洪悅

摘要 為了對岫巖地區(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，還可以通過互相纏繞、穿插等對土壤顆粒起到分散、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)揮出來的水源涵養(yǎng)效果也不同[4]。由此可知，加大對不同類型水源涵養(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)系開展了相關(guān)的研究，寇萌等[6]的研究中指出徑級1mm以下的根系根長密度在總量中占比超過90%，對土壤結(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1mm以下的根系對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，降雨資源相對較為充沛、森林資源豐富。為了對該區(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，有必要對當(dāng)?shù)刂饕乃春B(yǎng)林類型根系分布特征情況開展研究。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內(nèi)，海拔高度平均90m左右，當(dāng)?shù)貙俦睖貛駶櫟貐^(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2300h，年均溫8℃左右，無霜期年均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，長勢比較繁茂，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株長勢較好的植株作為標(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)徑級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級，之后用專業(yè)根系分析系統(tǒng)----WinRHIZO對根系條數(shù)、長度、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)林對根系各密度指標(biāo)的影響

通過對不同水源涵養(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。一般來說根系密度大的情況下，不僅土壤中有機(jī)質(zhì)含量相對較高，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與0-20 cm保持一致，均以灌木林為最高。整體來說，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，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。整體來說，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，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，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。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。整體來說，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;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種有著發(fā)達(dá)、長勢粗壯的主根系，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)林對各徑級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)對各水源涵養(yǎng)林內(nèi)各徑級根系分布密度特征進(jìn)行分析，結(jié)果見表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)量密度最大的徑級集中在1-2mm范圍，落葉松林根密度最大的徑級在2-5mm，紅松采伐跡地根密度最大的徑級在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;落葉松林0-40cm根體積密度主要集中在2-5mm徑級;灌木林0-40cm根體積密度主要集中在1-2mm徑級;混交林0-40cm根體積密度主要集中在1-2、2-5mm徑級，40-60cm主要集中在1mm以下徑級;紅松混交林各土層主要集中在1-2mm徑級，其中0-20cm土層中2-5mm徑級根體積密度也較高。

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以下徑級為最高，落葉松林根表面積密度以2-5cm徑級為最高;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)通過選擇了5類水源涵養(yǎng)林，對其根系分布密度特征開展了相關(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，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;通過對各林間不同徑級根相關(guān)密度指標(biāo)的分析，根系中以1mm以下、1-2mm徑級的為主，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。

參考文獻(xiàn)

[1] 張超波，蔣靜，陳麗華.植物根系固土力學(xué)機(jī)制模型[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（31）：1-6.

[2] 高成德，余新曉.水源涵養(yǎng)林研究綜述[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（5）：78-82.

[3] 宋維風(fēng)，陳麗華，劉秀萍.樹木根系固土力學(xué)機(jī)制研究綜述[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（3）：376-381.

[4]陳文樂，杜鵑，方迎潮，等.泥石流頻發(fā)區(qū)喬灌植物根系的固土效應(yīng)[J].水土保持通報(bào)，2019，39（5）：32-39.

[5]呂剛，劉紅民，高英旭，等.子午嶺次生林植被演替過程的土壤抗沖性[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26（10）：3271-3275.

[6]寇萌，焦菊英，王巧利，等.黃土丘陵溝壑區(qū)不同植被帶植物群落的細(xì)根分布特征[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47（2）：161-171.

[7]李建興，何丙輝，湛蕓.不同護(hù)坡草本植物的根系特征及對土壤滲透性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（5）：1535-1544.

[8]王趙男.黑龍江省東部山地水源涵養(yǎng)林土壤優(yōu)先流特征及影響因素研究[D].黑龍江：東北林業(yè)大學(xué)，2017.

[9]易賢軍.湖南會(huì)同毛竹林土壤水源涵養(yǎng)及生物量的研究[D].湖南：中南林業(yè)科技大學(xué)，2010. DOI：10.7666/d.y1848452.

[10]趙莎莎.祁連山水源涵養(yǎng)林枯落物層水文生態(tài)功能研究[C].//甘肅省科協(xié).甘肅省2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2009：302-307.

[11]戚一應(yīng).祁連山南坡不同林地土壤水分及其水源涵養(yǎng)特征研究[D].青海：青海師范大學(xué)，2017.

[12]李傳文.森林保持水土涵養(yǎng)水源的效應(yīng)及評價(jià)[J].山西水土保持科技，2006，（2）：1-3.