石坤,賈志清,張洪江?,張友焱,李清雪,馮莉莉,何凌仙子

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院,100091,北京)

青海共和盆地典型固沙植物根系分布特征

石坤1,賈志清2,張洪江1?,張友焱2,李清雪2,馮莉莉2,何凌仙子2

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院,100091,北京)

為了解共和地區(qū)典型固沙植物的根系分布特征,為該地區(qū)人工植被恢復(fù)的物種選擇提供依據(jù),本文選取當(dāng)?shù)氐湫突哪乐沃参锓N中間錦雞兒、檸條錦雞兒、沙柳、小葉楊、小穗柳和烏柳6種植物,進(jìn)行根系分布特性研究。采用整株挖掘法獲取植物根系樣本,使用WinRHIZO Pro 2500a根系分析系統(tǒng),計算根系生物量密度、根長密度、比根長、根系消弱系數(shù)。所研究的6種植物根系主要集中在0～40 cm深度范圍內(nèi),根系生物量密度與根長密度沿土層深度波動下降。小穗柳細(xì)根比根長顯著大于其他植物種,說明其細(xì)根根系活性最強(qiáng),對環(huán)境的適應(yīng)性最好。沙柳與中間錦雞兒的根系生物量消弱系數(shù)顯著大于其他植物種,沙柳的根長密度顯著大于其他植物有助于增加土壤抗性,具有較強(qiáng)的固土能力。檸條錦雞兒的生物量密度顯著大于其他植物種,獲取能量的能力較強(qiáng)。在共和盆地人工植被恢復(fù)宜選用適應(yīng)性較強(qiáng)的小穗柳,或固土能力較強(qiáng)的沙柳與中間錦雞兒。

共和盆地;荒漠化;根系分布特征;根系消弱系數(shù)

我國荒漠化問題十分嚴(yán)峻,尤其在我國西北部,荒漠化所造成的環(huán)境問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活,成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的主要原因之一[1]。人工植被恢復(fù)是荒漠化地區(qū)固定流動沙丘、防治荒漠化、改善自然環(huán)境的手段之一,在我國西北地區(qū)應(yīng)用廣泛[2]。根系是植物從土壤中獲取水分與養(yǎng)分的主要器官[3],對于植物生長發(fā)育和新陳代謝十分重要。了解根系的分布特征,對于選擇適宜的造林植物種,提高其成活具有重要意義。

根系的分布特征不僅受到植物種遺傳因素控制,而且受到環(huán)境因素的影響[4]。研究表明,不同植物在不同的生態(tài)環(huán)境中生態(tài)位不同,植物根系在地下不同深度空間范圍內(nèi)獲取養(yǎng)分與水分[56]。張宇清等[7]在寧夏西吉縣黃土丘陵區(qū)研究的多枝檉柳(Tamarix ramosissima)根系深達(dá)7 m以上,幾乎沒有水平根,垂直根系發(fā)達(dá),而該地區(qū)的檸條錦雞兒(Caragana korshinskii)根系深度也達(dá)4 m以上。崔秀萍等[8]在渾善達(dá)克沙地研究的黃柳(Salix gordejevii)根系主要分布在0～30 cm的深度范圍內(nèi),水平根系發(fā)達(dá),側(cè)根與不定根遠(yuǎn)超過主根的長度。趙愛芬等[9]在奈曼旗的研究發(fā)現(xiàn)差巴嘎蒿(Artemisia halodendron),小葉錦雞兒(Caragana microphylla)等灌木的根系主要分布在較淺的土層中。張莉等[10]在毛烏素沙地的研究發(fā)現(xiàn)該地區(qū)沙柳(Salix psammophila)的根系主要分布在0～60 cm的深度范圍內(nèi),檸條的根系主要分布在30～80 cm的深度范圍內(nèi)。由于植物物種及其生長環(huán)境的差異,定性描述結(jié)果往往嚴(yán)謹(jǐn)性不足,E.R.Page等[11]的研究結(jié)果指出根長密度隨土壤深度的增加而呈現(xiàn)指數(shù)下降趨勢,并提出計算根系消弱系數(shù)的公式,其中根系消弱系數(shù)越大,則表示根系在土壤中分布的越深,反之則表示根系分布較淺。不同植物根系分布對植物抗旱性產(chǎn)生不同的影響,發(fā)達(dá)根系吸收水分的效率更高,這使植物具備更強(qiáng)的抗旱能力[12]。相關(guān)研究[13]也證明,含根土體所組成的土壤根系復(fù)合結(jié)構(gòu)相較于土壤和根系其抗性大幅增加。不少科學(xué)家對于部分植物種在我國西北荒漠化防治造林中的應(yīng)用進(jìn)行了研究,但對于其根系的分布研究報道較少。

