（环境工程专业论文）改善古树立地土壤环境的复壮法效果分析.pdf

摘要 近二十年来，园林青壮年古树早衰日趋严重，每年都有近千分之三的古树死亡，这 一现象受到国家有关部门的重视，各地采用多种方法为弱势古树复壮，但效果都不很理 想。2 0 0 4 年起，北京几大公园开始采用我们与吉林森茂公司合作研发的打孔填料复壮方 法，方法一经采用就受到广泛关注。 本论文经过对北京园林弱势古树的不同立地条件调研，得出古树根系生长受阻、生 理功能紊乱是古树早衰原因之所在，并对实施复壮古树的生理学指标进行研究，分析论 证打孔填料的复壮效果。 首先，对北京园林古树立地土壤理化性质进行测定，分析得出土壤条件恶化严重影 响古树根系f 常生长和生理功能，阻碍了植株对水分及营养物质的吸收，最终导致古树 早衰。 其次，通过野外实测和实验室模拟实验分析，实施打孔填料复壮后，孔道周围土壤 理化性质得以改善，土壤的透气性增强、土壤水分较长时间内保持稳定、土壤肥力增加、 根际微生物种类和数量大幅度提高，土壤逐渐疏松。 最后，对实施复壮前后，古树根系生长状况和枝生长量进行测量，实施复壮古树根 系在填料中发根密实、根毛数量多、具有大量分枝、根色泽鲜艳、根尖饱满，实施复壮 古树单位土壤活根尖数及根系生长密度均为未实施复壮古树的近百倍。通过古树生物量 的比较综合评价打孔填料法复壮效果。 根据研究结果，对打孑l 填料复壮方法提出改进意见，并建议在古树养护中合理种植 草坪、合理给水给肥。 关键词：古树：早衰；打孔填料复壮；古树根系 a b s t r a c t i n 山er e c e m2 0y e a r s ，t h ep r e m 咖r es e n i l i t yo fy a u n ga n c i e m 订e e si n1 a n d s c a p eg a r d e n h a sb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u s t h em o r t a l i t yo fa n c i e mt r e e s ，w h i c ha c c o u n t sf o ra c o 璐i d e r a b l ep r o p o n i o no f n e a r l yt h r e ei no n e 也o u s a n dp e ry e 盯，h a sc a u s e dt h eg 他以o no f m a n ym 比i o n a la g e m sc o n c e m e d u n f o n i m a t e l y ，m ee 丘b c to fm a i l yk i n d so fm e 也o d sf o r r c s t o r i n gw e a ka n c i e mt r e e sa p p l i e db yv a r i o u sl o c a t i o n si sn o ta l lv e r yi d e a l f o 咖2 0 0 4 ， s e v e m lb i gp a r k si nb e 巧i n gh a v eb e g l l nt o 印p l yt h et e c l l l l o l o g yo f p e r f b r a t es m m n gr c s 州n g w h i c hd e v e l o p e dt h r o u 曲o u rc o o p e r a t i o n 谢t hj i l i ns e 衄a oc o m p a n yt h em e m o dh a s a t t r a c t e de x t e n s i v ea t t e 鲥o na se a r l ya sb e i n ga d o p t e d b ym e a n so fi n v e s d g a t i n gv a r i o u sl o c 砒i n gc