海南省楓木實驗林場樹木園樹木根系分布特征

田樂宇，韋建杏

海南省林業科學研究院(海南省紅樹林研究院)，海南 海口 571100

根系是樹木的營養器官，負責從土壤中吸收水分和養分供樹木生長發育所需，主要由較細根系和根毛所完成[1]；根系還在物質運輸、同化物分配等方面起著重要作用，還能向土壤輸送有機物等物質改善土壤質量[2-4]。根系分布是指根在空間梯度上的分布情況，其分布特征決定了植物與土壤環境之間作用面的大小[5]，直接反映了植物對土壤水分和養分的利用情況[6-7]。森林根系生物量是指森林中某個時間段和特定面積內森林土壤中根系的干物質量；一般而言，根系生物量越大，特別是細根生物量越大，其吸收水分和養分的能力就越強，對植物生長越有利[8-9]。

海南省楓木實驗林場樹木園創建于20 世紀60年代初，數十年來共引種栽培113 科423 屬1100 多個樹種，收集了許多具有很高木材使用價值、藥用價值和觀賞價值等的熱帶珍稀樹種，如坡壘（Hopea hainanensis）、鐵凌（Hopea reticulata）、伯樂樹（Bretschneidera sinensis）、 海南油杉（Keteleeria hainanensis）、蝴蝶樹（Heritiera parvifolia）、油楠（Sindora glabra）、青梅（Vatica mangachapoi）等。此前對于樹木園的相關調查多限于植物多樣性等，對其樹木根系狀況尚無研究。文章以海南省楓木實驗林場近自然經營的樹木園為研究對象，對其樹木根系分布特征進行探究，為樹木園的合理經營和林木種質資源管護提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 研究地及樣地概況

研究區位于海南省楓木實驗林場(以下簡稱林場)(19°11′38″N～19°15′52″N，109°56′17″E～109°58′15″E)，地處熱帶海洋季風氣候區，屬低山、丘陵地貌，海拔250m～400m，土壤類型主要為磚紅壤和赤紅壤。年平均氣溫24℃，年降雨量1500mm～2500mm[10]。

在樹木園中樹木生長健康的地塊隨機設立3 個調查樣地，樣地概況見表1。

表1 樣地概況Tab.1 Plot General Situation

1.2 研究方法

在選定的樣地內，采用樣方挖掘法，在每個樣地內隨機選擇3 個樣點（樣點位于周圍幾棵樹的幾何中心），按照深度（d）將土壤分為5 層（0≤d＜10cm、10cm≤d＜20cm、20cm≤d＜30cm、30cm≤d＜50cm 和50cm≤d≤100cm），分別記為S1、S2、S3、S4、S5 土層，每層長寬為30cm 和40cm。用剖面法取土樣，分層挖掘土壤，并挑出全部根系。根系挑出后取部分土樣帶回沖洗干凈，挑出剩余根系，根據土壤重量計算所遺漏的根系總量，降低實驗誤差。

根樣取回后先在清水中浸泡沖洗，并過0.2mm篩使根與大部分土壤、雜質分離，然后放入清水中利用網勺和鑷子根據根的外形、顏色和彈性區分死根和活根，將死根挑除。根系沖洗后，利用游標卡尺將根系按直徑分為細根（0～＜2mm）、中根（2mm≤～＜5mm）和粗根（5mm≤～10mm）。將分類后的根系放入烘箱烘干并稱重，計算根系生物量。

1.3 數據整理與分析

根系生物量密度：y（g/m3）=m/V

根系累積百分數=md/m總×100%

y 為根系生物量密度；m 為根系生物量；V為土壤體積；d 為土壤深度（cm）；md為根系在土層深度d以內的生物量；m總為根系在土層深度0≤d≤100cm內的生物量。

使用SPSS 20.0 軟件進行數據統計分析，使用Excel 2022 制作圖表。

2 結果與分析

2.1 根系生物量密度分布特征

由表2 可知，樹木園土壤中，隨土層的加深，各徑級根系的生物量密度均顯著降低；總的根系生物量密度為250.34g/m3，其中細根、中根和粗根的生物量密度分別為115.55g/m3、46.18g/m3、88.61g/m3；占總根系的比重分別為46.16%、18.45%、35.39%。說明細根是樹木園樹木根系的主要組成部分。

