不同類型油松林細根生物量的時空分布研究

趙方明

(遼寧省阜新蒙古族自治縣林業發展服務中心，遼寧 阜新 123100)

細根是森林生態系統中根系的重要部分，在物質循環、能量流動中的作用非常重要[1]。關于細根，由于樹種不同，其樹根的大小、形態等均有差異，目前還沒有明確的定義[2]。細根一般指直徑在2 mm范圍內的根和菌根，與根尖直接相連，根莖細、木質化程度低，有吸收養分及水分的功能，養分含量和凈初級生產力均比較高[3]。樹木細根的生物量在總生物量中占比非常小，一般僅約5%，但其生長量卻在森林初級生產力中占比超過50%，最高的可達到75%[4]。由此可知，對樹木的細根開展相關的研究有助于更加全面地認識森林生態系統，為提高森林生產能力提供理論基礎[5，6]。

油松抗旱能力強，耐貧瘠土壤，是我國北方干旱地區常用的造林樹種之一，對當地水土保持、生態環境改善等發揮了重要的作用[7]。近些年來，我國遼西地區的一些城市積極營造油松林，但以純林居多，林分結構過于單一，導致了地力水平衰退、森林系統抗逆能力不強等問題，對當地林地的穩定發展極為不利，已經引起人們的廣泛關注[2]。目前國內外人工造林的整體趨勢是營造混交林，可以通過種間關系的互補，達到改善林地環境的效果[1]。油松+刺槐、油松+蒙古櫟等混交模式是我國遼西地區人工油松造林常見的方式，為了比較混交后林間土壤細根生長、分布情況，開展了此研究，以期為揭示油松混交林在改善土壤方面的作用機理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗在遼寧阜新王府林場內進行，該區域年平均降水量420 mm左右，土壤類型以淋溶褐土為主，土層厚度28 cm左右，pH7.15～7.36，有機質含量0.245%。

林分類型分別為15～16年的油松+刺槐混交林、油松+蒙古櫟混交林、油松純林，坡向朝北，中坡，混交林內的郁閉度在0.7～0.8，林下植被蓋度約85%，純林的郁閉度在0.6左右，林下植被蓋度約68%左右。

1.2 試驗設計

在林場內按相同海拔、坡度、坡向、土壤特性以及光熱等自然條件基本一致的原則分別選擇油松+刺槐混交林(簡稱油+刺)、油松+蒙古櫟混交林(簡稱油+蒙)、油松純林(簡稱油)標準樣地，每個林型的面積在500 m2左右。

1.3 調查方法

2018年6月在3種林型樣地內分別隨機選擇5個重復小區，共計15個小區，在每個小區內用內徑68 mm的土鉆在0～10、10～20、20～30 cm土層中分別取樣，共取樣45個；做好標記后用塑料袋分別裝好，每種林型樣地內5個小區的同一土層的樣品可以混合后放入同一塑料袋中；對混合土樣進行處理，經過流水的浸泡、漂洗、過細篩、60 ℃適當干燥等，用放大鏡、游標卡尺、鑷子等工具將各土層中直徑≤2 mm的細根分揀出來，用文獻中介紹的方法[5,6]對細根生物量進行測量，比較各林型土壤內細根生物量的時空分布情況，生物量的計算公式為：每根土芯細根干質量的平均值*100/[3.14*(6.8/2)2]，單位為mghm-2 [5,6]；每隔3個月按照同樣方法取土樣，比較各種林分類型土壤內細根生物量的季節分布情況[8,9]。

2 結果與分析

2.1 不同類型油松林分細根生物量空間分布特征

對各類油松林細根生物量的空間分布情況進行分析可以看出(見表1)，林間土壤中細根的分布呈現明顯的垂直分布特點，隨著土壤深度的增加，細根的生物量逐漸降低，各林分類型各土層，細根生物量的排序均為0～10 cm>10～20 cm>20～30 cm，表層化現象比較明顯；油松+刺槐混交林中0～10、10～20、20～30 cm土層細根生物量占比分別為51.70%、31.92%、16.38%，0～20 cm土層中總量為83.62%，油松+蒙古櫟混交林0～10、10～20、20～30 cm土層中細根生物量分別占比為46.85%、32.87%、20.28%，0～20 cm土層中總量為79.72%，油松純林0～10 cm土層細根生物量占比在同土層中最高，達到了54.24%，由此可知，各油松純林中細根的分布表層化現象最為明顯，細根分布極不均勻，油松+蒙古櫟、油松+刺槐混交林中土壤細根生物量的分布情況較油松純林有所改善，深層土中細根生物量有所增加，以油松+蒙古櫟混交林處理的細根生物量分布最為合理。

表1 不同類型油松林分細根生物量空間分布

注：表中的細根生物量為油松+刺槐或者蒙古櫟的細根總和；下表同

2.2 不同類型油松林分細根生物量季節分布特征

通過對各類型油松林內土壤細根生物量季節分布分析可知(見表2)，各林分類型土壤細根的生物量隨著季節的不同呈現出相同的動態分布，均呈現6月左右達到高峰，之后逐漸減少，12月左右為最少，翌年春季氣候逐漸回暖，樹木開始萌動，3月時細根生物量有所增加，這種動態與四季的氣候變化關系密切；各混交林的細根生物量均高于油松純林，尤其是油松+蒙古櫟的混交林細根生物量最高。此外，通過對各個月份不同土層細根生物量的分析，表明各林分類型細根生物量均集中分布在表層土壤。

表2 不同類型油松林分細根生物量的季節分布 mghm-2

表2 不同類型油松林分細根生物量的季節分布 mghm-2

類型土層/cm3月6月9月12月油+刺0～104 5378 1246 2143 32510～202 6235 0154 4312 51020～301 2982 5731 9451 003油+蒙0～104 7218 3725 2633 64110～202 7985 8744 1922 55220～301 8293 6242 3411 212油0～102 3104 4214 1052 11510～201 1982 4272 01991320～306731 3021 023539

3 結論與討論

油松混交林與油松純林模式土壤內細根生物量差異比較明顯。混交林和純林細根生物量均主要集中在表層土壤中，此種趨勢如果在降水比較充沛的地區則不會對樹木的生長產生很大的影響，在降水缺乏的遼西地區(表層土水分含量少)則對樹木的生長不利；各林分類型中以深層土壤中細根生物量比例較大的混交林相對更具優勢，油松+蒙古櫟混交林中各土層中細根分布更加趨于合理，有利于樹木的根系往深層土壤延伸，水分及養分的利用效率更高，林木的生長優勢大于油松與刺槐混交模式；各處理隨著季節的不同，土壤中的細根生物量分布趨勢表現出單峰的特點，每年的6月左右出現最大值，12月左右細根生物量最低，這一特點符合林分自身生長模型以及一年中氣候變化特點[5]；綜合細根生物量時空分布的特點，不同季節混交林與純林土壤中的細根生物量均表現出0～10 cm→10～20 cm→20～30 cm逐層遞減的趨勢，且混交林生物量>純林生物量，混交林中以油松+蒙古櫟模式細根生物量在深土層中占比較高。因此結合遼西地區的氣候特點，建議遼西地區油松的人工造林應以油松+蒙古櫟混交林模式最佳。