o n d i t i o n so f w e a ka i l c i e n tt r c e si nl 姐d s c 印e g a r d e n si nb e 巧i n g ，t 1 1 et h e s i sc o n l e st o t h ec o n d i t i o nt h a t 协ep r e n l a t u r es e 】1 i l i t ) ro fa 1 1 c i e n t t r e e sc o n s i s t e d w i t h 也e 掣o 、 ，hr e s i s t a n c ea n d p h y s i o l o g i c a lf h n c t i o nd i s o r d e ro fr o o t ，a tt h e s 锄et i m e ，t h es t u d ya b o u tt h ep h y s i o l o g i ci n d e xo fn l e 锄c i e n t 仃e e si nm er e e 胁r i n gp r a c t i c e ， a n dt h ea n a l y s i sa b o u tt h ep e r f b r a t e 蚰l m n g se 丘b c t so nr e s t o f i n ga r ea l lc o n d u c t e d f i r s t l y ，t h ep h y s i c a l c h e i n i c a lc h a r a c t e r so fs o i l i nt h e1 0 c a t i o no fa n c i e n tt r e e s 删 m e a s u r e d ，a n dd r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tt h ed e t e r i o r a t i o no fs o i lc o n d i t i o nm a d ea 1 1i m p a c to n 也en o m l a lg r o w 【ha n dp h y s i 0 1 0 9 i c a lf 妇c t i o no ft h ea n c i e m1 r e e s r o o t s ，砌c hi nt 啪c a u s e t h ep r e m a t u r es e n i l i t ) ro f a n c i e n t 仃e e s s e c o r l d l y ，执e a m e l i o r a t i v es i t u a t i o no ft h ep h y s i c a k 血e m i c a lc h a r a c t e rs u c ha s v e 而l a t i o n ，a i l dm o i s t l l r eo fs o i la r o u n dt h eh o l ew a sd i s c u s s e da n e r 印p l y i n gp e r f o r a t e s t u 丘m gr e s t o r i n gm e t h o d f i n a l l y ，c o l p a r e dt l l er o o t s g f o w t l lc o n d i t i o na i l dt h eb r a l l c h e s g m w t l lq u a m 时o fm e a n c i e n tt r e e sb e i n gr e s t o r e db e f o r ea n dm e r t h er e s t o 血gp r o c e s s 谢t ht l l o s en o tb e i n g r e s t o r e d ，m u se l u a t e dt h ee 