不同植被類型植物根系對(duì)土壤的影響

1、PAGE PAGE 7不同植被類型植物根系對(duì)土壤的影響徐 冰 00413017摘要：在植被與土壤的相互作用中，植物的根系是一個(gè)重要的紐帶。不同的植被類型中不同的物質(zhì)組成，使得土壤中的根系具有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特點(diǎn)，導(dǎo)致不同植被類型下的土壤產(chǎn)生了明顯的差異。本文通過對(duì)壩上地區(qū)相間分布的森林、草原植被的研究根據(jù)群落調(diào)查和土壤調(diào)查的結(jié)果，提出由于單子葉植物在草原群落中的重要性比在森林群落中大（一個(gè)有意思的結(jié)論?。?，而單子葉植物的須根系在形態(tài)上又具有細(xì)根分布均勻等特點(diǎn)，所以使得草原土壤的質(zhì)地更細(xì)更均一，層次更分明，而森林土壤則具有較厚的腐殖質(zhì)層。關(guān)鍵詞：植被類型；植物根系；森林土壤；草原土壤；單子葉

2、植物；雙子葉植物植被與土壤之間是相互影響相，互作用的關(guān)系。植物的生長活動(dòng)是土壤形成的關(guān)鍵因素。一定氣候條件決定了一定的植被類型，不同類型的植被之下又發(fā)育著不同的土壤。特別是在森林和草原這兩大類截然不同的植被作用下，森林土壤和草原土壤在很多方面有著明顯的差異。植物體對(duì)土壤影響最大的部分就是它的根系。植物的根系是土壤有機(jī)質(zhì)的來源，為土壤微生物的活動(dòng)提供環(huán)境，對(duì)土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、水分狀況和營養(yǎng)元素的含量等都有很大的影響1。對(duì)于不同類型的植被，其物種組成不同，則其根系的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長方式也就不同，對(duì)土壤也就會(huì)產(chǎn)生不同的作用。為解釋不同植被下土壤的成因，本文選取壩上地區(qū)4個(gè)有代表性的樣地（森林、草原植被

3、各2個(gè)），根據(jù)群落調(diào)查和土壤調(diào)查的直觀結(jié)果，分析不同植被下土壤的特征差異，及植物根系在這些差異的形成過程中所起的作用。研究區(qū)域概況壩上地區(qū)位于河北省北部，內(nèi)蒙古高原南緣，是我國半濕潤區(qū)到半干旱區(qū)、華北平原到內(nèi)蒙古高原、森林植被到草原植被的過渡地帶。區(qū)域內(nèi)氣候條件多樣，植被類型豐富，是生態(tài)學(xué)研究的關(guān)鍵區(qū)域 2，3 。由于是森林向草原的過渡地帶，該區(qū)域內(nèi)的天然林成塊狀的分布。次生性的天然白樺林常分布于陰坡，而陽坡則是草原或草甸。森林和草地在山坡兩邊相間分布，構(gòu)成該區(qū)域內(nèi)常見的景觀，也為植被與各環(huán)境因子相互關(guān)系的研究提供了方便。本文選取的4塊樣地分別位于機(jī)械林南山和將軍泡子附近，兩地的具體位置及氣候

4、條件見表1。在同一山丘的陰、陽坡分別取樺林、草原，兩種植被，樣地編號(hào)為：1號(hào)樣地，機(jī)械林場南山，陰坡樺林；2號(hào)樣地，機(jī)械林場南山，陽坡草地；3號(hào)樣地，將軍泡子，陰坡樺林；4號(hào)樣地，將軍泡子，陽坡草地。表1 樣地經(jīng)緯度及氣候狀況經(jīng) 度緯 度年降水量（mm）年均溫（）一月均溫（）7月均溫（）機(jī)械林場1171511E422355N4320.71-17.117.0將軍泡子1170729.4E423445N418.80.42-19.617.02. 研究方法2.1群落調(diào)查用樣方法對(duì)樣地群落進(jìn)行調(diào)查。樺林樣地取1010m2樣方，分喬木層、灌木層和草本層調(diào)查，其中草本層又在大樣方內(nèi)分取5個(gè)22 m2小樣方。草

