基于TRU系統(tǒng)對三種不同立地條件下川山茶根系空間分布的研究

鄒世慧，李玲莉，田 中，何永鉥，周 利，宋春艷

（1.重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院，重慶 401329；2.重慶市城市園林綠化工程技術(shù)研究中心，重慶 401329；3.重慶市大足區(qū)公園管理所，重慶 402360；4.重慶市南山植物園管理處，重慶 400065）

樹木雷達(dá)檢測系統(tǒng)（tree radar unit，以下簡稱TRU）自引入中國后，被廣泛用于樹干空腐檢測和根系空間分布無損檢測，如康越程［1］對黃陵古側(cè)柏空腐規(guī)律進(jìn)行研究，肖夏陽等［2］對頤和園古柳木樹木軀干內(nèi)部缺陷探測識別，田凌鴻［3］對天水市伏羲廟古側(cè)柏健康無損傷診斷與評價(jià)，賴娜娜等［4］對側(cè)柏古樹進(jìn)行根系分析，紀(jì)文文等［5］對小興安嶺典型樹種粗根分布進(jìn)行研究等。TRU系統(tǒng)作為高效的淺層探測方法，具有操作簡單靈活、剖面直觀、無損性等優(yōu)點(diǎn)［6］。近年來，隨著園林綠化事業(yè)的高速發(fā)展，TRU系統(tǒng)在無損檢測樹木根系空間分布、探索城市綠地中植物根系分布規(guī)律等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

川山茶（Camellia szechuanensisChien）作為山茶的一個(gè)重要品系，因其主要分布在四川地區(qū)而得名［7］。1986年7月，原四川省重慶市第十屆人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十九次會(huì)議就已經(jīng)確定山茶花為重慶市市花［8］。因川山茶在園林應(yīng)用中存在種得活、養(yǎng)不好、緩苗期過長等問題，極大地限制了其推廣應(yīng)用。目前，國內(nèi)規(guī)模較大的川山茶搜集、生產(chǎn)和園林應(yīng)用地點(diǎn)中，以南山植物園山茶園收集、展示川山茶品種類型最為齊全，并于2016年入選首批國家花卉種質(zhì)資源庫；龍茶花海位于四川珙縣境內(nèi)，種植茶花超過333 hm2，被國際茶花協(xié)會(huì)主席格利高里·戴維斯贊譽(yù)為“世界最大的茶花基地”；永川區(qū)以茶竹為文化特色，在園林綠化中大量應(yīng)用川山茶，是重慶市川山茶應(yīng)用數(shù)量較多、效果較好的區(qū)縣。

本文采用TRU系統(tǒng)，對南山植物園山茶園、龍茶花海和永川道路、公園綠地內(nèi)的川山茶植株進(jìn)行根系非破壞性檢測，探索粗度≥1 cm的根系在3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)的分布特點(diǎn)，以期探索限制川山茶園林應(yīng)用的因子，為其市街推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)對象

以南山植物園山茶園、龍茶花海和永川區(qū)道路、公園綠地的川山茶植株為試驗(yàn)對象。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)測定方法 試驗(yàn)采用產(chǎn)自美國的樹木雷達(dá)檢測系統(tǒng)（900 MHz雷達(dá)天線，可分辨最小根系直徑1 cm），探測掃描以樹為圓心，半徑為0.5 m和1 m圓斷面上，0～72 cm土層中直徑≥1 cm的根系分布情況。根據(jù)生長場地實(shí)際情況，分別測定距樹干基部0.5 m與1.0 m圓斷面處≥1 cm粗的根系分布情況。

1.2.2 單株選擇方法 選擇距樹干2 m以內(nèi)無灌木、無大型雜草生長的川山茶植株。其中，山茶園和龍茶花海選擇地徑3～12 cm 10個(gè)徑級長勢較好的茶樹植株，每個(gè)徑級不少于3棵；永川區(qū)選擇興龍大道、紅河大道、望賢公園、興龍湖公園和靈猴廣場的典型植株，每個(gè)地點(diǎn)不少于5棵。

1.2.3 土壤質(zhì)量測定方法 采用混合采樣法，在距樹干30 cm處采取0～30 cm深的土壤樣品，共計(jì)7個(gè)，送至重慶市土壤質(zhì)量檢測中心，測定pH、EC值、有機(jī)質(zhì)含量、有效氮、有效磷、速效鉀、＞2 mm礫石含量和土壤質(zhì)地等8項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS 19.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤質(zhì)量基本情況

