李明亮++余保峰++方海晶

摘 要 根系的主要功能是吸收水分和養(yǎng)分、固著和支撐植物體。根系的分布格局直接關(guān)系到植物對水分和養(yǎng)分的吸收、對風(fēng)沙的抵抗能力，尤其在干旱區(qū)?；诖耍\用野外根系挖掘法和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究了烏魯木齊周邊荒漠的優(yōu)勢種灌木小蓬（Nanophyton erinaceum ）的根系分布格局及生物量分配。結(jié)果表明，小蓬的根系為直根系，主根長平均為50～70 cm，主要集中在4～29 cm土層。側(cè)根較發(fā)達，根幅約為30 cm×40 cm。根系生物量因坡向的不同而不同，陰坡的根系生物量較陽面的多30.9%。根冠比為21.0。小蓬這種根系構(gòu)型和根冠比可能是對干旱和礫質(zhì)化生境的適應(yīng)，研究有助于小蓬的保育及植被恢復(fù)。

關(guān)鍵詞 根系；分布格局；生物量分配；荒漠灌木

中圖分類號：Q948 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.15.062

根系的主要功能是吸收水分和養(yǎng)分、固著和支撐植物體。根系的分布格局直接關(guān)系到植物對水分和養(yǎng)分的吸收、對風(fēng)沙的抵抗能力，尤其在干旱區(qū)。根系的分布格局取決于土壤水分含量[1-3]、土壤類型和質(zhì)地[4]及風(fēng)向風(fēng)速。研究表明，黃土高原主要造林植物刺槐（Robinia pseudoacaia）根系分布特征受立地條件的影響[5]，細根密度和垂直分布明顯大于長武。陽坡的細根主要分布在0～229.1 cm土層內(nèi)，而陰坡主要分布在0～152.4 cm內(nèi)。細根的分布區(qū)域與降水的補償深度基本一致[6]。在土壤水分正常的條件下，根系生物量主要集中在上層，土壤輕度干旱時，深根型有利于盡可能吸收較多的水分，以滿足根系本身和地上部分的需要[7]。檸條（Caragana korshinskii）根系為直根系，主根上生有多層側(cè)根，一般根系密集層在10～100 cm土層中，根深和根幅在1～4 m。

小蓬（Nanophyton erinaceum）是藜科小蓬屬的墊狀小半灌木，生于戈壁、石質(zhì)山坡及干燥的灰鈣土地區(qū)。分布于阿爾泰山南麓、準噶爾盆地西部山地東麓、天山北麓、烏拉泊和伊犁谷地[8-9]，具有飼用價值[10]，同時對維持荒漠生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。本研究通過野外根系挖掘和室內(nèi)分析，研究了小蓬根系的分布格局及地上地下生物量分配，以期為探討小蓬對干旱瘠薄生境的適應(yīng)機制以及小蓬荒漠的保育提供依據(jù)。

1 材料與方法

本研究在烏魯木齊市的雅瑪里克山（E 87°37′33″～88°58′24″，N 42°45′32″～44°08′00″，海拔1 397.6 m）進行。烏魯木齊屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫6.40 ℃，年平均降水量236 mm，年平均蒸發(fā)量2 300 mm左右；年日照時間2 500～3 000 h，無霜期150～190 d。本研究選擇雅瑪里克山，基巖裸露，土地貧瘠，質(zhì)地粗，天然植被以小蓬和絹蒿為主。主要以單優(yōu)勢種群落出現(xiàn)，群落高約5 cm，總蓋度10%～30%，群落種類組成1～10種，伴生植物有疣苞濱藜（Eurotia ceratoide）、木地膚（Kochia scoparia）、琵琶柴（Reaumuria soongorica）等[11]。

在雅瑪里克山分別在相同高度的陰坡和陽坡，選擇蓋度基本相同的小蓬群落樣地，以20 m間隔選擇冠幅相近、基莖相近的植株各4株，挖取整個根系和地上部分。采用傳統(tǒng)的壕溝剖面法，掘出根系，用卷尺測定根幅、根深、冠高。根系層分為0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、

30 cm以下，將各層中的主根和側(cè)根取出，截開地上部分，分別將每株的地上部分和根系在105 ℃下烘6 h，測重量，計算根、冠的含水量[12]，計算根冠比。在離植株

10 cm處豎直方向上挖一橫切面直到無根處，在0～30 cm、30 cm以下分別取土樣，在105 ℃下烘12 h。

2 結(jié)果和分析

2.1 根系的形態(tài)特征

小蓬的根為直根系，主根較粗，根深為60 cm左右，0～6 cm間的主根較粗大，木質(zhì)化程度較高，有很少的側(cè)根生于此層。側(cè)根主要集中于5～29 cm間的土層，側(cè)根較發(fā)達，根幅為40 cm左右。30 cm以下側(cè)根分布少。在高度礫質(zhì)化的生境中，二、三級根系呈束狀，如圖1所示。

