不同类型油松林细根生物量的时空分布研究

赵方明

(辽宁省阜新蒙古族自治县林业发展服务中心，辽宁 阜新 123100)

细根是森林生态系统中根系的重要部分，在物质循环、能量流动中的作用非常重要[1]。关于细根，由于树种不同，其树根的大小、形态等均有差异，目前还没有明确的定义[2]。细根一般指直径在2 mm范围内的根和菌根，与根尖直接相连，根茎细、木质化程度低，有吸收养分及水分的功能，养分含量和净初级生产力均比较高[3]。树木细根的生物量在总生物量中占比非常小，一般仅约5%，但其生长量却在森林初级生产力中占比超过50%，最高的可达到75%[4]。由此可知，对树木的细根开展相关的研究有助于更加全面地认识森林生态系统，为提高森林生产能力提供理论基础[5，6]。

油松抗旱能力强，耐贫瘠土壤，是我国北方干旱地区常用的造林树种之一，对当地水土保持、生态环境改善等发挥了重要的作用[7]。近些年来，我国辽西地区的一些城市积极营造油松林，但以纯林居多，林分结构过于单一，导致了地力水平衰退、森林系统抗逆能力不强等问题，对当地林地的稳定发展极为不利，已经引起人们的广泛关注[2]。目前国内外人工造林的整体趋势是营造混交林，可以通过种间关系的互补，达到改善林地环境的效果[1]。油松+刺槐、油松+蒙古栎等混交模式是我国辽西地区人工油松造林常见的方式，为了比较混交后林间土壤细根生长、分布情况，开展了此研究，以期为揭示油松混交林在改善土壤方面的作用机理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验在辽宁阜新王府林场内进行，该区域年平均降水量420 mm左右，土壤类型以淋溶褐土为主，土层厚度28 cm左右，pH7.15～7.36，有机质含量0.245%。

林分类型分别为15～16年的油松+刺槐混交林、油松+蒙古栎混交林、油松纯林，坡向朝北，中坡，混交林内的郁闭度在0.7～0.8，林下植被盖度约85%，纯林的郁闭度在0.6左右，林下植被盖度约68%左右。

1.2 试验设计

在林场内按相同海拔、坡度、坡向、土壤特性以及光热等自然条件基本一致的原则分别选择油松+刺槐混交林(简称油+刺)、油松+蒙古栎混交林(简称油+蒙)、油松纯林(简称油)标准样地，每个林型的面积在500 m2左右。

1.3 调查方法

2018年6月在3种林型样地内分别随机选择5个重复小区，共计15个小区，在每个小区内用内径68 mm的土钻在0～10、10～20、20～30 cm土层中分别取样，共取样45个；做好标记后用塑料袋分别装好，每种林型样地内5个小区的同一土层的样品可以混合后放入同一塑料袋中；对混合土样进行处理，经过流水的浸泡、漂洗、过细筛、60 ℃适当干燥等，用放大镜、游标卡尺、镊子等工具将各土层中直径≤2 mm的细根分拣出来，用文献中介绍的方法[5,6]对细根生物量进行测量，比较各林型土壤内细根生物量的时空分布情况，生物量的计算公式为：每根土芯细根干质量的平均值*100/[3.14*(6.8/2)2]，单位为mghm-2 [5,6]；每隔3个月按照同样方法取土样，比较各种林分类型土壤内细根生物量的季节分布情况[8,9]。

2 结果与分析

2.1 不同类型油松林分细根生物量空间分布特征

对各类油松林细根生物量的空间分布情况进行分析可以看出(见表1)，林间土壤中细根的分布呈现明显的垂直分布特点，随着土壤深度的增加，细根的生物量逐渐降低，各林分类型各土层，细根生物量的排序均为0～10 cm>10～20 cm>20～30 cm，表层化现象比较明显；油松+刺槐混交林中0～10、10～20、20～30 cm土层细根生物量占比分别为51.70%、31.92%、16.38%，0～20 cm土层中总量为83.62%，油松+蒙古栎混交林0～10、10～20、20～30 cm土层中细根生物量分别占比为46.85%、32.87%、20.28%，0～20 cm土层中总量为79.72%，油松纯林0～10 cm土层细根生物量占比在同土层中最高，达到了54.24%，由此可知，各油松纯林中细根的分布表层化现象最为明显，细根分布极不均匀，油松+蒙古栎、油松+刺槐混交林中土壤细根生物量的分布情况较油松纯林有所改善，深层土中细根生物量有所增加，以油松+蒙古栎混交林处理的细根生物量分布最为合理。

表1 不同类型油松林分细根生物量空间分布

注：表中的细根生物量为油松+刺槐或者蒙古栎的细根总和；下表同

2.2 不同类型油松林分细根生物量季节分布特征

通过对各类型油松林内土壤细根生物量季节分布分析可知(见表2)，各林分类型土壤细根的生物量随着季节的不同呈现出相同的动态分布，均呈现6月左右达到高峰，之后逐渐减少，12月左右为最少，翌年春季气候逐渐回暖，树木开始萌动，3月时细根生物量有所增加，这种动态与四季的气候变化关系密切；各混交林的细根生物量均高于油松纯林，尤其是油松+蒙古栎的混交林细根生物量最高。此外，通过对各个月份不同土层细根生物量的分析，表明各林分类型细根生物量均集中分布在表层土壤。

表2 不同类型油松林分细根生物量的季节分布 mghm-2

表2 不同类型油松林分细根生物量的季节分布 mghm-2

类型土层/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 结论与讨论

油松混交林与油松纯林模式土壤内细根生物量差异比较明显。混交林和纯林细根生物量均主要集中在表层土壤中，此种趋势如果在降水比较充沛的地区则不会对树木的生长产生很大的影响，在降水缺乏的辽西地区(表层土水分含量少)则对树木的生长不利；各林分类型中以深层土壤中细根生物量比例较大的混交林相对更具优势，油松+蒙古栎混交林中各土层中细根分布更加趋于合理，有利于树木的根系往深层土壤延伸，水分及养分的利用效率更高，林木的生长优势大于油松与刺槐混交模式；各处理随着季节的不同，土壤中的细根生物量分布趋势表现出单峰的特点，每年的6月左右出现最大值，12月左右细根生物量最低，这一特点符合林分自身生长模型以及一年中气候变化特点[5]；综合细根生物量时空分布的特点，不同季节混交林与纯林土壤中的细根生物量均表现出0～10 cm→10～20 cm→20～30 cm逐层递减的趋势，且混交林生物量>纯林生物量，混交林中以油松+蒙古栎模式细根生物量在深土层中占比较高。因此结合辽西地区的气候特点，建议辽西地区油松的人工造林应以油松+蒙古栎混交林模式最佳。