侯曉娟，李 志，崔 誠(chéng)，李 凱，余 飛，袁穎丹，郭曉敏，牛德奎

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與藝術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330045)

武功山芒根系垂直分布及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

侯曉娟，李 志，崔 誠(chéng)，李 凱，余 飛，袁穎丹，郭曉敏，牛德奎

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與藝術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330045)

根系是植被-土壤的媒介，研究根系與土壤關(guān)系有助于掌握養(yǎng)分元素的生物化學(xué)循環(huán)過(guò)程，從而為植被恢復(fù)提供理論依據(jù)。本研究以武功山芒(Miscanthussinensis)為研究對(duì)象，采用土壤養(yǎng)分常規(guī)分析法測(cè)定土壤養(yǎng)分，采用根系掃描法測(cè)定根系參數(shù)(根系生物量密度、根長(zhǎng)密度和根表面積密度)，進(jìn)一步采用相關(guān)分析、回歸分析等統(tǒng)計(jì)方法對(duì)二者之間的相互關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果表明，根系參數(shù)隨著土壤深度的增加而減少，80%左右的根系主要分布在0-16 cm土層；根系參數(shù)與土壤深度符合冪函數(shù)關(guān)系，根系生物量密度、根長(zhǎng)密度、根表面積密度與土壤深度的冪函數(shù)方程分別為y=238x-1.555 9(R2=0.891 14)，y=169.9x-0.882 05(R2=0.408 36)，y=22.397x-0.926 14(R2=0.364 57)；0-40 cm土層范圍內(nèi)，隨著土壤深度的增加土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤全磷、土壤有效磷和土壤速效鉀含量顯著下降(P<0.05)，土壤全鉀、土壤堿解氮含量呈現(xiàn)出輕微的波動(dòng)趨勢(shì)；土壤養(yǎng)分與根系參數(shù)有不同程度的相關(guān)性，其中，與根系參數(shù)相關(guān)性最強(qiáng)的養(yǎng)分因子是土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮和土壤全鉀(P<0.05)。因此,在表層土壤合理施肥有利于芒根系生長(zhǎng)發(fā)育及其對(duì)養(yǎng)分的吸收。

根系生物量；根長(zhǎng)；根表面積；有機(jī)質(zhì)；全量養(yǎng)分；速效養(yǎng)分

實(shí)踐證明，植物措施治理水土流失的效果顯著。根系作為土壤-植物的媒介，在植物措施防治水土流失中起著不可替代的作用。

根系是植物維持生長(zhǎng)的主要器官，它具有巨大的根表面積，是植被-土壤共同體進(jìn)行水分和養(yǎng)分傳遞的中轉(zhuǎn)站[1]。根系不僅是“匯”，即植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的凈初級(jí)生產(chǎn)量會(huì)運(yùn)輸并儲(chǔ)存到根系，同時(shí)也是“源”，即土壤養(yǎng)分及水分會(huì)被根系吸收及儲(chǔ)存[2-4]。根系特征(分布、形態(tài)特征、數(shù)量等)會(huì)影響根系功能的發(fā)揮，而根系特征不僅僅由植物自身特性所決定，同時(shí)它對(duì)土壤生態(tài)因子的變化也較為敏感[5-7]。因此，對(duì)根系的特征、分布及其與土壤互作的研究成為近年來(lái)生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)。有研究認(rèn)為，土壤性質(zhì)在垂直空間上具有分異現(xiàn)象，一些根系特征受到其影響也會(huì)隨著土層的加深而產(chǎn)生變化[8-10]。根系的活力及養(yǎng)分儲(chǔ)存、運(yùn)輸和分配會(huì)受到土壤養(yǎng)分因子的影響，從而對(duì)植被根系的生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響[11-12]。土壤在對(duì)根系產(chǎn)生影響的同時(shí)，也會(huì)受到根系的影響。由于根系在土壤中的機(jī)械穿插作用，土壤通透性會(huì)發(fā)生變化，從而對(duì)土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響[13]。受根系分布及遺傳特性等因素的影響，不同植物根系對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的吸收利用效率不同，因此根際土壤也會(huì)產(chǎn)生不同的養(yǎng)分、水分梯度變化。此外，根際分泌物作為植物土壤相互作用的載體物質(zhì)，對(duì)根際土壤生態(tài)特征起決定作用[6]。因此，把根系與土壤兩者結(jié)合在一起研究，能夠更深入地了解根系特征、分布規(guī)律及其與土壤的互作關(guān)系。