本研究采用整株挖掘法,研究中間錦雞兒(Caragana intermedia)、檸條錦雞兒、沙柳、小葉楊(Populus simonii)、小穗柳(Salix microstachya)和烏柳(Salix cheilophila)6種青海省共和盆地典型固沙植物的根系特征,為該區(qū)域人工植被恢復(fù)、荒漠化防治植物種的選擇提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究在國家林業(yè)局青海共和荒漠生態(tài)系統(tǒng)定位觀測站進(jìn)行,位于青海省海南自治州共和縣沙珠玉鄉(xiāng),地理坐標(biāo)為E 100°45′～100°30′,N 36°03′～36°36′,海拔為2 871～3 870 m,風(fēng)沙土分布廣泛,位于由干旱荒漠區(qū)向半干旱草原區(qū)的過渡地帶,地下水位約為2 810～2 640 m左右,多年平均降水量為320 mm左右,年日照時間2 770 h,年均潛在蒸發(fā)量1 800 mm左右,干燥度指數(shù)在3.9～7.1之間。該地寒冷多風(fēng),晝夜溫差大,多年平均氣溫為3.5℃,活動積溫約為2 344℃,最高風(fēng)速達(dá)40 m/s,多年平均風(fēng)速達(dá)2.7 m/s[14],荒漠化程度嚴(yán)重。目前該區(qū)域人工固沙典型植物主要有中間錦雞兒、檸條錦雞兒、沙柳、小葉楊、小穗柳、烏柳、沙蒿(Artemisia desertorum)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、枸杞(Lycium chinense)、紫花苜蓿(Medicago sativa)等。

2 材料與方法

2.1 根系樣品采集與測定

本研究于2015年7月進(jìn)行,試驗(yàn)選取位于丘間地內(nèi)的沙柳純林、小葉楊純林、小穗柳純林和烏柳純林以及位于沙丘上的中間錦雞兒純林、檸條錦雞兒純林6塊樣地。6塊樣地的植物均于20世紀(jì)90年代后期采用插干造林方式種植。在6個樣地內(nèi)設(shè)置20× 20 m的樣方,分別測量其株高、冠幅,選取標(biāo)準(zhǔn)株,進(jìn)行根系調(diào)查與測定,每個樣地選取4株作為重復(fù)(表1)。

采用整株挖掘法對植株根系進(jìn)行取樣,根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)植物的根系主要分布在距離植株主干半徑2 m的范圍內(nèi),故挖掘根系主要在該范圍進(jìn)行。由外向內(nèi)每隔20 cm進(jìn)行挖掘,在深度方向上從上到下每隔20 cm分層挖掘,用6 mm土壤篩篩去沙土后收集全部根系,分別裝入寫有標(biāo)注的自封袋內(nèi),待室內(nèi)測定分析用。

表1 樣地基本特征Tab.1 Basic characteristics of sample plot

將根系用蒸餾水洗凈,置于室溫下陰干,使用WinRHIZO Pro 2500a根系掃描系統(tǒng)對根系進(jìn)行掃描,獲取根系的根長和根系體積數(shù)據(jù)。將直徑＜2.0 mm的根系計作細(xì)根,將直徑＞2.0 mm并＜5.0 mm的根系計作中根,將直徑＞5.0 mm的根系計作粗根。挑選各植物種具有代表性的根系掃描,烘干至恒重后稱量。土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)使用環(huán)刀法測定。

2.2 根系特征參數(shù)

根系生物量:

式中:ρ表示該植物種的根系生物量密度,kg·m-3; V0表示該植物種所取部分根系的體積,m3;W0表示該植物種所取部分根系的生物量,kg;Vi表示該植物種根系的體積,m3;B表示該植物種的根系生物量,kg。

根系消弱系數(shù):

式中:γ表示從地表到一定深度土層的根系生物量累計比例;d表示土層深度,cm;βB表示根系生物量消弱系數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集與處理使用Microsoft Office Excel 2013軟件,利用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,用單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan多范圍檢驗(yàn)法比較根系參數(shù)的差異(α=0.05)。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物種特征參數(shù)

