孙楠 张怡春 赵眉芳

摘 要：本文以落葉松人工林为研究对象，通过对不同林隙间伐的落叶松中龄林、不同间伐强度的落叶松近熟林及不同皆伐带宽的落叶松成熟林林内0～10、10～20、20～30 cm根系的生物量及其空间分布进行分析，为落叶松人工林的近自然经营提供理论参考。在各林分内选取8个点，按照0～10、10～20、20～30 cm深度取样，冲洗后对<2、2～5、>5 mm的根系进行烘干、称重，对不同采伐方式下落叶松人工林根系的直径分布情况和空间分布规律进行分析。结果表明：不同采伐方式下落叶松人工林总根系生物量存在显著差异（P<0.05）。林隙5 m×5 m和7 m×7 m的林分根系总生物量较对照林分高出23.07%和22.39%，间伐强度为30%的林分总根系生物量最高（15.03 t/hm2），皆伐带宽30 m的林分总根系生物量最高（11.33 t/hm2）;林分的根系总生物量有随着土层的增加而减少的趋势， 0～10 cm的根系生物量占根系总生物的比例最高（约70%），该土层中<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例最大（约75%）;采伐后林分<2 mm的细根生物量占根系总生物量的比例较对照林分有显著提高。研究表明：对落叶松人工纯林进行近自然经营，中龄林进行7 m×7 m的林隙间伐，近熟林进行30%强度的均匀间伐，成熟林进行带宽30 m的带状皆伐，可以在不同程度上增加林分的根系总生物量。

关键词：采伐;落叶松人工林;根系生物量;空间分布;林隙;带状皆伐

中图分类号：S757.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2021）06-0017-08

Abstract：In order to provide theoretical reference for the near natural management of larch plantation， this paper takes larch plantation as the research object， and analyzes the root biomass and spatial distribution of 0-10 cm， 10-20 cm and 20-30 cm in larch medium-aged forest thinned in different gaps， larch near mature forest with different thinning intensity and larch mature forest with different clear cutting bandwidth. 8 points were selected in each stand， and samples were taken according to the depth of 0-10 cm， 10-20 cm and 20-30 cm. After washing， the roots <2mm， 2-5mm and >5mm were dried and weighted， and the diameter distribution and spatial distribution law of the roots of larch plantation under different cutting methods were analyzed.The results showed that： the total root biomass of larch plantation was significantly different with different cutting methods （P< 0.05） . The total root biomass of 5m×5m and 7m×7m gaps was 23.07% and 22.39% higher than the contrast. The root biomass of 30% thinning intensity was the highest （15.03 t/hm2）， and the root biomass of 30m clear-cutting width was the highest （11.33 t/hm2）. The total root biomass of the stand decreased with the increase of soil layer. The root biomass of 0-10cm soil layer accounted for the highest proportion of the total root biomass （about 70%）， and the root biomass of <2mm accounted for the largest proportion of the total root biomass of this soil layer （about 75%）. The percentage of fine root biomass in the total root biomass of <2 mm of the cutting stand was significantly higher than that of the control stand. It showed that： the total root biomass of the stand could be increased in different degree for the close-to-nature management with gap thinning of 7m×7m for middle-aged plantation， even thinning of 30% intensity for near-mature plantation and strip clear cutting of 30 m width for mature plantation， .

Keywords：Cutting; larch plantation; root biomass; spatial distribution; gap; strip clear cutting

0 引言

根系对林木有支持作用，同时还可以从土壤中吸收水分和养分，作为森林生态系统中一个重要组成部分，根系在碳分配、养分循环、地力维持及土壤抗冲性等方面发挥着重要作用[1-3]。目前，国内外林木根系主要围绕5个方向，一是根及根的分泌物;二是根系生长发育、水分生理和根渗出物;三是根系构型力学与固土作用;四是根系形态特征的空间分布、细根分解与周转以及环境因子与根系生长发育的关系;五是根系构型研究 [4]。粗根系主要作用为支撑和运输，而养分和水分的吸收主要由小径级的根系（通常指直径小于2 mm的根）来完成[5-6]。林木根系的深度分布会影响到林木拥有地下营养空间的大小和对土壤养分及水分的利用，进而影响林木的生长发育[7-10]。Jackson等[11] 研究发现，温带落叶阔叶林表层土壤（ 0～20 cm）中根系的生物量占总根系量的80%;廖兰玉等[12]以鼎湖山生物群落为研究对象，结果表明，0～20 cm土层的根系生物量占0～70 cm总根系生物量的67.9%。很多研究结果表明不同林分类型根系的空间分布有差异[13-17]，这对研究人工针叶纯林在进行近自然经营时混交树种的选择有重要作用[18-21]。本文选择不同采伐方式的长白落叶松（Larix olgensis）人工林为研究对象，深入了解根系组成及其分布，探讨采伐对林分根系生物量及其空间分布规律的影响，为落叶松人工林的近自然经营提供理论参考。

