油茶—川西小黃菊復合經營中根系分布特征研究

倪榮新，葛永金，洪小平，吳英俊，何小勇，劉躍鈞

（1. 浙江省麗水市林業(yè)技術推廣總站，浙江 麗水 323000；2. 浙江省麗水市林業(yè)科學研究院，浙江 麗水 323000；3. 浙江省龍泉市林業(yè)局，浙江 龍泉 323700；4. 浙江省遂昌縣林業(yè)局，浙江 遂昌 323300）

油茶—川西小黃菊復合經營中根系分布特征研究

倪榮新1，葛永金2，洪小平3，吳英俊4，何小勇2，劉躍鈞2

（1. 浙江省麗水市林業(yè)技術推廣總站，浙江 麗水 323000；2. 浙江省麗水市林業(yè)科學研究院，浙江 麗水 323000；3. 浙江省龍泉市林業(yè)局，浙江 龍泉 323700；4. 浙江省遂昌縣林業(yè)局，浙江 遂昌 323300）

2015年11月，在浙江省龍泉市油茶（Camellia oleifera）—川西小黃菊（Pyrethrum tatsienense）復合經營林地中，采用分層挖掘和環(huán)刀法取樣，使用Win Rhizo系統(tǒng)分析根系根長、體積，測定生物量，對復合經營根系空間分布特征進行研究。結果表明，復合系統(tǒng)中川西小黃菊地下根系密度、體積分布趨勢較為一致，在樹冠滴水線附近較小，根系各指標數值隨著距離增加而增大，在離滴水線30 cm左右達到最大值；在垂直方向隨著土層深度的增加而顯著減少（置信概率95%），根系絕大部分分布在0 ～ 20 cm的土層。油茶的根長密度、生物量和體積在樹冠滴水線附近占比分別為34.76%、28.27%和35.23%，隨著距離增大而減??；根長密度、生物量和體積在20 cm以下土層占比分別為82.27%，74.66%和89.39%。油茶單作條件下的根系根長密度、生物量和體積在水平分布上隨著距離增大而逐漸減少，但其相對值卻比復合系統(tǒng)大，其根系在0 ～ 20 cm的土層分布有所增加。復合系統(tǒng)根系在水平方向，在滴水線附近的重疊程度為0.76，垂直方向的> 20 ～ 40 cm土層中的重疊程度為0.69。

油茶；復合系統(tǒng)；根系；川西小黃菊

農林復合系統(tǒng)的樹木和作物之間競爭包括地上競爭和地下競爭，與地上部分相比，地下部分的競爭更大程度上決定復合經營各組分之間的關系[1]。植物根系中的細根承擔著吸收水分和礦質營養(yǎng)的生理功能，也決定植物群體間或個體間對土壤資源的競爭能力[2～3]。農林復合系統(tǒng)中，樹木和間種作物的根系在土壤空間分布及形態(tài)特征的變化, 反映了復合系統(tǒng)對資源利用的互補或競爭的程度[4]。浙江省麗水市現有油茶（Camellia oleifera）林面積6.9萬hm2，其中新造油茶林面積1.44萬hm2，大部分都種植在新墾造的土地上。這類立地由于表土被翻埋于地下，土壤結構被破壞，新翻上來的土壤瘠薄，易被雨水沖刷，導致嚴重的水土流失，尤其在臺風季節(jié)更為嚴重，造成了嚴重的生態(tài)破壞。近年來，在油茶生產過程中進行林農間作, 起到以耕代撫、以耕代管的作用，節(jié)省大量撫育和管護經費, 增加經濟收入, 發(fā)揮土地的綜合效益。目前，研究油茶作物復合系統(tǒng)方面的研究大多集中在復合系統(tǒng)的土壤養(yǎng)分[5～7]和林分生長[8～10]等方面，較少涉及到地下根系的空間分布特征。本研究選擇浙江省麗水市油茶—川西小黃菊（Pyrethrum pulchrum）復合經營系統(tǒng)的根系空間分布特征，以期為合理指導油茶—川西小黃菊復合經營提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地處于浙江省和福建省結合部的浙江省龍泉市，27° 25′ ～ 28° 57′ N，118° 41′ ～ 120° 26′ E，屬中亞熱帶季風氣候，中山、丘陵地貌，溫暖濕潤，年平均氣溫11.5 ～ 18.3℃，年平均降水量1 838.0 mm，年平均日照時數1 769.0 h，無霜期180 ～ 280 d。油茶新造林地為低丘緩坡開發(fā)地，磚紅壤，土層厚度為60 cm，東南、西北坡向，2011年裸根苗造林，株行距2 m×3 m，2015年11月，油茶平均高度（2.2±0.6）m，平均地徑（5.0± 0.6）cm，平均冠幅1.5 m×1.5 m。2014－2015年連續(xù)2 a在油茶林行間樹冠投影面積外的空間套種4行川西小黃菊，套種株行距為30 cm ×30 cm，調查時川西小黃菊平均高度為（65±7）cm，同時設置不間作樣地作為對照。

