喀斯特石漠化是指土壤严重侵蚀，基岩大面积出露，地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。虽然土壤侵蚀只是石漠化过程的一个环节(王世杰, 2002)，但要清晰了解喀斯特石漠化的发生发展需要有土壤侵蚀过程资料的支撑。石漠化过程分为地质石漠化过程、生态系统石漠化过程和人为加速石漠化过程(李阳兵等, 2004)。当降雨量小于80 mm时，喀斯特地区土壤的主要流失方式是地下漏失(张信宝等, 2007)，这种情况下发生的土壤侵蚀很难准确监测。目前研究喀斯特土壤侵蚀的方法有遥感技术(安和平等，1994；蓝安军等, 2001；万军等, 2003)、放射性同位素示踪(白占国等, 1997)、修建径流场和沉沙池等(彭建等, 2001)、湖泊沉积物分析(王红亚等, 2006)、埋钉(桩)(彭建等, 2001)和洞穴石笋记录(蔡炳贵等, 2005)等，常被限制在短时间内，且很难获取地下土壤丢失数据和过程，无法综合评价喀斯特土壤侵蚀的历史过程，需要寻求一种有效的新方法来准确描述喀斯特土壤侵蚀。

树木年代学是以植物生理学为基础，以树木年轮生长特性为依据，研究环境对年轮生长影响的学科，旨在重建环境因子的变化史实(吴祥定, 1990)。由于树木年轮具有定年准确、连续性强、分辨率高和重现性强等特点，在全球变化研究中得到广泛应用(吴祥定等, 1993；刘禹等，1999; 勾晓华等，1999; 邵雪梅等，1999; 康兴成等, 1997; 卓正大等, 1998；Hebertson et al., 2003; Stoffel, 2006)。一直以来树木年代学的研究主要集中在茎，而对于树根的研究始于20世纪中叶(Gartner，2007)。近年来，根系指示土壤侵蚀的研究受到关注。侵蚀速率决定于根系裸露时间内根系顶面至当前地表面的垂直距离(Carrara et al., 1979; McAuliffe et al., 2006)，而判断根系裸露的准确时间很重要且难度较大(Bollschweiler et al., 2006)。目前可根据树根年轮解剖结构变化如年轮宽度突然增加或减少、偏心和伤痕等确定土壤侵蚀事件发生的准确时间及过程(Bollschweiler et al., 2006；Gartner et al., 2001; Gartner, 2007)，但是具体的解剖变化因树种而异。有研究表明阔叶树种树根解剖结构的变化不明显(Gartner, 2001)，也有研究表明存在变化(Hitz et al., 2008)。

根据对贵州省普定县喀斯特地区物种调查，区内根系暴露最多的树种多为槭树属(Acer)，尤以罗浮槭(A. fabri)常见，故本研究分析罗浮槭暴露和未暴露树根的解剖特征，确定树根暴露准确时间，分析喀斯特石漠化地区土壤侵蚀过程。

1 研究区概况

研究区位于中国贵州省中部普定县(105°42′—105°46′E，26°14′—26°16′N)，属亚热带湿润气候喀斯特区域，全年湿润多雨，雨热同期，年均气温15.1 ℃，年均降水量1 314.6 mm。海拔1 385~1 520 m，坡度31°~35°，坡向西北和东北，岩层类型以中三叠统白云岩和泥质白云岩夹灰岩为主。植被以灌木和草本植物为主，仅在某些近山顶部位有少量的次生林存在，受人为放牧和樵采活动影响，岩石裸露率高，石漠化较为严重，土壤稀少，土层浅薄。

2 研究方法

2009年5月于贵州普定(中国科学院地球化学研究所普定喀斯特生态定位研究站)陈旗小流域5号径流场内选择11株树的暴露树根作为研究对象，并从每株树所有暴露树根中选择1根沿坡面等高线生长的树根进行土壤侵蚀的复原测量，测量暴露树根所处位置的土壤侵蚀高度、宽度和长度，从而得到土壤侵蚀体积。通过多个土壤复原测量，最终获得研究区的平均侵蚀量。然后在距树干50 cm以外的该暴露根中部采集5 cm根段作为暴露根样品，标记暴露根方向；并同时在此根土壤覆盖处采取另一5 cm根段作为未暴露根样品，并同时标记方向。土壤侵蚀量可用下式计算：

W= V ×ρ。

式中：W为土壤侵蚀量(t)；V为土壤侵蚀复原体积(m³)；ρ为土壤密度(t·m^-3)。

样品带回实验室，自然干燥后，逐级用100~600目砂纸打磨，直到年轮清晰可见；然后切取过髓心的宽10 mm、高10 mm的木条，软化处理后，按顺序切成8 mm×16 mm×10 mm的长方体连续小木块，用切片机切成20 μm厚的横切面切片，番红染色，系列酒精脱水，树脂胶封固，制成连续永久玻片，用测微尺测定年轮宽度，精度为0.01 mm。用奥林巴斯照相显微镜(Oympus cx41RF)将图像放大100倍，并用相机(Oympus E520) 获取通过年轮髓心的系列图片，存入到计算机，用WinCELL(2010a)木细胞图像分析系统测量年轮内平均纤维面积和导管面积，具体标准参考文献Bollschweiler等(2006)。