1 研究区域概况

试验地设置在黑龙江省佳木斯市孟家岗林场（130°32′42″～130°52′36″ E， 46°20′16″～46°30′50″ N）。地处完达山西麓余脉，以低山丘陵为主，平均海拔250 m。属东亚大陆性季风气候，年平均气温2.7 ℃，年大于等于10 ℃的积温2 547 ℃，年平均降水量550 mm，无霜期120 d左右。地带性土壤为暗棕壤。

2 材料与方法

2.1 样地设置

在孟家岗林场选择落叶松人工林，在中龄林不同林隙（5 m×5 m、7 m×7 m、10 m×10 m）各设置固定标准地3块，对照1块（CK），共10块;近熟林不同间伐强度（15%、30%、40%）各设置固定标准地4块，对照1块（CK），共13块，成熟林不同皆伐带宽（15、30、50 m）各设置固定标准地3块，对照1块（CK），共10块，标准地大小为20 m×30 m，总计33块。

2.2 根系生物量取样

根系调查采用连续钻取土芯法，每块标准样地中沿“S”形等距离选取样点8个，样点避开乔木及灌木的基部，用内径10 cm的根钻在各样点钻取土芯，先除去地表枯落物再取样，由于落叶松是浅根系树种，所以按照0～10、10～20、20～30 cm深度取样。将取得的土芯样品放入自封袋密封标记清楚，带回实验室尽快进行样品处理。

2.3 根系生物量的室内处理

将土壤样品从密封袋中取出，用镊子挑出土芯里的细根，在100目筛子中用流动水冲洗干净，于65 ℃烘箱烘干至恒重测定干重，使用游标卡尺测量细根直径，按照<2、2～5、>5 mm对根系进行分类并称重。不同采伐方式根系生物量特征值见表1。

2.4 根系生物量的计算方法

利用下列公式对根系生物量进行统计：

根系生物量（t/hm2）=平均每个土芯根系质量（g）×100/[π（d/2）2]。

式中：d为土钻内径，cm。

3 结果与分析

3.1 根系生物量的直径分布

3.1.1 林隙间伐林分根系生物量的直径分布

4个林分总根系生物量存在显著差异（P<0.05）。由表2可知，林隙5 m×5 m和林隙7 m×7 m的林分根系总生物量相差不大，分别为9.07 t/hm2和9.02 t/hm2，林隙10 m×10 m的林分根系总生物量最低（6.70 t/hm2），低于对照林分（7.37 t/hm2）;对于不同径级根系生物量，林隙间伐后的林分<2 mm的细根生物量占根系总生物量的比例较对照林分有显著提高，其中，林隙10 m×10 m的林分<2 mm的细根生物量占根系总生物量的比例最大，达到84.03%。

3.1.2 均勻间伐林分根系生物量的直径分布

4个林分总根系生物量存在显著差异（P<0.05）。由表3可知，间伐强度为30%的林分总根系生物量最高，是15.03 t/hm2，40%的林分次之（14.14 t/hm2），间伐强度15%的林分总根系生物量与对照林分相差不大，但均匀间伐后的林分，根系总生物量均高于对照林分，说明均匀间伐能够在一定程度上增加林分的根系总生物量;对于不同径级根系生物量，4个林分<2 mm的细根生物量与>5 mm的粗根生物量占根系总生物量的比例接近，均在35%左右，2～5 mm的根系生物量占根系总生物量的25%左右。均匀间伐后的林分，<2 mm的细根生物量占总根系生物量的比例较对照林分有所增加，间伐强度为30%的林分最大，占37.06%，说明均匀间伐后丰富了林分的植物多样性，增加了细根生物量。

3.1.3 带状皆伐林分根系生物量的直径分布

4个林分总根系生物量存在显著差异（P<0.05）。由表4可知，带状皆伐30 m的林分总根系生物量最高，是11.33 t/hm2，15 m带宽的林分次之（10.43 t/hm2），带宽50 m的林分根系生物量最低，只有5.97 t/hm2，低于皆伐前对照的落叶松林分;对于不同径级根系生物量，4个林分<2 mm的细根生物量最高，皆伐带宽50 m的林分，<2 mm的细根生物量占总根系生物量的比例最大，达到83.42%，其他3个林分差异不大，在50%左右。皆伐带宽50 m的林分，>5 mm的粗根生物量占总根系生物量的比例最小，只有8.54%。

