马尾松细根固土作用分析范文

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《中南林业科技大学学报》2015年第二期

1材料与方法

1.1试验设计采用随机区组试验进行施肥，每个样地为1个肥种，分别为N、P、K以及NPK不同配合，每个样地分为4个小区，每个小区面积为150m2，分别为各肥种的4个施肥水平，每个处理重复3次。选用肥料为尿素（含N460g/kg）、钙镁磷肥（含P2O5140g/kg）、硫酸钾（含K2O500g/kg），于每株树的坡上方树冠投影下呈弧形开15cm沟施入。每种肥料均设置4个水平，其中尿素为每株0g（N1）、150g（N2）、300g（N3）、450g（N4），钙镁磷肥为每株0g（P1）、500g（P2）、1000g（P3）、1500g（P4），硫酸钾为每株0g（K1）、100g（K2）、200g（K3）、300g（K4），不同肥种配合设计4个水平，分别为CK、N1P3K2、N2P3K2、N2P1K2，其中CK为不施肥对照，N2P3K2有证明为对中龄林马尾松林有较好施肥效应的2个组合，N2P1K2为无P对照，N1P3K2为无N对照。于2009年1月按照实验设计进行施肥试验，施肥后采用尼龙网袋法，在每株施肥树木的林冠下方用直径为4.5cm、高为20cm的土钻在树干周围钻12个孔（0～20cm土层），每个孔的土壤钻出后将其中的根系全部捡掉，再将土壤分别装入尼龙网袋中，填回原处。待施肥2年后，于2011年4月底至2012年3月底每月一次对实验区的尼龙网袋进行调查，将生长后通过网袋的马尾松根全部取出，轻轻抖去粘在根上的土壤，装入有编号的样品袋中带回实验室，根系上有无法抖掉的土连根一起带回。带回的根置于0.1mm孔径的细筛中，用清水轻轻反复冲洗，用游标卡尺捡出筛中直径≤2mm的根系，并注意将非马尾松的根及死根区别和剔除。平铺在干净的滤纸上，以吸去多余水分以待测定。

1.2研究方法洗净的根系应用Epson数字化扫描仪（Expression10000XL1.0）扫描根系，并将扫描后的图像存入计算机，用与扫描仪配套的WinRHIZOCPro2004b根系图像分析系统软件（加拿大Regentlnstruments公司）对根形态指标（根系长度（Rootlength,cm）及根系体积（RootVolume,cm3）进行定量分析，之后测定根系的鲜质量后将其置于80℃的烘箱中烘至恒质量，得到各处理下细根的生物量。

2结果与分析

2.1根生物量图1是不同的施肥处理下中龄林马尾松根系生物量的情况。经方差分析，不同肥种及各肥种不同施肥量对根系生物量影响极显著（p=0.001及0.0005＜0.01），说明对中龄马尾松进行不同的施肥处理对根系有明显影响，通过施肥措施对根系生物量进行调控是可行的。从图1中可以看出，对照在全年变化不明显，9月最高，10月最低；施K肥细根生物量表现与对照一致；而施N、P肥及NPK混施均表现为8月最高，明显高于同时期的对照，施N肥在11月生物量最低，P肥则到12月或者次年1月最低。从7月后迅速增加直至最低值时细根生物量显著高于同时期对照。8月N2P3K2处理根生物量最大，显著高于对照，并高于同时期其他处理，全年生物量均高于其他NPK处理及对照，说明NPK肥按照合理比例混合施用能较好地促进根系生物量的生长。

2.2根长方差分析结果表明，肥种对根长影响达到极显著水平（p=0.002＜0.01），各肥种的不同施肥量对根长影响显著（p=0.015＜0.05），说明通过施肥措施可以对中龄马尾松的细根总长度进行调控。图2是不同施肥处理下细根长度的年动态变化。从图2中可以看出，马尾松细根1年内均表现为夏季（8、9月）根长最长，冬季（11、12月）最低。施N肥及K肥处理在8月根长最长，之后迅速降低，直至11月到最低点，而后经过12月后逐渐增加。施P肥处理则8月时根长达到对照（P1）最高值，而后仍持续增加，9月根长最长，10月缓慢降低，直至12月最低，而对照P1则是11月细根长最低；并且随着P肥施用量的增加，全年细根根长有逐渐增加的趋势；从最高值到最低值之间施P肥处理下细根根长远远高于对照。NPK混合施用结果则是，除NPK合理混施外其余处理下根长均在8月达到最高值，而N2P3K2处理下细根8月后持续生长直至9月最长，11月降到最低（高于同时期的其他处理），而后逐渐增加；全年NPK混施细根根长高于对照。

