中间锦鸡儿根系构型对土壤养分的响应

内蒙古机电职业技术学院，内蒙古呼和浩特 010070

摘要 本文选取准格尔黄土丘陵沟壑区3种不同土壤基质（黄土Z1、风沙土Z2、砒砂岩Z3）上的中间锦鸡儿群落（面积＞1hm2）作为实验样地，对中间锦鸡儿植株进行挖掘并且取土测定其质地、水分及N、P、K含量。结果显示：黄绵土/黄土中间锦鸡儿根系分布较深，可达10m；风沙土中间锦鸡儿的根系分布在0cm~20cm的土层中，根系生物量占总生物量的44.4%，与黄土基质上的植株相比，根系分布较浅；砒砂岩基质上的淡栗钙土根系分布也很浅，88.1%的根系生物量集中在0cm~20cm的土层中；土壤水分、土壤质地、土壤养分直接或间接影响植株根系形态的变化，水分成为这些因素中的主导因子。该研究可为黄土丘陵沟壑区植被恢复和管理提供重要的理论依据。

关键词 黄土丘陵沟壑区；根系形态；水分；养分

中图分类号S151 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）61-0046-02

众所周知，作为植物的基本组成部分，根系总是埋藏在黑暗土壤之中而鲜为人知。由于研究难度和认识水平等原因，人们一直以来把研究重点放在植物地上部分，而对根系的研究并不太重视。2001年出版了《中国北方草地植物根系》专著 [1]，对中国北方草地430多种植物的根系形态进行了系统观测和描述，为研究干旱、半干旱地区植物根系问题提供了基础资料。然而，并没有涉及各种植物根系形态构型的变化。值得重视的是，近年来关于生态系统恢复研究的焦点已经由地上转移到地下，尤其是地下生态系统对生态系统退化的作用、机理和过程备受关注。不言而喻，植物根系是地下生态系统的主角。

黄锦鸡儿属（Caragana Fabr.）植物为豆科灌木，在我国约有66种，土高原有15种[2]，主要分布于草原区和荒漠区。锦鸡儿属植物是黄土高原地区植物群落的重要组分[3-5]，这些植物耐旱、耐瘠薄，并具有饲用、药用等价值，因此是黄土高原植被恢复中的重要植物种[6]。关于锦鸡儿属植物，尤其是中间锦鸡儿（Caragana intermedia），已做过很多的研究，但对锦鸡儿属植物根系构型及其适应生境方面的假设研究较少。

1 研究区概况

准格尔黄土丘陵沟壑区地处内蒙古阴山以南黄土高原和鄂尔多斯高原过渡区，北连库布其沙漠，西南与毛乌素沙地接壤，西与鄂尔多斯高原草原区相连；黄河流经北面、东面，该段黄河属晋陕峡谷的一部分，地理位置为110°05′~111°27′E，39°16′~40°20′N，总面积为7 530km2，其中，黄土丘陵沟壑区面积为6 180km2。该区地处暖温性典型草原区，典型的半干旱大陆性气候。地带性土壤为栗钙土。

2 研究方法

进行土壤含水量的测定与采集与土壤机械组成样品的同时，采用酒精燃烧法[7]测定土壤含水量，倒入酒精燃烧至水分完全蒸干，称干土重并记录。以上样品均重复3次。土壤含水量计算公式为：

土壤含水量（%）=5idestiny

（湿土重-干土重）/干土重×100%。

土壤养分的测定为，将采集的土壤样品放在阴凉处风干后过0.149 mm土筛，测定土壤全氮、全磷和全钾。全氮采用半微量开氏法测定，全磷采用硫酸-高氯酸消煮-钼锑抗比色计法测定，全钾采用氢氧化钠碱熔火焰光度法测定[8]。

3 实验结果

中间锦鸡儿群落土壤水分分析

各样地土壤质量含水量的变化趋势基本相同，呈先增加后减小，再增加的趋势。土壤表层含水量最小， 0cm~30cm范围内随土层深度的增加而增加，且在30cm处达到最大值，30cm~50cm则逐层递减，50cm~70cm略显递增。Z3样地的土壤含水量在整体上要高于其他两个。

中间锦鸡儿群落土壤养分分析：

土壤全氮含量：

各样地氮素含量变化迥异，但是土层30cm处往往成为各变化趋势的转折点，0cm~30cm范围内Z1和Z3两个样地氮素含量随土层深度的增加而减小，而Z2样地氮素含量则随土层深度的增加而有小幅增加；30cm~50cm范围内氮素变化与0cm~30cm相反，只有Z1样地在继续减小。

