ 10 cm 10~ 20 cm 20~ 30 cm 30~ 40 cm 40~ 50 cm 50~ 60 cm 60~ 70 cm
T1 21. 67bB 32. 10eD 27. 6dD 17. 52cC 13. 21aA 7. 03bB 2. 54bB 0. 00bB
T2 19. 32cC 35. 04cC 29. 11cC 19. 05aA 10. 67cC 5. 10cC 1. 06cC 0. 00bB
T3 16. 03dD 37. 20bB 31. 12bB 15. 33dD 12. 16bB 4. 30dD 0. 00dD 0. 00bB
T4 15. 21eE 38. 04aA 32. 09aA 18. 41bB 7. 31dD 4. 15 dD 0. 00dD 0. 00bB
H0 24. 74aA 30. 92dD 21. 43eE 14. 23eE 12. 05bB 10. 41aA 7. 56aA 3. 40aA
表 4 不同刈割频度下四翅滨藜地下生物量及其垂直分布变化
Table 4 Dynamics of under gr ound biomass and ver tical distr ibution of A . canes cens with differ ent cutting frequencies
处理
Tr eatm ent
主根直径( mm)
Taproot diameter
根系生物量( g)
Root biomass
不同土层根系生物量百分比( % )
Percentage of root biomass in different soil layers
0~ 10 cm 10~ 20 cm 20~ 30 cm 30~ 40 cm 40~ 50 cm 50~ 60 cm 60~ 70 cm
T1 8. 49aA 8. 57bB 49. 03dC 24. 33dD 14. 76 aA 8. 66bB 2. 21bB 1. 01bB 0. 00bB
T2 8. 19cB 7. 31cC 54. 73cB 27. 51cC 10. 52cC 5. 21cC 2. 03bB 0. 00cC 0. 00bB
T3 7. 42dC 6. 78dD 55. 06bB 32. 11bB 8. 33 dD 3. 17dD 1. 33cC 0. 00cC 0. 00bB
T4 6. 34eD 3. 54 eE 57. 17aA 34. 45aA 6. 35eE 2. 03 eE 0. 00dD 0. 00cC 0. 00bB
H 0 8. 52aA 9. 68aA 39. 97dD 24. 12dD 13. 49bB 10. 38aA 7. 67aA 3. 15aA 1. 22aA
粗根重量百分比为 61. 50%, 主要分布在 0~ 30 cm
土层中, 中根和细根分别为 23. 45%和 15. 50% , 主
要分布在 0~ 50 cm 土层中;刈割 2次时, 粗根重量
百分比为 50. 89% ,主要分布在 0~ 20 cm 土层中,
中根为 31. 87%, 分布在 10 ~ 40 cm, 细根为
17. 24%, 主要分布在 0~ 50 cm; 刈割 3次时, 粗根
重量百分比为 44. 69% ,主要分布在 0~ 20 cm 土层
中,中根和细根分别为 37. 12%和 17. 19%, 主要分
布在 10 ~ 30 cm; 刈割 4 次时, 根系以中根为主
( 43. 50% ) ,主要分布在 0~ 30 cm 土层中,粗根重量
百分比减小为 39. 34% ,分布在 0~ 20 cm,细根分布
在 0~ 30 cm;而对照的根系以粗根为主( 67. 87% ) ,
主要分布在0~ 30 cm 土层中,中根和细根的重量百
分比都较小,且在土层 0~ 70 cm 中均有少量分布。
3. 3根系垂直分布模型
借助公式 Y= 1- D ,用数值拟合的方法对四翅
滨藜根系进行研究, 求得特征参数 的解。结果表
明:四翅滨藜根系的积累分布曲线与拟合曲线之间
具有较好的相关关系。同时, 对不同径级根系生物
量进行模拟,也得到相似结果。这与李鹏、孙启忠等
人[ 9, 10]的研究报道一致, 说明采用这一公式确定的
参数 ,可用于描述四翅滨藜根系的垂直分布特征。
由表 5 可知,刈割 4次的四翅滨藜根系垂直分
布特征参数 值最小, 随着刈割频度减小 值逐渐
增大,不刈割时 值较大,说明刈割频度越大, 四翅
滨藜根系在土壤中的分布越接近地表层。
表 5 不同刈割处理下四翅滨藜根系垂直分布模型
Table 5 Ver tical distr ibut ion models of A . canescens ro ot
system under different cut ting fr equencies