2.3体积根体积的大小与植物对养分、水分吸收的关系不大，但能够体现根系在土壤中所占空间的大小，对水分在土壤中的运输及转移有明显影响。由图3可知，不同肥种对细根体积影响不显著（p=0.55＞0.05），各肥种的不同施肥量对根体积影响显著（p=0.012＜0.05），随着N、P肥施用量的增加，根系体积表现出增加的趋势，P肥增加量较N肥高，特别是在细根生长旺盛期（8、9月）；施K肥则表现是K3处理下全年细根体积较高；不同处理下体积表现为夏季最高（8月），冬季（12月）最低，P3、P4处理下则体积增长至9月达最高；P3、P4、N2P3K2在冬季降至最低后迅速增加；在细根生长旺盛期施P肥及NPK混施处理下体积明显高于对照。

3讨论

植物根系通过细根及根尖吸收土壤中的养分和水分，并且通过根系的穿插等作用增强土壤的抗侵蚀力和抗剪切力，改善土壤的物理性质，这些对于植物根系的固土作用有着很重要的意义。综合国内外学者的研究成果，都一致肯定了植物根系的固土功能。在自然和人为作用条件下，有近1/4马尾松群落存在严重的林下水土流失[2]，而通过施肥措施可改变马尾松根系的生长状况，本研究得出不同的施肥处理对马尾松细根有极显著或显著影响，说明对马尾松中龄林进行施肥处理能够显地促进或者抑制根系，特别是细根的生长，可以通过施肥措施来实现对林木根系的调控，这与已有的研究结果一致，进一步说明施肥可调控马尾松根系的生长，进而影响其林地土壤的抗冲、抗蚀及渗透性，发挥林木根系的固土作用，实现根系固持土壤的效应。根系对土壤渗透性的影响是通过改善物理性质来实现的。根系在土壤中的盘绕能将土壤单粒粘结起来，通过其穿插作用将板结、实密的土壤分散，并且通过土壤中微生物的分解作使其分解成为腐殖质，使土壤有良好的团聚结构和孔隙状况。吴彦等的研究证明对土壤宝盒渗透系数影响最主要的是须根，须根可增加土壤中大粒级水稳性团粒，从而改善土壤的渗透性能。李德生的研究结果也证明了土壤根系与土壤渗透性能的相关关系。研究区施肥处理后马尾松细根在夏季（8、9月份）最高，冬季（11、12月份）最低，对照则全年变化不明显。该地区全年降水量分布不均，5～10月降雨量较多，6～8月占降雨量的一半，且多为大到暴雨。降雨是马尾松林地土壤水土流失的一个重要因素，因为高强度的降雨极易产生地表径流和严重的土壤侵蚀。而部分地区侵蚀性降雨占到该地区多年平均总降雨量的一半以上。

吴擢溪研究也表明在其他条件基本相同的情况下，随着降雨侵蚀力的增加，泥沙冲刷量最高可增加约205.18倍。因此该地区夏季细根生长增加，生长期延长可增加土壤的渗透性，减少地表径流，实现中龄林马尾松细根固持土壤的效应。而冬季则相反，降雨量少，发生地表径流可能性小，因此通过施肥可调控对该地区1年内马尾松林细根的生长动态变化，实现细根固土效应的调控。施P肥或者NPK肥合理混施可促进细根生物量、根长、表面积及体积的生长状况并延长细根生长时间，且随着P肥施用量的增加，全年表现出增加趋势，而施K肥则无明显效果，施N肥对马尾松细根总的来说效果不明显。而植物的固土抗蚀作用大小与其根系密切相关，根系特征决定了根的固土抗蚀作用的发挥，张金池等的研究结果表明树木根系，尤其是＜2mm细根有较强的固持土壤的能力，而根长、根生物量与土壤的抗冲、抗蚀性和渗透性有明显的相关性。小于1mm的细根在土壤中分布较广，作用较明显，从而使土体抵抗风蚀和流水冲刷的能力大增，明显提高抗冲性。说明在马尾松中龄林适当施用P肥，或者NPK按照合理比例配合施用，对增强林下土壤的抗冲、抗蚀性及渗透性，减少地表径流，固土效应较施N、K肥更明显。

4结论

本文中以中龄马尾松为研究对象，通过对施肥后细根生物量及形态的动态研究，得出施肥对细根生长变化的影响，从而达到通过施肥来调控根系的目的，实现通过施肥调控根系—固土的目的。得出如下研究结果：（1）不同的施肥处理（包括肥种及各肥种不同施肥量）对根系的形态有极显著或显著影响。（2）不同施肥处理下细根生物量及形态指标均表现为夏季（8、9月份）最高，冬季（11、12月份）最低，而对照则全年变化不明显。（3）施P肥及NPK合理混施可延长细根生物量、根长及体积的生长时间，即细根生长到达最高值及最低值时间延后，或者同时期生长量较高，且在夏季生物量、根长及体积均明显高于对照。施K肥处理则与对照相似，对马尾松细根的影响不明显。施N肥处理对细根影响不一致，对生物量、根长及表面积表现出旺盛期有一定的促进作用，而对体积则不明显。（4）随着P肥施用量的增加，全年表现出增加趋势，而施N、K肥效果不明显。

作者：周玮周运超叶立鹏单位：贵州民族大学化学与环境科学学院贵州大学林学院