矗e c to f r e s t o r i n gs y n t h e d c a l l y b a s e do nt h er e s u l t so ft h cs t u d y ，b r o u g h tf o r w a r ds o m em e n d i n g s u g g e s t i o n sa b o u tt h e p e r f b r a t es t u m n gr e s t o r em e m o d ，a n ds u g g e s t e dt o c u l t u r el a w na 1 1 dp r o v i d ew a t e ra n d f e r t i l i z c rs o u n d l yw h e nf o s t e r i n ga n dc o n s e r v i n ga 1 1 c i e n tt r e e s k e y w o r d s ：a n c i e m 拓e e s ；p r e m a t u r es e 芏l i l i t y ；p e r f o r a t es t u 伍n g ； a n c i e mt r e e s r o o t s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：王螋 日期：2 堡垒兰目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保 存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：燃 指导教师签名： 日 期：喇日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 第一章、引言 1 。1 古树生长自然环境及现状 北京位于北纬3 9 。5 4 7 2 7 ”，东经1 1 6 。2 3 1 7 ”，处于华北大平原的西北端。四 季明显，是标准的温带大陆性季风气候，春季干旱少雨多风，夏季炎热多雨，秋季冷暖 适宜，冬季干燥寒冷。温度适宜于一般的林木和北方果树生长。土壤主要有山地草甸土、 山地棕色森林土、山地褐土、褐土、草甸褐土、浅色草甸土6 种类型。植物区系绝大多 数属于北极植物区的中国一日本植物亚区【”。北京地区的植物资源相当丰富，加之适宜 的气候、土壤等条件，为林木的生长创造了良好的条件。 北京主要树种有；侧柏、国槐、圆柏、自皮松、油松及银杏。这些树种的习性多为： 喜光，耐荫，喜温暖湿润气候，亦耐多湿，耐旱，喜排水良好而湿润的土壤，对土壤的 要求不严，在中性，酸性及石灰性土壤上均能生长，属抗盐性强的树种，寿命极长，一 般为数百年，多则可达千年【2 j 。【见附表1 近年来，青壮年古树死权、死项、新稍短、失绿、多年生叶大面积脱落、多果等植 株衰老现象 参看附表，古树弱势现象图片a i 日趋严重。据不完全统计每年都有干分 之三的古树死亡，京城古树数量总体呈递减趋势。 1 2 根系功能与古树早衰 1 2 1 根系功能及其生长 根对固着树干、以及从土壤中吸收水分和矿物质都具有重要的意义，根系能合成 2 0 多种氨基酸、三磷酸腺苷、磷脂、核苷酸、核蛋白以及激素( 如：激动素等) 等多种 物质f 2 。树木的根由多年生根和许多小的寿命较短的支根组成。根的分布在范围上的变 化很重要，根系能够深入穿透和产生分支的树木，比根系受到限制的树木能更多的从土 壤中吸收水分和矿物质。 根系真正能吸收水分和无机盐类的只是根尖部分的根毛区。须根的尖端外为根冠， 根冠内包有带生长锥的根尖。木本植物的根靠根毛的发育增加吸收表面积，可使根的表 面积增加1 8 倍。这些高度液泡化且壁薄的根毛寿命长短不同，多数仅生活几个小时、 几天、几周，并因栓化和木化等次生加厚的变化而消失，老根毛死去时新生根毛有规律 的在伸长着的根的生长点后形成，因此根毛带是移动的。