3.1.1 土壤含水量 6種植物根系所在土壤的含水量如圖1所示。植物根系附近土壤含水量的變化趨勢與根系生物量密度,根系長度密度,比根長等特征參數(shù)均無顯著的相關(guān)性(P＞0.05)。

圖1 不同植物種根部不同深度土壤含水量Fig.1 Soil water content at different depth of root for different tree species

3.1.2 根系特征參數(shù) 根系生物量密度由大到小的順序?yàn)闄帡l錦雞兒＞沙柳＞小葉楊＞中間錦雞兒＞烏柳＞小穗柳。根長密度由大到小的順序?yàn)樯沉拘∪~楊＞小穗柳＞烏柳＞檸條錦雞兒＞中間錦雞兒(表2)。檸條錦雞兒根系生物量密度顯著高于其他植物種(P＞0.05),沙柳根長密度顯著高于其他植物種(P＞0.05)。

根系生物量消弱系數(shù)由大到小的順序?yàn)樯沉局虚g錦雞兒＞烏柳＞小葉楊＞小穗柳＞檸條錦雞兒(表2),沙柳與中間錦雞兒的根系在深層土壤中的分布比例較大,烏柳、小葉楊、小穗柳和檸條錦雞兒的根系主要分布在淺層土壤中。

烏柳、小葉楊、小穗柳和檸條錦雞兒根系中約75%的根系分布在0～40 cm的表層土壤中,中間錦雞兒與沙柳在該層土壤中的根系約占根系總量的30%與60%,這與消弱系數(shù)所反映的根系分布規(guī)律相符。

同一植物不同徑級根系的比根長不同。如圖2所示,6種植物均呈細(xì)根比根長＞中根比根長＞粗根比根長,細(xì)根比根長最大,其吸收水分與養(yǎng)分的能力較強(qiáng)。隨著直徑的增加,植物根系吸收水分與養(yǎng)分的能力減弱。

表2 不同植物種根系生物量密度Tab.2 Root biomass density of tree species

圖2 不同植物種不同徑級根系比根長比較Fig.2 Comparing specific root lengths of different diameter classes for different tree species

小穗柳細(xì)根比根長＞中間錦雞兒細(xì)根比根長＞檸條錦雞兒細(xì)根比根長＞小葉楊細(xì)根比根長＞烏柳細(xì)根比根長＞沙柳細(xì)根比根長,小穗柳細(xì)根比根長顯著大于其他植物種的細(xì)根比根長(P＞0.05),小穗柳細(xì)根攝取水分與養(yǎng)分的能力最強(qiáng),最適應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳L環(huán)境。

3.2 根系生物量密度分布

6種植物不同徑級根系生物量密度分布見表3。根系主要分布在0～40 cm的土壤深度范圍內(nèi),不同植物根系生物量密度隨深度的增加差異顯著(P＞0.05)。

表3 不同植物種不同徑級不同深度根系生物量密度Tab.3 Root biomass density of tree species with different diameter classes in different soil depth

中間錦雞兒的根系主要分布在0～100 cm的范圍內(nèi),比檸條錦雞兒根系分布更深。隨深度的增加,中間錦雞兒根系生物量密度均呈先增大后減小的趨勢。40～60 cm深度內(nèi)的根系生物量密度顯著高于其他土層中的根系生物量密度(P＜0.05)。檸條錦雞兒的中根與細(xì)根生物量密度沿深度呈下降趨勢。

沙柳、小葉楊、小穗柳、烏柳的根系主要分布在0～80 cm深度內(nèi)。隨深度增加,不同徑級根系生物量密度變化趨勢不同。4種植物的粗根均集中分布在淺層土壤中,80～100 cm范圍內(nèi)的粗跟生物量密度均較小。其中沙柳與烏柳的中根與細(xì)根生物量密度變化趨勢類似,0～40 cm范圍內(nèi)中根生物量密度顯著大于40～80 cm范圍內(nèi)的中根生物量密度(P＜0.05),0～20 cm范圍內(nèi)細(xì)根生物量密度顯著大于其他地塊內(nèi)的細(xì)根生物量密度(P＜0.05)。小葉楊與小穗柳的中根與細(xì)根生物量密度隨深度變化先增大后減小,峰值均在20～40 cm范圍內(nèi)。

