基質(zhì)配方對油茶容器苗根系生物量及形態(tài)的影響

佘遠(yuǎn)國，張 瑩，曹克麗，李秀梅，章 璐，汪 洋

（湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430200）

油茶Camellia oleifera是我國主要的木本食用油料樹種，與油橄欖、油棕、椰子并稱為“世界四大木本食用油料作物”，集經(jīng)濟(jì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值于一身，是目前國家重點(diǎn)研發(fā)的經(jīng)濟(jì)樹種，在我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)中占有重要地位[1]。近15年來，全國各地大面積栽培油茶，種植面積達(dá)到400 多萬hm2，帶動(dòng)了油茶種苗業(yè)的發(fā)展。油茶優(yōu)質(zhì)種苗的生產(chǎn)，一般采用芽苗砧嫁接容器育苗技術(shù)。育苗基質(zhì)是培育容器苗的關(guān)鍵，可為植株提供穩(wěn)定協(xié)調(diào)的水、氣、肥結(jié)構(gòu)，供植物根系選擇吸收?；|(zhì)的合適與否，關(guān)系到容器苗生產(chǎn)的成敗，是容器育苗研究的重點(diǎn)[2]。

根系是植物吸收養(yǎng)分、水分和固定植株的重要器官，決定植物獲取水肥的能力，完整的根系是作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)[3]，根系完整是容器苗優(yōu)于大田苗的主要特點(diǎn)。根系生物量從側(cè)面反映了根系的發(fā)育情況，根系形態(tài)能直接反映根系的生長發(fā)育狀況，根系的形態(tài)指標(biāo)是重要的生物學(xué)指標(biāo)[4-5]。土壤的不透明性和根系的復(fù)雜形態(tài)，成為植物根系研究的難點(diǎn)，使得根系研究一直滯后于地上部分，但一直受到關(guān)注。已有的研究多集中在根據(jù)油茶幼苗地上部分指標(biāo)對基質(zhì)的評價(jià)與篩選，而從油茶幼苗根系的生物量、形態(tài)指標(biāo)等方面對基質(zhì)進(jìn)行評價(jià)和篩選的研究報(bào)道較為鮮見。通過掃描得到根系圖像，用根系分析軟件得到根系的形態(tài)指標(biāo)，是近年來研究根系常用的方法。研究人員從土壤元素缺乏[6]、磷鋁結(jié)合[7-8]、嫁接品種[9]等方面對油茶幼苗根系進(jìn)行了研究，并取得了一定的進(jìn)展，但鮮見關(guān)于基質(zhì)對油茶幼苗根系影響的研究報(bào)道。

鑒于此，本研究中以1年生油茶芽苗砧嫁接容器苗為研究對象，將黃心土、松林表土、菇渣、泥炭、糞土按不同體積比混合制成5 種育苗基質(zhì)配方，以園土為對照進(jìn)行苗木培育，并對幼苗根系生物量及根系形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行測定和評價(jià)，分析基質(zhì)對油茶容器苗根系生物量及根系形態(tài)的影響，主要目的：了解不同基質(zhì)配方處理對油茶容器苗根系生長的影響，揭示油茶容器苗根系生長規(guī)律，篩選最適合油茶容器苗生長的基質(zhì)配方，提高油茶容器苗培育質(zhì)量，為油茶容器苗培育提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為1年生油茶芽苗砧嫁接容器苗，容器為聚乙烯袋（10 cm×10 cm），以黃色粘土、菇渣、松林表土、泥炭、糞土和園土為基質(zhì)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)6 個(gè)處理，即5 種基質(zhì)配方和對照園土（表1）[10]?；|(zhì)土過篩、消毒，按不同體積比例混合裝袋。每處理3 個(gè)重復(fù)，每重復(fù)30 株，每小區(qū)180 袋。2018年5月10日嫁接移栽，2018年8月31日揭膜。苗木生長期間，采取常規(guī)的管理措施，各試驗(yàn)處理苗期管理方法一致。

表1 油茶芽苗砧嫁接容器苗育苗基質(zhì)成分及配比Table 1 The components and formulas of different culture medium for C.oleifera container seedlings %