5、原樣地取22 m2樣方進(jìn)行調(diào)查，每處有四組重復(fù)。以每個(gè)物種相對(duì)蓋度、相對(duì)多度、相對(duì)頻度求平均的方法，計(jì)算各草本物種的重要值；灌木重要值為相對(duì)蓋度、相對(duì)多度和相對(duì)高度的平均值。計(jì)算香農(nóng)維納指數(shù)，表示物種的多樣性4。2.2土壤調(diào)查在每個(gè)樣地內(nèi)挖掘較完整的土壤剖面，劃分土壤層次，記錄各層特征。3結(jié)果與分析3.1森林土壤與草地土壤的異同根據(jù)四個(gè)樣地土壤調(diào)查的結(jié)果，分析可知：樣地內(nèi)土壤都由沙質(zhì)的母質(zhì)發(fā)育而來，淋溶不強(qiáng)烈，多為雛形土，包涵一個(gè)較明顯的富含有機(jī)質(zhì)的A層（腐殖質(zhì)層）和一個(gè)完全由沙子組成的母質(zhì)層。森林土壤和草原土壤的不同主要在于以下幾點(diǎn)：樺林下的土壤有一個(gè)5cm左右的枯枝落葉層，草地土壤的枯枝落

6、葉層不明顯。森林土壤基巖層以上的總厚度比草原土壤大，其中A層的厚度明顯大于草原土壤對(duì)于母質(zhì)層以上的A層及其他過渡層次，草原土壤比森林土壤的質(zhì)地更加細(xì)膩，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育更好。草原土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)更加均一，層次之間的分界比較明顯，而森林土壤各層次間則是逐漸過渡的。森林土壤剖面的下部、母質(zhì)層中常出現(xiàn)深黑色的腐殖質(zhì)斑塊，草原土壤中則沒有。3.2群落調(diào)查結(jié)果在考察群落的物種組成時(shí)，考慮到雙子葉植物和單子葉植物的根系在形態(tài)結(jié)構(gòu)上有明顯的不同，他們的根對(duì)土壤也會(huì)產(chǎn)生不同的影響，因此重點(diǎn)分析雙子葉植物和單子葉植物在森林群落和草地群落中所處的地位。各樣地內(nèi)重要值排在前20位的物種的重要值分布情況見圖1圖4，其中雙

7、子葉植物為灰色，單子葉植物為白色。對(duì)樺林樣地僅表示其草本層的狀況。由圖可見，在兩個(gè)草原樣地內(nèi)，單子葉植物的種數(shù)和重要程度都比相應(yīng)的樺林樣地大。表2顯示了森林和草原群落中單子葉植物和雙子葉植物的對(duì)比情況，在森林樣地中，單子葉與雙子葉植物的重要值之比只有0.1797和0.2969，在草原樣地，單子葉與雙子葉植物的重要值之比則達(dá)到了0.5092和0.7247。草原樣地中單子葉植物的多樣性也有所增加，在4號(hào)樣地，單子葉植物的多樣性指數(shù)甚至超過了雙子葉植物。圖1：1號(hào)樣地（樺林）各物種重要值分布情況圖2：2號(hào)樣地（草地）各物種重要值分布情況圖3：3號(hào)樣地（樺林）各物種重要值分布情況圖4： 4號(hào)樣地（草地

8、）各物種重要值分布情況（土中藍(lán)色和無色兩種圖標(biāo)分別表示什么？）表2：森林草地群落單子葉植物雙子葉植物分布情況對(duì)比相對(duì)多度相對(duì)蓋度相對(duì)頻度重要值多樣性指數(shù)森林1號(hào)樣地雙子葉0.8266 0.8262 0.8902 0.8477 3.2923 單子葉0.1734 0.1738 0.1098 0.1523 0.5526 單子葉/雙子葉0.2097 0.2103 0.1233 0.1797 0.1679 3號(hào)樣地雙子葉0.7812 0.6667 0.8654 0.7711 3.2823 單子葉0.2188 0.3333 0.1346 0.2289 0.7033 單子葉/雙子葉0.2802 0.5000