6種植物根系生物量密度隨距樹干中心水平距離增大均呈下降趨勢。如圖3所示,中間錦雞兒、檸條錦雞兒、沙柳、烏柳4種植被根系生物量密度與距樹干中心水平距離呈冪函數(shù)關(guān)系,小葉楊、小穗柳植被根系生物量密度與距樹干中心水平距離呈指數(shù)相關(guān)關(guān)系。

3.3 根長密度分布

6種植物不同徑級根系生物量密度分布如圖4所示,隨深度變化,不同植物根長密度均有顯著差異(P＞0.05)。

不同植物根長密度空間變化趨勢不同。中間錦雞兒、小葉楊、小穗柳、烏柳4種植物的根長密度隨深度增加先增大后減小,在40～60 cm深度內(nèi)達(dá)到峰值,根長密度變化類似等腰三角形狀。隨距樹干中心水平距離增加,各植物種的根長密度銳減。

沙柳、檸條錦雞兒的根長密度隨深度增加呈下降趨勢,表層根系根長密度顯著大于深層根系根長密度(P＞0.05),在水平方向上沙柳與檸條錦雞兒的根系集中在樹干中心附近,根長密度變化類似直角三角形。

4 討論

圖3 不同植物種根系生物量密度水平分布Fig.3 Horizontal distribution of root length biomass for different tree species

圖4 6種植物種根長密度等值線圖Fig.4 Root length density contour maps of six plants

1)植物根系分布反映了植物攝取水分與養(yǎng)分的范圍。淺根型植物主要吸收利用淺層土壤的水分、養(yǎng)分;深根型植物在吸收淺層土壤水分的同時,也在長期干旱時吸收深層土壤中的水分,對干旱的適應(yīng)性更強(qiáng)[15]。此次研究的6種植物根系分布較淺,均屬于淺根型植物。這與部分認(rèn)為北方植被根系分布均較淺的研究結(jié)果相符[16]。造成這種根系分布可能是由于共和盆地位于干旱半干旱區(qū)域,該區(qū)域降水多集中在夏季[17],但由于蒸發(fā)強(qiáng)烈,雨水滲入到淺層土壤后,既被植物根系吸收利用,或蒸發(fā)進(jìn)入大氣中,不能滲入深層土壤。而植物根系分布常受到土壤水分脅迫的影響[18],因此深層土壤根系分布較少。

2)植物根系分布不僅受到遺傳因素控制,也受土壤、養(yǎng)分、水分、風(fēng)等多種環(huán)境因素影響[19]。所選樣地內(nèi)深度大于1 m的土壤硬化,根系難以穿透,被迫改變生長方向,所以深度超過1 m的土壤中根系含量極低。

張琳琳[20]在新疆地區(qū)對霸王的研究表明大風(fēng)對植物的刺激會導(dǎo)致植物淺層根系增加。本次研究的6種植物根系分布均較淺,可能是由于共和盆地常年大風(fēng),導(dǎo)致淺層根系進(jìn)一步發(fā)育。

3)6種植物根系分布與土壤水分并沒有顯著相關(guān)性。這與王迪海等[21]在黃土高原地區(qū)對根系分布與土壤水分的研究結(jié)果類似。一般認(rèn)為土壤長期含水量對根系分布具有較大影響[22],短期的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)受到降雨、蒸發(fā)等因素影響較大,與植物根系分布沒有顯著相關(guān)性。

4)植物根系具有固持土壤的作用,植物根系在土體中能增大土壤抗剪切強(qiáng)度[23]。研究表明,植物根系埋深越深,根系的固土效果越好[24]。中間錦雞兒與沙柳的根系消弱系數(shù)較大,根系埋深較深,在固土方面具有優(yōu)勢。隨根長密度增大,土壤粘聚力呈線性增長,土壤抗力強(qiáng)度增大[25]。沙柳根長密度顯著大于其他植物(P＞0.05),在提高土壤抗力方面具有優(yōu)勢。

5 結(jié)論

1)中間錦雞兒與沙柳的根系消弱系數(shù)較大,根系分布較深;檸條錦雞兒的根系消弱系數(shù)最小,根系分布最淺。沙柳的根長密度較大,其固持土壤的能力較強(qiáng)。因此,中間錦雞兒與沙柳具有較強(qiáng)的固土能力。檸條錦雞兒的根系生物量密度顯著大于其他植物,其獲取能量的能力最強(qiáng)。小穗柳的細(xì)根比根長顯著大于其他植物種,其細(xì)根的生理活性更強(qiáng),對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)性最好。植物根系分布與短時期土壤含水量并沒有顯著相關(guān)性。

