岫巖地區不同水源涵養林內土壤根系分布情況研究

洪悅

摘要 為了對岫巖地區不同水源涵養林根系分布特征進行研究，特開展了此研究。結果表明，在當地的紅松林、落葉松林、灌木林、混交林（紅松+白樺）、紅松采伐跡地5種水源涵養林中， 根系主要集中分布在0-40cm土層中，2mm以下較細徑級的根系占比較大，表明有較好的涵養水源效果，其中效果最好的為灌木林、紅松林，其根系由此可知細根占比較多，由此可知這些水源涵養林涵養水源的效果均較好，其中以灌木林、紅松林、紅松+白樺混交林涵養水源的效果更好，根系數量相對較多，較細根系分布比例高。

關鍵詞 水源涵養林;根系;分布

水源涵養林涉及到的范圍比較廣，包括河川、湖泊上游集水區內大面積的原始林、次生林、人工林等，生態功能的核心即為涵養水源，其功能的發揮需要林間林冠、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分、水分以及儲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、團結的效果，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象[1-3]。水源涵養林的類型不同，根系分布特征有不同程度的差異，發揮出來的水源涵養效果也不同[4]。由此可知，加大對不同類型水源涵養林根系分布情況的研究在進一步構建水源涵養林、恢復生態系統等方面具有較好的理論、現實意義[5]。目前有很多學者在植物根系分布特征與水源涵養能力之間的關系開展了相關的研究，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%，對土壤結構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。為了對該區域內不同水源涵養林內土壤儲水能力進行研究，有必要對當地主要的水源涵養林類型根系分布特征情況開展研究。本試驗在岫巖地區選擇了紅松林、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水源方面的功效、在遼東地區營建高效水源涵養林提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地情況

試驗安排在岫巖縣清涼山林場內，海拔高度平均90m左右，當地屬北溫帶濕潤地區季風氣候，氣候宜人，降水量較為充足，年均約820mm，日照實數年均超過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。試驗區域內植被類型豐富，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月在試驗林場內選擇造林時間在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個林分作為調查對象，每個調查林分內隨機選擇有代表性的5塊標準樣方（20m×20m）作為重復，每個樣方內選擇1株長勢較好的植株作為標準植株[6-7]。取土的位置設置在距離標本植株30cm處，用內徑、長分別為10cm的根鉆垂直往下分別按照0-20、20-40、40-60cm土層范圍進行根系樣品的采集，之后帶回實驗室清洗干凈，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個徑級標準進行分級，之后用專業根系分析系統----WinRHIZO對根系條數、長度、體積、表面積等進行統計分析，最后在75℃下烘干并統計重量[8-9]。

2 結果與分析

2.1 不同水源涵養林對根系各密度指標的影響

通過對不同水源涵養林根系在不同土層中主要密度指標進行統計分析，結果見表1。

2.1.1根系密度

水源涵養林根系的密度與其涵養水源的能力關系緊密。一般來說根系密度大的情況下，不僅土壤中有機質含量相對較高，而且細小的根系在土壤中穿插有助于提高土壤抗蝕能力，避免土壤遇到水發生破碎、分散等現象[10-11]。根據表1可知，各水源涵養林內根系密度指標表現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，各水源涵養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，各水源涵養林的根系密度整體表現出逐漸增加的趨勢，其中0-40cm土層中各水源涵養林根系密度在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]。根據表1可知，不同水源涵養林根表面積密度有不同程度的差異。0-20 cm土層內，根表面積密度最高的水源涵養林類型為灌木林，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為先增加后降低的趨勢，灌木林表現為逐漸增加;0-40cm土層中各水源涵養林內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

根據表1可知，不同水源涵養林內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 根質量密度

根據表1可知，不同水源涵養林內各土層根質量密度差異程度不一。0-20cm土層中，根質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量密度逐漸降低，落葉松林、灌木林根質量密度均表現出先增加后降低的趨勢;整體比較灌木林各土層根質量密度最低，分析其原因是其他喬木類樹種有著發達、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土層中各水源涵養林根質量密度在0-60cm土層總根質量密度中占比在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、根質量密度3個指標對各水源涵養林內各徑級根系分布密度特征進行分析，結果見表2。

2.2.1 根質量密度

根據表2可知，不同土層中各水源涵養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種不同水源涵養林根質量密度最高的徑級均為1-2 mm范圍內的根系，以細根居多，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

根據表2可知，不同土壤各水源涵養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

根據表2可知，不同土壤各水源涵養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 結論

遼寧省總水資源中，遼東地區的占比達到了62%，其中每年遼東地區水源涵養林涵養水源總量可達到120億t以上，對當地農業、林業等的水資源需求提供了水源保證。而在水源涵養林中，其根系分布情況可很大程度上表征水源涵養林涵養水源的效果，是森林生態系統穩定發揮出蓄水效果的重要標志[11-12]。

本試驗通過選擇了5類水源涵養林，對其根系分布密度特征開展了相關的研究。結果表明，各水源涵養林各根系密度指標分布情況存在不同程度的差異，隨著土層深度的增加，各水源涵養林的根系密度整體表現出逐漸增加的趨勢，其中0-40cm土層中各水源涵養林根系密度在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土層中各水源涵養林內土壤根表面積密度在0-60cm土層中總根表面積占比達到62.03%-85.89%，以紅松林占比最高;0-40cm土層中各水源涵養林根體積占比范圍在65.38%-90.14%，以紅松林占比最高;灌木林各土層根質量密度最低，0-40cm土層中各水源涵養林根質量密度在0-60cm土層總根質量密度中占比在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密度指標的分析，根系中以1mm以下、1-2mm徑級的為主，由此可知較細的根占比較多，表明這些水源涵養林涵養水源的效果均較好，其中以灌木林、混交林、紅松林涵養水源的效果更好。

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