3.2 根系垂直分布及其变化规律

3.2.1 林隙间伐林分根系垂直分布及其变化规律

4个林分的根系总生物量有随着土层的增加而减少的趋势，如图1所示。由图1可知，表层土壤0～10 cm的根系生物量占根系总生物的比例最高，其中，林隙10 m×10 m的林分，0～10 cm土层的根系生物量占根系总生物量的比例最大，达到了85.17%，其他3个林分均在60%左右; 随着土层厚度增加，林隙10 m×10 m和5 m×5 m的林分，10～20 cm根系生物量下降的比較快，分别为12.64%和14.23%，林隙7 m×7 m的林分和对照林分，10～20 cm根系生物量下降相对缓慢，均在20%以上;在20～30 cm的土层中，林隙10 m×10 m的林分，根系生物量最少，只有0.15 t/hm2， 其他3个林分，该层根系生物量均在1.0 t/hm2以上，见表5。

不同林隙间伐的林分间，各土层中不同径级根系的生物量差异显著（P<0.05）。由表5可知，林隙间伐后的林分，0～10、10～20 cm土层中<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例增加，说明林隙间伐后，林分中光照度增加，植物多样性增加，进而表层细根的生物量增大。

3.2.2 均匀间伐林分根系垂直分布及其变化规律

4个林分的根系总生物量有随着土层的增加而减少的趋势，如图2所示。各林分表层土壤0～10 cm的根系生物量占根系总生物的比例最高，相互之间差异不显著，均在40%左右;随着土层厚度的增加，均匀间伐后的林分根系生物量下降的速度都不是很明显，10～20 cm的土层中，均匀间伐后的林分根系生物量占根系总生物量的比例在35%左右，要高于对照林分的31.45%;20～30 cm的土层中，各林分根系生物量占总生物量的比例差别不大，都在20%以上，说明在均匀间伐的林分，根系分布的相对比较均匀且较深。

不同间伐强度的林分间，各土层中不同径级根系的生物量差异不显著，但与对照林分有显著差异（P<0.05）。由表6可知，均匀间伐后的林分，各土层中<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例增加。0～10 cm的土层中，均匀间伐的林分<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例均在55%左右， 超过对照林分的49.29%;10～20 cm的土层中，30%和40%采伐强度的林分<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例均在55%左右， 超过采伐强度15%的林分和对照林分的49%左右;20～30 cm的土层中，30%和40%采伐强度的林分<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例均在53%左右， 超过采伐强度15%的林分和对照林分的45.30%和48.41%。

3.2.3 带状皆伐林分根系垂直分布及其变化规律

4个林分的根系总生物量有随着土层的增加而减少的趋势，如图3所示。表层土壤0～10 cm的根系生物量占根系总生物的比例最高，其中，皆伐带宽30 m和50 m的林分，0～10 cm土层的根系生物量占根系总生物量的比例相差不大，分别为73.86%和72.17%，10～20、20～30 cm土层的根系生物量锐减，皆伐带宽15 m的林分和对照林分，各土层的根系生物量随土层厚度的增加降低的速度不大。

不同皆伐带宽的林分间，各土层中不同径级根系的生物量差异显著（P<0.05）。由表7可知，皆伐带宽50 m的林分，0～10 cm的土层中<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例最大，达到了92.11%;随着土层厚度的增加，皆伐带宽30 m的林分<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例增大，分别为72.53%和73.02%。

4 结论与讨论

林分的根系总生物量有随着土层的增加而减少的趋势，这与刘岩[6]研究的小兴安岭3种森林群落根系总生物量和井家林[4]研究的胡杨根系生物量随土层的变化趋势一致，0～10 cm的根系生物量占根系总生物的比例最高（约70%），该土层中<2 mm的细根生物量占该层总根系生物量的比例最大（约75%）。

针对落叶松人工林不同林龄采用不同的抚育方式及抚育强度，林分根系生物量有显著影响（P<0.05）。中龄林林隙间伐后，林隙5 m×5 m和林隙7 m×7 m的林分根系总生物量较对照林分高出23.07%和22.39%。林隙间伐后的林分<2 mm的细根生物量占根系总生物量的比例较对照林分有显著提高;近熟林均匀间伐后，根系总生物量均高于对照林分，其中，间伐强度为30%的林分总根系生物量最高（15.03 t/hm2）。均匀间伐后的林分<2 mm的细根生物量占总根系生物量的比例较对照林分有所增加，间伐强度为30%的林分最大，占37.06%;带状皆伐后，皆伐带宽30 m的林分总根系生物量最高（11.33 t/hm2），皆伐带宽50 m的林分<2 mm的细根生物量占总根系生物量的比例最大（83.42%）。

落叶松人工纯林采伐后可以在不同程度上增加林分的根系总生物量，这是由于适当的抚育和间伐，能够增加林内的光照强度，草本及灌木植物生长迅速，表层的细根系较多。对落叶松人工纯林进行近自然经营，中龄林采用7 m×7 m的林隙间伐，近熟林采用30%强度的均匀间伐，成熟林采用带宽30 m的带状皆伐。

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