2)6種植物根系主要分布在0～40 cm深度土層內(nèi)。中間錦雞兒、小葉楊、小穗柳的中根與細(xì)根根系生物量密度沿深度變化先增大后減小,檸條錦雞兒、沙柳、烏柳中根與細(xì)根根系生物量密度沿深度變化呈減小趨勢。中間錦雞兒、小葉楊、小穗柳、烏柳4種植物的根長密度隨深度增加先增大后減小,沙柳、檸條錦雞兒的根長密度隨深度增加呈下降趨勢。

3)共和盆地的植被恢復(fù),宜選擇固土能力較強(qiáng)的中間錦雞兒和沙柳,或適應(yīng)性較強(qiáng)的小穗柳。

[1] Gao Yanhong,Li Xinrong,Liu Lichao,et al.Seasonal variation of carbon exchange from a revegetation area in a Chinese desert[J].Agricultural&Forest Meteorology, 2012,156(5):142.

[2] Zhang Zhishan,Li Xinrong,Liu Lichao,et al.Distribution,biomass,and dynamics of roots in a revegetated stand of Caragana korshinskii,in the Tengger Desert, northwestern China[J].Journal of Plant Research, 2009,122(1):119.

[3] Schenk H J.Vertical vegetation structure below ground: scaling from root to globe[M].Esser K,Luttge V,Beyschlag W,et al.Progress in Botany.Berlin:Springer, 2004:341.

[4] 張小朋,殷有,于立忠,等.土壤水分與養(yǎng)分對樹木細(xì)根生物量及生產(chǎn)力的影響[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報, 2010,27(4):606. Zhang Xiaopeng,Yin you,Yu Lizhong,et al.Influence of water and soil nutrients on biomass and productivity of fine tree roots:a review[J].Journal of Zhejiang Forestry College,2010,27(4):606.(in Chinese)

[5] 梁宇.黃土丘陵區(qū)坡地密植棗林細(xì)根與土壤水分空間變異性研究[D].陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2013:16. Liang Yu.Spatial variability of fine root and soil moisture content under dense jujube cultivation in China's loess hillslope region[D].Yangling,Shaanxi:Northwest Agriculture and Forestry University,2013:16.(in Chinese)

[6] 劉健,賀曉,包海龍,等.毛烏素沙地沙柳細(xì)根分布規(guī)律及與土壤水分分布的關(guān)系[J].中國沙漠,2010,06:1366. Liu Jian,He Xiao,Bao Hailong,et al.The fine root distribution and sandland relationship with soil water distribution[J].Journal of Desert Research,2010,6:1366. (in Chinese)

[7] 張宇清,朱清科,齊實(shí),等.梯田生物埂幾種灌木根系的垂直分布特征[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,28 (2):34. Zhang Yuqing,Zhu Qingke,Qi Shi,et al.Vertical distribution characteristics of root system of several shrub species on terrace banks[J].Journal of Beijing Forestry University,2006,28(2):34.(in Chinese)

[8] 崔秀萍,劉果厚,張存厚.渾善達(dá)克沙地黃柳人工林根系分布及生物量研究[J].中國沙漠,2011,2:447. Cun Xiuping,Liu Guohou,Zhang Cunhou.Study on plantation root distribution and biomass of Salix gordejevii in Hunshandak Sandland[J].Journal of Desert Re-search,2011,2:447.(in Chinese)

[9] 趙愛芬,趙學(xué)勇,常學(xué)禮.奈曼旗沙丘植被根系特征研究[J].中國沙漠,1997,17(增刊1):41. Zhao Aifen,Zhao Xueyong,Chang Xueli.Study on root characteristics of sand dune vegetation in Naiman Banner[J]. Journal of Desert Research,1997,17(S1):41.(in Chinese)

[10]張莉,吳斌,丁國棟,等.毛烏素沙地沙柳與檸條根系分布特征對比[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2010,24(3): 158. Zhang Li,Wu Bin,Ding Guodong,et al.The Maowusu sandy land and Caragana korshinskii roots distribution in contrast[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2010,24(3):158.(in Chinese)

[11]Page E R,Gerwitz A.Mathematical models,based on diffusion equations,to describe root systems of isolated plants,row crops,and swards[J].Plant&Soil,1974, 41(2):243.