1.2.2 指標(biāo)測定

2019年4月22日，每個(gè)處理隨機(jī)抽取10 株，剝掉容器，將油茶苗連同基質(zhì)一起浸泡，沖洗干凈，吸干水分后待測。使用（Microtek）ScanMaker i800Plus 掃描儀掃描根系圖像，使用萬深LA-S 植物根系分析系統(tǒng)獲取根系的長度、比表面積、體積、直徑等形態(tài)指標(biāo)[11]。將苗木地上部分和地下部分分別放入烘箱內(nèi)烘干，用1/100 電子天平稱量，計(jì)算根冠比（R）[12]。式中：mr為根系干質(zhì)量，ma為莖葉干質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用新復(fù)極差法（Ducan）比較不同數(shù)據(jù)組間的差異（α＝0.05）。采用隸屬函數(shù)法對根系生物量和形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，隸屬度的計(jì)算公式為

式中：R(Xi)為指標(biāo)i的隸屬度；Xi為指標(biāo)i的測定值，Xmax和Xmin分別為所有測試材料指標(biāo)i的最大值和最小值。

如果指標(biāo)與評價(jià)性質(zhì)為負(fù)相關(guān)，則用隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其計(jì)算公式為

將隸屬度進(jìn)行累加，求得平均隸屬度（average membership degree），再根據(jù)平均隸屬度進(jìn)行排序。平均隸屬度越大，說明效果越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 各配方基質(zhì)對油茶容器苗生長影響的單一指標(biāo)評價(jià)

2.1.1 各配方基質(zhì)對油茶容器苗根系生物量的影響

各配方處理后油茶幼苗的根系生物量見表2。由表2 可知，除了Ⅰ基質(zhì)配方處理，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ4 種基質(zhì)配方處理的莖葉干質(zhì)量、根系干質(zhì)量、苗木干質(zhì)量及根冠比均高于CK。其中，Ⅳ基質(zhì)配方處理的根系生物量最大，莖葉干質(zhì)量為1.48 g，根系干質(zhì)量為1.19 g，苗木干質(zhì)量為2.67 g，根冠比為0.80，CK 的莖葉干質(zhì)量為1.10 g，根系干質(zhì)量為0.68 g，苗木干質(zhì)量為1.78 g，根冠比為0.62，Ⅳ基質(zhì)配方處理各指標(biāo)值分別是CK 的1.34、1.83、1.50、1.29 倍。Ⅰ基質(zhì)配方處理的莖葉干質(zhì)量為 0.85 g，根系干質(zhì)量為0.41 g，苗木干質(zhì)量為1.26 g，根冠比為0.48，各生物量指標(biāo)均低于CK。各基質(zhì)配方處理按照油茶根系生物量由高到低排序，依次為Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ、Ⅱ、CK、Ⅰ。

表2 各基質(zhì)配方處理中油茶容器苗的根系生物量指標(biāo)?Table 2 The roots biomass indices of C.oleifera seedling in different culture medium treatments

對6 種基質(zhì)配方處理下油茶容器苗的根系生物量進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表2。由表2 可知，不同基質(zhì)配方處理間苗木的莖葉干質(zhì)量（P＜0.01）、根系干質(zhì)量（P＜0.01）、苗木干質(zhì)量（P＜0.01）、根冠比（P＜0.01）存在極顯著差異。

進(jìn)一步對各處理的根系生物量進(jìn)行多重比較，結(jié)果見表2。由表2 可知，就莖葉干質(zhì)量而言，Ⅳ、Ⅴ和Ⅲ處理與Ⅱ、Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅰ和CK 間差異顯著，Ⅰ處理與CK 間差異顯著，Ⅳ處理與Ⅴ、Ⅲ處理間差異不顯著；就根系干質(zhì)量而言，Ⅳ、Ⅴ處理與Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅲ處理間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅰ處理間差異顯著，Ⅲ處理與Ⅰ處理間差異顯著，Ⅰ處理與CK 間差異顯著，Ⅳ處理與Ⅴ處理間差異不顯著，Ⅱ處理與CK 間差異不顯著；就苗木干質(zhì)量而言，Ⅳ、Ⅴ處理與Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅲ處理間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅰ處理間差異顯著，Ⅲ處理與Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅰ處理與CK 間差異顯著，Ⅳ處理與Ⅴ處理間差異不顯著；就根冠比而言，Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ處理與Ⅱ、Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅰ處理與CK 間差異顯著，Ⅱ、Ⅲ及CK 間差異不顯著，Ⅳ處理與Ⅴ處理間差異不顯著。