土壤全磷含量：

Z2和Z3土壤全磷含量在0cm~30cm范围内随土层深度的增加而增加，30cm~50cm则减小，Z1样地土壤全磷含量正好相反，处于4.3g.kg-1~4.9g.kg-1的范围内。30cm处是各样地全磷含量的转折点，各样地全磷含量差异较大。

土壤全钾含量：

Z1、Z2和Z3在土壤各层的全钾含量相差较大，但各样地全钾含量的变化趋势是一致的，即0cm~30cm钾含量是逐渐增加的，而30cm~50cm则是减小的，30cm 作为这种变化的转折点。Z1与Z3各自全钾含量各土层变化不大，只是Z3样地的含量明显高于其他样地，Z2各土层钾含量总体上相对变化较大，30cm~50cm的变幅要大于0cm~30cm。

4 结论

生长于黄土基质中的植株扎根很深，由于黄土具垂直纹理，根系可顺缝追水而下，推测至少达7m多深，侧根和毛根很少；生长于沙丘风沙土中的植株扎根很浅，由于20cm~50cm沙层水分状况好，根系只在此层横向延伸可达4m~5m，侧根和毛根密布于0cm~20cm土层；砒砂岩质地较硬，植株难以扎根。因此，根系分布相对最浅，仅仅停留在0cm~20cm土层，沿着砒砂岩水平层横向伸展。

生长在风沙土与砒砂岩基质中的中间锦鸡儿根系分布均较浅，侧根延伸很长，密集根层在0cm~30cm的范围。风沙土基质土壤砂粘比较大，主要受该样地降水量的影响。砒砂岩基质，由交替分布的灰白砂岩、粉红色粉砂岩和棕红色泥岩互层组成，紧实度大，对根系深扎不利。

土壤水分对根系生长的影响往往与其它因素结合在一起，因为土壤含水量的变化将引起土壤中化学因素和物理因素的改变。如：土壤水分含量增加，化学因素的作用增强，特别是养分有效性提高[9]；土壤水分含量减少，则物理因素的作用增强，特别是机械阻抗迅速加大，不利于根系生长[10]。当水分过多时，又会导致通气不良。因此，区分水分对根系生长的直接效应是研究水分与根系生长之间关系的难点。在一定的水分范围内根系生长与土壤水分状况之间有正相关关系[10-12]。

养分含量对根系形态的影响：N，P含量低时，根系生长相对增加，以便增加养分吸收面积，因而使根冠比增高。K与N，P的影响不同，K含量高的土壤中，根冠比高于K含量低的土壤，而且缺K并不能促进根系的相对生长[13，14] 。这是由于土壤K含量低时，其植株对Ca，Mg，Na等其它阳离子的吸收量增多，这些阳离子在一定程度上替代了K的作用，因而植物并不增加其根的生长来满足地上部分对K的需求[15] 。水分和养分常常对根系形态构型产生复合效应，因此，根系形态构型的变化受多种因子的影响且各因子之间是密不可分的。

参考文献

[1]陈世，张昊，王立群.中国北方草地植物根系[M].长春：吉林大学出版社，2001.

[2]西北植物所.黄土高原植物志[M].中国林业出版社，1992.

[3]吴征镒.中国植被[M].北京：科学出版社，1995.

[4]宁夏农业勘查设计院，宁夏畜牧局，宁夏农学院.宁夏植被[M].宁夏：宁夏人民出版社，1988.

[5]甘肃草原总站.甘肃草地资源[M].兰州：甘肃科学技术出版社，1999.

[6]赵晓英.三种锦鸡儿属植物的更新对策研究，2004.

[7]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海科学技术出版社，1978.

[8]鲍士且.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[9]史瑞和.植物营养学原理[M].南京：江苏农业出版社，1989.

[10]Sharp RE，Davies WJ. Root growth and water uptake by maize plants in drying soil[J]. Journal of Experimental Botany，1985，36(9)：1441-1456.

[11]刘殿英，黄炳茹.土壤水分对冬小麦根系的影响[J].山东农业大学学报：自然科学版，1991，22(2)：103-110.

[12]Barta V，Mala S. Sugar beet cultivar root yield and quality under non-irrigation and irrigation conditions[J]. Vedecke Prace Vyskumneho Ustavu Zavlahoveho Hospodarstva v Bratislave (Slovak Republic)，1994(21)：13-24.

[13] 张敬贤，崔四平. 干旱对不同抗旱性小麦幼苗根系呼吸的影响力[J]. 植物生理学报，1989，15(2)：179-183.

[14]Grusak M. A. PS. Shoot-to-root signal transmission regulates root Fe (Ⅲ) reductase activity in the dgl mutant of pea[J]. Plant Physiology，1996，110：329-334.

[15]张喜英. N，P，K对冬小麦苗期根系生长的影响[J].土壤通报，1998，6：38-41.