江西武功山山地草甸覆蓋面積廣，是華東植被垂直帶譜的典型代表，同時(shí)因其分布基準(zhǔn)海拔低(1 600 m)，又具有其自身的特殊性，成為氣候環(huán)境變化的重要指示植被類型。但人為干擾和近年來(lái)旅游業(yè)的不斷開(kāi)發(fā)使武功山山地草甸受到嚴(yán)重破壞，出現(xiàn)嚴(yán)重退化和破碎化的態(tài)勢(shì)[14]。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中分布最廣的生態(tài)系統(tǒng)類型之一，山地草甸不僅在土壤養(yǎng)分調(diào)控、生物地球化學(xué)循環(huán)中具有重要功能，而且在環(huán)境保護(hù)中起著重要作用。因此，本研究以武功山草甸優(yōu)勢(shì)種芒(Miscanthussinensis)為對(duì)象，探討芒根系垂直分布狀況與土壤養(yǎng)分因子的相互關(guān)系，既有助于深入了解和預(yù)測(cè)根系分布規(guī)律以及探明土壤改良的生態(tài)學(xué)機(jī)理，又可以指導(dǎo)退化草甸生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)及防治水土流失。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于武功山主峰白鶴峰金頂區(qū)域(27°27′24″ N，114°10′24″ E)的草地上，海拔1 843 m，四季分明，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)性氣候，多年平均降水量為1 700 mm左右，一年中90%以上的天氣云霧彌漫，空氣相對(duì)濕度70%～90%，年均氣溫14～16 ℃。土壤為沙壤土，是花崗巖和片麻巖發(fā)育而來(lái)的山地草甸土，土層淺薄，約50 cm。由于植被覆蓋率高達(dá)90%，地表凋落物豐富，再加上氣溫低、積水等因素，所以有機(jī)質(zhì)分解緩慢，土壤色澤黝黑，干后成塊。草地類型屬于亞熱帶山地草甸，在天然草地上分布著優(yōu)勢(shì)種芒以及伴生種刺芒野古草(Arundinellasetosa)、兩歧飄拂草(Fimbristylisdichotoma)、中華苔草(Carexchinensis)等草種，無(wú)灌木分布。

1.2 研究方法

1.2.1根樣采集及處理 在試驗(yàn)區(qū)(山頂平地)選擇立地條件基本一致的地塊設(shè)置3個(gè)面積為10 m×10 m的樣地，于2016年6月底采用根鉆法采集根樣。在每個(gè)樣地按“S”型均勻布設(shè)5個(gè)樣點(diǎn)，武功山土層淺薄，約50 cm，草甸植被根系分布在0-40 cm，各樣點(diǎn)根據(jù)剖面分層情況[15]用根鉆(Φ=5 cm)在距離植株5 cm處，從0-40 cm分5層(0-8 cm為一層)鉆取土樣，共計(jì)取樣3個(gè)樣地×5個(gè)土層×5個(gè)樣點(diǎn)=75個(gè)。將鉆取的土樣編號(hào)后放入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行根系清洗，用篩孔為0.1 mm的篩子反復(fù)沖洗直至清洗干凈，將根從篩子中挑出后用濾紙吸干根表水分，挑出芒根系(芒根系較粗，分節(jié)明顯，白色，匍匐橫走，密被鱗片，根系上有許多毛根，伴生種的根較細(xì)，少分叉，沒(méi)有明顯分節(jié)),將每個(gè)樣地各個(gè)土層的5個(gè)樣點(diǎn)根樣合并為1個(gè)，共計(jì)15個(gè)根樣，用EPSON 1680 1.0根系掃描儀對(duì)根系進(jìn)行掃描，然后通過(guò)WINRhizo 2.0 Pro 2005根系分析軟件進(jìn)行根長(zhǎng)、根表面積等根系特征指標(biāo)的測(cè)定。將掃描以后的根系放入烘箱中，調(diào)節(jié)溫度到80 ℃，烘干24 h，直至恒重，進(jìn)行生物量的測(cè)定。