根的效率取决于与土壤接触的 表面积以及表面的透性，显然具有许多小分支的根系比有大而分支稀疏的根系效率更 高。根毛在根表面成管状向外生长，它对提高根系攫取营养的能力至关重要，根毛通过 最大限度地增加根系表面积增加根系的吸收能力，同时扩大了根周围营养衰竭区，根系 表面根毛的密度和长度对一系列环境因子高度敏感，这些环境因子包括特定的营养供应【3 】。 根系本身具有向肥性和向水性，因此根系的伸展方向总是向着养分和水分丰富的小 斑块 3 8 1 。当这个小斑块的养分或水分被吸收完后，树木的细根则调整其伸展方向，向另 一个养分丰富的小斑块伸展1 3 引，原方向上的细根则衰老。 根系的生长都具有向地性，但是向地下生长的根，会因土壤结构、水分和营养物质 供应状况的不同而改变其生长模式。根的生长能受水分、温度和营养物质的刺激而产生 影响。初生根和侧根遇到附近的障碍时，能绕过这些机械障碍，再按原来的方向继续生 长。在质地适中的土壤中，多数根系集中分布在土表以下9 0 c m 范围内，在开阔地侧根 的生长范围可达到树冠的2 3 倍，但是大部分的吸收根，则仍在树冠外围的圆周内【4 】。 1 2 2 根系与地上部分的相关 根系能合成许多促进枝条生长的物质。根系生命活动所需的营养物质和某些特殊物 质，主要是由地上叶子进行光合作用所制造的。根系与地上部分的相关表现在以下三方 面：1 地上部分与根系的动态平衡，树的冠幅与根系的分布范围有密切的关系，在青壮 龄期，一般根的水平分布都超过冠幅，而根的深度小于树高，树冠和根系在生长量上常 维持一定的比例，根冠比例大者根系的活性强；2 枝、根的对应，地上部分的大骨干枝 与地下部分大骨干根有局部对应关系，即在树冠同一方向如果地上部分枝叶量多，则相 对应的根也多，“那边枝叶旺，那边根就壮”；3 地上部分与根系生长节奏交替，地上部 分与根系间存在着对养分的相互供应和竞争关系，比如，当新稍旺盛生长时，根生长缓 慢，当新稍渐趋停止时，根的生长则趋于高峰，当果实生长加快，根生长变缓等【2 】。 1 2 3 树木的衰老趋势及特征 树木自播种发芽或经营养繁殖成活后，以根颈、根茎为中心，根和茎均以离心的方 式进行生长。树木因受到遗传性和树体生理以及所处的土壤条件等的影响，其离心生长 是有限的，也就是根系及树冠只能到达一定的大小和范围。另外，树木也不会永远保持 幼龄状态，而是通过不同的发育阶段逐渐成熟和衰老。 树木衰老特征：树木的代谢失调、营养和生殖组织的生长逐渐减少、顶端优势消失、 枯枝增加、光合作用组织对非光合作用组织比例减少、愈伤缓慢、心材形成、容易感染 某些病虫害和易受到不良环境条件损伤【5 o 枝干的生长，枝干的年生长量到达最高生长速率后，就开始渐渐降低。幼树的枝条 生长，相对比衰老的树要大一些，枝条伸长的时间也比衰老的树持久些。形成层的生长， 随着树木的衰老，形成层的生长开始下降，每年木质部的年轮以4 5 变窄i 引。 树木树冠、茎和根系相对比例，在老树中，最大的干重是主干，其次是树冠和根系。 幼树中，根系几乎占总干重的一半，而老树中根所占的比例降低很多，尤其是树叶所占 的比例降低的速率更快。 心材的形成，幼树的木材全部都是由边材组成的，边材是输送水分和矿物质的主要 通道，相反，死亡的心材在生理上是没有作用的 ”。 容易感染某些病虫害，当树木变老时它们的生理活性减退，受某些昆虫侵袭的敏感 性增强，容易受到一些昆虫的广泛侵袭，树木生理活性的减弱，还使树木对专性寄生生 物的敏感性增加，对兼性寄生物的敏感性降低，对某些病原菌的感染可能性增加【5 1 。 2 1 2 4 根系情况与古树生长弱势 古树根系的生长发育和生理功能受到影响时，势必影响到根系对水分、矿质元素的 吸收，进而造成古树生长衰弱。 根系在恶劣的立地环境下，感病性逐渐增加，抗病能力逐渐降低，易受到真菌、病 毒的感染，而引起根病。根病首先减少水分和矿质元素的吸收，减少水分的吸收随即引 起叶片气孔关闭，然后降低碳水化合物的合成和运输，缩减了生长调节激素的供应，这 一系列的反应最后就进一步降低根系生长和有关的生理活动。 