岫巖地區(qū)不同水源涵養(yǎng)林內(nèi)土壤根系分布情況研究

洪悅

摘要 為了對(duì)岫巖地區(qū)不同水源涵養(yǎng)林根系分布特征進(jìn)行研究，特開(kāi)展了此研究。結(jié)果表明，在當(dāng)?shù)氐募t松林、落葉松林、灌木林、混交林（紅松+白樺）、紅松采伐跡地5種水源涵養(yǎng)林中， 根系主要集中分布在0-40cm土層中，2mm以下較細(xì)徑級(jí)的根系占比較大，表明有較好的涵養(yǎng)水源效果，其中效果最好的為灌木林、紅松林，其根系由此可知細(xì)根占比較多，由此可知這些水源涵養(yǎng)林涵養(yǎng)水源的效果均較好，其中以灌木林、紅松林、紅松+白樺混交林涵養(yǎng)水源的效果更好，根系數(shù)量相對(duì)較多，較細(xì)根系分布比例高。

關(guān)鍵詞 水源涵養(yǎng)林;根系;分布

水源涵養(yǎng)林涉及到的范圍比較廣，包括河川、湖泊上游集水區(qū)內(nèi)大面積的原始林、次生林、人工林等，生態(tài)功能的核心即為涵養(yǎng)水源，其功能的發(fā)揮需要林間林冠、枯枝落葉、土壤等的共同參與[1-2]。其中土壤層中植物根系不僅是植物從土壤中吸收養(yǎng)分、水分以及儲(chǔ)存碳水化合物等的器官，還可以通過(guò)互相纏繞、穿插等對(duì)土壤顆粒起到分散、團(tuán)結(jié)的效果，最終形成土壤孔隙，使土壤的滲透性、持水性得到改善，可很好地提高周邊土壤涵養(yǎng)水源的效果[3-4];此外還有助于提高土壤抗蝕能力、有效避免水土流失現(xiàn)象[1-3]。水源涵養(yǎng)林的類型不同，根系分布特征有不同程度的差異，發(fā)揮出來(lái)的水源涵養(yǎng)效果也不同[4]。由此可知，加大對(duì)不同類型水源涵養(yǎng)林根系分布情況的研究在進(jìn)一步構(gòu)建水源涵養(yǎng)林、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)等方面具有較好的理論、現(xiàn)實(shí)意義[5]。目前有很多學(xué)者在植物根系分布特征與水源涵養(yǎng)能力之間的關(guān)系開(kāi)展了相關(guān)的研究，寇萌等[6]的研究中指出徑級(jí)1mm以下的根系根長(zhǎng)密度在總量中占比超過(guò)90%，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善起到明顯的效果;李建興等[7]的研究表明，徑級(jí)1mm以下的根系對(duì)改善土壤滲透性能有著顯著的效果。

岫巖地區(qū)位于遼寧省東部，降雨資源相對(duì)較為充沛、森林資源豐富。為了對(duì)該區(qū)域內(nèi)不同水源涵養(yǎng)林內(nèi)土壤儲(chǔ)水能力進(jìn)行研究，有必要對(duì)當(dāng)?shù)刂饕乃春B(yǎng)林類型根系分布特征情況開(kāi)展研究。本試驗(yàn)在岫巖地區(qū)選擇了紅松林、落葉松林、灌木林、混交林（紅松+白樺）、紅松采伐跡地5種不同的水源涵養(yǎng)林作為研究對(duì)象，比較了不同林間土壤中根系分布特征，為深入了解根系在涵養(yǎng)水源方面的功效、在遼東地區(qū)營(yíng)建高效水源涵養(yǎng)林提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)安排在岫巖縣清涼山林場(chǎng)內(nèi)，海拔高度平均90m左右，當(dāng)?shù)貙俦睖貛駶?rùn)地區(qū)季風(fēng)氣候，氣候宜人，降水量較為充足，年均約820mm，日照實(shí)數(shù)年均超過(guò)2300h，年均溫8℃左右，無(wú)霜期年均155d左右;地形主要為丘陵。土壤類型主要為暗棕壤，此外還有沼澤土、草甸土等類型少量分布。試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)植被類型豐富，長(zhǎng)勢(shì)比較繁茂，森林覆蓋率高，地帶性植被類型包括天然次生林（主要為闊葉類混交林）、針葉林（落葉松、紅松），此外還有一些灌木林，林下植被類型主要有忍冬、狗尾草等。

