海南省枫木实验林场树木园树木根系分布特征

田乐宇，韦建杏

海南省林业科学研究院(海南省红树林研究院)，海南 海口 571100

根系是树木的营养器官，负责从土壤中吸收水分和养分供树木生长发育所需，主要由较细根系和根毛所完成[1]；根系还在物质运输、同化物分配等方面起着重要作用，还能向土壤输送有机物等物质改善土壤质量[2-4]。根系分布是指根在空间梯度上的分布情况，其分布特征决定了植物与土壤环境之间作用面的大小[5]，直接反映了植物对土壤水分和养分的利用情况[6-7]。森林根系生物量是指森林中某个时间段和特定面积内森林土壤中根系的干物质量；一般而言，根系生物量越大，特别是细根生物量越大，其吸收水分和养分的能力就越强，对植物生长越有利[8-9]。

海南省枫木实验林场树木园创建于20 世纪60年代初，数十年来共引种栽培113 科423 属1100 多个树种，收集了许多具有很高木材使用价值、药用价值和观赏价值等的热带珍稀树种，如坡垒（Hopea hainanensis）、铁凌（Hopea reticulata）、伯乐树（Bretschneidera sinensis）、 海南油杉（Keteleeria hainanensis）、蝴蝶树（Heritiera parvifolia）、油楠（Sindora glabra）、青梅（Vatica mangachapoi）等。此前对于树木园的相关调查多限于植物多样性等，对其树木根系状况尚无研究。文章以海南省枫木实验林场近自然经营的树木园为研究对象，对其树木根系分布特征进行探究，为树木园的合理经营和林木种质资源管护提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究地及样地概况

研究区位于海南省枫木实验林场(以下简称林场)(19°11′38″N～19°15′52″N，109°56′17″E～109°58′15″E)，地处热带海洋季风气候区，属低山、丘陵地貌，海拔250m～400m，土壤类型主要为砖红壤和赤红壤。年平均气温24℃，年降雨量1500mm～2500mm[10]。

在树木园中树木生长健康的地块随机设立3 个调查样地，样地概况见表1。

表1 样地概况Tab.1 Plot General Situation

1.2 研究方法

在选定的样地内，采用样方挖掘法，在每个样地内随机选择3 个样点（样点位于周围几棵树的几何中心），按照深度（d）将土壤分为5 层（0≤d＜10cm、10cm≤d＜20cm、20cm≤d＜30cm、30cm≤d＜50cm 和50cm≤d≤100cm），分别记为S1、S2、S3、S4、S5 土层，每层长宽为30cm 和40cm。用剖面法取土样，分层挖掘土壤，并挑出全部根系。根系挑出后取部分土样带回冲洗干净，挑出剩余根系，根据土壤重量计算所遗漏的根系总量，降低实验误差。

根样取回后先在清水中浸泡冲洗，并过0.2mm筛使根与大部分土壤、杂质分离，然后放入清水中利用网勺和镊子根据根的外形、颜色和弹性区分死根和活根，将死根挑除。根系冲洗后，利用游标卡尺将根系按直径分为细根（0～＜2mm）、中根（2mm≤～＜5mm）和粗根（5mm≤～10mm）。将分类后的根系放入烘箱烘干并称重，计算根系生物量。

1.3 数据整理与分析

根系生物量密度：y（g/m3）=m/V

根系累积百分数=md/m总×100%

y 为根系生物量密度；m 为根系生物量；V为土壤体积；d 为土壤深度（cm）；md为根系在土层深度d以内的生物量；m总为根系在土层深度0≤d≤100cm内的生物量。

使用SPSS 20.0 软件进行数据统计分析，使用Excel 2022 制作图表。

2 结果与分析

2.1 根系生物量密度分布特征

由表2 可知，树木园土壤中，随土层的加深，各径级根系的生物量密度均显著降低；总的根系生物量密度为250.34g/m3，其中细根、中根和粗根的生物量密度分别为115.55g/m3、46.18g/m3、88.61g/m3；占总根系的比重分别为46.16%、18.45%、35.39%。说明细根是树木园树木根系的主要组成部分。