随着树木的生长，树体的增大，输送水分和营养物质的管道也越来越长，使得顶生 枝的生长减弱，下层分枝生长增强，这时多数的营养物质都集中供应低层枝条，树冠上 各部得到的营养物质越来越少，当根系的吸收功能受到影响时，树冠获得的营养物质会 更少，必然加速古树的死顶；水分输送出现障碍时，树体随即给枝干发出信号，为降低 蒸腾的表面积，多年生的叶片会大面积的脱落，新生叶片的叶面积也会比较小。 矿质元素缺失最重要的影响是减缓生长，但是最明显的常常是因叶绿素合成受到干 扰，减少合成量而导致缺绿病( 叶片失绿) ，大多数的缺绿病与缺氮联系在一起，但也 可因缺铁、锰、镁、钾和其他元素而引起，造成缺绿病的多种因素表明这是由于代谢作 用的一般失调，以及某些元素缺乏产生的特殊影响口j 。另外，对濒危早衰古树体内的矿 质元素进行大量的取样分析表明：古树的衰老致濒与古树体内的矿质元素有关，各种营 养元素又是有一定的比例平衡关系的，不同的古树又不同的比例，古树的衰弱与元素的 比例失衡有显著的关系m 。 1 3 影响根系生长和生理功能的因素 1 3 1 土壤紧实 土壤紧实直接或间接的影响根系的生长。土壤越紧实，根系就越难以生长，根系的 生长量就越少。一般来说，当容重达1 5 0 9 c m - 3 时，植物根系难以伸入，而达到1 6 0 1 7 0g c m ，已是根系穿插的临界点，有的粘土容重甚至在1 5 5g c m _ 3 时任何植物的根 系就无法穿入【4 0 。紧实土壤中根系生长速度减慢，同时根的形态也发生改变，变短变粗 p 引。通常认为，在紧实的土壤中，根生长及伸长速度减慢，是机械阻力使分生组织细胞 分裂速度减慢，而且细胞长度缩短【4 1 ，也有人认为土壤机械阻力引发根部产生激素，调 节根部伸长的速度【4 ”。 紧实土壤中微生物多样性程度较低、生物的生物量减少、微生物群体结构发生变化 p ”、植物细根数量减少，菌根和菌丝的存在和微生物的有益活动受抑制，从而影响了养分 循环的速率，造成土壤有效水分和养分供应能力减弱【4 吼，既减少了可吸收水分和矿物质 营养的根表面积( 主要是根毛) ，又减少了对空气中n 的固定，造成n 素缺乏，使园林 树木生长普遍较差，一些树木树势衰弱，甚至枯死 “。 1 3 2 土壤通气性 土壤通气性对根系生长的影响很大。通气良好的壤根系密度大、分支多、须根量 大，通气性不良的土壤发根少、生长慢或停止。 土壤气体和大气间的气体交换受阻时，土层中气态0 。逐渐消耗、大量的c 0 2 聚集， 导致土壤中c o 。浓度过高，o ：浓度过低，树木根系缺氧进行厌氧呼吸生成乳酸和醇类， 最终导致根系生长停止，降低对水分和养分的吸收，形成对植物有毒的无机化合物，使 耗能的离子运输受阻，根系的透水性下降，溶液质流紊乱，进而导致树木的死亡 3 3 。土 壤中的c o 。积累过高时，还会对根系的呼吸作用和吸收的机能产生不利的影响，使根系 不能扩展，缺少根毛，甚至窒息死亡。当土壤中的氧气含量达到1 0 时，大多数植物根 系的正常机能开始衰退，下降到2 时，植物根只能维持生存【7 】。受到氧气短缺影响的 根系，生长缓慢，伸长速率降低，同时水分和养分从土壤向木质部组织转移的速率也下 降【8 1 。另外，在通气不良的条件下，有些土壤矿质元素会转变成有害的离子，使根受害。 1 3 3 土壤湿度 水分是植物体重要组成部分。植物所需要的水分，主要来自土壤，而土壤水主要来 自大气降水和人工补水，水分贮存在土壤孔隙里，其中有效水随毛管力作用，在毛管孔 隙内上下运动。 土壤湿度与根系生长有着密切的关系。土壤含水量达到最大持水量的6 0 8 0 时， 一般为1 7 3 2 2 3 2 1 ，最适宜于根系的生长，低于1 1 4 4 则生长不良吼土壤过干 易促使根木栓化和发生自疏，易造成细根衰老，导致细根的死亡增加【1 0 】；过湿能抑制根 的呼吸作用，造成根系的生长停止或者发生根系的腐烂死亡。 土壤水分轻度胁迫，诱导根系下扎，下层根量、根长、根密度等所占比例明显增加， 锥体随深度衰减缓慢；在土壤水分严重度胁迫下，根量、根长、根密度显著降低，根系 所达深度浅，锥体容积小i l ”，根分枝及根毛明显减少，老根呈暗褐色。 