‘油榛’林下套種多花黃精對細根分布的影響

彭小博，劉躍鈞，葛永金，謝建秋，何小勇，袁德義

( 1. 中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2. 浙江省麗水市林業(yè)科學研究院，浙江 麗水 323000)

‘油榛’林下套種多花黃精對細根分布的影響

彭小博1，劉躍鈞2，葛永金2，謝建秋2，何小勇2，袁德義1

( 1. 中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2. 浙江省麗水市林業(yè)科學研究院，浙江 麗水 323000)

試驗地設在浙江慶元縣‘油榛’（Castanea henryi cv. youzhen）林，2013年9月套種多花黃精（Polygonatum cyrtonema），2015年11月，采用分層抽樣方法通過環(huán)刀取樣進行細根的采樣及測定，以不套種為對照（清耕）。結果顯示，復合系統(tǒng)下‘油榛’細根根長的垂直分布重心深度為0.26 m，比清耕模式下（0.32 m）上移了0.06 m；復合系統(tǒng)下細根根長的水平分布重心為距樹干基部1.54 m，比清耕模式下（1.06 m）向樹干基部遠離了0.48 m。試驗結果表明，在‘油榛’林下套種多花黃精，‘油榛’細根的量和分布均受到一定程度的正影響，但是細根的吸水效率有所降低。

‘油榛’；多花黃精；細根；農(nóng)林復合系統(tǒng)；細根分布

浙江省‘油榛’（Castanea henryi cv.‘youzhen’）產(chǎn)地主要為慶元、龍泉、蘭溪、縉云、仙居等縣(市)，其中慶元縣是浙江省‘油榛’主產(chǎn)區(qū)，人工栽培歷史200多年[1～2]。多花黃精（Polygonatum cyrtonema）分布浙江等地，是藥食同源的多年生草本植物，為中國傳統(tǒng)大宗藥材，具有補氣養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎等功效，是工廠化生產(chǎn)藥品、保健品等的原料，市場需求量日漸增長[3]。西南山地、丘陵地區(qū)在坡地用矮化喬木間種農(nóng)作物，能有效地防止水土流失和提高土壤肥力，取得了良好的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益[4]。同時許多研究發(fā)現(xiàn)，在溫帶地區(qū)，林?作對土壤有效水分的競爭，導致林?作產(chǎn)量下降，隨著土壤水分虧缺，林?作間的競爭會逐漸激烈[5～7]。細根的分布通過影響樹木地下營養(yǎng)空間的大小和對土壤水分、養(yǎng)分的吸收，直接影響樹木地上部分的生長。植物細根（直徑小于2 mm的根）的水平和垂直分布范圍代表著植物吸收營養(yǎng)能力的大小，也決定著細根對地下資源(水肥)的利用效果[8]。林-作復合經(jīng)營地下競爭是否激烈，對產(chǎn)量影響巨大。因此，研究‘油榛’林下間作多花黃精對‘油榛’細根分布的影響，以期為復合系統(tǒng)物種的合理配置提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在浙江省慶元縣余村村，27°25′～27°51′ N，118°50′～119°30′ E。屬亞熱帶季風區(qū)，溫暖濕潤，四季分明，年平均氣溫17.4℃，年降水量1 760 mm，年無霜期245 d。試驗地‘油榛’林于2004年建園栽植，土壤為黃壤。株行距4 m×4 m；2013年9月，在‘油榛’林下的水平帶上套種多花黃精（塊莖種植），水平帶狀整地，帶寬1.5～2.0 m，深挖15～20 cm，帶內(nèi)株行距30 cm×30 cm，根據(jù)地形開好排水溝。兩條種植帶之間必須有一條50 cm寬的生態(tài)維護帶不整地，原來就建有水平帶的林地，帶外則30 cm的范圍內(nèi)不整地，以減少水土流失。基肥埋于土壤20 cm處，在‘油榛’清耕處也做相同處理。