9、 0.1556 0.2969 0.2143 草地2號(hào)樣地雙子葉0.6359 0.5781 0.7738 0.6626 3.2115 單子葉0.3641 0.4219 0.2262 0.3374 1.4645 單子葉/雙子葉0.5725 0.7299 0.2923 0.5092 0.4560 4號(hào)樣地雙子葉0.5005 0.6389 0.6000 0.5798 2.1610 單子葉0.4995 0.3611 0.4000 0.4202 2.1704 單子葉/雙子葉0.9980 0.5652 0.6667 0.7247 1.0044 由以上分析可知在草原群落中單子葉植物所起的作用比在森林群落中大，

10、所以單子葉植物特殊的根系結(jié)構(gòu)在改良草原土壤時(shí)發(fā)揮的作用也將比在森林土壤中大（這里不是因果關(guān)系?。?.3根系對(duì)土壤的影響3.3.1根系深度對(duì)土壤的影響表3：單子葉雙子葉植物的根系深度單子葉雙子葉羊草7.3扁須豆14.4雙齒蔥7.7地榆11.2囊包鳶尾8.5達(dá)烏里黃芪11.9貝加爾針茅7.8冷蒿14.3日陰菅12.9星毛委陵菜10.4黃囊苔草11.5腺毛委陵菜12.5黃花菜10.4狼毒35.2糙隱子草30瓣蕊唐松草7.6恰草15.5冰草17.6平均10.2平均14.7均方差4.3均方差8.6（數(shù)據(jù)來源：周鵬等，2006）圖5：單子葉植物重要值與土壤腐殖質(zhì)層厚度的關(guān)系在同樣植被下測(cè)定的18種該地區(qū)

11、常見植物根系深度情況如表3所示，可見雙子葉植物的根系深度平均值略大于單子葉植物，而雙子葉植物根深的均方差也比單子葉植物高出了一倍，說明雙子葉植物根系的深度差異較大，不同種植物的根系可深可淺，而單子葉植物的根系深度則比較平均。在土壤發(fā)育的過程中，植物的根系是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源，根系的周圍是土壤微生物的主要活動(dòng)場所，所以根系的深度與土壤腐殖質(zhì)層的厚度有很大的相關(guān)性。因此單子葉植物占優(yōu)勢(shì)的群落下，土壤的腐殖質(zhì)層較?。ㄑ芯繕拥刂袉巫尤~植物重要值與腐殖質(zhì)層厚度的關(guān)系如圖5所示），受根系影響的范圍邊界比較明顯；而雙子葉植物占優(yōu)勢(shì)的群落，土壤的腐殖質(zhì)層可能較厚，邊界不明顯。3.3.2根系形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)土壤的影

12、響雙子葉植物的根是直根系，有一條明顯的向下生長的主根，從主根上分出細(xì)根，向周圍生長；單子葉植物的根是須根系，有多條須根共同向下生長，從每條須根上都可分出很多細(xì)根。這樣不同的分級(jí)結(jié)構(gòu)使得雙子葉植物的根系密度從上到下逐漸遞減，而單子葉植物的根系密度在整個(gè)根系范圍內(nèi)則是比較均勻的，而且單子葉植物的細(xì)根更加豐富。在土壤發(fā)育的過程中，植物的細(xì)根對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的積累、質(zhì)地的改良、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成等都發(fā)揮著巨大的作用5，所以單子葉植物的根系可以使土壤的質(zhì)地更加細(xì)膩，結(jié)構(gòu)更加疏松，而且單子葉植物根系的這些影響在一定范圍內(nèi)是比較均一的，而雙子葉植物根系的生長則會(huì)使相應(yīng)的土壤層次產(chǎn)生逐漸過渡的現(xiàn)象。這樣就從植物根系的

13、角度解釋了森林與草原土壤之間為什么會(huì)產(chǎn)生上述的幾點(diǎn)不同。在草原群落中單子葉植物的種類更加豐富，所起的作用更加重要，而單子葉植物的根系又具有根系深度平均，細(xì)根多，根系密度分布均勻等特點(diǎn)，所以就使得與森林土壤相比，草原土壤的質(zhì)地更細(xì)膩、結(jié)構(gòu)更均一、層次也更清晰。另外在森林土壤中影響著土壤的發(fā)育得也不只有草本層的根系。森林植被的地下部分與地上部分一樣，也有著分層的現(xiàn)象，喬木灌木的根系可以把生物活動(dòng)對(duì)土壤的改造帶入到更深層的土壤中去，成為上下層土壤之間物質(zhì)循環(huán)的通道6，使得森林土壤的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，層次更不分明7。深層土壤中粗大的喬木根系死亡后腐爛，形成埋藏的腐殖質(zhì)斑塊。4結(jié)論與討論4.1不同的根系結(jié)構(gòu)

