核桃-小麦复合系统中细根的分布及形态变异研究

【目的】研究核桃(Juglans regia)-小麦(Triticum aestivum)复合系统中细根的分布格局及形态变异,为种间关系研究及农林复合系统的合理设计提供依据。【方法】以核桃、小麦单作为对照,采用根钻法取样,用WinRHIZO根系分析系统对根系形态进行分析,比较核桃小麦复合系统与单作系统中植物细根的空间分布和形态差异。【结果】①复合系统中核桃细根根长的垂直分布重心深度为35.49 cm,比核桃单作（29.97 cm）下移了5.52 cm;水平径向的分布重心为距树干基部0.91 m,比核桃单作（0.99 m）向树干基部靠近了0.08 m。复合系统中小麦根长的分布重心深度为18.46 cm,比小麦单作（26.04 cm）上移了7.58 cm。②复合系统中核桃细根的平均根长密度为83.6 cm/dm³,比核桃单作（135.6 cm/dm³）降低了38%;复合系统中小麦根长密度为1.74 cm/cm³,比小麦单作（1.22 cm/cm³）增加了42%。③复合系统中核桃细根的平均比根长在0～30 cm土层为5 149.34 cm/g,大于核桃单作（3 624.68 cm/g）,而在30～100 cm土层为2 626.59 cm/g,小于核桃单作（3 906.9 cm/g）;复合系统中小麦比根长在0～50 cm土层为10 019.5 cm/g,小于小麦单作（11 811.7 cm/g）;在50～100 cm土层为14 328.9 cm/g,大于小麦单作（13 389.6 cm/g）。【结论】复合系统中0～30 cm土层及水平径向距树干基部1.5～2.0 m是根系竞争最剧烈的区域,为了适应复合系统的地下竞争,核桃和小麦在生长过程中对细根的空间分布及形态产生了可塑性反应。     

宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨?小麦复合系统的细根分布及形态特征

  目的  探讨宽窄行栽植模式下毛白杨?小麦复合系统中的细根根长密度(FRLD)分布及形态特征,为优化该系统的集约栽培措施提供了理论依据。  方法  在宽窄行栽植模式下的4年生三倍体毛白杨?小麦复合系统中,于小麦收获后,采取根钻法在3株平均标准木周围进行根系取样,取样位点为窄行距树75 cm、树行距树75 cm、宽行距树100、200、300、400 cm,取样深度为80 cm,共取得根样288个。对所有样品进行形态扫描和烘干称质量,得到不同深度、位点处的毛白杨和小麦细根的分布及形态数据。  结果  垂直方向上,毛白杨和小麦的细根均主要聚集在0 ~ 20 cm的浅土层,其中FRLD分别占总根长密度的68%和45%。毛白杨（R2 = 0.679 3,P < 0.05）和小麦（R2 = 0.922 9,P < 0.05）细根均随土层指数递减;两个物种的FRLD在浅土层没有显著差异（P > 0.05）,在深土层中则表现出小麦的FRLD显著高于毛白杨的特征（P < 0.05）。水平方向上,毛白杨细根主要聚集在窄行的浅土层中,而小麦细根则在宽行中大量分布。二维根系分布结果显示,毛白杨和小麦有各自的细根密集分布区域且总体上互不干涉。毛白杨的平均细根直径显著高于小麦（P < 0.05）,其比根长则显著低于小麦（P < 0.05）。  结论  在宽窄行栽植模式下的三倍体毛白杨?小麦复合系统中,毛白杨和小麦的细根分布产生了空间分离,密集分布区域重叠较少;此外,为了更有效地吸收土壤资源以占据竞争优势,小麦会生产更多吸收效率更高的细根。以上结果可为优化该栽植模式下农林复合系统的集约经营技术提供理论支撑。      

