根系是植物直接與土壤接觸的器官,是陸地生態系統生物能存在的一種形式,是構成植物的主要部分。林木獲取和利用土壤中的物質和能量均是通過根系得以實現的。因此,林木根系的分布特征反映了土壤的物質和能量被利用的可能性以及生產力。一方面根系不斷地從土壤中獲得養分和水分以滿足植物生長發育;另一方面根系(無論活根或死根)又直接參與土壤中物質循環和能量流動兩大生態過程,對土壤的結構改善、肥力的發展和土壤生產力的發揮起著重要的作用。森林作為陸地生態系統的主體,在物質生產、維系生態系統的有序結構及環境保護中的作用日益被人們所認識和重視。

　　森林土壤相互作用動態過程研究自20世紀90年代以來成為國際土壤學界、生態學界密切關注的焦點之一。隨著研究的深入，人們越來越重視作為森林生態系統的一部分林木根系的研究。同時，現代科儀器如根系分析儀、根系分析系統等廣泛用于林木根系的研究之中，那么影響林木根系形態分布到底有哪些因素呢？哪些因素會影響樹木等根系分布？

　 1 根系的形態及分類研究

　　大量研究表明,從土壤中吸收水分和養分是植物根系重要的功能之一。植物對土壤養分和水分的吸收能力很大程度上取決于根系的形態。Dr#Nobo-ru Karizumi 將根系形態分為垂下根型、斜出根型和水平根型。垂下根型分為淺根型、中間型和深根型;水平根系分為分散型、中間型和集中型。向師慶等人將北京西山地區主要造林樹種的根系分布形態劃分為5個基本類型:水平根型、垂直根型、斜生根型、復合根型和變態根型,認為變態根型是受特殊外在條件影響而形成的。這種根型分類方法基本上適用于插條和埋干造林生長起來的林木。

　　宋朝樞等人(1964)初步將根系劃分為直根、支柱根、水平支柱根和垂直支柱根4類。向師慶等人(1981)在造林樹種的根系研究中,根據根的著生部位及其在土壤中的伸展情況,將根劃分為水平根、主根、副主根、下垂根、斜根、心狀根和根基等。

　　2 影響根系形態分布的因素

　　2.1 立地條件

　　林木根系的形態與分布首先是由樹木本身的遺傳特性所決定的,同時受土壤生態環境條件,尤其是水分、通氣狀況的強烈影響。張國盛等人(1999)對毛烏素沙地臭柏根系分布及根量研究發現,臭柏根量和直徑分布特征依立地條件及土層深度的不同而異。趙忠等人(2000)研究證實,黃土高原不同立地條件對刺槐根系分布特征有明顯的影響,林地土壤水分狀況的差異是造成這種影響的關鍵所在。根系具有很大的可塑性,在肥沃深厚的土壤上具有直根系,在粘重土壤上則發育出很長的側根和較短的主根,而在石質土壤上則失去主根,以表面根為主。Nicoll (1996)研究了46a生特喀云杉根系對風及立地條件的適應性生長,發現樹木根系垂直分布受地下水位高低的限制,而根形還受風的影響。他認為,樹木根系對風的適應性生長,增強了樹木對風的抵抗能力。張宇清等人(2002)對2種立地條件梯田埂坎紅柳根系特征研究發現,根型根據K#Lemke對根系形態的概括和向師慶的分類方法, 2種立地條件下的埂坎紅柳都具有深根性的特點,但陰坡埂坎紅柳根系的水平分布范圍遠大于陽坡,吸收根所占比重較大,根系的生長發育狀況明顯優于陽坡,造成對梯田作物的較大負面影響,建議最好將紅柳配置在陽坡梯田埂坎上。

　　國外的一些研究也證實,通常情況下,深根型樹種較淺根型樹種具有更高的生產力,特別是在差的立地條件上。任安芝等人研究發現,分布于不同沙地生境中的黃柳種群,其根系在土壤中的分布特點各異。半固定沙丘上的黃柳根系最發達(根系分布深,數量大),固定沙丘的黃柳明顯不及前者,而丘間低地的黃柳根系最不發達。粗根(5\5mm)的分布與土壤水分和土壤容重呈顯著相關性,細根(5<5mm)的分布與土壤容重和緊實度呈極顯著相關。何維明對不同生境中沙地柏根面積分布特征研究發現,流動沙地和固定沙地上沙地柏根系的深度系數(B)、最大根系深度(Rmax)、含50%總根面積的根系深度(R50)、含90%總根面積的根系深度(R90)值都很接近,尤其是B值,并且它們均大于灘地上沙地柏的相應值,尤其是Rmax和R90。這些結果表明流動沙地和固定沙地中沙地柏根系的深度格局相似,但與灘地的根系深度存在差別,同時也意味著灘地上沙地柏根系的分布相對較淺,而流動沙地和固定沙地的根系分布相對較深。

