秦岭3种天然林细根分布特征及其与土壤理化性质的关系

【目的】研究秦岭3种天然林细根分布特征及其与土壤理化性质的关系,为秦岭地区生态治理和森林恢复提供科学依据。【方法】采用土柱法对秦岭辛家山林区云杉林、红桦林及云杉+红桦混交林3种天然林进行根系取样,分析细根生物量密度、细根根长密度、细根体积、细根比根长与土壤有机质含量、孔隙度、密度、硝态氮含量、铵态氮含量和湿度的关系。【结果】随土壤深度增加,3种天然林土壤的有机质含量、孔隙度、硝态氮含量、铵态氮含量和湿度均降低,但密度升高;随土壤深度增加,3种天然林各细根指标均降低,其中细根生物量主要集中在腐殖质层,各林分在腐殖质层的占比均大于69%;腐殖质层具有最高的细根根长密度、细根体积和细根比根长,分别是淀积层的3.76～4.85、2.63～3.80和1.26～1.67倍,分别是母质层的11.13～14.98、6.32～16.01和1.76～3.28倍;3种天然林中,混交林各土层的细根根长密度最高(平均值为0.45 cm·cm~(-3)),云杉林各土层的细根根长密度、细根体积和细根比根长最低(平均值分别为0.26 cm·cm~(-3)、0.88 mm~(-3)·cm~(-3)和0.60 cm·g~(-1));相关性分析表明,3种天然林分各细根指标与土壤的有机质含量、孔隙度、密度、硝态氮含量、铵态氮含量和湿度均呈极显著或显著相关,其中细根生物量密度、细根根长密度、细根体积与土壤有机质含量的正相关性最高(r值分别为0.813、0.795和0.784),与土壤密度的负相关性最高(r值分别为-0.715、-0.658和-0.683);主成分分析表明,影响细根分布的第一主成分因子包括土壤有机质含量、硝态氮含量、密度、孔隙度、湿度和铵态氮含量;通径分析表明,土壤有机质含量对细根生物量密度的直接正效应最高,土壤湿度的间接效应最高且主要是通过有机质含量的间接效应来实现。【结论】秦岭3种天然林的细根指标均随土壤深度增加而减少,土壤腐殖质层为细根集中分布层;3种天然林分中,混交林的细根发达程度最高,云杉林最低;根系分布受多种土壤因子影响,影响程度表现为有机质硝态氮密度孔隙度湿度铵态氮;土壤有机质含量直接影响细根生物量密度;土壤湿度主要通过土壤有机质的间接作用影响细根生物量密度。在对秦岭地区进行生态治理和森林恢复工作过程中,应综合考虑细根生物学特性,合理配置不同树种,注意森林土壤有机质的积累,从而起到维护森林生产力,增强森林生态系统功能的作用。