2.1.2 各配方基質(zhì)對油茶容器苗根系形態(tài)的影響

各基質(zhì)配方處理中油茶容器苗的根系長度、表面積、體積和直徑見表3。由表3 可知，除了Ⅰ基質(zhì)配方處理，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ4 種基質(zhì)配方處理中油茶容器苗的根系長度、表面積、體積和直徑均高于CK。就根系總長度而言，Ⅳ處理的最高，Ⅰ處理的最低，各基質(zhì)配方處理按照根系總長度排序，依次為Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ、Ⅱ、CK、Ⅰ；就根系表面積而言，Ⅴ處理的最高，Ⅰ處理的最低的，各基質(zhì)配方處理按照根系表面積排序，依次為Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、CK、Ⅰ；就根系體積而言，Ⅳ處理的最高，Ⅰ處理的最低，各基質(zhì)配方處理按照根系體積排序，依次為Ⅳ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅱ、CK、Ⅰ；就根系直徑而言，Ⅳ處理的最高，Ⅰ處理的最低，各基質(zhì)配方處理按照根系直徑排序，依次為Ⅳ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅱ、CK、Ⅰ。

表3 各基質(zhì)配方處理中油茶容器苗根系的形態(tài)指標(biāo)Table 3 The roots morphological indices of C.oleifera seedling in different culture medium treatment

從根系4 項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)綜合來看，Ⅳ處理的根系指標(biāo)最好，各基質(zhì)配方處理按照油茶根系綜合形態(tài)指標(biāo)值由高到低排序，依次為Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ、Ⅱ、CK、Ⅰ。其中，Ⅳ處理的根系形態(tài)指標(biāo)最好，根系長度為280.32 cm，表面積為106.72 cm2，體積為8.71 cm3，直徑為1.316 mm，CK 的根系長度為157.13 cm，表面積為54.98 cm2，體積為2.87 cm3，直徑為1.00 mm，Ⅳ處理的各指標(biāo)分別是CK 的1.78、1.94、3.03、1.34 倍。Ⅰ處理的根系長度為 145.66 cm，表面積為52.90 cm2，體積為2.79 cm3，直徑為0.981 mm，各根系形態(tài)指標(biāo)值均低于CK。

對6 種基質(zhì)配方處理下油茶容器苗根系的各形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。由表3 可知，各基質(zhì)配方處理間苗木的根系長度（P＜0.01）、根系表面積（P＜0.01）、根系體積（P＜0.01）、根系直徑（P＜0.01）存在極顯著差異。

進(jìn)一步對根系形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行多重比較，結(jié)果見表3。由表3 可知，就根系長度而言，Ⅳ、Ⅴ處理與Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅲ處理間差異顯著，Ⅳ處理與Ⅴ處理間差異不顯著，Ⅰ處理與CK 間差異不顯著；就根系表面積而言，Ⅳ、Ⅴ處理與Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅲ處理間差異顯著，Ⅳ處理與Ⅴ處理間差異不顯著，Ⅰ處理與CK 間差異不顯著；就根系體積而言，Ⅳ、Ⅲ處理與Ⅱ、Ⅴ、Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅳ處理與Ⅴ處理間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅲ處理間差異顯著，Ⅱ處理與Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅲ處理與Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅳ處理與Ⅲ處理間差異不顯著，Ⅴ處理與Ⅲ處理間差異不顯著，Ⅰ處理與CK 間差異不顯著；就根系直徑而言，Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ處理與Ⅱ、Ⅰ、CK 間差異顯著，Ⅳ、Ⅴ及Ⅲ處理間差異不顯著，Ⅱ、Ⅰ及CK 間差異不顯著。

2.2 各配方基質(zhì)對油茶容器苗根系生長影響的綜合評價(jià)

