馬尾松細根固土作用分析范文

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《中南林業科技大學學報》2015年第二期

1材料與方法

1.1試驗設計采用隨機區組試驗進行施肥，每個樣地為1個肥種，分別為N、P、K以及NPK不同配合，每個樣地分為4個小區，每個小區面積為150m2，分別為各肥種的4個施肥水平，每個處理重復3次。選用肥料為尿素（含N460g/kg）、鈣鎂磷肥（含P2O5140g/kg）、硫酸鉀（含K2O500g/kg），于每株樹的坡上方樹冠投影下呈弧形開15cm溝施入。每種肥料均設置4個水平，其中尿素為每株0g（N1）、150g（N2）、300g（N3）、450g（N4），鈣鎂磷肥為每株0g（P1）、500g（P2）、1000g（P3）、1500g（P4），硫酸鉀為每株0g（K1）、100g（K2）、200g（K3）、300g（K4），不同肥種配合設計4個水平，分別為CK、N1P3K2、N2P3K2、N2P1K2，其中CK為不施肥對照，N2P3K2有證明為對中齡林馬尾松林有較好施肥效應的2個組合，N2P1K2為無P對照，N1P3K2為無N對照。于2009年1月按照實驗設計進行施肥試驗，施肥后采用尼龍網袋法，在每株施肥樹木的林冠下方用直徑為4.5cm、高為20cm的土鉆在樹干周圍鉆12個孔（0～20cm土層），每個孔的土壤鉆出后將其中的根系全部撿掉，再將土壤分別裝入尼龍網袋中，填回原處。待施肥2年后，于2011年4月底至2012年3月底每月一次對實驗區的尼龍網袋進行調查，將生長后通過網袋的馬尾松根全部取出，輕輕抖去粘在根上的土壤，裝入有編號的樣品袋中帶回實驗室，根系上有無法抖掉的土連根一起帶回。帶回的根置于0.1mm孔徑的細篩中，用清水輕輕反復沖洗，用游標卡尺撿出篩中直徑≤2mm的根系，并注意將非馬尾松的根及死根區別和剔除。平鋪在干凈的濾紙上，以吸去多余水分以待測定。

1.2研究方法洗凈的根系應用Epson數字化掃描儀（Expression10000XL1.0）掃描根系，并將掃描后的圖像存入計算機，用與掃描儀配套的WinRHIZOCPro2004b根系圖像分析系統軟件（加拿大Regentlnstruments公司）對根形態指標（根系長度（Rootlength,cm）及根系體積（RootVolume,cm3）進行定量分析，之后測定根系的鮮質量后將其置于80℃的烘箱中烘至恒質量，得到各處理下細根的生物量。

2結果與分析

2.1根生物量圖1是不同的施肥處理下中齡林馬尾松根系生物量的情況。經方差分析，不同肥種及各肥種不同施肥量對根系生物量影響極顯著（p=0.001及0.0005＜0.01），說明對中齡馬尾松進行不同的施肥處理對根系有明顯影響，通過施肥措施對根系生物量進行調控是可行的。從圖1中可以看出，對照在全年變化不明顯，9月最高，10月最低；施K肥細根生物量表現與對照一致；而施N、P肥及NPK混施均表現為8月最高，明顯高于同時期的對照，施N肥在11月生物量最低，P肥則到12月或者次年1月最低。從7月后迅速增加直至最低值時細根生物量顯著高于同時期對照。8月N2P3K2處理根生物量最大，顯著高于對照，并高于同時期其他處理，全年生物量均高于其他NPK處理及對照，說明NPK肥按照合理比例混合施用能較好地促進根系生物量的生長。

2.2根長方差分析結果表明，肥種對根長影響達到極顯著水平（p=0.002＜0.01），各肥種的不同施肥量對根長影響顯著（p=0.015＜0.05），說明通過施肥措施可以對中齡馬尾松的細根總長度進行調控。圖2是不同施肥處理下細根長度的年動態變化。從圖2中可以看出，馬尾松細根1年內均表現為夏季（8、9月）根長最長，冬季（11、12月）最低。施N肥及K肥處理在8月根長最長，之后迅速降低，直至11月到最低點，而后經過12月后逐漸增加。施P肥處理則8月時根長達到對照（P1）最高值，而后仍持續增加，9月根長最長，10月緩慢降低，直至12月最低，而對照P1則是11月細根長最低；并且隨著P肥施用量的增加，全年細根根長有逐漸增加的趨勢；從最高值到最低值之間施P肥處理下細根根長遠遠高于對照。NPK混合施用結果則是，除NPK合理混施外其余處理下根長均在8月達到最高值，而N2P3K2處理下細根8月后持續生長直至9月最長，11月降到最低（高于同時期的其他處理），而后逐漸增加；全年NPK混施細根根長高于對照。