1.2.2根長(zhǎng)密度、根表面積密度計(jì)算方法

根長(zhǎng)密度=所取根樣總根長(zhǎng)/V；

根表面積密度=所取根樣總根表面積/V。

式中：V為取樣體積(cm3)。

1.2.3土樣采集及養(yǎng)分指標(biāo)測(cè)定 采集根樣的同時(shí)進(jìn)行土樣采集，采樣方法同根系采集方法相同，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干過(guò)篩用于土壤養(yǎng)分的測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)，土壤全氮采用半微量開(kāi)氏法，全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法，全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法，堿解氮采用堿解氮擴(kuò)散法，有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)通過(guò)Microsoft Excel 2016進(jìn)行處理并作圖，用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)不同土壤深度根系參數(shù)及土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行方差分析,對(duì)不同土層根系參數(shù)與土壤養(yǎng)分因子進(jìn)行相關(guān)分析和對(duì)根系特征參數(shù)與土層深度進(jìn)行回歸分析。

2 結(jié)果

2.1 根系參數(shù)垂直分布特征

2.1.1根系生物量密度垂直分布特征 在武功山草甸0-40 cm的土層中，隨著土層深度的增加，芒根系生物量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)(圖1)，0-8 cm土層根系生物量顯著高于其他土層(P<0.05)，為9.70 mg·cm-3，占總根系生物量的58%。其次為8-16 cm土層，根系生物量為3.22 mg·cm-3，占總根系生物量的19%。32-40 cm土層根系生物量最小，為0.80 mg·cm-3，僅占總根系生物量的5%。0-16 cm土層根系生物量占總根系生物量的近80%，由此可見(jiàn)，0-16 cm土層是根系生物量的集中分布區(qū)。

2.1.2根長(zhǎng)密度垂直分布特征 根長(zhǎng)密度與根系生物量具有相似的分布規(guī)律，即隨著土壤深度增加，根長(zhǎng)密度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。在0-24 cm土層范圍內(nèi)，根長(zhǎng)密度呈現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)，24-40 cm土層范圍內(nèi)，根長(zhǎng)密度雖隨著土壤的加深有緩慢下降的趨勢(shì)(圖2)。其中，0-8 cm土層根長(zhǎng)密度最大，為29.3 cm·cm-3，占總根長(zhǎng)密度的38.5%，顯著高于16-24、24-32、32-40 cm土層(P<0.05)，其次為8-16 cm土層，根長(zhǎng)密度為17.5 cm·cm-3，占總根長(zhǎng)密度的23%，與其他土層差異不顯著。32-40 cm土層根長(zhǎng)密度最小，為8.2 cm·cm-3，僅占總根長(zhǎng)密度的10%。

圖1 芒根系生物量密度垂直分布特征 Fig. 1 Vertical distribution characteristics of Miscanthus root biomass 過(guò)density

注：不同小寫字母表示不同土層間差異顯著(P<0.05)。圖2、圖3同。

Note:Different lowercase letters indicate significant difference among different soil depth at the 0.05 level; similarly for Fig. 2 and Fig. 3.

圖2 芒根系根長(zhǎng)密度垂直分布特征 Fig. 2 Vertical distribution characteristics of Miscanthus root length density

2.1.3根表面積密度垂直分布特征 隨著土層的加深，根系表面積密度整體上呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)(圖3)。其中,0-8 cm土層根系表面積密度最大且顯著高于16-24、24-32、32-40 cm土層(P<0.05)，為3.30 cm2·cm-3，占總根系表面積密度的38.2%。其次為8-16 cm土層，為2.31 cm2·cm-3，占根系表面積密度的26.7%，與其他土層差異不顯著(P>0.05)。16-24、24-32、32-40 cm土層根表面積密度相差不大，分別為1.01、1.02和0.99 cm2·cm-3。

