木本植物根系分布特征和固土特性研究进展.pdf

根系在植物的生长发育及生命活动中具有重要作用.文章主要综述了近年来国内外学者在根系分布特征、影响根系分布特征因素、根系的固土特性能方面的研究成果.并从立地条件、水分条件、底土资源、树龄及其他因素方面对影响根系分布特征的因素进行了分析探讨.关键词木本植物;根系分布;固土特性;根系拉力中图分类号:S ;S 文献标识码:Ad o i:/j i s s n 根系是木本植物重要组成部分,是营养物质循环和能量流动的重要环节,一方面,根作为木本植物的营养器官,能吸收土壤里面的水分及溶解其中的无机盐;另一方面,根系在土体中穿插、缠绕从而达到固土、增加土壤渗透和持水功能,有效地提高周边土壤的水源涵养能力.因此,研究根系分布特征具有重要的理论意义和现实意义.根系分布特征根系在木本植物生长发育中起着吸收、输送和储存水分和养分的重要作用.鉴于此,人们很早就开展了根系的研究.先后使用挖掘法、定位法、钉板法、微根管法、土钻法等开展广泛的研究.宋朝枢等根据植物根系的形态和功能初步将根系划分为直根、支柱根、水平支柱根和垂直支柱根类,开辟了我国对根系研究的先河.向师庆等又根据根的着生部位及其在土壤中的伸展情况,将根划分为水平根、主根、副主根、下垂根、斜根、心状根和根基等.郝仲勇等通过研究苹果树的根生物量和根的质量密度的分布得出了结论:在垂直方向上根数量会随着土层厚度的增加而逐渐增多;在水平方向上,木本植物根系的干质量和分布密度上有个最高值,直径mm的根的质量比较大,直径mm的根的质量比较小.根系的分布特征一般从水平方向和垂直方向进行论述,大体上木本植物的根系在水平方向和垂直方向上均集中分布于某一区域内,然后随着距离的增加,根系分布减少,根系的粗细程度也逐渐递减.随着距树干距离的增大,根系高密度区域在整个截面中所占的比例不断减少.柳树的根系生物量随着与树干距离的水平距离增加而减少,可用“抛物线”来描述.粗根生物量远远大于细根生物量.F a h e y等研究了温带阔叶林的根系生物量,得到了 c m的土层有着 的根系分布.张劲松等研究了太行山丘陵区石榴吸水根系的空间分布规律,其结果是,根长和密度在垂直方向上呈负指数分布在土层中,在水平方向上集中在果树 c m的范围内.李楠等对库尔勒梨的总根生物量、细根、根长、表面积进行了详细分析,认为根系生物量、吸收根长、密度、表面积随距树干水平距离增大呈递减趋势.目前我国对根系生物量的大体研究方向是根系生物量的空间分布以及随着季节而发生的变化.张烨等通过对江南 年生杉木的调查发现,不同坡度杉木不同部位根系空间分布十分明显.陈红等在黄山地区调查竹子,通过土柱法对根系进行挖掘并连续观测根系生物量的变化得出,毛竹的根系总生物量随着季节的变化呈现规律性变化趋势,根系生物量与温度相关,而与降雨等条件没有明显的直接联系.S h a n i n等 研究结果是,根系垂直分布的种间差异以及种内和种间竞争对根系生物量的种间结构有一系列影响.为了加深对佛罗里达红树地下生成和异速生长关系的认识,W i l k e n s等 对地下环境与红树林非对称生长的关系进行了研究,测定了细根生物量在单生穗根中的分布发现,红树林细根生物量的分布具有随机性和立地差异性.R a u l等 研究了澳大利亚东部桉树林细根生物量的空间分布发现,总细根生物量与地上生物量呈显著正相关,离树越近,根的生物量就越大.影响根系分布的因素 立地条件根系分布深度随着距树干的距离增加而明显减小,呈现出了平地相较于坡地的根系生物量更大,而且根长也会增加,阴侧根系分布比阳侧的多,阴侧的垂直分布深度大于阳侧,水平分布范围较阳侧宽,根系吸收率较大,根系生长发育优于向阳侧.其主要原因是根系的水分取向,下雨时,平地无径流,雨水渗入更深,而坡地出现径流,雨水渗入较浅,导致平地根系分布更深.阴凉处的水分状况比阳光下的水分状况要好,导致树根在阴凉处的存在更多.刘世贤 研究了黄土高原山区苹果树根系的分布情况,结果表明,平地根系的主要分布区域为耕作层 c m及以下,坡面根系的分布比平地根系的分布低 c m左右,主要分布在耕作层.水分条件水分是影响根系分布的重要条件之一.木本植物根系的纵横分布受水分不均匀的影响.根系生物量随土壤深度增加而减少,但深层的根系生物量有增加的趋势,绝大部分原因是水分的减少.孙旭伟等 研究结果表明,幼苗根系生物量的分布格局随着滴灌水量的减少,趋于向深层生长.