2.2 根系垂直分布特征

根系的分布與水分脅迫有關(guān)[13]，上層根少、下層根多的品種對干旱的敏感性較低，而上層根多、下層根少的品種則敏感性較高。在土壤水分正常下，根系生物量主要集中在上層，土壤輕度干旱時，根系在下層的分布明顯增多，表明在水分脅迫條件下，有利于根系的深層分布。在干旱條件下，根系向深層發(fā)育有利于盡可能吸收較多的水分和營養(yǎng)，以滿足根系本身和地上部分的需要，這是植物對干旱環(huán)境的一種適應(yīng)性變化。

坡向因受光的不同造成土壤水分和溫度的差異，單因素方差分析表明，陰坡和陽坡小蓬的根深差異不顯著，即陰坡和陽坡根深差別不大。而生物量差異顯著，即陰坡生物量明顯比陽面生物量多，因為陰坡的土壤水分含量較陽坡的高，說明水分影響植物生物量的積累。

一種植物能在某處生存，必具備一定的特征來適應(yīng)其周圍的環(huán)境。雅馬里克山的小蓬生境輕度礫質(zhì)化，黏土層下不同程度的礫質(zhì)化，有些生境中強度礫質(zhì)化。小蓬根系分布于石縫間，0～30 cm間土壤含水量約5.5%，30 cm以下為3.6%左右，小蓬的主根深達50～70 cm；側(cè)根主要分布于4～29 cm。由表1可知，根系的生物量在0～30 cm間占根系生物量最大。因此可得出根系主要分布于0～30 cm。小蓬的生境中，由于沒有高大的喬木和灌木叢，陽光直射，表層含水量較低，因此0～6 cm間主要為粗大主根并且高度木質(zhì)化，沒有或只有很少的側(cè)根存在。由表2可知，0～10 cm間側(cè)根和主根的比為0.62。進一步說明了此層側(cè)根分布較少，側(cè)根主要集中在10～30 cm間側(cè)根發(fā)達。在10～20 cm間，側(cè)根與主根的生物量之比在2以上，有的高達2.7，進一步說明10～30 cm間為主根的密集層，在高礫質(zhì)化的生境中小蓬的主根拐扭，側(cè)根多呈成束的毛狀。一般主根深達50～70 cm，這樣可以感應(yīng)深層土壤的變化。

2.3 地上部分與地下部分的相關(guān)性

水分本身所具有的溶解性、高比熱等特性，使水分是植物生長和生理過程中不可缺少的條件之一。植物體內(nèi)的水分絕大多數(shù)由根吸收地上部分所需的水分由根吸收，通過木質(zhì)部運到枝葉，水分運輸有兩種力，即蒸騰拉力和根壓。由表3可知，地上部分的含水量為24%左右，根含水量為33%左右。根的含水量明顯大于地上部分的含水量，主要有兩個原因：一是根系中水分沿導(dǎo)管運到枝葉，枝葉中99%的水分都用于蒸騰作用，只有1%用于生理作用[14]而根不發(fā)生蒸騰作用；二是一般認為根系從土壤中獲得的水分首先保持自身生長和發(fā)育的需要表現(xiàn)根系的含水量大于冠的含水量，當(dāng)受到水分脅迫時，根系的危害程度較地上部分輕。

8株植株的根冠比為147.2～321.9，平均值為220.9，見表4。高粱為209，玉米為146，根冠比越大越抗旱。小蓬的根冠比明顯大與高粱和玉米。具有較強的抗旱性。根系大有利于適應(yīng)環(huán)境，所以說根冠比大是適應(yīng)的重要特征。但根系過大會出現(xiàn)根的冗余[15]，導(dǎo)致水分利用效率下降。

2.4 小蓬根系的生態(tài)學(xué)意義

在水土流失嚴重的地區(qū)，恢復(fù)和重建植被被認為是當(dāng)?shù)厮帘３志C合治理的根本措施[16]。根系的固土作用主要表現(xiàn)在根系交織穿插，把土壤連起來，外露的根也能阻擋土粒，使之不易被沖走。小蓬為墊狀植物，當(dāng)它作為建群種時，株間平均距離為20～30 cm，有時幾株聚生與一起，株間根系相交互錯穿插，具有網(wǎng)格作用，使土塊相互連接，由此可很好防止沙塵泛起水土流失。同時，根系的枯死物在土壤中產(chǎn)生了各種大小不等的空氣通道。同時積累了許多有機物和無機物質(zhì)，為其他生物提供了生存條件。

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（責(zé)任編輯：劉昀）