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根系分析仪分析影响林木根系形态分布的3个因素

2019.5.08

根系是植物直接与土壤接触的器官,是陆地生态系统生物能存在的一种形式,是构成植物的主要部分。林木获取和利用土壤中的物质和能量均是通过根系得以实现的。因此,林木根系的分布特征反映了土壤的物质和能量被利用的可能性以及生产力。一方面根系不断地从土壤中获得养分和水分以满足植物生长发育;另一方面根系(无论活根或死根)又直接参与土壤中物质循环和能量流动两大生态过程,对土壤的结构改善、肥力的发展和土壤生产力的发挥起着重要的作用。森林作为陆地生态系统的主体,在物质生产、维系生态系统的有序结构及环境保护中的作用日益被人们所认识和重视。

森林土壤相互作用动态过程研究自20世纪90年代以来成为国际土壤学界、生态学界密切关注的焦点之一。随着研究的深入，人们越来越重视作为森林生态系统的一部分林木根系的研究。同时，现代科仪器如根系分析仪、根系分析系统等广泛用于林木根系的研究之中，那么影响林木根系形态分布到底有哪些因素呢？哪些因素会影响树木等根系分布？

1 根系的形态及分类研究

大量研究表明：从土壤中吸收水分和养分是植物根系重要的功能之一。植物对土壤养分和水分的吸收能力很大程度上取决于根系的形态。Dr#Nobo-ru Karizumi 将根系形态分为垂下根型、斜出根型和水平根型。垂下根型分为浅根型、中间型和深根型;水平根系分为分散型、中间型和集中型。向师庆等人将北京西山地区主要造林树种的根系分布形态划分为5个基本类型:水平根型、垂直根型、斜生根型、复合根型和变态根型,认为变态根型是受特殊外在条件影响而形成的。这种根型分类方法基本上适用于插条和埋干造林生长起来的林木。

宋朝枢等人(1964)初步将根系划分为直根、支柱根、水平支柱根和垂直支柱根4类。向师庆等人(1981)在造林树种的根系研究中,根据根的着生部位及其在土壤中的伸展情况,将根划分为水平根、主根、副主根、下垂根、斜根、心状根和根基等。

2 影响根系形态分布的因素

2.1 立地条件

林木根系的形态与分布首先是由树木本身的遗传特性所决定的,同时受土壤生态环境条件,尤其是水分、通气状况的强烈影响。张国盛等人(1999)对毛乌素沙地臭柏根系分布及根量研究发现,臭柏根量和直径分布特征依立地条件及土层深度的不同而异。赵忠等人 (2000)研究证实,黄土高原不同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。根系具有很大的可塑性, 在肥沃深厚的土壤上具有直根系,在粘重土壤上则发育出很长的侧根和较短的主根,而在石质土壤上则失去主根,以表面根为主。Nicoll (1996)研究了46a生特喀云杉根系对风及立地条件的适应性生长,发现树木根系垂直分布受地下水位高低的限制,而根形还受风的影响。他认为,树木根系对风的适应性生长,增强了树木对风的抵抗能力。张宇清等人(2002)对2种立地条件梯田埂坎红柳根系特征研究发现,根型根据K#Lemke对根系形态的概括和向师庆的分类方法, 2种立地条件下的埂坎红柳都具有深根性的特点,但阴坡埂坎红柳根系的水平分布范围远大于阳坡,吸收根所占比重较大,根系的生长发育状况明显优于阳坡,造成对梯田作物的较大负面影响,建议最好将红柳配置在阳坡梯田埂坎上。

国外的一些研究也证实,通常情况下,深根型树种较浅根型树种具有更高的生产力,特别是在差的立地条件上。任安芝等人研究发现,分布于不同沙地生境中的黄柳种群,其根系在土壤中的分布特点各异。半固定沙丘上的黄柳根系最发达(根系分布深,数量大),固定沙丘的黄柳明显不及前者,而丘间低地的黄柳根系最不发达。粗根(5\5mm)的分布与土壤水分和土壤容重呈显著相关性,细根(5<5mm)的分布与土壤容重和紧实度呈极显著相关。何维明对不同生境中沙地柏根面积分布特征研究发现,流动沙地和固定沙地上沙地柏根系的深度系数(B)、最大根系深度 (Rmax)、含50%总根面积的根系深度(R50)、含90%总根面积的根系深度(R90)值都很接近,尤其是B值,并且它们均大于滩地上沙地柏的相应值,尤其是Rmax和R90。这些结果表明流动沙地和固定沙地中沙地柏根系的深度格局相似,但与滩地的根系深度存在差别,同时也意味着滩地上沙地柏根系的分布相对较浅,而流动沙地和固定沙地的根系分布相对较深。