表2 根系生物量密度Tab.2 Root Biomass Density

表3 根系擬合方程Tab.3 Root Fitting Equation

由S1 至S5 土層，各徑級根系的生物量密度之比，細根為37.05:32.39:19.53:9.54:1.00；中根為22.18:19.61:10.39:8.29:1.00；粗根為18.09:17.35:10.78:8.29:1.00；各土層根系總的生物量密度之比為25.51:23.02:13.72:8.72:1.00。即隨著根系徑級的增大，土壤表層與深層的根系生物量密度之比隨之減小，說明樹木園中越粗的樹木根系，其分布越深。

S1、S2 和S3 土層的根系生物量密度均表現為細根＞粗根＞中根，而S4 和S5 土層的根系生物量密度則表現為粗根＞細根＞中根。S1 和S2 土層中，細根、中根和粗根的生物量密度均差異顯著；S3 和S4土層則是細根和粗根差異不顯著，但與中根差異顯著；S5 土層則是細根、中根和粗根之間差異不顯著。

由S1 至S5 土層，細根占各土層生物量的比例分別為50.22%、48.64%、49.22%、37.84%、34.57%；中根為18.42%、18.04%、16.03%、20.13%、21.18%；粗根為31.36%、33.32%、34.74%、42.03%、44.22%。說明細根在S1、S2 和S3 土層中都占主要部分（均在48.64%以上）；粗跟則在S4 和S5 土層中占主要部分，均在42.03%以上。且隨土層加深，細根在各土層中所占比例逐漸減小，粗根逐漸增大。說明樹木園樹木細根在較淺土層中更占優勢。

2.2 根系累積百分數

由圖1 可知，0～＜20cm 土層內各徑級根系生物量占總根系生物量的比重均在52.27%及以上；0～＜30cm 土層內各徑級根系生物量占總根系生物量的比重均在68.17%及以上。說明0～＜20cm 深的土壤表層是樹木園樹木根系的主要分布區，且大部分根系分布于0～＜30cm 深的土壤中。

圖1 根系累積百分數Fig.1 Root Cumulative Percent

2.3 根系擬合方程

用二次曲線、指數曲線、對數曲線和復合曲線等曲線函數模型對樹木園各徑級樹木根系生物量密度（y）與土層深度（d）進行擬合，以F 值和R2評定模型的擬合程度，選出最適合估計各徑級根系生物量密度垂直分布的回歸模型。結果表明，指數曲線模型ln（y）=a+b×d 對細根、中根和全根擬合效果最好，對數曲線模型y=a-b×ln（d）對粗根擬合效果最好。樹木園總的根系生物量密度的回歸方程為ln(y) =7.14-0.04×d。

3 結論與討論

3.1 結論

樹木園樹木根系主要分布在0～＜30cm 深的土層中（占比73.50%），且隨土層加深，各徑級根系的生物量密度均顯著降低。因此，在對林場樹木園的樹木進行管護時，根據其根系分布特征，0～＜30cm 深的土壤是進行水肥管理和管護的重點區域。

3.2 討論

眾多研究表明，森林植物根系密度往往隨著土層深度的增加而遞減[11-12]。該研究中，樹木園的樹木根系生物量密度隨著土層加深而顯著下降，這與前人的研究一致。該研究中0～＜20cm 和0～＜30cm土層深度的根系分別占總根系的57.30%和73.50%，說明樹木園的樹木根系主要分布在0～＜30cm 深度的土層。

此外，細根生物量占根系總生物量的比重為46.16%，說明細根是樹木園樹木根系的主要組成部分。

研究表明，森林土壤根系的分布與土壤水分、養分等理化性質顯著相關[13-14]，大部分根系分布于土壤表層是因為土壤養分在表層聚集，樹木根系為獲得更多養分，分布趨于土壤表層[15]。所以林場樹木園的大部分樹木根系分布于0～＜30cm 深的土層，可能是因為地處熱帶海洋季風氣候區，氣候溫暖濕潤，且樹木園枯枝落葉較多、地表的腐殖質等養分較土層深處充足，樹木根系在較淺土壤中能獲得充足的水分與養分，故而分布較淺。