处理 T reatment 分布模型 Dist ribut ion model
T 1 Y= 1- 0. 9264D
T 2 Y= 1- 0. 9166D
T 3 Y= 1- 0. 9062D
T 4 Y= 1- 0. 8934D
H0 Y= 1- 0. 9479 D
4 讨论与结论
许多研究[ 13~ 16]表明,不同刈割频度对牧草的再
生能力和生物量具有一定影响, 合理的刈割能够促
进牧草的分蘖和再生, 从而提高地上部分的生物量
和质量,但过度刈割反而会抑制牧草地上部分和根
系的生长。本研究对四翅滨藜采用了 4种不同频度
的刈割,以不刈割为对照, 结果发现,低频度刈割( 2
次刈割)的四翅滨藜具有较强的再生能力和较高的
地上生物量,说明适度刈割在一定程度上可以促进
植物地上部分进行再生生长, 这与孙显涛[ 17]、张
荣[ 1 8]等人的研究报道一致。并且四翅滨藜地上部
分粗脂肪、粗蛋白、粗灰粉及无氮浸出物百分比随着
刈割频度的增大而逐渐增大,而粗纤维与之相反,其
原因有待进一步研究。
根系是植物吸收养分、转化和储藏营养物质的
重要器官,也是植物从土壤中获取水分和营养元素
82
第 1期 何芳兰等:刈割频度对四翅滨藜生物量累积及根系垂直分布的影响
图 1 不同处理下根系不同径级组成及其垂直分布情况
F ig . 1 Component and vertical dist ribution o f differ ent diameter s roo ts under different treatments
的主要途径。植物地下根系体积的大小反映了植株
对土壤水分和营养元素的竞争能力,根系越庞大, 则
越有可能获得更多的土壤水分和营养元素 [ 19~ 21]。
试验表明,随着刈割频度的增大,四翅滨藜根系总体
积、主根平均直径及根系生物量均明显减小。此外,
当刈割频度逐渐增大时, 植物根系在 40~ 70 cm 土
层中的分布相应减小, 甚至消失, 而在土层 0~ 20
cm 根系分布明显增大。说明刈割严重抑制主根横
向、纵向发育,从而不利于整个根系的生长。
Gale[ 11, 12]等人利用 Y= 1- D 模型成功地对白
云杉林地根系与分布进行了研究与评价, 李鹏 [ 9, 10]
等人也对黄土高原退耕草地植被根系分布特征进行
了研究, 结果表明特征参数 的值较大时,植物根系
在深层土壤中的分布比例较大, 相反该值较小时植
物根系则集中在土壤表层。本研究结果表明,不同
刈割频度处理下四翅滨藜根系分布特征参数值差
异较大,并随刈割频度增大逐渐减小,说明刈割严重
影响根系的纵向发育, 从而导致植物根系分布逐渐
表层化。
四翅滨藜为西北沙区新型牧草资源, 为同时兼
顾生态和经济效益, 本研究结果表明采用 2次刈割
比较适宜。 (下转第 87页)
83
第 1期 黄勇等:人工梭梭林根系的分布特征
沙粒减速沉降, 在梭梭下方积累形成覆盖层所致。
3. 2研究表明[ 12~ 15] 细根主要具有吸收作用, 并有
较高的比根长和根长密度, 同时细根也利于肉苁蓉
接种[ 7] 。本文发现粗根集中的土层中, 生物量比例
高,但根长密度较低, 细根集中的土层中, 其比根长
和根长密度值均较高, 这也是粗根和细根功能差异
的反应。随树龄的增加, 粗根在下层所占比例增加,
细根条数所占百分比变化不大; 由于上层土壤中细
根条数逐渐减少, 1龄梭梭 0~ 40 cm 土层中根系比
根长和根长密度较高, 2~ 3龄梭梭以 40~ 80 cm 土
层中根系比根长和根长密度较高。说明梭梭生长过
程中根系的密集区和主要吸收区域不断下移, 这是
梭梭适应沙漠恶劣环境的策略; 由于不同树龄梭梭
根系集中区域有下移的趋势, 人工接种肉苁蓉深度
也应下移,以提高肉苁蓉种子萌发和接种机率。
3. 3 1龄梭梭根系分布较浅,对环境反应较敏感,
应保持足够的土壤水分以提高造林存活率; 2~ 3龄
梭梭根系相对较多,根系密集区和吸收区域集中在
中下层( 40~ 80 cm )土壤中, 肉苁蓉接种深度应以
40~ 80 cm 为宜,以达到生态效益和经济效益双赢的
目的。如何根据根系分布差异补充水分和养分来消
除肉苁蓉寄生后对梭梭的不利,影响,尚待进一步研究。
参考文献
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分的影响研究[ J] .林业科学研究, 2005, 18( 3) : 315-320
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(责任编辑 孟昭仪 李 扬 梁艳萍)
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(责任编辑 李 扬 梁艳萍)
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