1.2 研究方法

1.2.1 細根的采樣及測定 為研究‘油榛’復合系統(tǒng)模式和‘油榛’清耕模式下細根（直徑小于2 mm的根）分布特征，2015年11月進行取樣。采用分層抽樣的根系調(diào)查方法，分別在梯田田面的中間部位選取3株平均木，樣木樹形為自然開心行，平均高度3.2 ±0.3 m，平均地徑13.8±0.3 cm，平均冠幅4.0 m×4.0 m，生長良好無病害。

以樣木樹干基部為中心，在平行行間方向，對稱選擇2個區(qū)域，每個區(qū)域水平徑向2.0 m，以距樹干基部分0～0.5 m，0.5～1.0 m，1.0～1.5 m，1.5～2.0 m四個點，取樣深度為0.6 m，每0.1 m為1層，分6個層面，共24個取樣點。環(huán)刀直徑×高為50.46 mm×50 mm，容積100 cm3。

1.2.2 細根處理 將所取帶根土團編號后裝入孔徑為0.5 mm的網(wǎng)袋中，放入標簽，帶回。放入池水中浸泡24 h后，用清水沖刷掉袋內(nèi)的泥土；再把根樣從網(wǎng)袋中取出，放入盆中，加適量的蒸餾水，去除雜質和死根(根據(jù)顏色、外形、彈性等區(qū)別死根和活根)，揀出細根；并對復合系統(tǒng)中的‘油榛’細根和多花黃精細根(因多花黃精根系是黃白色肉質根，與‘油榛’細根為黃褐色很易區(qū)分)加以區(qū)分。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 將選好的細根用ESPON掃描儀獲取根系形態(tài)結構圖像，用Win Rhizo 根系分析系統(tǒng)分析其根長、表面積、平均直徑，最后將細根放入烘箱中于80℃烘至恒質量，測其干質量(精確到0.000 1 g)，采用公式（1）將細根根長數(shù)據(jù)轉變?yōu)槊芏戎礫9]。

式中：Xi為根長密度值，xi為根長，r為根鉆半徑（4.5 cm)，h為每次取樣土層厚度（10 cm），n，k分別為樣木總數(shù)和樣點總數(shù)。根據(jù)根系分布重心用公式（2）計算。

式中：WH為根系分布重心；計算垂直分布重心時，Di為每層鉆心的深度，Pi為每層根長占總根長的百分比；計算水平分布重心時，Di為每個水平徑向采樣范圍的中心位置到樹干基部的距離，Pi為每個水平徑向采樣范圍的根長占總根長的百分比。比根長為根長密度與生物量密度的比值。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 用Microsoft Excel軟件進行試驗數(shù)據(jù)的初步整理及圖表制作，試驗結果的統(tǒng)計分析用

SPSS16.0軟件處理。

2 結果與分析

2.1 ‘油榛’細根垂直分布規(guī)律

2.1.1 生物量密度和根長密度 由圖1可以看出，清耕和復合系統(tǒng)的生物量隨著土層向下，都是先增加后減少，清耕和復合系統(tǒng)生物量密度最高點分別在20～30 cm土層和10～20 cm土層。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，復合經(jīng)營的生物量遠大于清耕且差異性顯著（P＜0.05）。

圖1 ‘油榛’根系垂直分布特征Figure l Vertical distribution of root system of C. henryi cv.‘youzhen’

比較分析圖1可以看出，清耕與復合系統(tǒng)下根長密度峰值都出現(xiàn)在10～20 cm處，且都從10cm處開始，隨著土層向下而逐漸降低。清耕和復合系統(tǒng)在10～40 cm處土層中其根長分別占總量的64.54%和78.17%，差異達顯著水平（P＜0.05）。根據(jù)公式（2），復合系統(tǒng)下細根的垂直分布重心為深度0.26 m，小于清耕（0.32 m），差異達顯著水平（P＜0.05），表明復合系統(tǒng)根系上移。這可能是種植多花黃精后，土壤變疏松且含水量增加，使細根向上生長。