2.3體積根體積的大小與植物對養分、水分吸收的關系不大，但能夠體現根系在土壤中所占空間的大小，對水分在土壤中的運輸及轉移有明顯影響。由圖3可知，不同肥種對細根體積影響不顯著（p=0.55＞0.05），各肥種的不同施肥量對根體積影響顯著（p=0.012＜0.05），隨著N、P肥施用量的增加，根系體積表現出增加的趨勢，P肥增加量較N肥高，特別是在細根生長旺盛期（8、9月）；施K肥則表現是K3處理下全年細根體積較高；不同處理下體積表現為夏季最高（8月），冬季（12月）最低，P3、P4處理下則體積增長至9月達最高；P3、P4、N2P3K2在冬季降至最低后迅速增加；在細根生長旺盛期施P肥及NPK混施處理下體積明顯高于對照。

3討論

植物根系通過細根及根尖吸收土壤中的養分和水分，并且通過根系的穿插等作用增強土壤的抗侵蝕力和抗剪切力，改善土壤的物理性質，這些對于植物根系的固土作用有著很重要的意義。綜合國內外學者的研究成果，都一致肯定了植物根系的固土功能。在自然和人為作用條件下，有近1/4馬尾松群落存在嚴重的林下水土流失[2]，而通過施肥措施可改變馬尾松根系的生長狀況，本研究得出不同的施肥處理對馬尾松細根有極顯著或顯著影響，說明對馬尾松中齡林進行施肥處理能夠顯地促進或者抑制根系，特別是細根的生長，可以通過施肥措施來實現對林木根系的調控，這與已有的研究結果一致，進一步說明施肥可調控馬尾松根系的生長，進而影響其林地土壤的抗沖、抗蝕及滲透性，發揮林木根系的固土作用，實現根系固持土壤的效應。根系對土壤滲透性的影響是通過改善物理性質來實現的。根系在土壤中的盤繞能將土壤單粒粘結起來，通過其穿插作用將板結、實密的土壤分散，并且通過土壤中微生物的分解作使其分解成為腐殖質，使土壤有良好的團聚結構和孔隙狀況。吳彥等的研究證明對土壤寶盒滲透系數影響最主要的是須根，須根可增加土壤中大粒級水穩性團粒，從而改善土壤的滲透性能。李德生的研究結果也證明了土壤根系與土壤滲透性能的相關關系。研究區施肥處理后馬尾松細根在夏季（8、9月份）最高，冬季（11、12月份）最低，對照則全年變化不明顯。該地區全年降水量分布不均，5～10月降雨量較多，6～8月占降雨量的一半，且多為大到暴雨。降雨是馬尾松林地土壤水土流失的一個重要因素，因為高強度的降雨極易產生地表徑流和嚴重的土壤侵蝕。而部分地區侵蝕性降雨占到該地區多年平均總降雨量的一半以上。

吳擢溪研究也表明在其他條件基本相同的情況下，隨著降雨侵蝕力的增加，泥沙沖刷量最高可增加約205.18倍。因此該地區夏季細根生長增加，生長期延長可增加土壤的滲透性，減少地表徑流，實現中齡林馬尾松細根固持土壤的效應。而冬季則相反，降雨量少，發生地表徑流可能性小，因此通過施肥可調控對該地區1年內馬尾松林細根的生長動態變化，實現細根固土效應的調控。施P肥或者NPK肥合理混施可促進細根生物量、根長、表面積及體積的生長狀況并延長細根生長時間，且隨著P肥施用量的增加，全年表現出增加趨勢，而施K肥則無明顯效果，施N肥對馬尾松細根總的來說效果不明顯。而植物的固土抗蝕作用大小與其根系密切相關，根系特征決定了根的固土抗蝕作用的發揮，張金池等的研究結果表明樹木根系，尤其是＜2mm細根有較強的固持土壤的能力，而根長、根生物量與土壤的抗沖、抗蝕性和滲透性有明顯的相關性。小于1mm的細根在土壤中分布較廣，作用較明顯，從而使土體抵抗風蝕和流水沖刷的能力大增，明顯提高抗沖性。說明在馬尾松中齡林適當施用P肥，或者NPK按照合理比例配合施用，對增強林下土壤的抗沖、抗蝕性及滲透性，減少地表徑流，固土效應較施N、K肥更明顯。

4結論

本文中以中齡馬尾松為研究對象，通過對施肥后細根生物量及形態的動態研究，得出施肥對細根生長變化的影響，從而達到通過施肥來調控根系的目的，實現通過施肥調控根系—固土的目的。得出如下研究結果：（1）不同的施肥處理（包括肥種及各肥種不同施肥量）對根系的形態有極顯著或顯著影響。（2）不同施肥處理下細根生物量及形態指標均表現為夏季（8、9月份）最高，冬季（11、12月份）最低，而對照則全年變化不明顯。（3）施P肥及NPK合理混施可延長細根生物量、根長及體積的生長時間，即細根生長到達最高值及最低值時間延后，或者同時期生長量較高，且在夏季生物量、根長及體積均明顯高于對照。施K肥處理則與對照相似，對馬尾松細根的影響不明顯。施N肥處理對細根影響不一致，對生物量、根長及表面積表現出旺盛期有一定的促進作用，而對體積則不明顯。（4）隨著P肥施用量的增加，全年表現出增加趨勢，而施N、K肥效果不明顯。

作者：周瑋周運超葉立鵬單位：貴州民族大學化學與環境科學學院貴州大學林學院