干旱山區油松幼林根系分布特征研究

郝凱婕

(山西省林業科學研究院，山西 太原 030012)

油松是我國特有的鄉土樹種，也是華北地區的主要造林樹種。20世紀70年代開始，我國黃土高原地區廣泛開展了以油松為代表的人工林培育，但是生態效果很不理想，成活率低、成材質量差。尤其是在干旱山地惡劣的立地條件下幼苗成活率很低。

根系是植物從外界吸收養分和水分的主要渠道，是合成和貯藏營養物質的重要器官，對林分生態系統各組分養分和水分的競爭起著重要作用。根系的生長發育，尤其是細根的形態分布和活力直接影響植物生物產量和抗旱性，對植被生長和防治當地水土流失具有決定性作用。全面了解根系的分布規律，是制訂相關生產技術措施和開展科學研究的基礎。因此，在前人研究的基礎上，筆者采用剖面挖掘和分層取樣法，定量研究幼齡油松根系空間分布特征，以期為進一步研究油松幼林生態系統和干旱區油松苗木管護提供理論依據。

1 試驗地概況

本試驗地位于太原市陽曲縣泥屯鎮岔上村，海拔1 250 m，地貌為剝蝕構造型和侵蝕堆積型。年均降水量450 mm，集中在7月，8月，9月，占全年降水量60%以上。年均溫9.5 ℃，無霜期150 d左右。油松為當地主要樹種，土壤為褐土，屬于干旱山區造林困難立地。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

于2015年在泥屯鎮岔上村，選擇生長良好、無病蟲害、同一林齡、生長勻稱、樹高和冠幅一致的油松幼齡林為試驗地，油松幼樹株行距為3 m×4 m，南北行向栽植。

2.2 試驗設計

在2年生、3年生、4年生、5年生、6年生油松幼林典型地段各選10株樣樹做為研究對象，每木調查后，從各個林齡的幼樹中選1株做為標準株。標準株基本情況見表1.

表1 標準株基本情況

采用全挖法，水平方向以樹干為中心，1 m為半徑(2年生～6年生油松根系水平分布都不足1 m)，垂直方向直到根系下邊界，將標準株根系完整挖出，測量根系水平分布距離、垂直深度以及主根長度。之后帶回實驗室，浸泡、沖洗，清除根系表面附土，用吸水紙吸去根系表面水分。按垂直方向每10 cm為1層將根系分解，并按直徑分為粗根和細根(小于2 mm為細根)，用游標卡尺測量粗根平均直徑，用電子天平稱量每層根系鮮重，把根系樣品放在80 ℃的烘箱中烘干至恒重,求出干鮮重比率，計算其干生物量。

干生物量=鮮生物量×樣品干重÷樣品鮮重。

3 結果與分析

不同樹齡樹木根系分布和形態差異主要體現在生物量和垂直分布特征上。

3.1 油松根系分布范圍

油松根系的分布，不僅與其立地條件的土壤質地、水養量和分布有關，與其樹齡也有很大的關系。表2為不同樹齡油松根系的分布情況。

表2 不同樹齡根系分布范圍

從表2可以看出，垂直方向10 cm～40 cm的區域是2年生～6年生油松根系的主要分布區，水平距離0 cm～20 cm以內的區域是根系的主要分布區。隨著樹齡增長，主根長度顯著增大，2年生油松主根長度為53 cm，6年生油松主根長度已達到124 cm.其根系垂直分布深度變化也顯著，2年生油松根的垂直分布范圍為42 cm，6年生達到78 cm.不同林齡油松根的水平分布范圍變化不明顯，2年生油松根的最大水平分布范圍為50 cm，6年生油松根最大水平分布范圍為63 cm，水平分布只相差13 cm.原因可能是表土層水養量較少，幼樹向下扎根以獲得生長所需的水分和養分。

3.2 油松粗根的分布情況

根的粗細反映了根系的健康程度，粗壯的根系有利于植株從土壤中吸收養分和水分。筆者測量了不同林齡的油松在各個土層根的平均直徑，見表3.

表3 各個土層的油松粗根直徑

從表3可看出，在水平方向上，粗根主要分布于0 cm～20 cm的范圍內。隨著樹齡增長，根的直徑逐漸變粗。2年生和3年生油松粗根平均直徑只有6.61 mm和7.35 mm，4年生油松粗根的平均直徑達到20.73 mm；而且在土層20 cm～30 cm范圍內，4年生油松其粗根平均直徑已達到28.53 mm，5年生油松粗根平均直徑是22.5 mm，6年生油松的粗根平均直徑是34.5mm.在垂直方向上，粗根平均直徑隨深度的增加而減小，在10 cm～20 cm范圍內，由于根的分叉較多，所以直徑可能比0 cm～10 cm粗。

3.3 根生物量的分布范圍

根系生物量是反映植株地下部分生長情況的重要指標，可直接表明根系生長發育情況。筆者以根干重作為根生物量,根生物量的分布情況見表4.

表4 不同樹齡油松粗根和細根重垂直分布

隨著樹齡增長，油松根生物量顯著增多。由表4可知，在垂直方向上，根生物量隨著土層深度的增加先增大后減小，呈現倒V的變化趨勢。在地下0 cm～10 cm的土層內幾乎沒有細根；在30 cm以下的土層內，只有細根和近似細根的根。2年生、3年生油松根生物量主要集中在0 cm～20 cm的土層內，4年生、5年生、6年生油松根生物量主要分布于0 cm～30 cm土層內。

4 結論與討論

植物根系(尤其是細根)的分布特征反映著植物對水分和養分的利用范圍。根系構型特征是植物重要的性狀之一，在特定立地條件下適宜的根系構型能使植物度過水分、養分虧缺，進而抵御各種自然災害。關于林齡對根系的影響，不同研究者在不同地區對不同林分的研究有不同的結果。本試驗結果表明，不同樹齡油松根的水平分布范圍變化不明顯，根的水平主要分布區均在距苗木20 cm以內。隨樹齡增長，油松根逐漸變粗；在垂直方向，根平均直徑隨深度增加而減小。隨著樹齡增大，油松根系生物量顯著增大，根生物量隨土層深度的增加先增大后減小，呈現倒V的變化趨勢。在0 cm～10 cm的土層內，幾乎沒有細根。在30 cm以下的土層內沒有粗根，只有細根和近似細根的根。說明油松是相對深根性的樹種，這種根系分布有助于幼齡時在干旱立地條件下生存，能夠利用較深層次的土壤水分，保持水分平衡。研究表明，較深根系的植物往往可以在較高栽植密度下通過利用深層水分和養分來保持較高的生產力。

不同的立地條件，根系分布會有不同。本試驗地為干旱石質山地，其它立地條件下的油松根系分布情況仍待調查。對于根系垂直分布是否有極限深度，以及水平分布范圍的變化規律，需要進一步研究更多林齡的根系來確定。