1 3 4 营养物质 在一般情况下，养分状况不致于使根系处于完全不生长的程度，所以土壤的营养一 般不成为限制因素，但是能影响根系的质量，如：发根程度、细根密度和生长时间的长短。 营养和根系发育间的相互作用性具有两方面的含义，一方面，营养可以调控根系的 形态建成；另一方面，根系的发育状况决定了植物的营养效率和整个群落生态系统中营 养的消减，进而影响群落生物量的大小f 3 1 。根系具有趋肥性，当土壤养分分布不均匀时 根系会趋向养分密集的地方。根系在发育上具有营养可塑性，主要作用是能够使植物克 服生活史中不利生境对其生长发育的抑制，开拓必需资源所需的环境 1 2 ”】。 有机肥有利于树木产生吸收根，适当的施有机肥对根的生长有好处。树木需要合理 施肥，但施肥不可能替代土壤与植物矿物质之间的自然交换古树的自然交换能力较弱， 只有当立地土壤环境改善后，根系活性得以恢复，加速微生物的活动，促进有机质的分解 才能使根系得以吸收利用 1 3 5 根系竞争 根系间的竞争包括植株个体自身根系的竞争以及个体与个体根系间( 同种或异种) 的竞争。种间竞争是指两种或两种以上的物种对资源的竞争【h 】。，这种竞争会影响物种 当前的分布状况、群落的大小和结构以及物种的生长速率。根系竞争能力的差异会影响 植物对土壤资源的利用，从而决定它们在群落里的延续性和丰富度。竞争能力取决于环 境，又与植物某些特征有关。 木本植物比草本植物更具有竞争的优势，而草本植物对木本植物的竞争影响主要发 生在地下，所以这种竞争效应很难直接的观察出来，由于草本植物具有良好的根系形态， 使其对水分和氮的竞争更为有利。植物根系的分布决定了土壤的水分和矿质元素吸收的 位置，而草本和木本的差异最明显，草本多数是浅根系植物，而木本主要是深根系。尽 管深根系对吸收某些养分有利，但是它们比浅根系和须根系更易丧失根生物量和对养分 的吸收。在草本和木本的复合系统中，草皮可以抑制木本植物侧根的生长【l ”。 植物根系主要竞争水分以及至少2 0 种矿质元素等壤资源。由于资源在空间上分 布位置各异，不同的资源利用方式使植物呈现出不同的小生境类型或地理分布状况。同 时资源在时间上的分布也有差别，所以不同资源利用方式在植物间又表现出时间上的差 异【1 5 】。 1 4 研究动态及相关措施 八十年代中期，我国各园林部门根据建设部的要求，对所属区域进行名木古树普查， 并在1 9 9 4 年开展第二次的复查工作；北京市园林科研所于1 9 7 9 1 9 8 4 年进行了“北京 市内公园古松柏生长弱势原因及复壮措箍的研究”；1 9 8 7 1 9 9 0 年又调查了北方如：北 京、天水、泰山、黄陵、太原及沈阳等九省市共儿0 0 0 余株古树的生态环境，侧重对主 要树种的立地土壤和枝叶做了深入的研究，同时首次研究了古树营养元素的输导速度和 气象因素之间的关系：1 9 9 5 1 9 9 7 年又对北京地区古树生长弱势与矿质元素关系进行研 究，建立了古树营养区系标准；在此期间，沈阳及泰安等地开展了古树弱势原因及古树 物候的观察，探寻古树养护复壮的最佳措施：上海对古树弱势原因进行了研究并对弱势 古树养护复壮；广州市园林局于1 9 9 1 年，针对古树弱势、死亡原因和立地条件。采取 改善立地条件及引气生根入土等复壮措施；太原晋祠风景名胜区管理局于1 9 9 5 年，通 过更换透气膨化砖，设置复壮沟等措施对古侧柏进行复壮【1 6 、1 7 、1 8 、1 9 6 2 0 1 。 在国外，日本研究出树木强化器，埋于树下完成树木的土壤通气、灌水及供肥等工 作；美国研究出肥料气钉，解决古树表层土供肥的问题：德国在土壤中采用埋管、埋陶 粒和气筒打气等方法解决通气问题，用土钻打孔灌液态肥，用修补和支撑等外科手术保 护古树；英国探讨了土壤坚实、空气污染等因素对古树生长的影响1 2 ”。 