1.2 研究方法

2015年11月進行取樣。在試驗地隨機設置3塊667 m2的樣方，樣方內進行每株檢尺，測定冠幅、株高、地徑等指標，每個樣方以冠幅平均值為標準選擇3株樣株，以樹干基部為中心，在垂直行間方向，對稱挖掘2個剖面，深度為60 cm，以樹冠投影邊緣為0點，樹冠投影內為負，樹冠投影外為正，在－30、0，30、60 cm處用環(huán)刀在垂直方向0 ～ 20 cm、>20 ～ 40 cm、>40 ～ 60 cm分層取樣，編號后帶回實驗室。將帶根土團倒入80目網篩浸泡24 h，沖洗后分別揀出油茶和川西小黃菊根系，將選好的根系用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)分析油茶和川西小黃菊根系的長度、體積，之后將根系放入烘箱75℃至恒量，測量其生物量，并采用以下公式轉變?yōu)槊芏戎担?/p>

式中：X為根系各指標密度值，xi為實測值，v為環(huán)刀容積，n、k為樣地內樣本總數和樣點總數。

采用以下公式計算水平和垂直方向的根系重疊程度，以根長密度、根系生物量、根系體積的平均值作為復合系統(tǒng)根系重疊程度指標：

式中：C為根系重疊程度，X油茶為油茶根系各指標密度值，X川西小黃菊為川西小黃菊與之對應的根系指標密度值。

1.3 數據處理

采用Excel 2003進行數據分析和整理以及圖表制作。

2 結果與分析

2.1 復合系統(tǒng)川西小黃菊根系分布特征

由圖1可以看出，川西小黃菊地下根系單位體積的根長、體積水平分布趨勢較為一致，即在樹冠滴水線位置較小，隨著距離增加而增加，在離樹冠30 cm左右達到最大，分別為198.58 cm/dm和7.31 cm3/dm，在60 cm時有所下降，其原因可能在樹冠投影的滴水線位置，油茶與川西小黃菊根系交界面競爭所致。從根系生物量來看，隨著距離的變化，沒有明顯的變化，為0.62 ～ 0.84 g/dm－3，生物量之間沒有顯著差異。

由圖2可以看出，川西小黃菊根系分布在垂直方向趨勢相對水平方向更為明顯，隨著土層深度的增加，其分布隨之顯著減少，根系絕大部分分布在0 ～ 20 cm的土層，其中根長密度、根系體積、根系生物量占比達59.19%、73.91%和59.27%，在> 40 ～ 60 cm土層，3個指標的占比分別為7.56%、2.83%和3.43%。

2.2 復合系統(tǒng)油茶根系分布特征

圖3反映了復合系統(tǒng)中油茶根系的水平分布特征，可以看出，油茶根系在樹冠滴水線附近各指標均較大，根長密度、生物量和體積3個指標占比分別為34.76%、28.27%和35.23%，其基本規(guī)律呈現為離冠幅距離越大，其數值相對減少，所調查的油茶林為2011年造林，其根系生長尚處于擴張過程，另一個原因可能是外圍根系遭遇川西小黃菊根系的競爭。