根冠比和垂直根高随灌溉水量呈现负相关.底土资源底土中具有丰富的营养和水资源,树木具有可能到达这一深度的根系.目前尚不清楚底土资源是否改善了树木的水分和养分状况,以及它们是否显著提高了作物产量和产量.所谓的“根系活动分布”提供了关于树木实际利用底土的有价值的信息,而对根长或质量分布的研究通常与吸收分布无关.尽管底土的相对根系活度通常低于单位土壤的表土,但与大多数浅层土相比,底土是作物养分和水分吸收的重要资源.树龄根系生长具有时变性,不同年龄段根系分布不同.史联让等 对杏树幼树的根系分布进行了研究.结果表明,年生杏的根系分布比年生杏的根系分布更深;随着树龄的增加,树冠和根系同步增大,根冠比随树龄的增加而减小.其他因素不同木本植物的根系分布特征是不同的,而相同种植株也会因为外界因素导致分布特征发生差异性变化.木本植物根系的分布特征和形态特征由先天的遗传学方面和木本植物生长的外界环境条件共同决定,而植株的根系分布大体上具有相同规律.孔令超 发现,垂爆 柳侧根数量、主侧根长度、基径与旱柳相比无明显差异;但根干质量和根鲜质量均远远高于旱柳(P ),根冠比也相对较高,其他学者在柳树的遗传改良及栽培技术中有相同发现.李敏等 研究结果表明,盐胁迫下柳树的萌枝长度、总根长也随着盐胁迫强度的增加而不断减少.隋德宗等 研究结果发现,盐处理能显著影响柳树无性系根系的生长发育.李小艳等 以绦柳、杞柳、筐柳、竹柳、旱柳、金枝柳、北沙柳扦插苗为实验材料,通过观察测定这种柳树地上、地下部分生长状况和光合参数,来探究单一中性盐N a C l处理对它们生长和生理的影响,结果显示,随N a C l胁迫的加重,以上柳树的叶片数、最长枝长度、根尖数、根幅面积和根长都呈下降趋势,根平均直径则与相反,具体表现为变短增粗.罗玉松 对金枝柳、竹柳、杞柳这种柳树进行了研究,经试验研究发现:同浓度镉胁迫下种柳的根总长度、根总表面积、根尖数、根分叉数、根总体积、叶绿素含量及荧光参数、光合速率、气孔导度、胞间C O浓度变化程度各不相同.方志伟 通过对混交林根系效应的研究发现,混交林中杉木单株根量明显高于纯林中的杉木单株根量,适宜的树种混交能够增加木本植物的细根量,使得木本植物根系在水平方向和垂直方向上发生良性变化,有效利用土壤养分和水分.根系固土特性根系拉力特性是衡量根系固土能力的主要指标.朱珊等通过对含根黄土的剪切实验,获得了抗剪强度指标C值和值,归纳总结了两者与根系面积比的关系,并导出了黄土与其中根系的各自应力强度.盖小刚 研究表明,根系能显著提高土壤抗剪强度.朱清科等对长江上游贡嘎山森林生态系统主要树种根系的长度、直径、生长状况、土壤中的分布状况以及土壤的性状对根系抗拉强度的影响进行了研究.根系固土的基本单元是林木单根,对其 研 究 的 起 点 是 单 根 力 学 性 能 的 研 究.李 凤娇 的试验得出,根系抗拉力强度与直径呈线性负相关,与标距总体呈负相关的结论.宋维峰 在拉伸实验中发现垂直根系树种与水平根系树种的代表油松和刺槐的水平根与胸高直径、水平根与主根、胸径与根系生物量之间呈幂函数关系.并且探究出土第期史绍林 等木本植物根系分布特征和固土特性研究进展壤密度、含水量、垂直压力、树种根系特性是影响根土接触面的摩阻特性的主要因素.张乔艳等以火棘、刺鼠李为研究对象,发现根系力学性质与根径间存在明显的尺寸效应,根径越大,极限抗拉力越大,极限抗拉强度和极限延伸率越小.随着根径的增加,纤维素和半纤维素含量呈增加趋势,木质素含量呈减小趋势.木质素含量越高,根系极限抗拉力和极限抗拉强度越大,纤维素和半纤维素含量越高,极限延伸率越小.纤维素、半纤维素和木质素在微观的化学结构上韧性和强度可能对根系宏观的力学特性有较大影响.陈丽华等 对根长和拉伸速率对木本植物单根抗拉特性分析,发现根长和拉伸速率对根是否抗拉并没有什么太大影响,当直径相同时,木本植物单根抗拉强度和根长、拉伸速率均呈负相关.张乔艳等 通过对多花木兰根截面微观结构研究发现,其具有与木材一样的微观“多孔结构”,从而对根系产生一定的增韧作用.内蒙古农业大学的蒋坤云 选用了一些常见的乔木、灌木及草本植物,通过数学分析方法对他们的单根微观结构与抗拉特性分析发现,拉伸速率只对灌木根系抗拉特性的影响显著,对草本根系这一特性的影响不大.对灌木根系微观结构的研究得出:木纤维面积百分比和木纤维壁腔比对,灌木单根最大抗拉力有影响,呈正相关;木纤维面积百分比、韧皮部面积百分比和木纤维壁腔比与单根抗拉强度呈正相关关系,其中韧皮部面积百分比对灌木单根抗拉强度影响最大.