[12]蘇芳莉,劉明國,郭成久,等.沙地樟子松根系垂直分布特征及對土壤的影響[J].中國水土保持,2006(1): 20. Su Fangli,Liu Guoming,Guo Chengjiu,et al.The vertical distribution characteristics of Pinus sylvestris root sand and influence to the soil[J].Soil and Water Conservation in China,2006(1):20.(in Chinese)

[13]胡夏嵩,李國榮,朱海麗,等.寒旱環(huán)境灌木植物根土相互作用及其護(hù)坡力學(xué)效應(yīng)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2009,28(3):613. Hu Xiasong,Li Guorong,Zhu Haili,et al.Research on interaction between vegetation root and soil for slope protection and its mechanical effect in cold and arid environments[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(3):613.(in Chinese)

[14]李清雪.共和盆地沙漠化土地典型人工植被的土壤改良效應(yīng)[D].北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院,2014:13. Li Qingxue.The effect of soil improvement for several typical artificial vegetation types on decertified land in Gonghe Basin[D].Beijing:Chinese Academy of Forestry,2014:13.(in Chinese)

[15]Lai Zongrui,Zhang Yuqing,Liu Jiabin,et al.Fine-root distribution,production,decomposition,and effect on soil organic carbon of three revegetation shrub species in northwest China[J].Forest Ecology&Management, 2015,14(14):1153.

[16]周華坤,周立,趙新全,等.金露梅灌叢地下生物量形成規(guī)律的研究[J].草業(yè)學(xué)報,2002,11(2):59. Zhou Huakun,Zhou Li,Zhao Xinquan,et al.Study on the formation of below ground biomass in Potentilla fruticosa shrub[J].Acta Prataculturae Sinica,2002,11 (2):59.(in Chinese)

[17]劉麗穎,賈志清,朱雅娟,等.共和盆地中間錦雞兒人工林根系的分布特征[J].中國沙漠,2012,32(6): 1626. Liu Liying,Jia Zhiqing,Zhua Yajuan,et al.The distribution characteristics of Gonghe basin of Caragana plantation roots[J].Journal of Desert Research,2012,32 (6):1626.(in Chinese)

[18]成向榮,黃明斌,邵明安.沙地小葉楊和檸條細(xì)根分布與土壤水分消耗的關(guān)系[J].中國水土保持科學(xué), 2008,6(5):77. Cheng Xiangrong,Huang Mingbin,Shao Mingan.Relationship between fine roots distribution and soil water consumption of Populus simonii and Caragana korshinkii plantation on sandy land[J].Science of Soil and Water Conservation,2008,6(5):77.(in Chinese)

[19]張蕓香.華北落葉松幼苗根系動態(tài)及其影響因素研究[D].太原:山西農(nóng)業(yè)大學(xué),2005:41. Zhang Yunxiang.Studies on seeding root dynamics of Larix principis-rupprechtii Mayr.and its effecting factors. [D].Taiyuan:Shanxi Agricultural University,2005:41. (in Chinese)

[20]張琳琳.長期大風(fēng)對霸王根系分布的影響[D].烏魯木齊:新疆師范大學(xué),2014:45. Zhang Linlin.The influence of long-term high wind to root system distribution of Zygophyllum xanthoxylum (Bunge)Maxim.[D].Urumqi:Xinjiang Normal University,2014:45.(in Chinese)

[21]王迪海,趙忠,李劍.土壤水分對黃土高原主要造林樹種細(xì)根表面積季節(jié)動態(tài)的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報, 2010,34(7):819. Wang Dihai,Zhao Zhong,Li Jian.Impact of soil moisture on the seasonal dynamics of fine root surface area of major afforestation[J].Chinese Journal of Plant Ecology, 2010,34(7):819.(in Chinese)

[22]阿拉木薩,蔣德明,裴鐵璠.沙地人工小葉錦雞兒植被根系分布與土壤水分關(guān)系研究[J].水土保持學(xué)報, 2003,17(3):78. Alamusa,Jiang Deming,Pei Tiefan.Relationship between root system distribution and soil moisture of artificial Caragana icrophylla vegetation in sandy land[J]. Journal of Soil and Water Conservation,2003,17(3): 78.(in Chinese)