根据树木年轮学的敏感性原理，年轮宽度逐年变化状况反映其对气候的敏感度(吴祥定，1990)。敏感度表示由于环境因素造成年轮宽度组成的短期变化和高频率变化，当敏感度的值很大时，环境的限制作用就明显，年轮保存的环境信息就多。年轮序列的平均敏感度S按下列公式计算(吴祥定，1990)：

式中：X_i为第i个年轮宽度值，X_i+1为第i+1个年轮宽度值，n为该样本年轮的总数。

3 结果与分析 3.1 树根年轮宽度的平均敏感度

槭树11棵样株树根年轮宽度的平均敏感度范围比较宽(0.2~0.6)，分别为0.3，0.5, 0.6, 0.2, 0.4, 0.4, 0.3, 0.4, 0.5, 0.2和0.2，属于敏感序列0＜S＜2的范围(吴祥定，1990), 表明树根生长对环境相当敏感, 可以用来研究树木生长与环境因子的关系。

3.2 暴露树根和未暴露树根的解剖特征

从图 1可以看出：未暴露树根的年轮宽度从髓心到树皮先逐渐增大然后逐渐变窄，导管面积及纤维面积变化不大，均匀地分布在年轮的早晚材部分。暴露树根内部导管及纤维排列方式和大小与未暴露树根一致，而后出现一个明显的突变，年轮急剧变窄，早材导管和纤维直径变大，数量减少，晚材导管和纤维直径变小且数量减少。暴露树根的年轮生长都出现了偏心现象(图 2)，这与Vandekerckhove等(2001)的研究结果一致。解剖特征的这些变化指示了土壤侵蚀的发生(Bollschweiler et al., 2006；Gartner et al., 2001; Gartner, 2007)。

图 3指示了暴露树根导管面积1993年后有所增加，随后慢慢减少，到1996年导管面积约减少50%，1996—2004年相对平稳，2005年最小，总体趋势是逐渐减少。暴露树根纤维面积从1994年的229 μm²开始缓慢减少到1996年的156 μm²，到2001年又增加为206 μm²，之后逐渐降低并趋于稳定，到2005年达到71 μm²。土壤侵蚀是个渐变过程，树根慢慢失去表土的覆盖，年轮纤维和导管面积也逐渐减少，在没有完全暴露的某些年份气候较适宜、雨水也充分的条件下树根可以获得相对充足的水分，导管面积和纤维面积也会增加，直到覆盖树根的土层全被侵蚀，树根完全暴露在空气中，纤维面积才逐渐减少。暴露树根解剖结构纤维面积、导管面积下降达到50%时可以准确判断树根暴露的发生时间(Gartner, 2007; Hitz et al., 2008)。根据图 3中1996年导管管腔(纤维)面积减少约50%，判断树根暴露在这一年发生。

3.4 土壤侵蚀量

分别对暴露树根年轮导管和纤维面积进行统计分析，对研究区土壤侵蚀定年，得出树根暴露时间，即土壤侵蚀发生的时间，并结合暴露树根土壤野外复原测量数据，得到普定研究区土壤侵蚀发生时间及土壤侵蚀量(表 2)。

由表 2可知：样根1自1996年以来土壤侵蚀量为0.267 t，这一结果异常低，样根2自2002年以来土壤侵蚀量为2.902 t，2003年以来样根3，4和5的平均土壤侵蚀量为0.816 t，样根6自2004年以来土壤侵蚀量为0.848 t，2005年以来样根7，8和9的平均土壤侵蚀量为0.295 t，样根10自2006年以来土壤侵蚀量为0.295 t，与2005年相当，样根11自2007年以来土壤侵蚀量为0.09t；2002—2007年年均土壤侵蚀量为0.464 t。数据显示：仅样根1记录的1996年以来复原侵蚀量偏低，其余记录结果整体呈不断下降趋势显示出树根记录了该区土壤侵蚀历史过程。

4 结论与讨论

普定喀斯特区裸露根系普遍产生偏心现象，且前期解剖结构与未裸露根系一致，之后发生明显突变，年轮急剧变窄，早材导管直径变大，数量减少；晚材导管直径变小且数量减少。该现象可为确定罗浮槭树根暴露准确时间提供依据(Bollschweiler et al., 2006；Gartner et al., 2001; Gartner, 2007)。

根据罗浮槭暴露树根的纤维和导管面积判定树根暴露主要发生于1996—2007年，结合土壤复原测量结果可知，除样地1记录1996年以来土壤侵蚀量为0.267 t较为偏低外，其余树根记录2002—2007年以来土壤侵蚀量逐渐降低，年均土壤侵蚀量为0.464 t，显示出树根记录了土壤侵蚀过程。研究区土壤侵蚀和石漠化的发生发展是一持续过程，树轮地貌法可有效用于喀斯特地区土壤侵蚀和石漠化的发生发展研究。

受喀斯特环境的复杂性、取样树根数量的有限性、取样树根位置判断准确性、野外复原方法的完善性以及人为樵采放牧等活动和自然降雨影响的复杂性的共同影响，同一年暴露的多个采样树根复原测量的平均量是否能完整地代表那一年的侵蚀量，还需进一步研究。