圖3 芒根表面積垂直分布特征 Fig. 3 Vertical distribution characteristics ofMiscanthus root surface area

2.2 根系特征參數(shù)垂直分布的最優(yōu)回歸方程

為了探討芒根系在不同土層的分布規(guī)律，本研究采用了線性、對(duì)數(shù)、二次、三次、復(fù)合、冪、指數(shù)7種函數(shù)模型，分別對(duì)芒根系生物量密度、根長(zhǎng)密度、根表面積密度在土壤中的垂直分布進(jìn)行方程擬合, 發(fā)現(xiàn)7種函數(shù)中擬合度最高的均為冪函數(shù)(表1)。根系生物量密度(y1)、根長(zhǎng)密度(y2)、根表面積密度(y3)與土壤深度(x)的冪函數(shù)方程分別為y1=238x-1.555 9(R2=0.891 14)，y2=169.9x-0.882 05(R2=0.408 36)，y3=22.397x-0.926 14(R2=0.364 57)。其中，根系生物量密度與不同深度土壤的擬合方程擬合度達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，根長(zhǎng)密度、根表面積密度與不同土層擬合方程的擬合度達(dá)到顯著水平。由方程可知，各根系參數(shù)隨土層的加深均顯著下降，在上層土壤中，隨著土壤深度的加深，各根系參數(shù)出現(xiàn)了較大幅度的減少趨勢(shì)，相對(duì)于上層土壤，下層土壤中根系參數(shù)的變化則較平緩，由此表明根系參數(shù)主要集中分布在土壤表層，與上層土壤相比下層土壤中根系分布較少。

表1 根系特征參數(shù)與土層深度的最優(yōu)回歸方程Table 1 The best regression equation of root parameters in the vertical direction

表2 土壤養(yǎng)分剖面分布Table 2 Variance in the distribution of soil nutrients in soil profile

注：同行不同小寫字母表示不同土層間差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lowercase letters within the same row indicate significant difference at the 0.05 level.

2.3 土壤養(yǎng)分的垂直分布特征

通過(guò)研究武功山山地草甸土壤養(yǎng)分因子(有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀)的垂直分布狀況，發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分因子在垂直方向具有異質(zhì)性，各養(yǎng)分因子隨著土層深度的變化呈現(xiàn)出其特有的垂直分布規(guī)律。

在0-40 cm土層范圍內(nèi)，隨著土層深度的增加土壤有機(jī)質(zhì)呈減少趨勢(shì)(表2)。其中，0-8 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為173.87 g·kg-1，顯著高于32-40 cm土層(P<0.05)。

土壤全氮、土壤全磷表現(xiàn)出與有機(jī)質(zhì)相似的分布規(guī)律，即隨著土層的加深，全氮、全磷含量呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，其中0-8 cm土層土壤全磷含量為0.86 g·kg-1，顯著高于32-40 cm土層全磷含量(0.65 g·kg-1)；0-8 cm土層土壤全氮含量為6.73 g·kg-1，比32-40 cm土層高42.6%(表2)。與土壤全氮、全磷垂直分布規(guī)律不同，土壤全鉀含量隨著土層的加深，表現(xiàn)出了輕微的波動(dòng)趨勢(shì)。

隨著土層深度的變化，土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量也表現(xiàn)出了各自的垂直分布規(guī)律(表2)。土壤有效磷、速效鉀含量在0-40 cm土層范圍內(nèi)隨著土層的增加呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。其中，0-8 cm土層土壤有效磷含量為14.73 mg·kg-1，顯著高于24-32、32-40 cm土層(P<0.05)；土壤速效鉀在0-8 cm土層含量為192.43 mg·kg-1，顯著高于16-24、24-32和32-40 cm土層。而堿解氮含量隨著土層的變化表現(xiàn)出與全鉀相似的垂直分布規(guī)律，即在0-40 cm土層范圍內(nèi)變化不顯著(P>0.05)。

