杨树人工林细根的空间分布特征及其季节动态

摘要

细根是森林群落的重要组成部分，是根系系统中最活跃和最敏感的部分，是植物获得水分和养分的主要器官，具有巨大的吸收表面积，其生长、死亡、分解和周转在森林生态系统养分循环中起着重要的作用。以往关于杨树人工林的研究多集中于生物量的垂直分布及与土壤养分的关系等因素方面，而且这些研究多以特定的年龄时期为基础，针对不同年龄时期的杨树人工林根系空间分布特征的对比研究较少，对根系分布特征及季节动态缺乏必要研究，对造林地选择、土壤改良和林地培肥技术的实施缺乏依据。
　　 本文于2010年秋季落叶前，以鲁西南黄河冲积平原不同年龄阶段中菏1号杨树(Populus deltoites cv.‘Zhonghe-1’)林分为研究对象，采用改良全根调查方法研究细根空间分布特征，采用EPSON Flatbed Scanner根系扫描仪分析直径小于2mm的细根参数，烘干获得根系生物量。于2011年生长季节大汶河沿岸以6a生欧美杨I-107(Populus×euramericana‘Neva’)人工林为研究对象。采用机械抽样法，每隔两个月调查细根季节动态(处理方法同细根空间分布的方法相同)。对调查获得的数据进行分析，探究不同林龄杨树人工林根系的分布规律及其季节动态，以期为杨树造林及施肥管理提供依据。
　　 研究结果表明：
　　 (1)细根的垂直分布特征：不同林龄的杨树人工林细根均集中在0～20cm的土层，且随土层深度的增加逐渐减少，其中6a生杨树人工林由于60～100cm土层中出现淤积粘土层，细根增加，其分布呈现出凹形。比根长在0～40cm的土层逐渐增加，在40cm～80cm的土层逐渐减少而后在80cm～100cm土层又逐渐增大的趋势。3a和9a生杨树人工林细根的根长密度、表面积、体积、根尖数、分枝数、分形维数在0～60cm的土层依次递减，60cm～100cm的土层相对稳定。
　　 (2)杨树细根垂直分布模型：使用ORIGIN拟合进行统计分析和处理得到杨树人工林细根分布的数学模型：S0.15=0.21h0.15(39434.58.2-180760.66h+2626.48h2-12.10h3)(R2=0.9715)求得杨树细根分布的最大深度为hmax=104.46cm，杨树细根分布的极大值点hp=18.75cm，土壤中入渗水对根系生长影响的最大深度hq=56.5cm。按照细根的垂直分布状况，将杨树人工林下的土壤水分垂直分布划分为四层：0～18.75cm为水分活跃层，18.75cm～56.5cm为水分衰减层，56.5cm以下为相对稳定层。
　　 (3)细根水平分布特征：3a和9a生杨树人工林细根生物量主要分布在0～1m的范围内，水平分布差异显著，6a生杨树人工林细根生物量在1～4m的范围内分布稳定。各年龄林分比根长在水平方向上分布差异性较小。根长密度、根尖数、表面积、体积呈现的特征基本一致：3a和6a生杨树人工林在0～4m内，据树心越远，根长密度、根尖数、表面积、体积先降低后升高；9a生杨树人工林，根长密度、根尖数、表面积、体积在0～4m内先升高后降低。
　　 (4)杨树人工林细根的季节发育动态：杨树细根生物量、根长密度、根尖数、细根表面积、细根体积季节动态总体呈现双峰型特点，其中峰值出现在4月份和10月份，而在8月份是细根生物量的低谷。进入夏季以后，杨树地上部分快速生长，营养物质从根系输入给地上部分，促进地上部分快速生长，地下根系生长活力下降。入秋前机械化施肥，切断部分根系，导致根系死亡，8月份出现峰底。施肥后，根系活力缓慢得到恢复，加之杨树落叶，营养物质储存在土壤表面，于是在10月出现一个小的峰值。入冬后，根系进入休眠期，活力降低。