1.2研究方法

2019年9月在試驗(yàn)林場(chǎng)內(nèi)選擇造林時(shí)間在1975--1980年間的紅松林、落葉松林、灌木林、混交林（紅松+白樺）、紅松采伐跡地5個(gè)林分作為調(diào)查對(duì)象，每個(gè)調(diào)查林分內(nèi)隨機(jī)選擇有代表性的5塊標(biāo)準(zhǔn)樣方（20m×20m）作為重復(fù)，每個(gè)樣方內(nèi)選擇1株長(zhǎng)勢(shì)較好的植株作為標(biāo)準(zhǔn)植株[6-7]。取土的位置設(shè)置在距離標(biāo)本植株30cm處，用內(nèi)徑、長(zhǎng)分別為10cm的根鉆垂直往下分別按照0-20、20-40、40-60cm土層范圍進(jìn)行根系樣品的采集，之后帶回實(shí)驗(yàn)室清洗干凈，對(duì)各林分處理各土層采集到的根系按照1mm以下、1-2mm、2-5mm 3個(gè)徑級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，之后用專業(yè)根系分析系統(tǒng)----WinRHIZO對(duì)根系條數(shù)、長(zhǎng)度、體積、表面積等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最后在75℃下烘干并統(tǒng)計(jì)重量[8-9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水源涵養(yǎng)林對(duì)根系各密度指標(biāo)的影響

通過(guò)對(duì)不同水源涵養(yǎng)林根系在不同土層中主要密度指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

2.1.1根系密度

水源涵養(yǎng)林根系的密度與其涵養(yǎng)水源的能力關(guān)系緊密。一般來(lái)說(shuō)根系密度大的情況下，不僅土壤中有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高，而且細(xì)小的根系在土壤中穿插有助于提高土壤抗蝕能力，避免土壤遇到水發(fā)生破碎、分散等現(xiàn)象[10-11]。根據(jù)表1可知，各水源涵養(yǎng)林內(nèi)根系密度指標(biāo)表現(xiàn)出不同程度的的差異。在0-20 cm土層中，根系密度最大的水源涵養(yǎng)林為灌木林，根系密度為1410條/m2，其次依次為混交林（956條/m2）>紅松林（852條/m2）>落葉松林（830條/m2）>紅松采伐跡地（642條/m2）;20-40、40-60 cm土層內(nèi)，各水源涵養(yǎng)林根系密度的變化趨勢(shì)與0-20 cm保持一致，均以灌木林為最高。整體來(lái)說(shuō)，隨著土層深度的增加，各水源涵養(yǎng)林的根系密度整體表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，其中0-40cm土層中各水源涵養(yǎng)林根系密度在0-60cm總根系密度中占比均在64%以上，以紅松林占比最高。

2.1.2根表面積密度

根表面積密度即為根系單位體積內(nèi)表面積，此表面積為土壤根系直接接觸到土壤的面積[10]。根據(jù)表1可知，不同水源涵養(yǎng)林根表面積密度有不同程度的差異。0-20 cm土層內(nèi)，根表面積密度最高的水源涵養(yǎng)林類型為灌木林，為3.22cm2/cm3，其次依次為混交林、紅松林、落葉松林、紅松采伐跡地，20-40 cm土層中，根表面積密度最大的林分為灌木林，其次依次為落葉松林、混交林、紅松林、紅松采伐跡地;40-60 cm土層中，灌木林的根表面積密度最大，為4.15cm2/cm3，其次依次為混交林、落葉松林、紅松采伐跡地、紅松林。整體來(lái)說(shuō)，以灌木林的根表面積密度為最大，其次為混交林，以紅松采伐跡地為最低;隨著土層的增加，紅松林、紅松采伐跡地根表面積密度表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)，混交林先降低再增加，落葉松根表面積密度表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，灌木林表現(xiàn)為逐漸增加;0-40cm土層中各水源涵養(yǎng)林內(nèi)土壤根表面積密度在0-60cm土層中總根表面積占比在62.03%-85.89%，以紅松林占比最高。

2.1.3根體積密度

根據(jù)表1可知，不同水源涵養(yǎng)林內(nèi)根體積密度隨著土層的變化有著不一樣的變化趨勢(shì)。0-20 cm土層中，根體積密度最大的為灌木林，其次為混交林，2種林分差異不明顯，分別為0.052、0.050 cm3/cm3，其次依次是落葉松林、紅松林、紅松采伐跡地;20-40 cm土層中，根體積密度最大的是灌木林，其次分別為落葉松林、紅松林、混交林、紅松采伐跡地;40-60cm土層中，根體積密度最大的為落葉松林，其次依次為混交林、灌木林、紅松采伐跡地、紅松林。整體來(lái)說(shuō)，隨著土層的不斷增加，紅松林、落葉松林、灌木林根體積密度為先增加再降低，混交林為先降低再增加，紅松采伐跡地為逐漸降低;0-40cm土層中各水源涵養(yǎng)林根體積占比范圍在65.38%-90.14%，以紅松林占比最高。

2.1.4 根質(zhì)量密度

根據(jù)表1可知，不同水源涵養(yǎng)林內(nèi)各土層根質(zhì)量密度差異程度不一。0-20cm土層中，根質(zhì)量密度最大的為紅松林，其次依次為紅松采伐跡地、混交林、落葉松林、灌木林;20-40cm土層中，根質(zhì)量密度最大的為落葉松林，其次依次為紅松林、紅松采伐跡地、混交林、灌木林;40-60cm土層中，根質(zhì)量密度最大的為紅松林，其次依次為紅松采伐跡地、混交林、灌木林、落葉松林。隨著土層的增加，紅松林、混交林、紅松采伐跡地的根質(zhì)量密度逐漸降低，落葉松林、灌木林根質(zhì)量密度均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì);整體比較灌木林各土層根質(zhì)量密度最低，分析其原因是其他喬木類樹(shù)種有著發(fā)達(dá)、長(zhǎng)勢(shì)粗壯的主根系，而灌木林根系中占比較大的為須根[11];0-40cm土層中各水源涵養(yǎng)林根質(zhì)量密度在0-60cm土層總根質(zhì)量密度中占比在60.43%-88.81%，以落葉松林、紅松林占比在80%以上。