2.4 根系特征參數(shù)與土壤養(yǎng)分的相互關(guān)系

在有機(jī)質(zhì)(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、堿解氮(AN)、有效磷(AP)、速效鉀(AK)等多種土壤養(yǎng)分因子中，除堿解氮外，其他土壤養(yǎng)分因子與芒根系參數(shù)具有不同程度的相關(guān)性。其中，土壤養(yǎng)分因子與根系生物量密度相關(guān)性強(qiáng)弱依次為AK(r=0.798)>SOM(r=0.752)>TN(r=0.738)>TK(r=0.730)>TP(r=0.655)；與根長(zhǎng)密度相關(guān)性強(qiáng)弱依次為TN(r=0.806)>TK(r=0.786)>SOM(r=0.778)>AP(r=0.647)；與根表面積密度相關(guān)性強(qiáng)弱依次為SOM(r=0.776)>TN(r=0.759)>TK(r=0.723)>AK(r=0.538)(表3)。進(jìn)一步對(duì)根系參數(shù)與土壤養(yǎng)分(SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK)含量進(jìn)行逐步回歸分析，逐步排除了TP、TN、AN、AP等養(yǎng)分因子，SOM、TN、TK與根系參數(shù)的影響顯著，生物量(Y1)、根長(zhǎng)(Y2)、根表面積(Y3)與土壤養(yǎng)分的逐步回歸方程依次為Y1=8.791+0.6X1-0.012X2+0.892X3(P<0.05)(X1、X2、X3分別代表有機(jī)質(zhì)、全氮和全鉀含量,下同)，Y2=1.942-0.168X1+9.992X2-6.005X3(P<0.01)，Y3=1.489+0.039X1-0.582X2+0.571X3(P<0.05)(表4)。

表3 不同土層根系參數(shù)與土壤養(yǎng)分因子相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis between root parameters and soil nutrient factor of different soil layers

3 討論

根系的生長(zhǎng)狀況除了取決于自身的遺傳特性，還與土壤環(huán)境狀況密切相關(guān)。良好的土壤環(huán)境是植被茁壯成長(zhǎng)的基礎(chǔ)條件，植被通過(guò)根系吸收水分和部分養(yǎng)分，因此，根系功能是植被狀況的決定因素。根系會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分及水分的遷移速率產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)土壤養(yǎng)分及水分的空間分布格局產(chǎn)生影響，此外隨著土壤環(huán)境的變化根系特征及空間分布狀況也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化來(lái)對(duì)此做出響應(yīng)[17]。

表4 根系特征參數(shù)與土壤養(yǎng)分的逐步回歸方程Table 4 Successive regression equation between root parameters and soil nutrients

注：P<0.05表示達(dá)到顯著水平，P<0.01表示達(dá)到極顯著水平，方程中Y、X1、X2、X3分別代表根系參數(shù)、有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀含量。

Note：P<0.05 indicate significant differences at the 0.05 level,P<0.01 indicate significant differences at the 0.01 level. Y, root parameter; X1, soil organic matter; X2, total N; X3, total K.

3.1 根系參數(shù)的垂直分布特征

根系的空間結(jié)構(gòu)是反映地下部分協(xié)調(diào)生長(zhǎng)的重要指標(biāo)，也是植物營(yíng)養(yǎng)能力的基本體現(xiàn)。根長(zhǎng)密度、生物量、根表面積等根系參數(shù)一般都隨著土壤的深度而下降，且呈現(xiàn)出不同的形態(tài)[18-19]。本研究中，根系參數(shù)(生物量密度、根長(zhǎng)密度、根表面積密度)與土層深度擬合度最高的為冪函數(shù)模型，擬合方程擬合度達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)；各根系結(jié)構(gòu)特征參數(shù)均呈現(xiàn)相同的垂直分布特征，即隨土層深度增加而有所減少。80%左右的根系主要分布在0-16 cm土層，原因可能是根系所在土壤表層的養(yǎng)分高于下層(表2)，為根系的生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的土壤環(huán)境。許多研究也表明，土壤資源的異質(zhì)性和植物自身內(nèi)在特性共同決定了根系分布狀況，表現(xiàn)為隨著土層深度的增加，根系在土壤中的分布呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)[20-21]。