对草本根系微观结构的研究得出:木纤维面积百分比、木纤维壁腔对草本单根最大抗拉力及抗拉强度有影响,呈正相关;但在同种木本植物内,随着根系直径的增加,木纤维面积百分比和木纤维壁腔比变化不显著.参考文献:单建平,陶大立国外对树木细根的研究动态J生态学杂志,():宋朝枢,方奇美杨根系特性与形态的初步研究J林业科学,():向师庆,赵相华北京主要造林树种的根系研究J北京林学院学报,():郝仲勇,杨培岭,刘洪禄,等苹果树根系分布特性的试验研究J中国农业大学学报,():F a h e yTJ,H u g h e sJW,P uM,e t a l R o o td e c o m p o s i t i o na n dn u t r i e n t f l u xf o l l o w i n gw h o l e t r e eh a r v e s t o f n o r t h e r nh a r d w o o df o r e s tJ F o rS c i,():张劲松,孟平石榴树吸水根根系空间分布特征J南京林业大学学报:自然科学版,():李楠,廖 康,成小龙,等库尔勒香梨根系分布特征研究J果树学报,():张烨,韦铄星,蒋燚,等 年生江南油杉根系生物量空间分布特征J江西农业学报,():陈红,冯云,周建梅,等毛竹根系生物量分布与季节动态变化J生态环境学报,():S h a n i nVN,R o c h e v aLK,S h a s h k o vM P,e ta l S p a t i a ld i s t r i b u t i o nf e a t u r e so f t h er o o tb i o m a s so f s o m et r e es p e c i e s(P i c e aa b i e s,P i n u ss y l v e s t r i s,B e t u l as p)JI z v e s t i i a A k a d e m i iN a u k S e r i i aB i o l o g i c h e s k a i a,():W i l k e n sJF,H u t hF,B e r g e rU,e ta l S p a t i a le x p l i c i td i s t r i b u t i o no f i n d i v i d u a l f i n er o o tb i o m a s so fR h i z o p h o r am a n g l eL(R e dM a n g r o v e)i nS o u t hF l o r i d aJW e t l a n d sE c o l o g ya n dM a n a g e m e n t,():O c h o a H u e s oR,P i e i r oJ,P o w e rSA S p a t i a ld i s t r i b u t i o no ff i n er o o tb i o m a s si nar e m n a n tE u c a l y p t u st e r e t i c o r n i sw o o d l a n d i nE a s t e r nA u s t r a l i aJ P l a n tE c o l o g y,():刘世贤半干旱区苹果树根系分布规律调查J西北园艺,():孙旭伟,李生宇,徐新文,等塔克拉玛干沙漠夏季保墒措施对沙拐枣幼林土壤水分及林木生长的影响J水土保持通报,():J o h a n n e sL e h m a n n S u b s o i l r o o t a c t i v i t y i n t r e e b a s e dc r o p p i n gs y s t e m sJ P l a n t a n dS o i l,():史联让,郁俊谊广杏幼树根系分布规律的研究J陕西农业科学,():,孔令超盐胁迫对垂爆 柳和旱快柳幼苗生长及生理特性的影响D沈阳:沈阳农业大学,潘明建柳树的遗传改良及栽培技术J林业工程学报,():李敏,王莹,李玉娟,等 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