1 5 本论文研究内容、目的与意义 古树是我国宝贵物产资源和重要历史文物的一部分，古树精巧生动的年轮结构像一 面历史的明镜，给人们展现着它所经历的那些漫长岁月的气候、水文、地质、地理、生 物、生态等的变化情况和人类活动的史实，同时古树本身既是植被演变的实证，又是储 存无比珍贵物种资源的基因库，对研究树木生态学、植物进化和变异都具有很高的价值。 据建设部初步统计，我国百年以上的古树二十余万株，大部分分布在城区、城郊及 e 风景名胜地。北京是古树之城，其古树以悠久的历史和磅礴雍容、奇绝苍健的形态闻名 于世。北京天坛公园、故宫、北海、景山、香山等皇家园林和古老寺庙庭院中，存在有 大量的古树，是京城中悠久历史的象征。据北京市园林局统计，目前全市百年以上的古 树名木共有4 0 8 1 6 株，城区古树占一半以上，年龄在1 0 0 至3 0 0 年的二级古树占8 5 。 但近年来，每年都有千分之三的古树死亡，京城古树数量总体呈递减趋势。 在调查和分析古树早衰死亡的原因时，发现古树生长弱势情况与其立地环境对根系 的影响存在密切的相关性。因此迫切需要着手从古树的立地环境对植株根系的生长发 育、根系生理功能等方面的影响做深入的探讨，力求了解生长弱势情况与立地环境之间 的关系。 针对改善根系生长环境，恢复根系活力这一目的，与吉林森茂绿化发展公司合作， 研制出钻孔填料的复壮方法，并从2 0 0 4 年初开始，相继在北京中山公园、颐和园、景 山公园、天坛公园，使用此法对弱势古树实旋复壮工程。本论文在探求古树生长弱势情 况与立地环境对根系的影响存在的相关性的同时，对复壮工程效果进行综合分析。 第二章、实验部分 2 1 古树立地土壤理化性质的测定 2 1 1 实验设计 从2 0 0 4 年6 月1 3 日到2 0 0 4 年6 月2 0 日，我们对北京中山公园、颐和园、景山公 园内裸地、硬覆盖下和草地间三种生境下，2 4 棵国家重点保护古树( 其中一级8 棵、二 级1 6 棵) 的立地土壤理化性质进行测定。 2 1 2 实验仪器、试剂及测定装置示意图 仪器：s a 一2 1 0 0 e 1 型蒸馏水器、f t 一1 1 0 型手持式工程钻、l x 一1 a 型5 c m 螺旋取土 钻、p h 计、t g 3 2 8 b 分析天平、1 0 l l 型干燥箱、土壤空气取样管( 图1 ) 、百里 酚酞检气管【4 6 1 ( 图2 ) 、氧气分析器( 图3 ) 等 图1 土壤空气取样管 图2 汉普仪图3 百里酚酞检气管 试剂：实验所使用的多种化学试剂均为分析纯 2 1 3 测定方法 ( 1 ) 土壤气体中魄、c o 。的测定 0 ，的测定：使用汉普仪，用铜氨溶液吸收法进行测定。用土壤空气取样管抽取一定 量的样品气样和吸收液接触，在吸收瓶中氧气经反应后被吸收，根据样品气样体积的减 少测定氧气的含量； 7 c 0 2 的测定：野外现场测定选用百里酚酞检气管比长度法，用土壤空气取样管抽取 一定量的样品气样进入比色管，活性氧化铝吸附百里酚酞稀碱溶液呈蓝色，遇二氧化碳 退色，根据变色长度定量样品气样中的二氧化碳含量，实验室测定选用不分光红外气体 分析法。 ( 2 ) 其他土壤理化性质测定 土壤含水量、土壤容重、土壤有机质含量等的测定均采用标准方法 2 2 复壮措施对土壤透气性的改善 2 2 1 实验设计 实验分野外行道树实测和实验室模拟两部分。 野外行道树实测部分从2 0 0 4 年4 月2 9 日开始，到2 0 0 4 年5 月8 日结束，分别在 东北师范大学地理楼西侧人行道、东北师范大学环科楼前草坪、长春市人民大街东北师 范大学西门和人民大街与文昌路交汇处( 对照) 设置了3 个实验点布点情况见图4 图6 ， 测定距离行道树不同远近土壤各层的c o ：浓度，特别是实施复壮树木周围c o 。的浓度梯 度。 实验室模拟部分从2 0 0 4 年5 月1 9 日开始，到2 0 0 4 年5 月2 2 日结束，室内设置了 孔径分别为1 0 5 c m 和1 5 5 c m ，长1 5 0 c m 的两个硬塑料管作为c o 。扩散管，将其下端密 封，直立固定。实验开始时，从底部通入一定浓度( 4 5 ) 的c 0 。，测定在静态条件 下，管中c 0 。