花椒林细根空间分布特征及椒草种间地下竞争

农林复合系统中,果树和作物的细根分布是果树和作物竞争的主要指标,是模式物种选择及系统设计的依据。在花椒模式更新改造中,为了达到间作作物选择和行间配置的合理性,采用壕沟法研究了花椒林细根的空间分布状况,并用Levins提出的生态位重叠公式计测了花椒和杂草间的地下竞争指数。结果表明:1)花椒和杂草细根(≤1mm)的平均生物量分别是0.40、0.97mg/cm3,杂草细根生物量是花椒的242.0%;2)在距树行30、60、90、120、150cm处,花椒和杂草细根分布均匀,但各距离处杂草细根生物量显著多于花椒;除距树行30cm外,各水平距离杂草对花椒的竞争指数显著高于花椒对杂草的竞争指数;3)在土层0～5cm、5～10cm、10～15cm、15～20cm、20～25cm、25～30cm处,花椒细根生物量分布均匀;杂草细根生物量随土层加深而逐渐减少。依杂草细根生物量的多寡,可将杂草细根生物量分为2个区,1区是0～15cm土层的主分布区,其细根生物量占杂草细根总生物量的81.1%;2区是15～30cm土层的次分布区,其细根生物量占杂草细根总生物量的18.90%。各土层中,除25～30cm土层外,杂草对花椒的竞争指数高于花椒对杂草的竞争指数。根据花椒和杂草细根生物量的空间分布和地下花椒和杂草的种间竞争强度状况,讨论了四川盆地丘陵区退耕还林地花椒模式更新的间作物选择、行间配置和水肥管理应注意的问题。     

干旱区枣棉复合系统细根空间分布特征及种间地下竞争关系

【目的】探明枣棉复合系统种间互作关系,为该农林复合系统资源的最优利用提供参考。【方法】以干旱绿洲区典型的枣棉复合系统为研究对象,采用剖面法分层取样获得植物根系,将直径2mm以下的根系作为细根,通过扫描根系,用图像分析软件DT-SCAN分析枣树和棉花细根在水平和垂直方向上的根长密度、根质量密度,研究该系统内枣树和棉花细根生物量的空间分布特征及种间地下部的竞争关系。【结果】水平方向上,枣树细根主要集中在树体周围0.1~0.3m,该区域内的细根根长密度占总细根根长密度的62.3%;棉花细根根长密度在距枣树树干中心0.3~0.5m处达到最大,占总细根根长密度的35.8%。垂直方向上,棉花细根主要集中在0~0.3m的土层内,占其细根生物量的67.2%,棉花细根根长密度随土壤层深度的增加而呈负指数趋势变化;枣树细根根长密度主要集中在0.1~0.4m土层内,占其细根生物量的63.3%。在土壤垂向0~0.1m、0.5~0.6m土层内,棉花对枣树的竞争作用占绝对优势。单作枣树的平均枣吊长度、平均枣吊茎粗、叶绿素含量均高于间作,而棉花恰与枣树相反,各项指标均表现为间作大于单作。【结论】3年生枣树与1年生棉花间作,存在种间竞争关系,在水平方向0.1~0.3m、垂直方向0.3~0.5m土层内,二者地下部种间竞争最为激烈,且棉花竞争能力强于枣树,为优势种。     

水杉人工林细根形态及生物量分布规律

[目的]研究水杉人工林细根形态和生物量分布特征,为水杉人工林管理提供数据支持。[方法]利用根钻法,对水杉细根的形态参数(直径、长度、比根长、比表面积)和生物量进行测定。[结果]随着细根根序等级的增加,水杉细根直径和细根平均长度呈现增加趋势;一级细根的比根长和比表面积远大于高级根;水杉细根主要集中在距树干1.5 m范围内;在垂直分布上,绝大部分的细根分布在0~20 cm土层;表层以小直径细根为主,而土壤深层以大直径细根为主。[结论]该研究可为细根生态过程研究及人工林管理提供数据支持。     