2.2不同水源涵養(yǎng)林對(duì)各徑級(jí)根系分布密度特征的影響

選擇根表面積密度、根體積密度、根質(zhì)量密度3個(gè)指標(biāo)對(duì)各水源涵養(yǎng)林內(nèi)各徑級(jí)根系分布密度特征進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2.1 根質(zhì)量密度

根據(jù)表2可知，不同土層中各水源涵養(yǎng)林不同徑級(jí)根系密度分布情況存在不同程度的差異;0-20 cm土層中，5種不同水源涵養(yǎng)林根質(zhì)量密度最高的徑級(jí)均為1-2 mm范圍內(nèi)的根系，以細(xì)根居多，其中紅松林>紅松采伐跡地>混交林>落葉松林>灌木林;20-40cm土層中，紅松林、灌木林、混交林根質(zhì)量密度最大的徑級(jí)集中在1-2mm范圍，落葉松林根密度最大的徑級(jí)在2-5mm，紅松采伐跡地根密度最大的徑級(jí)在1mm以下。

2.2.2 根體積密度

根據(jù)表2可知，不同土壤各水源涵養(yǎng)林不同徑級(jí)根體積密度分布情況存在不同程度的差異;紅松林0-20、40-60cm土層內(nèi)根體積密度主要集中在1mm以下徑級(jí);落葉松林0-40cm根體積密度主要集中在2-5mm徑級(jí);灌木林0-40cm根體積密度主要集中在1-2mm徑級(jí);混交林0-40cm根體積密度主要集中在1-2、2-5mm徑級(jí)，40-60cm主要集中在1mm以下徑級(jí);紅松混交林各土層主要集中在1-2mm徑級(jí)，其中0-20cm土層中2-5mm徑級(jí)根體積密度也較高。

2.2.3 根表面積密度

根據(jù)表2可知，不同土壤各水源涵養(yǎng)林不同徑級(jí)根表面積密度分布情況存在不同程度的差異;0-20cm土層中，紅松林、灌木林、混交林、紅松采伐跡地土壤根系表面積密度均以1mm以下徑級(jí)為最高，落葉松林根表面積密度以2-5cm徑級(jí)為最高;20-40cm土層中，各水源涵養(yǎng)林根表面積密度均以1mm以下徑級(jí)為最大，40-60cm土層中除了混交林、紅松采伐跡地 2個(gè)處理以外，其他處理根表面積密度均以1mm以下徑級(jí)為最大。

3 結(jié)論

遼寧省總水資源中，遼東地區(qū)的占比達(dá)到了62%，其中每年遼東地區(qū)水源涵養(yǎng)林涵養(yǎng)水源總量可達(dá)到120億t以上，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、林業(yè)等的水資源需求提供了水源保證。而在水源涵養(yǎng)林中，其根系分布情況可很大程度上表征水源涵養(yǎng)林涵養(yǎng)水源的效果，是森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮出蓄水效果的重要標(biāo)志[11-12]。

本試驗(yàn)通過(guò)選擇了5類水源涵養(yǎng)林，對(duì)其根系分布密度特征開(kāi)展了相關(guān)的研究。結(jié)果表明，各水源涵養(yǎng)林各根系密度指標(biāo)分布情況存在不同程度的差異，隨著土層深度的增加，各水源涵養(yǎng)林的根系密度整體表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，其中0-40cm土層中各水源涵養(yǎng)林根系密度在0-60cm總根系密度中占比均在64%以上;灌木林的根表面積相對(duì)高于喬木林，0-40cm土層中各水源涵養(yǎng)林內(nèi)土壤根表面積密度在0-60cm土層中總根表面積占比達(dá)到62.03%-85.89%，以紅松林占比最高;0-40cm土層中各水源涵養(yǎng)林根體積占比范圍在65.38%-90.14%，以紅松林占比最高;灌木林各土層根質(zhì)量密度最低，0-40cm土層中各水源涵養(yǎng)林根質(zhì)量密度在0-60cm土層總根質(zhì)量密度中占比在60.43%-88.81%，以落葉松林、紅松林占比最高;通過(guò)對(duì)各林間不同徑級(jí)根相關(guān)密度指標(biāo)的分析，根系中以1mm以下、1-2mm徑級(jí)的為主，由此可知較細(xì)的根占比較多，表明這些水源涵養(yǎng)林涵養(yǎng)水源的效果均較好，其中以灌木林、混交林、紅松林涵養(yǎng)水源的效果更好。

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