2.1.2 比根長 清耕的比根長在0～60 cm土層中隨土層向下呈先降低再升高的整體趨勢，復合系統(tǒng)比根長在0～60 cm基本上隨著土壤向下而逐漸降低的垂直變化規(guī)律。清耕最小比根長和最大比根長分別分布在20～30 cm和50～60 cm土層，清耕50～60 cm土層的根系生物量密度和根長密度都較低，所以相對而言比根長在各層次中是最大的，達到1 507.18 cm?g-1；而20～30 cm土層盡管生物量最大，但由于其根長密度也較大，因此比根長反而最小，僅為914.411 cm?g-1，占0～60 cm比根長的14.94%；復合系統(tǒng)最小比根長和最大比根長分別分布在50～60 cm和0～10 cm土層。清耕20～30 cm土層的細根比根長小，平均直徑大，說明該層次細根吸收一定的水分和養(yǎng)分需要更多的能量。

2.2 ‘油榛’細根水平分布規(guī)律

2.2.1 生物量密度和根長密度 清耕的生物量密度在0 ～ 0.5 m處最大，距離樹干中心越遠，細根的生物量密度逐漸變小。復合系統(tǒng)的生物量密度在0.5 ～ 1.0 m處最大，生物量密度并不隨距樹干中心越遠而呈逐漸減少的趨勢。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，距樹干中心位置0 ～ 0.5 m，0.5 ～ 1.0 m，1.0 ～ 1.5 m，1.5 ～ 2.0 m范圍內(nèi)的清耕細根生物量分別占其總量的37.40%，37.00%，17.93%，7.67%，復合系統(tǒng)細根生物量分別占其總量的30.03%，30.89%，20.73%，18.36%。

根據(jù)公式（2），復合系統(tǒng)細根的水平分布重心為1.542 m，大于清耕模式下的重心（1.067 m）。差異達顯著水平（P＜0.05）；復合系統(tǒng)各水平徑向分布的根長密度遠大于清耕且差異性顯著（P＜0.05）。由圖2可以看出，‘油榛’根系水平分布范圍可至2 m處，清耕的根長密度在0～0.5 m處最大，距離樹干中心越遠，細根的根長密度逐漸變小，復合系統(tǒng)的根長密度在0.5～1.0 m處最大，根長密度并不隨距樹干中心越遠而呈逐漸減少的趨勢。統(tǒng)計數(shù)據(jù)，距樹干中心位置越遠，清耕模式下的根長分別占根長總量的34.83%，30.75%，20.68%，13.75%，復合系統(tǒng)的根長分別占根長總量的26.91%，31.17%，25.77%，16.15%。可見復合系統(tǒng)促進了‘油榛’細根的水平伸展距離。

2.2.2 比根長 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，距樹干中心位置越遠，清耕的比根長分別占總量的19.79%，17.65%，24.50%，38.06%，復合系統(tǒng)的比根長分別占總量的21.26%，28.37%，29.50%，20.87%。由圖2可知，清耕中受生物量和根長共同作用的比根長，在1.5～2 m處最大，細根平均直徑在1.5～2 m處最小，其他差異不大，說明1.5～2 m處吸水效率較高。復合系統(tǒng)的生物量和根長兩個指標在不同水平距離間變化幅度與比根長的變化幅度都不大，說明所測細根吸收功能變?nèi)酰赡苁翘追N多花黃精后，土壤更疏松、水分含量增加后，細根根長密度大幅增加，單位面積的細根不需要過多吸收水分和養(yǎng)分。

圖2 ‘油榛’根系水平分布特征Figure 2 Horizontal distribution of root of Castanea henryi cv.‘youzhen’