[23]蔣靜,張超波,張雪彪,等.土壤水分對植物根系固土力學(xué)性能的影響綜述[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2015(11): 253. Jiang Jing,Zhang Chaobo,Zhang Xuebiao,et al.Review on the effects of soil moisture on mechanical properties of soil reinforcement by plant roots[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2015(11):253.(in Chinese)

[24]曹云生.冀北山地油松根系固土機(jī)制的影響因素研究[D].北京林業(yè)大學(xué),2014:99. Cao Yunsheng.The study of influence factors of soil reinforcement mechanism by Pinus tabulaeformis root in North Mountain of Hebei Province[D].Beijing Forestry University,2014:99.(in Chinese)

[25]王巧利.黃土丘陵溝壑區(qū)植物抵抗土壤侵蝕的機(jī)械特性[D].陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2013:31. Wang Qiaoli.The mechanical properties of plant in resisting soil erosion in the hillygullied Loess Plateau[D]. Yanglin,Shaanxi:Northwest Agriculture and Forestry U-niversity,2013:31.(in Chinese)

Root distribution characteristics of typical sand-fixing plants in Gonghe Basin of Qinghai Province

Shi Kun1,Jia Zhiqing2,Zhang Hongjiang1,Zhang Youyan2,Li Qingxue2,Feng Lili2,He Lingxianzi2

(1.School of Water and Soil Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China;2.Chinese Academy of Forestry,100091,Beijing,China)

[Background]Desertification is one of the most serious environment problems in China, which has resulted in the land degeneration and affected local people life.Local economic development is also hindered by the desertification,and this situation may last for quite a long time.Gonghe Basin, located in Qinghai Province of China,is a typical desertification area.Artificial vegetation restoration, which performs wellindesertificationareaofChina,mayimmobilizemovingdunes,control desertification and improve environment.Root is the most important plant organ of obtaining water and nutrients from soil,and also plays a key role in plant growth and metabolism.Study of root system distribution patterns means significant for the selection of suitable afforestation tree species and survival rate enhancement.[Methods]Six typical desertification control plants in local area were selected for this study:Caragana intermedia,Caragana korshinskii,Salix psammophila,Salix microstachya,Populus simonii and Salix cheilophila in six plots separately with area of 20×20 m2.All the studied plants were grown in 1990s with method of cuttage forestation.Plant height and crown diameter were measured and then type trees were chosen.The root samples of type tree were obtained by whole plant excavating method and scanned by WinRhizo Pro 2500a Root Analysis System.Finally,root biomass density,rootlength density,specific root length,and root extinction coefficient were calculated and analyzed.The root of studied plants mainly distributes in 2 m diameter circle away from trunk,so we excavated this area to get root samples.[Results]Specific fine root length of S.microstachya(2.74 m/g)was significantly higher than that of other five species(P＞0.05),indicating that the fine root activity of S.microstachya was the strongest,and it can be inferred that fine root of S.microstachya adapted best to the environment among all 6 plants.Root biomass extinction coefficients of S.psammophila and C.intermedia(0.982, 0.979)were significantly higher than that of other five species,thus they may function well in increasing soil shear resistance.The root biomass density of C.korshinskii(3.882 kg/m3)was significantly higher than that of other five plants(P＞0.05),the root length density of S.psammophila(372.728 cm/m3) was significantly higher than that of other five plants.Therefore,C.korshinskii presented the strongest ability of obtaining energy.All studied plant roots distributed mainly between 0-40 cm depth in soil. Root biomass density and root length density both decreased with depth and distance from trunk center. Root distribution was not affected by soil moisture content in short period.[Conclusions]As a result,it can be seen that in Gonghe Basin of Qinghai Province,S.microstachya with strong adaptability,S. psammophila and C.intermedia with strong reinforcement capability perform best in artificial vegetation recovery.

Gonghe Basin;desertification;root distribution characteristics;root extinction coefficient

SP727.23

A

1672-3007(2016)06-0078-08

10.16843/j.sswc.2016.06.010

2016 02 16

2016 09 26

項目名稱:林業(yè)公益性行業(yè)專項“青海共和盆地典型固沙植物根系特征及功能研究”(201504420)

石坤(1992—),女,碩士研究生。主要研究方向:水土保持與荒漠化防治。Email:shikunwork@126.com

?通信作者簡介:張洪江(1954—),男,教授,博士生導(dǎo)師。主要研究方向:流域治理和森林水文。Email:zhanghj@bjfu.edu.cn