7個(gè)樣地的土壤理化指標(biāo)測定結(jié)果見表1。7個(gè)樣地的土壤質(zhì)地為壤土或砂質(zhì)壤土，在土壤pH方面，川山茶更適宜生長在酸性及中性土壤中［7］。龍茶花海為強(qiáng)酸性土壤，山茶園、永川區(qū)興龍公園和靈猴廣場為酸性和中性土壤，永川區(qū)興龍大道、紅河大道和望賢公園為堿性土壤；在EC值方面，山茶園和龍茶花海的EC值較低（0.262 mS/cm和0.105 mS/cm），永川區(qū)5個(gè)樣地的EC值主要分布于0.288～0.351 mS/cm之間；有機(jī)質(zhì)含量方面，山茶園和龍茶花海的有機(jī)質(zhì)含量較高，為55.6 g/kg和59.2 g/kg，其次為永川區(qū)紅河大道28.7 g/kg，永川區(qū)其他4個(gè)樣地的有機(jī)質(zhì)含量較低，在9.16～18.1 g/kg之間，是山茶園和龍茶花海的1/6～1/3；在有效氮、有效磷和速效鉀含量方面，以山茶園最高，永川區(qū)紅河大道和龍茶花海次之，永川區(qū)其他4個(gè)樣地含量較低；＞2 mm礫石含量方面，除了山茶園和龍茶花海無＞2 mm礫石外，永川區(qū)5個(gè)樣地均有不同程度的＞2 mm礫石，含量在11.3%～39.4%之間。

表1 土壤理化指標(biāo)測定結(jié)果

由此可見，山茶園和龍茶花海的土壤呈酸性和中性，有機(jī)質(zhì)含量、有效氮和有效磷含量較高，無＞2mm礫石，更適合川山茶的生長。結(jié)合調(diào)查發(fā)現(xiàn)，永川區(qū)紅河大道和興龍湖公園茶樹長勢較好，紅河大道茶樹可能與其土壤中較高的有機(jī)質(zhì)含量、有效氮、有效磷和速效鉀含量有關(guān)，興龍湖公園茶樹可能與其酸性土壤更有利于營養(yǎng)吸收相關(guān)。

2.2 山茶園茶樹根系分布

2.2.1 粗度≥1 cm根系縱向分布 不同土層深度中，山茶園茶樹≥1 cm粗的根數(shù)多重比較結(jié)果見表2。由表2可知，隨著土壤深度的增加，距樹干0.5 m和1.0 m根數(shù)均呈先增加后減少的趨勢，約有51%粗度≥1 cm的根分布在深度20～40 cm土層中，并與深度0～20 cm和40～72 cm土層中的根數(shù)均達(dá)極顯著差異。其中，距樹干0.5 m的圓斷面處，深度40～72 cm（6個(gè)）土層中的根數(shù)雖然比0～20 cm（5個(gè)）的多，但未達(dá)到極顯著差異；距樹干1.0 m的圓斷面處，深度40～72 cm土層中的根數(shù)（12）較0～20 cm（5）的多，達(dá)到極顯著差異。

表2 山茶園茶樹不同土層深度中粗度≥1 cm根數(shù)多重比較結(jié)果

由此可見，山茶園茶樹78%～85%的粗度≥1 cm的根分布在深度20～72 cm的土層中，其中約一半的根分布在20～40 cm深的土層中，深度0～20 cm土層中，粗度≥1 cm的根數(shù)較少。

2.2.2 粗度≥1 cm根系橫向分布情況 距樹干0.5m和1.0 m圓斷面處，粗度≥1 cm根系分布多重比較結(jié)果見表3。由表3可知，距樹干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)為20個(gè)，較距樹干1.0 m處少，并達(dá)到極顯著水平；距樹干0.5 m和1.0 m處根系分布的最深深度和最淺深度無顯著變化，距樹干0.5 m處粗度≥1 cm根系主要分布在12.89～56.19 cm的土層中，距樹干1.0 m處根系主要分布在9.79～59.24 cm的土層中。

表3 山茶園距樹干0.5 m和1.0 m處茶樹根系分布多重比較結(jié)果

由此可見，隨距樹干距離增加，粗度≥1 cm的根數(shù)從20增加至35，根系的分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，主要分布于深度9.79～59.24 cm的土層中。

2.2.3 徑級對根系分布的影響 距樹干0.5 m圓斷面處，10個(gè)徑級茶樹的≥1 cm粗根系分布多重比較結(jié)果見表4。由表4可知，隨著茶樹地徑粗度的增加，距樹干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)呈減少趨勢，粗度≥1 cm根系的最深分布深度和最淺分布深度無顯著差異。其中，地徑7.0～7.9 cm茶樹植株的根數(shù)與其他徑級的無顯著差異，可見以地徑7.0～7.9 cm為界，地徑3.0～6.9 cm的茶樹每株長有粗度≥1 cm的根數(shù)為27～33，地徑8.0～12.9 cm茶樹每株長有粗度≥1cm的根數(shù)為15～26；10個(gè)徑級茶樹中，粗度≥1 cm根系的最深分布深度范圍是53.04～62.08 cm，最淺分布范圍是5.86～12.67 cm。