商洛低山丘陵区核桃 黄芩农林复合系统中植物根系分布特征

以商洛低山丘陵区核桃(Juglans regia L.) 黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi)复合系统为研究对象,采用根钻法取样,用WinRHIZO根系分析系统对根系形态进行分析,比较核桃 黄芩复合系统与单作系统中植物根系的空间分布和形态差异。结果表明,单作条件下核桃根系在垂直方向上呈负指数型分布,主要集中在10～50cm土层,而复合系统中核桃根系主要集中在20～70 cm土层。在水平方向上,复合系统中核桃根系分布主要集中在0～150 cm。间作作物黄芩根系在垂直方向上主要分布于0～50 cm土层,水平方向上主要分布于距核桃树干100～150 cm,其对核桃根系分布具有一定的影响。     

农林复合系统中林带和作物的根系分布特征

本文从农林复合系统角度探讨了杨树林带和小麦根系分布特征。结果认为：林带根系分布水平伸展至１．５Ｈ（Ｈ为树高）范围内，尤以０．５Ｈ范围内树根量为集中，并且９０％以上，根系集中于０－１００ｃｍ土层内，其中２０－６０ｃｍ土层为根系密集区。讨论了土壤水分状况、林带遮荫与根系分布的关系以及林带附近的作 物生产效能。     

渭北旱塬花椒-小麦复合系统中林木及作物根系空间分布特征研究

根据样地调查,研究了花椒-小麦复合系统根系的空间分布特征.结果表明,从根系密集区来看,花椒林带根系和小麦根系在垂直分布上基本处于同一分布层;在水平方向上,花椒吸水根系绝大部分分布在林缘附近到0.5倍树高范围内,而小麦愈靠近林缘根系愈少.花椒与小麦的根系分布均集中在0～20 cm的表层,在农林复合的配置选择上,应当考虑这一因素,冬小麦的种植区域应当在花椒1倍树高范围以外,以避免两者之间的水肥竞争问题.     

晋西黄土区核桃花生复合系统核桃根系空间分布特征

采用分层挖掘法对晋西黄土区核桃花生复合系统核桃根系的空间分布特征进行研究。结果表明:在垂直方向上,核桃根系生物量较为集中地分布在0～60cm的土层中,占整个根系生物量的90.52%;在水平方向上,核桃根系生物量主要集中在距核桃1.5m的区域内,占整个根系生物量的70.37%。不同径级根系生物量的分布规律基本一致,其中,细根主要集中分布在垂直方向0～40cm土层、水平方向1.5m的带距内,并且随土层深度的增加以及距树体距离(水平方向)的增加,根系生物量均呈指数型减少。建立了根质量密度与距树体水平距离和土层深度的关系。根系消弱系数(β)反映出的根系分布特点与根系的实际分布情况相符,可以作为描述核桃根系垂直变化的参数。     

宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨吸水根系的空间分布与模拟

研究三倍体毛白杨Populus tomentosa吸水根系空间分布特征是建立三倍体毛白杨根系吸水模型的基础。采用根钻法对宽窄行栽植模式下毛白杨吸水根系的空间分布特征进行了研究。结果表明：垂直方向上,宽、窄行内的吸水根系均在0 ～ 60 cm递减,但在60 ～ 80 cm又有小幅度增加;且根系主要分布区域都在0 ～ 20 cm土层内,根长密度分别达到0.080 cm·cm^-3和0.074 cm·cm^-3,约占各自系统总根量的44.14%和48.71%;相同水平方向0 ～ 100 cm范围内宽行各土层的根长密度较窄行相应土层均有大幅度增加,增加量分别为35.45%,36.76%,71.67%和72.27%。水平方向上,宽行20 ～ 200 cm内毛白杨根长密度呈指数递减分布;吸水根系主要集中分布在20～80 cm内,该区域总根长密度为0.250 cm·cm^-3,约占系统总根量的49.20%;窄行内吸水根系的水平分布不规律,各土层不同带距间根长密度差异不显著。对窄行拟合了一维根长密度分布函数,决定系数为0.288;对宽行拟合了二维根长密度分布函数,复相关系数达到0.538。研究结果将为进一步探索毛白杨速生丰产林根区的土壤水分动态以及土壤?鄄植物?鄄大气连续体（SPAC）系统中的水分传输机制提供基础资料和理论支持。图5表2参12     