3 結論與討論

清耕與復合系統(tǒng)都施同樣基肥。林下遮蔭環(huán)境下，多花黃精沒有額外澆水，剔除施肥對‘油榛’根系的影響。在清耕和復合系統(tǒng)下，‘油榛’細根分布隨土壤深度加深而減小，但是，復合系統(tǒng)下的‘油榛’細根有上移現(xiàn)象；套種多花黃精也影響到‘油榛’細根的水平分布，雖然兩種條件下‘油榛’細根均可延伸至2.0 m，但清耕7.67%的生物量（13.75%根長）分布在1.5～2.0 m，而復合系統(tǒng)卻有18.36%的生物量（16.15%的根長）。復合系統(tǒng)還從總量和效率上影響著細根的分布，套種多花黃精條件下的‘油榛’平均生物量和平均根長分別是相對應的清耕模式下的‘油榛’的3.84和3.14倍，但清耕模式下的‘油榛’的比根長是復合系統(tǒng)下比根長的1.22倍，復合系統(tǒng)雖然增加了生物量密度和根長密度，但降低了根系對水分和養(yǎng)分的利用效率。

分析顯示，清耕和復合系統(tǒng)條件下，細根分布存在一定差異，林木與作物互相影響，為獲得生長所需的營養(yǎng)，盡量從土壤中吸收，導致細根產(chǎn)生各種可塑性反應[10～15]。王來等[14]對核桃-小麥復合系統(tǒng)進行的研究表明，核桃根系的垂直分布呈負指數(shù)型分布，這點與本研究進行的錐栗-多花黃精復合系統(tǒng)中錐栗根系的垂直分布結果一致。并且指出如果沒有小麥的干擾，核桃根系有上移現(xiàn)象，但該研究主要是深根系的間作模式，而此次套種的為淺根系根狀莖的多花黃精，因此出現(xiàn)‘油榛’根系上移現(xiàn)象與王來等[13]對核桃-小麥的研究根系下移結果不一致。傳統(tǒng)林作對水分競爭激烈，‘油榛’與多花黃精的林作主要根系范圍錯開，競爭不激烈且多花黃精使土層土壤疏松，誘使‘油榛’細根大幅增加，促進了‘油榛’細根生長。這些研究均表明林木和間作物之間會產(chǎn)生影響，關鍵是正影響還是負影響。本研究結果顯示‘油榛’-多花黃精復合系統(tǒng)下‘油榛’細根的量和分布均受到一定程度的正影響，但是細根的吸水效率有所降低。

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Effect of Interplanting of Polygonatum cyrtonema in Castanea henryi cv. youzhen on Spatial Distribution of Fine Roots

PENG Xiao-bo1，LIU Yue-jun2，GE Yong-jin2，XIE Jian-qiu2，HE Xiao-yong2，YUAN De-yi1
（1. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China; 2. Lishui Forestry Institute of Zhejiang, Lishui 323000, China）

Experiments were conducted at Castanea henryi cv. youzhen stand in Qingyuan, Zhejiang province. Polygonatum cyrtonema was interplanted in September of 2013 at C. henryi cv. youzhen stand. Determinations on fine roots were implemented by stratified sampling in November of 2015, taking pure C. henryi cv. youzhen stand as control. The results showed that under interplanting condition, vertical distribution of fine roots of C. henryi cv. youzhen concentrated in depth of 0.26m, 0.06m upper than that of the control. Horizontal distribution of fine roots under interplanting model concentrated 1.54m away from the trunk, 0.48m farther than that of the control. The experiments resulted that interplanting had positive effect on quantity and distribution of fine root of C. henryi cv. youzhen, but negative one on water absorption of fine roots.

Castanea henryi cv. youzhen; Polygonatum cyrtonema; fine roots; inpterplantng; root distribution

S753.53+6

A

1001-3776（2016）06-0042-05

2016-02-19；

2016-09-29

彭小博（1996－），男，湖南邵陽人，從事錐栗及多花黃精研究。