圖4反映了復合系統(tǒng)中油茶根系的垂直分布特征，可以看出，油茶的根系基本分布在20 cm以下土層，根長密度、生物量和體積3個指標占比分別為82.27%、74.66和89.39%。與圖2相比較，可以明顯看出，油茶與川西小黃菊根系的垂直分布處于不同的競爭層次。

圖1 復合經營系統(tǒng)川西小黃菊根系水平分布特征Figure l Horizontal distribution of P. tatsienense roots in intercropping stand

圖2 復合經營系統(tǒng)川西小黃菊根系垂直分布特征Figure 2 Vertical distribution of P. tatsienense roots in intercropping stand

圖3 復合經營系統(tǒng)油茶根系水平分布特征Figure 3 Horizontal distribution of C. oleifera roots in intercropping stand

圖4 復合經營系統(tǒng)油茶根系垂直分布特征Figure 4 Horizontal distribution of C. oleifera roots in intercropping stand

2.3 單作條件下油茶根系分布特征

圖5 單作條件下油茶根系水平分布特征Figure 5 Horizontal distribution of P. tatsienense roots in pure stand

圖6 單作條件下油茶根系垂直分布特征Figure 6 Vertical distribution of P. tatsienense roots in pure stand

圖5和圖6反映了單作條件下油茶的根系分布特征，與復合經營相比，其水平分布的趨勢并沒有太大變化，即隨著距離增加，其數值逐漸減少，但其相對值卻比復合經營要大，其在0、30 cm處的根長密度比復合經營要高51.98%和133.54%，生物量則分別高39.70%和59.87%，但是根系體積則有所降低，分別比復合經營低13.76%和34.78%。

從根系垂直分布來看，由于沒有川西小黃菊根系的競爭，油茶根系在0 ～ 20 cm的土層分布有所增加，其根長密度、生物量、根系體積3個指標的占比分別為39.61%、26.79%和25.75%，相比復合經營的7.56%、3.43%和2.83%，占比有大幅上升，也反映出在復合系統(tǒng)中，油茶根系由于在0 ～ 20 cm土層遭遇川西小黃菊根系的競爭，為了避開這種競爭，油茶根系有向下生長的躲避行為。

一般認為，重疊程度越接近數值1，表示根系競爭越激烈。從表1可以看出，在水平方向，復合系統(tǒng)根系的重疊程度隨著距離油茶樹冠滴水線位置增大而減小，競爭最激烈部分在滴水線附近；而垂直方向，0 ～ 20 cm以川西小黃菊根系占主導，> 40 ～ 60 cm以油茶根系占主導，復合系統(tǒng)的根系競爭在> 20 ～ 40 cm的土層。整體來看，復合系統(tǒng)的根系重疊程度均較小。

