近年来，有关林木根系的研究已经成为森林培育学研究中的一个热点，植物活性根的分布模式在决定最佳株行距、最佳间作模式等方面具有重要意义(Schroth，1995)。在干旱半干旱地区，根系的分布范围影响到林木地下营养空间的大小和林木对土壤水分、养分的利用，直接影响到林木地上部分的生长和效益的发挥(李鹏等，2005；王进鑫等，2004；张小全等，2000)。20世纪90年代以后，国内外学者在研究农林复合经营系统的界面作用机理时发现，有些树木和作物之间的地下竞争要比地上竞争更为激烈(Schroth，1995；Anderson et al., 1993；Huxley et al., 1996)，根系的分布特征对整个系统具有重要的意义。

花椒(Zanthoxylum bungeanum)是退耕还林过程中的重要经济树种，对于其品种选育、栽植技术、病虫害防治以及抗性等方面已进行了较为深入的研究(李宝旗等，2007；王吉金等，2008；李青山等，2008)，但有关花椒吸水根根系分布特征的定量研究工作在国内外极为少见。本研究分析太行山土石山区花椒根系空间分布特征，为该地区花椒及其复合模式水分生态特征的研究提供基础资料，为花椒单作及间作的可持续经营提供理论依据。

1 研究区概况

试验地设在河北省平山县寺家沟村(114°01′E, 38°22′N)，海拔225 m，暖温带半干旱半湿润季风型大陆性气候，年平均气温12.7 ℃，全年太阳辐射量131~136 kcal·cm^-2，全年有效辐射65.4 kcal·cm^-2，多年平均日照时数2 600~2 750 h，年平均降水量609 mm，年蒸发量1 815.4 mm，年平均干燥度为1.38。多年平均风速2.2 m·s^-1，成土母岩为片麻岩。

研究对象为坡脚处水平梯田条件下的花椒林，品种为大红袍，2002年栽植，行向为南北向，株行距为2 m×3 m，平均地径45 mm，平均树高2.5 m。

2 研究方法

由于样地石砾含量较高，无法运用根钻，所以本研究采用自制根系取样器(10 cm×10 cm×10 cm)于2005年8月进行取样，以花椒树干基部为中心从东、南、西、北4个方向取样带，样带宽度10 cm，垂直深度为100 cm，每10 cm为一取样土层，水平幅度150 cm，分别在10~20，40~50，70~80，100~110和140~150 cm处取样，选取3棵树，共采集600个根团样，分别编号后装入塑料袋。

将根团倒入0.25 mm筛进行浸泡、冲洗，以根直径≤1 mm为吸收根的界限(张志山等，2006；张劲松等，2002；樊巍等，1999；马秀玲等，1997)，而后采用加拿大REGENT公司生产的根系形态学和结构分析系统(WINRhizo)，测量吸收根的长度、表面积、体积等指标，并采用以下公式转变为密度值：

式中：x为根系各指标，可分别代表根长(cm)、表面积(cm²)、体积(cm³)、生物量(g)，X分别为各指标的相应密度值，l，w与h分别为取样器的长宽高，n，k分别为样木总数和样点总数。

3 结果与分析 3.1 垂直分布

由图 1可以看出，由地表到100 cm土深处，根长密度、根系表面积、体积和生物量都表现出了一致的变化规律，呈负指数型分布，垂直方向上根系主要分布在0~40 cm土层，0~40 cm土层的根长密度、根系表面积、体积和生物量分别占其总量的72.0%，65.6%，59.2%和57.5%，10~20 cm土层更为集中，分别占0~40 cm土层的43.0%，47.1%，47.6%和37.3%。在20~100 cm土层，随土壤深度增加根长密度、表面积、体积及生物量逐渐减小，70~80 cm土层分布最少，80~100 cm土层内根系分布相对稳定。

由图 1还可以看出，花椒根系比根长在0~100 cm随土层加深而减小，各土层比根长分布范围为698.38~3 596.02 cm·g^-1，其最大比根长和最小比根长分别分布在0~10和70~80 cm土层。据此可以说，0~10 cm土层的根系活力较强，吸收效率较高，而70 cm以下土层根系吸收效率较低。

相关分析表明(表 1)，土壤深度与根长密度、根系表面积、根系体积、生物量均存在极显著或显著性负相关关系，和根系直径存在显著性正相关关系。根长密度和根系生物量是体现根系吸收功能的2个重要指标，2者与根系表面积、体积和比根长均存在显著或极显著正相关关系，由二者共同制约的比根长指标反映了根系吸收养分和水分的能力，其与根长密度呈极显著正相关关系，与生物量呈显著性正相关关系。根系直径与根长密度等指标之间的关系均不显著。

由图 2可以看出，在0~10 cm土层，直径 < 1 mm的花椒根长密度小于10~20 cm土层，20~100 cm土层内，直径 < 1 mm根系的根长密度随土层加深而下降，特别是70 cm以下，根长密度迅速减小并趋于稳定，在10~20 cm土层，根长密度最大；直径为0~0.3 mm的根系随着土层的加深而逐渐下降，在70 cm以下土层迅速减小，70~100 cm土层的根长密度仅占总根长密度的2.53%；直径为0.3~0.5 mm的根系的垂直变化趋势和直径 < 1 mm根系的总体变化趋势一致，70 cm以下根系根长密度占总根长密度的5.24%；但直径为0.5~1 mm的根系在70 cm土层以下仍占有相当比例，其占总根长密度的10.33%，而且在50~100 cm土层，其比例最大。