不同草本层三倍体毛白杨细根及草根的空间分布及季节变化

以退耕还林后2种不同草本层(自然草、黑麦草)模式下的4年生三倍体毛白杨幼林为研究对象,利用土柱法对林地细根和草根按照0~10 cm(上层)、10~20 cm(中层)、20~30 cm(下层)3个土壤层次,2个径级(0~1 mm,1~2 mm)进行每月1次、为期1 a的草根和细根生长及死亡的生物量研究。结果表明:2种模式林地内,2个径级活细根的生物量,基本为上层中层下层,黑麦草林地在上、中、下层变化趋势均比自然草林地明显,0~1 mm细根上层有明显的年变化趋势,峰值出现在5月和9月,谷值分别出现在8月和7月;2个径级死细根的生物量,0~1 mm径级为上层中层下层,1~2 mm径级则全年均为中层下层上层,黑麦草林地变化同样比自然草林地明显。2种模式内3层0~1 mm、1~2 mm活细根与死细根生物量的比值为5∶1。2种模式草根的生物量上层峰值也都出现在5月和9月,与0~1 mm细根上层相同,谷值则出现在8月。草根的年平均生物量,黑麦草仅在上层和中层分布,每层的自然草根系生物量都比黑麦草根系生物量大得多,上层是黑麦草的3.6倍,中层是黑麦草根系的4.6倍。人工种植的黑麦草林地细根生物量(0.614 t/hm~2)较自然草林地生物量(0.465 t/hm~2)高,但细根和草根合在一起后,自然草林地比黑麦草林地高。在自然草林地内,草根占据了0~2 mm根系生物量的53.4%,可见,就0~1 mm的根系来说,在造林初期,生物量在自然条件下要比人为干扰环境下大得多。     

单作与间作条件下核桃根系分布特征研究

以河北平山县退耕区核桃林为研究对象,通过自制取根器取样,研究间作对核桃根系分布的影响。结果表明:单作条件下核桃根系在垂直方向上呈负指数型分布,根系主要集中在10～60 cm;在水平方向上,89.75%的根长密度集中在0～110 cm。间作条件下核桃根系在垂直方向上,主要集中在20～70 cm;在水平方向上,95.15%的根长密度集中在0～110 cm;间作物黄芩在垂直方向上主要分布于 0～50 cm,水平方向上主要分布于100～150 cm处,其对核桃根系分布具有一定的影响。      

极端干旱区胡杨细根的垂直分布和季节动态

以额济纳胡杨天然林为研究对象,用Minirhizotron方法对胡杨细根的垂直分布和季节动态进行了研究。研究结果表明: 1)总体上,0~20cm土层中胡杨细根的根长密度和根表面积密度最大,且与其他各层存在显著差异(P<0.05); 2)在生长季,0~40cm土层胡杨细根的生长率和生死之比均大于40~80cm土层; 3)胡杨细根的根长密度、根表面积密度和生长率均表现出单峰的季节变化趋势;死亡率在生长季呈逐渐增大的趋势;生死之比在生长季呈现出逐渐减小的季节变化趋势,而且仅在末期小于1,说明胡杨细根的季节动态是一个以生长占优势的生死交织的过程; 4)生长率和死亡率均与土壤温度存在极显著正相关性(P<0.01);生长率与土壤含水量存在极显著正相关性(P<0.01),而死亡率与土壤含水量的相关性均不显著(P>0.05)。      