表2 根系生物量密度Tab.2 Root Biomass Density

表3 根系拟合方程Tab.3 Root Fitting Equation

由S1 至S5 土层，各径级根系的生物量密度之比，细根为37.05:32.39:19.53:9.54:1.00；中根为22.18:19.61:10.39:8.29:1.00；粗根为18.09:17.35:10.78:8.29:1.00；各土层根系总的生物量密度之比为25.51:23.02:13.72:8.72:1.00。即随着根系径级的增大，土壤表层与深层的根系生物量密度之比随之减小，说明树木园中越粗的树木根系，其分布越深。

S1、S2 和S3 土层的根系生物量密度均表现为细根＞粗根＞中根，而S4 和S5 土层的根系生物量密度则表现为粗根＞细根＞中根。S1 和S2 土层中，细根、中根和粗根的生物量密度均差异显著；S3 和S4土层则是细根和粗根差异不显著，但与中根差异显著；S5 土层则是细根、中根和粗根之间差异不显著。

由S1 至S5 土层，细根占各土层生物量的比例分别为50.22%、48.64%、49.22%、37.84%、34.57%；中根为18.42%、18.04%、16.03%、20.13%、21.18%；粗根为31.36%、33.32%、34.74%、42.03%、44.22%。说明细根在S1、S2 和S3 土层中都占主要部分（均在48.64%以上）；粗跟则在S4 和S5 土层中占主要部分，均在42.03%以上。且随土层加深，细根在各土层中所占比例逐渐减小，粗根逐渐增大。说明树木园树木细根在较浅土层中更占优势。

2.2 根系累积百分数

由图1 可知，0～＜20cm 土层内各径级根系生物量占总根系生物量的比重均在52.27%及以上；0～＜30cm 土层内各径级根系生物量占总根系生物量的比重均在68.17%及以上。说明0～＜20cm 深的土壤表层是树木园树木根系的主要分布区，且大部分根系分布于0～＜30cm 深的土壤中。

图1 根系累积百分数Fig.1 Root Cumulative Percent

2.3 根系拟合方程

用二次曲线、指数曲线、对数曲线和复合曲线等曲线函数模型对树木园各径级树木根系生物量密度（y）与土层深度（d）进行拟合，以F 值和R2评定模型的拟合程度，选出最适合估计各径级根系生物量密度垂直分布的回归模型。结果表明，指数曲线模型ln（y）=a+b×d 对细根、中根和全根拟合效果最好，对数曲线模型y=a-b×ln（d）对粗根拟合效果最好。树木园总的根系生物量密度的回归方程为ln(y) =7.14-0.04×d。

3 结论与讨论

3.1 结论

树木园树木根系主要分布在0～＜30cm 深的土层中（占比73.50%），且随土层加深，各径级根系的生物量密度均显著降低。因此，在对林场树木园的树木进行管护时，根据其根系分布特征，0～＜30cm 深的土壤是进行水肥管理和管护的重点区域。

3.2 讨论

众多研究表明，森林植物根系密度往往随着土层深度的增加而递减[11-12]。该研究中，树木园的树木根系生物量密度随着土层加深而显著下降，这与前人的研究一致。该研究中0～＜20cm 和0～＜30cm土层深度的根系分别占总根系的57.30%和73.50%，说明树木园的树木根系主要分布在0～＜30cm 深度的土层。

此外，细根生物量占根系总生物量的比重为46.16%，说明细根是树木园树木根系的主要组成部分。

研究表明，森林土壤根系的分布与土壤水分、养分等理化性质显著相关[13-14]，大部分根系分布于土壤表层是因为土壤养分在表层聚集，树木根系为获得更多养分，分布趋于土壤表层[15]。所以林场树木园的大部分树木根系分布于0～＜30cm 深的土层，可能是因为地处热带海洋季风气候区，气候温暖湿润，且树木园枯枝落叶较多、地表的腐殖质等养分较土层深处充足，树木根系在较浅土壤中能获得充足的水分与养分，故而分布较浅。