14、導(dǎo)致不同的土壤森林植被和草原植被的物種組成不同，所以他們的根系分布狀況也就有所差異，因此形成了不同的土壤。森林土壤和草原土壤的差異可以從根系的角度去解釋；森林植被的根系可以達(dá)到很深的層次，林下草本層中雙子葉植物所占比例較大，雙子葉植物的根系深度比較大，所以森林土壤的深度大，腐殖質(zhì)層也較厚。草原植被中單子葉植物豐富，而單子葉植物根系中細(xì)根多，有利于土壤顆粒的分化、有機(jī)質(zhì)的積累、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，因此草原土壤的質(zhì)地更細(xì)。單子葉植物的根是須根系，各深度上根密度比較平均，不同物種間根系深度相差不大，所以在單子葉植物相對(duì)豐富的草原植被下，土壤的層次更清晰，各層內(nèi)的質(zhì)地也更均勻。森林土壤中喬木和灌木的根系可

15、以使有機(jī)質(zhì)在更深層的土壤中積累。綜上所述，植物的根系是溝通植被與土壤的橋梁，在植被與土壤的相作用中發(fā)揮著重要的作用。4.1其它因素對(duì)森林草原土壤相異性的影響除了植物的根系，還有許多其它的因素也影響著土壤的形成，使得森林和草原的土壤產(chǎn)生了上述的不同。如森林植被產(chǎn)生枯枝落葉積累在土壤表層，草原植被則很少；森林植被能截流大量的降水減緩下滲，減少淋溶等等。本研究中草原樣地都處于陽坡，樺林樣地都處于陰坡，陰陽坡的差異一方面造就了兩種不同的植被，另一方面也會(huì)直接影響土壤的性質(zhì)，比如陰坡上的草地土層薄、土壤質(zhì)地細(xì)也可能是由于陽坡背風(fēng)，風(fēng)成的母質(zhì)本身就比較薄、質(zhì)地就比較細(xì)的緣故，另外陰陽坡不同的水分狀況也會(huì)對(duì)

16、土壤產(chǎn)生較大的影響8。4.2根系對(duì)土壤的具體影響還有待進(jìn)一步研究本研究在野外調(diào)查時(shí)并不針對(duì)根系對(duì)土壤的影響這一題目，所以研究過程中還存在很多干擾，如上文所說陰陽坡的影響。如要驗(yàn)證本文中的結(jié)論，應(yīng)選擇地形條件、小氣候等環(huán)境因素完全相同的樣地進(jìn)行試驗(yàn)。本研究基于野外調(diào)查的直觀結(jié)果，多為定性討論，缺乏定量研究。如果要更深入地探討根系對(duì)土壤的影響，應(yīng)具體測(cè)量土壤各層次的根密度、孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量，營養(yǎng)元素的含量等指標(biāo)7，9，并深入分析各植物類群根系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，建立植被根系土壤之間關(guān)系的完整框架。參考文獻(xiàn)：1 吳淑杰，韓喜林。土壤結(jié)構(gòu)、水分與植物根系對(duì)土壤能量狀態(tài)的影響。東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31（3）：2426。2 盛學(xué)斌，孫建中，劉云霞。壩上地區(qū)土地利用與覆被變化對(duì)土壤養(yǎng)分的影響。農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2002，18(4)：1014。3 盛學(xué)斌，孫建中，劉云霞。壩上地區(qū)古土壤環(huán)境變化信息研究。土壤與環(huán)境，2000，9（2）：8790。4 楊小波，張?zhí)伊郑粦c書。海南瓊北地區(qū)不同植被類型物種多樣性與土壤肥力的關(guān)系。生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22（3）：190196。5 呂春花，鄭粉莉。冰草根系生長發(fā)育對(duì)土壤團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定性的影響。水土保持研究