各基質(zhì)配方處理對油茶容器苗根系生物量和形態(tài)指標(biāo)的影響不同，用單一指標(biāo)較難對各處理中油茶容器苗的綜合表現(xiàn)進(jìn)行全面科學(xué)評價(jià)。因此，采用隸屬函數(shù)法對各基質(zhì)配方處理中油茶容器苗的根系生物量及形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行了綜合評價(jià)，結(jié)果見表4。

由表4 可知，根據(jù)油茶容器苗根系生物量和形態(tài)指標(biāo)的平均隸屬度由高到低排序，各基質(zhì)配方處理依次為Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ、Ⅱ、CK、Ⅰ。Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ、Ⅱ基質(zhì)配方處理的油茶容器苗生長指標(biāo)的綜合評價(jià)結(jié)果皆優(yōu)于CK，其中，Ⅳ、Ⅴ和Ⅲ處理的平均隸屬度分別為0.769、0.723和0.642。整體來說，Ⅳ處理對油茶容器苗根系的影響最大，效果最好，Ⅰ處理的油茶容器苗根系形態(tài)的綜合評價(jià)值最低。

表4 各基質(zhì)配方處理中油茶容器苗根系生物量和形態(tài)指標(biāo)的隸屬度及排序Table 4 Membership grade and sorting of root biomass and morphological indexes of C.oleifera seedling in different culture medium treatment

3 結(jié)論與討論

基質(zhì)是苗木正常生長的關(guān)鍵因素之一，基質(zhì)配比對苗木生長所起的作用較大，油茶芽苗砧嫁接容器苗的生長狀況與所選擇基質(zhì)密切相關(guān)。本研究中Ⅳ基質(zhì)配方比例（黃心土40%+松林表土15%+菇渣20%+泥炭20%+糞土5%）對促進(jìn)油茶容器苗根系生長的效果最好，是油茶育苗最佳基質(zhì)，Ⅰ基質(zhì)配方比例（黃心土80%+松林表土15%+糞土5%）促進(jìn)油茶容器苗根系生長的效果最差，不適合用于油茶育苗。

苗木干質(zhì)量和根冠比是衡量油茶苗木品質(zhì)的重要指標(biāo)。根冠比是指同化產(chǎn)物分配到根系的比例，能反映植物地上部、地下部生長發(fā)育情況，根冠比高，根系機(jī)能活性強(qiáng)，相反則根系機(jī)能活性弱。從苗木干質(zhì)量來看，本研究中Ⅳ和Ⅴ基質(zhì)配方比例較接近，其他基質(zhì)間有明顯差異，添加泥炭和菇渣的基質(zhì)處理的苗木干質(zhì)量均大于CK，最大的為Ⅳ基質(zhì)配方處理，最小的為Ⅰ基質(zhì)配方處理，且Ⅰ基質(zhì)配方處理的苗木干質(zhì)量低于CK。從根冠比來看，本研究中Ⅳ和Ⅴ基質(zhì)配方比例較接近，CK、Ⅱ和Ⅲ基質(zhì)配方比例較接近，添加泥炭和菇渣的基質(zhì)處理的幼苗根冠比均大于CK，根冠比最大的為Ⅳ基質(zhì)配方處理，最小的為Ⅰ基質(zhì)配方處理，Ⅰ基質(zhì)配方處理的根冠比低于CK。Ⅳ基質(zhì)配方處理配料全面，有利于根系營養(yǎng)物質(zhì)的積累。

根系表面積是土壤與根系之間交換營養(yǎng)物質(zhì)界面的面積。本研究中，Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ和Ⅱ基質(zhì)配方處理對油茶幼苗的根系表面積有顯著提升的作用，且Ⅳ和Ⅴ處理的根系表面積總量均顯著高于其余各基質(zhì)配方處理，說明這4 個(gè)基質(zhì)配方處理均有助于油茶幼苗根系對基質(zhì)中營養(yǎng)物質(zhì)和水分的吸收。根系體積是反映植物生長狀況和吸收能力的重要指標(biāo)。Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ和Ⅱ處理的幼苗根系總長度、表面積、體積、平均直徑均高于CK，表明在添加泥炭和菇渣的基質(zhì)處理中油茶幼苗根系通過增加細(xì)根，提高了油茶幼苗根系表面積，有利于油茶幼苗根系更有效地積累營養(yǎng)物質(zhì)、吸收水分和運(yùn)輸?shù)V質(zhì)營養(yǎng)。

