川中丘陵区4种乡土阔叶树根系拓扑结构特征

【目的】林木地下根系的养分竞争影响着林木生长、物种共存和森林群落动态,了解川中丘陵区乡土阔叶树根系构型的差异性和相似性,探讨它们在土壤环境中根系的适应策略,为该区域的防护林建设与植被恢复物种选择提供参考。【方法】以川中丘陵区“带状采伐改造”采伐带内补植的4种7年生乡土阔叶树桤木(Alnus cremastogyne)、香椿(Toona sinensis)、喜树(Camptotheca acuminata)、香樟(Cinnamomum camphora)作为研究对象,选择长势良好的桤木、喜树、香椿各7株,香樟6株,测定其地径、胸径、树高和冠幅。采用50 cm×50 cm的网格确定根系的分布位置,按1∶40的比例在50 cm×75 cm的坐标纸上准确绘制出根系的俯视图。将根系全部挖出后,测定各级根系长度及分支前后的直径、各级根数目,根系内、外部连接数目,以及连接长度等指标。【结果】①桤木根系以水平分布占绝对优势(水平分布半径是垂直分布深度的2.29倍),侧根十分发达,根系浅层化;喜树主根十分发达,垂直分布深度是水平分布半径的2.71倍,但其侧根不发达;香樟和香椿则主根和侧根均十分发达。喜树、香樟和香椿均属深根性树种。根系水平分布半径除香樟和香椿间差异不显著外,其余均差异显著(df=3,F=145.007, P<0.01);而垂直分布深度除香樟和喜树间差异不显著外,其余树种间均表现为差异显著(df=3,F=99.478, P<0.05)。②不同树种的根系拓扑指数之间存在显著差异,其中修正拓扑指数(q_a、q_b)、拓扑指数(T_I)存在极显著差异($df_{q_{a}}=3, F_{q_{a}}, P_{q_{a}}<0.01, df_{q_{b}}=3, F_{q_{b}}=4.066, P_{q_{b}}<0.05; df_{T_{I}}=3, F_{T_{I}}=69.561, P_{T_{I}}<0.01$)。桤木、香椿的根系为叉状分支结构,它们的q_a、q_b、T_I分别为0.160、0.097、0.673和0.122、0.047、0.635;喜树、香樟的根系则趋向于鱼尾形分支结构,q_a、q_b、T_I分别为0.582、0.547、0.885和0.364、0.266、0.799。③不同物种的根系平均连接长度差异显著(df=3,F=6.166, P<0.05)。4种阔叶树根系的平均连接长度按大小排序为:香樟>香椿>桤木>喜树。【结论】桤木和香椿主要通过增加次级根系来扩大根系的分布范围,从而增大对营养物质的吸收;而香樟和喜树则主要通过根系垂直向土层中快速延伸,以扩大根系的有效空间,从而更加有效地从土壤中获取水分和营养物质。研究表明,4种乡土阔叶树种均能在川中丘陵区生长,但根据它们根系构型的差异和植物的生态学特性,桤木适合在光照相对充足的地段栽种,喜树、香椿适合在土壤相对肥沃、水分条件较好、光照相对充足的地段栽种,香樟适宜在土壤相对肥沃、水分条件较好的地段栽种。