3.2 土壤養(yǎng)分的垂直分布特征

成土母質(zhì)、植物養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程等因素對(duì)土壤養(yǎng)分因子尤其是全量氮、磷、鉀的含量起了決定性的作用[22]。在黃土退耕坡地，與素土(不含根系)相比，有長(zhǎng)芒(Stipabungeana)根系存在的土壤養(yǎng)分含量明顯提高，且由于根系的影響土壤養(yǎng)分(有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮)存在明顯的表聚現(xiàn)象[23]。水曲柳(Fraxinusmandshurica)根系的垂直分布狀況影響了土壤養(yǎng)分在剖面中的分布情況，隨著土層的加深，根系分布呈層逐漸遞減，土壤養(yǎng)分含量也隨著土壤深度的增加而減少，尤其是土壤有機(jī)質(zhì)和有效氮含量下降極為顯著[24]，這些都與本研究結(jié)果一致。本研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、速效鉀隨著土層的加深呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，可能與土壤養(yǎng)分在表層受到活化和積累有關(guān)。土壤上層養(yǎng)分明顯高于下層，原因可能是上層是植被根系的主要集中區(qū)，一方面死亡根系分解轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)及其他養(yǎng)分，從而使表層土壤養(yǎng)分得到積累；另一方面，由于根系的存在，改變了土壤的理化性質(zhì)，如根系在土壤中機(jī)械穿插改變了土壤容重、孔隙度等物理特性從而提高了土壤的通透性，此外根系分泌物能夠使土壤生物活性物質(zhì)增加，土壤活性物質(zhì)的存在有利于活化土壤中的難容養(yǎng)分[25-27]。土壤堿解氮、全鉀呈現(xiàn)了與以上土壤養(yǎng)分不同的變化趨勢(shì)，在0-40 cm內(nèi)呈現(xiàn)輕微的波動(dòng)趨勢(shì)，這可能由于氮素、鉀素在土壤中的移動(dòng)性較強(qiáng)，武功山常年雨水多，氮素、鉀素隨水淋失到下層土壤所致。

3.3 根系特征參數(shù)與土壤養(yǎng)分的相互關(guān)系

根系參數(shù)、時(shí)空分布對(duì)土壤養(yǎng)分的時(shí)空變化會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)根系的生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)特征也會(huì)隨土壤生態(tài)因子如土壤水分、土壤養(yǎng)分狀況的變化而變化[28]。分析大量數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn)，根系的生產(chǎn)主要受土壤養(yǎng)分因子的控制[29-30]。當(dāng)?shù)狈r(shí)，相對(duì)較多的光合產(chǎn)物被根系利用，形成較大的根系以便吸收更多的氮素，高氮降低了根系的穿插能力，從而降低了其吸收養(yǎng)分和水分的能力，因此，根系生物量等根系特征參數(shù)也會(huì)相應(yīng)下降[31]。在低磷情況下，紫穗槐(Amorphafruticosa)會(huì)通過(guò)維持較大比例的根系來(lái)響應(yīng)低磷環(huán)境[32]。本研究在進(jìn)行根系參數(shù)與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分與根系參數(shù)具有不同程度相關(guān)性，進(jìn)一步對(duì)根系參數(shù)與土壤養(yǎng)分進(jìn)行逐步回歸分析發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀等養(yǎng)分因子對(duì)根系垂直分布有顯著影響，這說(shuō)明為了滿足植物對(duì)養(yǎng)分的需求，根系具有趨肥性，即根系的分布會(huì)受到土壤養(yǎng)分因子的影響，會(huì)隨著土壤養(yǎng)分的變化做出相應(yīng)的反應(yīng)，這也是植物在長(zhǎng)期自然選擇過(guò)程中適應(yīng)外界環(huán)境的一種有效生存策略[33-36]。因此，在研究根系特征分布時(shí)，要盡可能挖掘土壤環(huán)境因子信息，最大限度地掌握根系垂直分布狀況和土壤因子的互作關(guān)系，以便更詳盡地了解根系的分布規(guī)律及其與土壤的互作機(jī)制，從而為保護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)，提高草地土壤生產(chǎn)力提供科學(xué)保障。