由于添加了泥炭和菇渣，基質(zhì)Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ疏松透氣，說明輕質(zhì)材料對苗木生長有促進(jìn)作用，與駱漫等[13]的研究結(jié)果一致?；|(zhì)Ⅴ中泥炭比例高于基質(zhì)Ⅳ，但后者苗木根系的各項(xiàng)指標(biāo)均高于前者，主要原因是基質(zhì)Ⅳ中添加了松林表土，松林表土不但可接種菌根，而且可提高基質(zhì)的養(yǎng)分含量，改善基質(zhì)的密度和通氣透水性能，對苗木生長極其有利，與魯敏等[14]的研究結(jié)果一致。

基質(zhì)Ⅰ中苗木根系各項(xiàng)指標(biāo)均低于CK，主要原因是基質(zhì)Ⅰ的主要成分為黃心土（80%），且未添加泥炭和菇渣，成分單一，黃心土未熟化，較粘結(jié)，通氣孔隙度小，有機(jī)質(zhì)含量低于CK 而密實(shí)度高于CK，影響根系形態(tài)和植物生長。通常情況下，基質(zhì)密實(shí)度達(dá)到一定閾值將影響根系及整株植物的生長。此結(jié)果與朱海軍等[15]的研究結(jié)果一致。

黃心土偏酸性，而油茶根系生長喜弱酸性土壤，基質(zhì)Ⅳ、Ⅴ、Ⅲ有適當(dāng)比例的黃心土與泥炭、菇渣混配，根系形態(tài)指標(biāo)均較高，表明在基質(zhì)中適當(dāng)添加黃心土能增加基質(zhì)的密實(shí)度和穩(wěn)定性，使根系與基質(zhì)結(jié)合更緊密，減少水分和礦物質(zhì)的散失或流失，與鄧華平等[16]的研究結(jié)果一致。

目前，在生產(chǎn)中油茶芽苗砧嫁接容器育苗采用2 段育苗法，即前期苗木嫁接后，直接栽于大田苗床上，后期芽苗成活后揭膜，移栽到容器中。育苗基質(zhì)通常有2 種，即苗田土和配方基質(zhì)。直接用苗田土培育的苗木主根發(fā)達(dá)，須根少，移栽成活率低。采用蛭石、珍珠巖及泥炭等配方輕基質(zhì)培育的苗木具有根系發(fā)達(dá)、移栽成活率高等優(yōu)點(diǎn)，但這些材料價(jià)格偏高，泥炭為短期內(nèi)不可再生資源，并且絕大部分泥炭依賴進(jìn)口，增加了育苗成本，不適合一般農(nóng)戶和中小企業(yè)使用?；旌匣|(zhì)由結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同的材料混合而成，可性狀互補(bǔ)、揚(yáng)長避短，充分協(xié)調(diào)水氣肥狀況，從基質(zhì)研究和生產(chǎn)實(shí)踐現(xiàn)狀來看，混合基質(zhì)是油茶育苗發(fā)展的方向。尋找當(dāng)?shù)刭Y源豐富、價(jià)格低廉的材料作為基質(zhì)材料，替代或減少蛭石、珍珠巖及泥炭比例，勢在必行。本研究中育苗基質(zhì)材料為黃心土和農(nóng)林廢棄物，就地取材，價(jià)格低廉，基質(zhì)中泥炭比例降低，節(jié)約了育苗成本。

本研究中僅探討了基質(zhì)配方對油茶幼苗根系生物量和形態(tài)等表型性狀指標(biāo)的影響，存在明顯的局限性，后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步研究不同基質(zhì)配方對油茶幼苗根系活力和苗木生理指標(biāo)的影響，及不同基質(zhì)配方的理化性質(zhì)對油茶幼苗根系生物量和形態(tài)的影響等。