　　2.2 林齡

　　樹木年齡和土壤特性對根系的分布和形態的影響可以反映在根系垂直分布特征的差異, Lya和Hoffmanna在研究中認為,林木一般在苗期就可以達到根系垂直分布的最大值,刺槐的根系分布在4年時就可以達到317m的深度。Coile的研究也同樣證實,盡管根系密度隨著年齡的增大而增加,但是在一定年齡就可以達到水平分布和垂直分布的極值。王文全等人(1997)對毛白楊根系分布的研究發現,不同年齡階段根量的增加速率呈現了/先急后緩0的趨勢。距種植點50cm遠處, 9a生林木的根量比7a生重37%,平均每年增加18162%,而14a生僅比9a生高14%,平均每年增加218%。

　　2.3 混交方式

　　由于自然環境的異質性和樹種生態位的分異,混交林中由于樹種之間的競爭,首先表現在根系對土壤養分和水分的爭奪,因此,樹種混交將引起根系形態和分布的差異。翟明普、劉春江等對油松與元寶楓、紫穗槐、黃櫨混交研究,李振問等對杉木火力楠混交林根形態特征及分布進行的研究,均認為混交林中林木的根系較純林均勻合理,吸收根向土壤深層分布,且2樹種根系互相交織,呈鑲嵌分布,能夠協調利用土壤養分,有利于提高土地利用率和林分生產力。但是由于樹種之間競爭能力的不同,不合理的混交可使處于劣勢的樹種根系分布范圍減小,根量降低。翟明普等研究表明,油松與栓皮櫟混交使油松的細根量和粗根量有所降低,說明在這種生境下栓皮櫟的競爭力強于油松。

　　方志偉(2001)對杉檫混交根系效應的研究發現,檫樹具有明顯促進杉木根系生長作用,表現在杉檫混交林中杉木單株根量明顯高于純林中的杉木單株根量。謝文華等對馬尾松杜仲混交林根系研究發現,馬尾松杜仲混交,促進了馬尾松根系的垂直發育和杜仲根系的水平發育,兩者相互穿插,從而使2樹種根系的水平分布和垂直分布均比較均勻而合理,特別是細根量分布具有良好的空間配置,有效地利用了土壤養分和水分,相對地改善了2樹種的生長條件。張彥東等對混交條件下水曲柳落葉松根系的研究發現,競爭對混交林中樹種的根系分布會產生一定影響,競爭能力較強的樹種在混交林中根系分布范圍較廣,競爭能力弱的樹種根系分布受到一定排斥。水曲柳具有較大的根系,競爭能力強,落葉松的競爭能力相對較弱。當水曲柳與落葉松混交時,水曲柳的根系生長加快,而落葉松根系生長降低。

　　石培禮等對榿柏混交林根系的研究發現,榿柏混交促進了柏木根系生長,混交林中榿木和柏木根系呈鑲嵌分布且柏木根系深扎,避免了根系間的過度競爭,為充分利用不同層次土壤中的水分和養分奠定了基礎,在川中丘陵石灰性紫色土土壤氮磷含量偏低情況下,引進固氮樹種榿木和鄉土樹種柏木混交,改善了柏木的營養空間和生長條件,提高了地力,同時提高了人工林生態系統的生產力、抗逆性和穩定性。崔浪軍等對沙棘楊樹混交林研究表明,沙棘的栽入,使沙棘-楊樹混交林與其在相同條件下的楊樹純林相比,群落和林分結構、生物量分布格局都發生了改變,林分生物量明顯提高,林地土壤物理性質、水分和養分狀況得到改良。根徑<3 5mm和3 5~10mm的根系楊樹純林的根系主要集中分布在土壤表層0~30cm內,占總量的90%左右,而混交林的楊樹根系分布在0~105cm內,逐漸減少,分布相對更深、更均勻,這樣,使得混交林中的楊樹可以更多地吸收土壤更深層次的養分和水分參與到物質循環中去,最終促使林木生產力得以提高。

　　3 林木根土關系需進一步深入研究的問題

　　隨著對森林生態系統的結構、功能和生產力研究的不斷深入,林木根系研究越來越受到重視。今后應加強以下方面的研究。

　　(1)繼續獲得有關自然生態條件更多的定量數據。這些生態條件包括有利于根系生長和不利于根系生長的,如根系對土壤緊實度、土壤通氣性或土壤水分狀況的反應。進一步發現一些能夠適應環境生長的先鋒樹種。

　　(2)根系改善土壤物理、生物化學特性的有效性研究。內容涉及根際和非根際的土壤理化特性比較研究、根區和無根區土壤理化特性的比較研究。以期能為揭示根系土壤相互作用動態過程提供理論依據。

　　(3)不同立地條件下混交樹種的競爭對根系形態、分布及生物產量的影響。包括目的樹種和混交樹種間根系形態、分布及生物產量在空間、時間上的差異規律。進一步探討混交林中樹種生態協調機理。

　　(4)在根系研究方面,數學模擬技術將起著更加積極的作用。在動態基礎上開展根系研究顯得更加需要,因為對于根系只是測定1次而得出的研究數據,價值很有局限性。

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