5种温带森林生态系统细根的时间动态及其影响因子

细根(直径≤ 2 mm)的生长和死亡动态及其影响因子是森林生态系统能量流动和物质循环的重要研究内容,但因受到研究方法的限制而了解甚少。于2010年5-10月采用微根管技术对东北东部山区5种温带森林生态系统的细根生长量(FRP)和死亡量(FRM)进行了动态跟踪测定,并同步测定了土壤温度(Ts)、土壤湿度(Ms)、叶面积指数(LAI)等相关因子。结果表明: 不同林型和取样时间的FRP和FRM均差异显著(P < 0.001)。杨桦林、硬阔叶林、兴安落叶松林、红松林、蒙古栎林的FRP和FRM分别为:(13.34±0.90) μm·cm^-2·d^-1(平均值±标准误)和(5.02±0.36) μm·cm^-2·d^-1、(13.04±0.82) μm·cm^-2·d^-1 和(6.85±0.32) μm·cm^-2·d^-1、(8.74±1.44) μm·cm^-2·d^-1和(5.05±0.61) μm·cm^-2·d^-1、(8.02±2.27) μm·cm^-2·d^-1和(3.88±0.35) μm·cm^-2·d^-1、(7.59±0.82) μm·cm^-2·d^-1和(3.88±0.61) μm·cm^-2·d^-1。所有林型生长季期间FRP的时间变化均呈现明显的单峰型,但峰值出现的时间却因林型而异。FRM随生长季的进程而逐渐增加,杨桦林和硬阔叶林FRM在8月初出现峰值,而红松林、兴安落叶松林和蒙古栎林的FRM峰值均出现在生长季末期。Ts、Ms和LAI对FRP和FRM均存在显著的正效应(P < 0.05),3个因子的综合作用对各个林型FRP和FRM变异性的解释率分别达68%和53%以上,表明这些温带森林生态系统细根生长和死亡的时间动态主要受土壤温湿度和叶面积变化的联合影响。     

枣粮间作生态系统土壤磷的空间分布特性

基于枣粮间作复合生态系统内部异质性,通过在不同位置采样测定,探讨了枣粮间作系统内土壤磷素空间分布特性.结果表明,枣粮间作生态系统中,在小麦收获期和玉米收获期2个时期,土壤全磷和速效磷含量均存在明显的空间变异性.垂直方向上,0～20 cm土层全磷和速效磷含量显著高于下部土层.水平方向上,0～20 cm土层全磷空间差异性较大,而0～20 cm土层速效磷水平分布特性在不同时期有较大差别.小麦收获期土壤速效磷含量随着距枣树种植行距离的增加呈单峰曲线变化趋势,峰值出现在1 m样点处.而玉米收获期速效磷水平方向上空间差异性变小.     

根系分隔和施氮对蚕豆/玉米间作体系根系分布和形态的影响

为西北1熟制灌区豆科/禾本科间作体系高产高效提供科学依据,于2007年在甘肃省农业科学院武威绿洲农业试验站设计了蚕豆/玉米间作体系的田间根系分隔试验,研究蚕豆/玉米2种作物间根系分隔和施氮对作物根系空间分布、根系形态的影响.采用根系行分隔法进行田间作物间根系分隔,并用根钻法采集根系.蚕豆和玉米根系主要分布分别在0～40 cm浅土层和0～60 cm土层,且间作玉米根系在60～120 cm比根系分隔的多,较深根系分布有利于玉米的后期竞争恢复生长.玉米根系可以占据蚕豆地下部空间,而蚕豆的根却较少到间作玉米的地下部空间.种间互作和施氮增加了玉米和蚕豆在纵向和横向2个尺度上的根重密度、根长密度、根表面积、根系体积.蚕豆玉米间作和施氮扩展了2种作物根系纵向和横向的空间生态位,改变了作物根系形态,从而增加了作物水分和养分吸收的有效空间.