的浓度变化，进而研究管中c 0 2 的扩散平衡。 2 2 2 采样与分析 野外行道树实测，每天上午8 ：3 0 一1 1 ：o o 采样测定一次，每次用5 m l 注射器通过 不锈钢采样管抽取5 m l 气体，送回实验室，对进行分析仪分析测定。 实验室模拟部分，在扩散管通入浓度为4 5 的c o 。后的前6 小时内每小时测定 一次，以后每2 小时测定一次，1 2 小时后，每4 小时测定一次。采样时，用1 m l 注射 器穿透胶塞，在扩散管中心抽取1 m l 气体，用分析仪分析测定c 0 ：浓度。 2 2 3 采样布点 ，十1 j 4 m 、!l 谪 霪 蚶。一一j f j “! tt 二- 名 l 一一7 7 ， i 、 一。，_ 图4 环科楼布点示意图 8 图5 地理楼布点示意图 图6 人民大街布点示意图 2 3 复壮措施 2 3 1 作业区的选取 北京中山公园北部儿童游乐园附近古柏，北京颐和园长廊南侧昆明湖畔古柏，景山 公园煤山古柏、古白皮松。 2 3 2 旌工步骤 ( 1 ) 根据树木的生长势、树龄、衰弱程度、以及立地条件等综合因素确定地面打孔 数量( 一般情况下是4 6 个) 和位置； ( 2 ) 用活力机钻一深1 5 0 c m ，直径1 2 c m 的直向或斜向孔道： ( 3 ) 将高密度营养棒( 直径为7 5 c m ) 填充入孑l 道至四分之三的位置； ( 4 ) 连续两次向孔道内灌水，每次以灌满为止，两次灌水间隔时间约为3 0 分钟： ( 5 ) 加铺树脂透气盖或新型透气砖。 9 2 4 实施复壮后的评价指标测定 2 4 1 树木生理指标的选择 地上部分：枝生长量 地下部分：单位土壤根尖的数量、根系的生长密度 2 4 2 实验仪器及试剂 仪器：电子天平( 感重0 0 1 9 ) 、显微镜、玻璃盘、刻度尺等 试剂。实验所使用的多种化学试剂均为分析纯 2 4 3 样品的采集与测定 样品的采集； 随机选取北京颐和园长廊附近昆明湖畔实施复壮古柏4 株，将每株古柏周围4 个孔 道透气砖去除，然后用环刀将孔道内根系连同填料一并取出，然后用清水浸泡，待测。 样品的测定： ( 1 ) 古侧柏枝生长量用刻度尺量取； ( 2 ) 叶面积测量，将框格( 1 m m 1 m m ) 置于叶片上，数每片叶所占框格个数n ，从 而计算叶面积= n 1 肋n 2 ： ( 3 ) 单位土壤根尖的数量1 3 6 l ，把洗净的根系放于平盘里，其中保持浅水层，根系排 列，不使其重叠，然后用立体显微镜计算活根尖数量，活根尖是饱满的，白色至浅褐色； ( 4 ) 根系的生长密度【3 6 】，将框格( 1 c m 1 c m ) 放于透明玻璃平盘的底部，然后，把洗 净的根系放于盛有浅水的盘里，把根系随意放置于框格上，不使其彼此藿叠，对于较长 的侧枝，可以切成较短的小段，然后，计算根系与框格的垂直线和水平线的交叉点，利 用下列的方程式计算求出根长，进而得到根系的生长密度： 根长( r ) = 1 1 1 4 x 交叉点数( n ) 框格( 单位长度) 根系的生长密度= 根长根系所在土壤的体积 第三章、结果分析 3 1 不同立地条件下古树早衰原因分析 3 1 1 裸地下古树 裸地土壤由于长期的人为踩踏和机械碾压，形成“上实下虚”结构，表l 所示， 1 0 。3 0 处的表层土壤紧实问题尤为严重，紧实度大的表层土在土体表面形成硬壳，这层 硬壳不仅成为土壤与外界进行气体交换的屏障，还使天然降水或人工补水在地表形成径 流，而无法下渗给土壤补水。 表1 裸地下古树立地条件分析 土层食水 容重总孔速效速效速效土壤空土囊空 量骧度氨肆 钾 气中氇含气中慨 ( m ) ( )( g ，m 3 ) ( )( p p m )( p p m )( p p m ) 量( )含量( ) 正需 1 7 3 复 壮一年古侧柏 弱势古侧柏，复壮二年古侧柏枝生长量甚至略大于长势正常古侧柏，很 明显可以看出复壮效果。 图1 32 0 0 4 2 0 0 5 年古树枝生长量比对( 单位：厘米) 图1 42 0 0 4 2