4 結(jié)論

1)武功山芒根系參數(shù)與土壤養(yǎng)分因子具有顯著相關(guān)性，因此通過(guò)合理施肥提高土壤肥力能夠促進(jìn)芒根系養(yǎng)分吸收從而更有利于芒根系生長(zhǎng)發(fā)育。2)隨土層的加深芒根系有所減少，根系主要集中在表土層，因此，在表土層施肥能夠促進(jìn)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收。

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VerticaldistributioncharacteristicsofMiscanthussinensisrootsanditsrelationshiptosoilnutrientsintheWugongMountains

Hou Xiao-juan, Li Zhi, Cui Cheng, Li Kai, Yu Fei, Yuan Ying-dan, Guo Xiao-min, Niu De-kui

(College of Landscape Architecture and Art, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, Jiangxi, China)

Roots are structures that connect vegetation to the soil. Studies of the relationship between roots and soil help understand the biochemical cycle of nutrient elements and provides a theoretical basis for vegetation restoration. In the present study, soil nutrients were studied by normal analysis methods usingMiscanthussinensisAnderss as a model plant from the Wugong Mountains. Root parameters were determined by a root scanner. Correlation analysis and regression analysis were performed to examine the relationship between soil and roots. The results demonstrated that root parameters decreased with an increase in soil depth. Approximately 80% of the roots were distributed in the 0 to 16 cm soil layer. Power functions were fitted between different soil layers and root parameters (biomass density, root length density, and root surface area density), and werey=238x-1.555 9(R2=0.891 14)，y=169.9x-0.882 05(R2=0.408 36)andy=22.397x-0.926 14(R2=0.364 57), respectively. The content of soil organic matter, total N, total P, available P, and available K decreased with depth of soil in the 0 to 40 cm soil layer whereas the content of total K and available N fluctuated slightly. Correlations between soil nutrients and root parameters differed among nutrients, whereas organic matter, total N, and total K correlated positively with root parameters (P<0.05). Therefore, fertilizing effectively in the top soil surface layer is beneficial for root development and nutrient uptake.

root biomass; root length; root surface area; organic matter; total nutrients; available nutrients; correlation

Niu De-kui E-mail:ndk2157@sina.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0135

侯曉娟，李志，崔誠(chéng)，李凱，余飛，袁穎丹，郭曉敏，牛德奎.武功山芒根系垂直分布及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系.草業(yè)科學(xué),2017,34(12)：2428-2436.

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S153.6;Q945.13

A

1001-0629(2017)12-2428-09

2017-03-21接受日期2017-06-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31360177)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAC11B06)；江西省研究生創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目(YC2016-B038)

侯曉娟(1984-)，女，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，在讀博士生，主要從事土壤生態(tài)研究。E-mail：980464845@qq.com

牛德奎(1957-)，男，江西萍鄉(xiāng)人，教授，博導(dǎo)，博士，主要從事水土保持、生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：ndk2157@sina.com

(責(zé)任編輯 武艷培)

2017年第12期《草業(yè)科學(xué)》審稿專家

曹文俠 曹陽(yáng)春 柴 琦 陳先江 陳志超 崔 霞 鄧 蕾 董世魁
杜文華 段廷玉 樊廷錄 馮琦勝 甘 磊 干友民 郭 鈮 郭正剛
韓兆玉 賀春貴 侯扶江 胡小文 黃 向 黃曉東 解新明 李東坡
李 飛 李建龍 李世雄 李祥妹 李彥忠 李志強(qiáng) 劉興元 龍明秀
婁燕宏 蒲 訓(xùn) 任安芝 唐 增 涂雄兵 王 偉 王召鋒 王志偉
翁秀秀 武高林 徐 明 姚 拓 于應(yīng)文 魚小軍 袁明龍 袁忠林
張德罡 張浩波 張建全 張 蓉 張小虎 張興旭 趙圣國(guó) 周華坤


承蒙以上專家對(duì)《草業(yè)科學(xué)》期刊稿件的審閱，特此表示衷心的感謝！