3.2 水平分布

由图 3可以看出，花椒根系水平分布在0~110 cm处，在140 cm处没有发现根系。水平分布表现为随离花椒树干距离的增加而减小，离树干10，40，70和100 cm范围内的花椒根长密度分别为246.8，176.5，99.8与68.6 cm·dm^-3，分别占根系总量的41.7%，29.87%，16.97%和11.6%。根系生物量也表现出了与根长密度一致的变化规律。离树干0~50 cm范围是花椒根系的集中分布区，该范围内根长密度和根系生物量分别占总量的71.5%和76.4%。

由图 3还可以看出，花椒根系的平均直径以靠近树干最近的10~20 cm范围最大，其次是70~80 cm；离树干10~20 cm范围的比根长最小，离树干70~80 cm范围比根长最大，可见，70~80 cm范围内根系具有更大的活力，在吸收水分、养分方面更具有效率。

由图 4可以看出，在0~50 cm土层内，在离树干中心点0~110 cm范围内，各级根系的最大值均出现在离树干较近的范围内，随着水平距离的增大均呈现逐渐减小的趋势，特别是0~80 cm范围内，减幅较大，而80~110 cm范围内，减幅较小基本稳定。在50~100 cm土层内，0~0.5 mm的根系，在0~80 cm水平范围内随着水平距离的增大而增大，在100~110 cm范围迅速下降，最大值出现在70~80 cm范围内，最小值出现在100~110 cm范围内；0.5~1 mm的根系最大值出现在40~50 cm范围，最小值出现在离树干最近的0~20 cm范围内，>1 mm的根系随着离树干距离的增大而增大，最大值出现在离树干最远的100~110 cm范围内，最小值出现在0~20 cm范围内。

4 结论与讨论

本研究发现，花椒的细根存在明显的空间变化规律。在垂直方向上呈负指数型分布，主要分布在0~40 cm土层，0~40 cm土层的根长密度、根系表面积、体积和生物量分别占其总量的72.0%，65.6%，59.2%和57.5%；在水平方向上，根系分布范围为0~110 cm，0~50 cm是花椒根系的集中分布区，该范围内根长密度和根系生物量分别占总量的71.5%和76.4%。可见，花椒属于浅根性树种。余晓林(2003)的研究结果表明大红袍和小红袍花椒根系在垂直方向上主要分布在0~40cm土层。李会科等(2000)指出占总根长88.78的根系分布在0~40cm。以上均说明花椒属于浅根性树种，与本研究结果一致。另外，空间分布还会因立地条件(赵忠等，2004；2006)、混交方式(郭梓娟等，2007)、林龄(Jackson et al., 1996)等因素而有所差异，如朱首军等(2005)的研究表明，在花椒-小麦复合系统中，花椒根系主要分布在0~20 cm土层。

比根长决定着根系吸收养分和水分的能力(Fransen et al., 1998)，具有较大比根长的植物在根系生物量投入方面比具有较小比根长的植物更具有效率，因此研究植物比根长对于了解根系功能和探明其生物量分配策略具有重要意义。从理论上讲，比根长受到根长密度和根系生物量的制约，比根长与根长密度呈现正相关关系，与生物量呈现负相关关系，但韦兰英等(2006)的研究结果表明，白羊草(Bothriochloa schaemun)细根比根长与生物量和根长密度均为负相关，沙棘(Hippophae rhamnoidess)细根比根长与细根生物量和根长密度表现为一定程度的正相关，辽东栎(Quercus liaotungens)细根比根长与生物量表现为负相关，与根长密度为正相关。马长明(2007)指出核桃(Juglans regia)根系比根长与根系生物量呈负相关，与根长密度呈正相关。本研究中得出，花椒根系比根长与生物量密度和根长密度表现为显著性正相关。

那么，影响比根长的因素主要有哪些呢？有观点认为在养分丰富的条件下，植物具有较高的比根长(Scjoers et al., 2000；马长明，2007)，也有人支持资源缺乏环境下植物比根长较高的说法(Eissenstat，2000)。韦兰英等(2006)认为，不同植物之间比根长存在很大差异，即使是同一植物，在不同土层其比根长也各不相同。本研究得出，花椒根系比根长在0~100 cm土层随土层加深而减小，其最大比根长和最小比根长分别分布在0~10和70~80 cm土层，在水平方向上以70~80 cm范围的根系比根长最大。相关研究结果(梅莉等，2006；Preigtzer et al., 2002；Guo et al., 2004；韦兰英等，2006)认为，对比根长起主导作用的是决定或者影响根系发育结构的遗传因素，其他因素如土壤物理性状、水分、养分等主要是通过对根系性状之间关系的进一步协调、作用来影响比根长，但该方面研究还比较少，还有待进一步研究。

地下根系的研究受到地域类型复杂、不易操作等的限制而相对薄弱，对花椒地下根系的研究更是少之又少，建议今后加强以下几方面的研究：根系改善土壤物理、生物、化学特性的有效性研究；植被恢复过程中植被根系垂直分布特征对环境因子的响应规律；数学模拟方法在根系研究中的应用。