2.2 林龄

树木年龄和土壤特性对根系的分布和形态的影响可以反映在根系垂直分布特征的差异, Lya和Hoffmanna在研究中认为,林木一般在苗期就可以达到根系垂直分布的最大值,刺槐的根系分布在4年时就可以达到317m的深度。Coile 的研究也同样证实,尽管根系密度随着年龄的增大而增加,但是在一定年龄就可以达到水平分布和垂直分布的极值。王文全等人(1997)对毛白杨根系分布的研究发现,不同年龄阶段根量的增加速率呈现了/先急后缓0的趋势。距种植点1250px远处, 9a生林木的根量比7a生重37%,平均每年增加18162%,而14a生仅比9a生高14%,平均每年增加218%。

2.3 混交方式

由于自然环境的异质性和树种生态位的分异,混交林中由于树种之间的竞争,首先表现在根系对土壤养分和水分的争夺,因此,树种混交将引起根系形态和分布的差异。翟明普、刘春江等对油松与元宝枫、紫穗槐、黄栌混交研究,李振问等对杉木火力楠混交林根形态特征及分布进行的研究,均认为混交林中林木的根系较纯林均匀合理,吸收根向土壤深层分布,且2树种根系互相交织,呈镶嵌分布,能够协调利用土壤养分,有利于提高土地利用率和林分生产力。但是由于树种之间竞争能力的不同,不合理的混交可使处于劣势的树种根系分布范围减小,根量降低。翟明普等研究表明,油松与栓皮栎混交使油松的细根量和粗根量有所降低,说明在这种生境下栓皮栎的竞争力强于油松。

方志伟(2001)对杉檫混交根系效应的研究发现,檫树具有明显促进杉木根系生长作用,表现在杉檫混交林中杉木单株根量明显高于纯林中的杉木单株根量。谢文华等对马尾松杜仲混交林根系研究发现,马尾松杜仲混交,促进了马尾松根系的垂直发育和杜仲根系的水平发育,两者相互穿插,从而使2树种根系的水平分布和垂直分布均比较均匀而合理,特别是细根量分布具有良好的空间配置,有效地利用了土壤养分和水分,相对地改善了2树种的生长条件。张彦东等对混交条件下水曲柳落叶松根系的研究发现,竞争对混交林中树种的根系分布会产生一定影响,竞争能力较强的树种在混交林中根系分布范围较广,竞争能力弱的树种根系分布受到一定排斥。水曲柳具有较大的根系,竞争能力强,落叶松的竞争能力相对较弱。当水曲柳与落叶松混交时, 水曲柳的根系生长加快,而落叶松根系生长降低。

石培礼等对桤柏混交林根系的研究发现,桤柏混交促进了柏木根系生长,混交林中桤木和柏木根系呈镶嵌分布且柏木根系深扎,避免了根系间的过度竞争,为充分利用不同层次土壤中的水分和养分奠定了基础,在川中丘陵石灰性紫色土土壤氮磷含量偏低情况下,引进固氮树种桤木和乡土树种柏木混交,改善了柏木的营养空间和生长条件,提高了地力,同时提高了人工林生态系统的生产力、抗逆性和稳定性。崔浪军等对沙棘杨树混交林研究表明,沙棘的栽入,使沙棘-杨树混交林与其在相同条件下的杨树纯林相比,群落和林分结构、生物量分布格局都发生了改变,林分生物量明显提高,林地土壤物理性质、水分和养分状况得到改良。根径<3 5mm和3 5~10mm的根系杨树纯林的根系主要集中分布在土壤表层0~750px内,占总量的90%左右,而混交林的杨树根系分布在0~2625px内,逐渐减少,分布相对更深、更均匀,这样,使得混交林中的杨树可以更多地吸收土壤更深层次的养分和水分参与到物质循环中去,最终促使林木生产力得以提高。