表1 復合系統(tǒng)根系各指標重疊程度Table 1 Overlap of root index in intercropping stand

3 結論與討論

農林復合經營系統(tǒng)中，樹木和作物之間地上部分相互競爭，地下根系競爭則更為激烈，復合系統(tǒng)根系的分布特征，是整個系統(tǒng)資源利用互補性或競爭性判定的重要指標[11]。根系中細根的空間結構和分布特征更具有重要的意義，它們決定了復合系統(tǒng)中各方對水分、養(yǎng)分等資源的競爭強度及能力[3]。目前已有學者開展了胡桃（Juglans regia）等樹種與普通小麥（Triticum aestivum）、大豆（Glycine max）等作物復合系統(tǒng)根系分布特征的研究，結果與本研究基本一致。馬常明等[12]在研究單作與間作條件下胡桃根系分布特征時發(fā)現，在單作和間作條件下，胡桃根系整體上呈現隨土壤深度加深而減小的變化趨勢，間作模式下的核桃根系有一定的下移現象。本研究發(fā)現，油茶—川西小黃菊復合經營中，川西小黃菊的根系隨著土層深度的增加顯著減少，絕大部分根系分布在0 ～ 20 cm的土層中，根長密度、生物量和體積占60% ～ 70%，油茶根系基本分布在>40 ～ 60 cm土層，根長密度、生物量和體積占比高達82.27%、74.66%和89.39%。與油茶—川西小黃菊復合經營相比較，單作油茶根系的水平分布的趨勢并沒有太大變化，即隨著距離增加，各指標數值逐漸減少，但其相對值卻比復合經營要大，說明油茶根系遭遇到川西小黃菊根系的競爭，但競爭并不劇烈。從根系垂直分布來看，由于沒有川西小黃菊根系的競爭，油茶根系在0 ～ 20 cm的土層分布有所增加，其根長密度、生物量、根系體積的占比分別為39.61%、26.79%和25.75%，相比復合經營的7.56%、3.43%和2.83%，占比有大幅上升。這與王來等[13]在研究核桃與小麥復合系統(tǒng)的細根分布時，也發(fā)現核桃細根根長密度變小、垂直分布重心下移的趨勢一致。本研究結果表明：油茶單作與復合經營相比，也反映出在復合系統(tǒng)中，油茶根系由于在0 ～ 20 cm土層遭遇川西小黃菊根系的競爭，為了避開這種競爭，油茶根系由向下生長的躲避行為。同樣的結果來自吳永波等[14]對楊樹—小麥復合系統(tǒng)和何春霞等[15]對核桃—決明子復合系統(tǒng)的研究，其結論均與本研究中油茶根系分布特征基本一致。有研究表明，復合系統(tǒng)中林木細根根長密度在徑向上隨距樹干基部距離的增加呈先增加后減少的趨勢[12～16]，但在本研究中，這種趨勢并不明顯，在油茶幼林與作物復合經營模式中，作物均種植在油茶樹冠滴水線外圍，油茶樹冠下基本沒有作物，油茶幼林的根系并沒有擴展太多，其根系激烈競爭區(qū)主要集中在樹冠投影附近。在復合系統(tǒng)和單作模式下，樹木和作物為了最大限度地獲取水分和礦質營養(yǎng)等資源，其根系對環(huán)境條件表現出形態(tài)學和時空分布特征的相應變化[17～19]。本研究表明，油茶—川西小黃菊復合經營系統(tǒng)中的油茶根系分布與單作間存在一定的差異，油茶林帶和間作物地下根系之間也存在一定的相互影響，但并不嚴重。

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Root Distribution of Intercropping Camellia oleifera with Pyrethrum tatsienense

NI Rong-xin1，GE Yong-jin2，HONG Xiao-ping3，WU Ying-jun4，HE Xiao-yong2，LIU Yue-jun2
（1. Lishui Forestry Extension Station of Zhejiang, Lishui 323000, China; 2. Lishui Forestry Institute of Zhejiang, Lishui 323000, China; 3. Longquan Forestry Bureau of Zhejiang, Longquan 323700, China; 4. Suichang Forestry Bureau of Zhejiang, Suichang 323300, China）

Soils were sampled in stand of intercropping Camellia oleifera with Pyrethrum tatsienense in 2015 in Longquan, Zhejiang province for determine root length, volume and biomass. Results showed that density and length of P. tatsienense roots had similar horizontal distribution, smaller around water dripping line of crown, and increased with the distance to the line, and topped 30 cm from the line. While vertical distribution of density and length of roots decreased with the depth of soil layer, most of root system distributed at 0-20cm layer. Root length density, biomass and volume of C. oleifera around water dripping line occupied 34.76%, 28.27% and 35.23% of the total ones and decreased with increase of the distance, while that under layer of 20cm took 82.27%, 74.66% and 89.39%. Overlap of horizontal root system in intercropping stand was 0.76 near water dripping line, and 0.69 of vertical direction at layer of >20－40.

Camellia oleifera; intercropping system; fine roots; Pyrethrum tatsienense

S718.4

A

1001-3776（2016）04-0010-05

2016-01-19；

2016-04-06

中央財政林業(yè)科技推廣示范跨區(qū)域重點推廣示范項目（2011TK037）；麗水市高校、科研院所農業(yè)科技成果推廣基地建設項目（2012JDJS04）

倪榮新（1965－），男，浙江紹興人，高級工程師，從事油茶等木本油料技術研究。