表4 山茶園距樹干0.5 m處10個(gè)徑級茶樹根系分布多重比較結(jié)果

2.3 龍茶花海茶樹根系分布

2.3.1 粗度≥1 cm根系縱向分布 不同土層深度中，龍茶花海茶樹≥1 cm粗根數(shù)多重比較結(jié)果見表5。由表5可知，隨著土壤深度的增加，距樹干0.5 m和1.0 m處根數(shù)均呈逐漸減少的趨勢，0～20 cm和20～40 cm土層深度中，粗度≥1 cm根數(shù)相似（分別為14和13、19和18個(gè)），并無極顯著差異，卻與40～72 cm土層中的根數(shù)達(dá)到極顯著差異?？梢?～40 cm深的土層中，距樹干0.5 m和1.0 m的圓斷面處，粗度≥1 cm根數(shù)占總根數(shù)比例達(dá)80～82%。其中，深度0～20 cm和20～40 cm的土層中，根數(shù)占比較平均（約40%）。

表5 龍茶花海茶樹不同土層深度中粗度≥1 cm根數(shù)多重比較結(jié)果

2.3.2 粗度≥1 cm根系橫向分布情況 距樹干0.5m和1.0 m圓斷面處，粗度≥1 cm根系分布多重比較結(jié)果見表6。由表6可知，距樹干0.5 m和1.0 m處粗度≥1 cm根數(shù)分別為34個(gè)和46個(gè)，距樹干0.5 m處的根數(shù)較距樹干1.0 m處少，并達(dá)到極顯著水平；距樹干0.5 m和1.0 m處根系分布的最深深度無顯著差異，分布在54.44～56.71 cm深的土層中。距樹干0.5 m和1.0 m處根系分布的最淺深度有顯著差異，分布在深度0.89～2.08 cm土層中；距樹干0.5 m處，粗度≥1 cm根系主要分布于深度2.08～54.44cm的土層中；距樹干1.0 m處，粗度≥1 cm根系主要分布于深度0.89～56.71cm的土層中。

表6 龍茶花海距樹干0.5 m和1.0 m處茶樹根系分布多重比較結(jié)果

由此可見，隨距樹干距離增加，龍茶花海茶樹的粗度≥1 cm根數(shù)從34個(gè)增加至46個(gè)，根系的分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，主要分布于0.89～56.71 cm深的土層中。

2.3.3 徑級對根系分布的影響 距樹干0.5 m圓斷面處，10個(gè)徑級茶樹粗度≥1 cm的根系分布多重比較結(jié)果見表7。由表7可知，隨著茶樹地徑粗度的增加，距樹干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)呈先增加后減少的趨勢，粗度≥1 cm根系的最深分布深度和最淺分布深度無顯著差異。其中，地徑5～7.9 cm茶樹的根數(shù)較多，分別為38、43和37；10個(gè)徑級中，粗度≥1 cm根系最深分布深度范圍是45.06～60.56 cm，最淺分布范圍是0.63～5.07 cm。

表7 龍茶花海距樹干0.5 m處10個(gè)徑級茶樹根系分布多重比較結(jié)果

2.4 永川區(qū)園林栽植茶樹根系分布

2.4.1 粗度≥1 cm根系縱向分布情況 不同土層深度中，永川區(qū)園林栽植茶樹的粗度≥1 cm根數(shù)多重比較結(jié)果見表8。由表8可知，隨著土壤深度的增加，距樹干0.5 m和1.0 m根數(shù)均呈逐漸減少的趨勢，深度0～40 cm的土層中，粗度≥1 cm根數(shù)分別占總根數(shù)的82%和77%，其中深度0～20 cm土層中粗度≥1 cm根數(shù)占比為45%和54%。由此可見，永川區(qū)園林栽植茶樹根系分布較淺，主要分布在0～20 cm深的土層中。

表8 永川區(qū)園林栽植茶樹不同土層深度中粗度≥1 cm根數(shù)多重比較結(jié)果

2.4.2 粗度≥1 cm根系橫向分布 距樹干0.5 m和1.0 m圓斷面處，永川區(qū)園林栽植茶樹粗度≥1 cm根系分布多重比較結(jié)果見表9。由表9可知，距樹干0.5 m和1.0 m處粗度≥1 cm根數(shù)分別為11和13，距樹干0.5 m處的根數(shù)較距樹干1.0 m處少，未達(dá)到顯著水平；距樹干0.5 m和1.0 m處根系分布的最深深度和最淺深度無顯著差異；距樹干0.5 m處，粗度≥1 cm根系主要分布于深度9.40～40.34 cm的土層中；距樹干1.0 m處，粗度≥1 cm根系主要分布于深度10.70～44.79 cm的土層中。

由此可見，隨距樹干距離增加，粗度≥1 cm的根數(shù)從11增加至13，根系的分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，主要分布于9.40～44.79 cm深的土層中。

2.5 3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)根系分布差異對比

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，永川區(qū)園林栽植茶花的地徑為4.8～9.2 cm，與山茶園和龍茶花海相同徑級茶樹進(jìn)行方差分析和多重比較，結(jié)果見表10。由表10可知，距樹干0.5 m圓斷面處，3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)茶樹的粗度≥1 cm的根數(shù)有極顯著差異，從大到小順序?yàn)椋糊埐杌ê＃?3）＞山茶園（25）＞永川區(qū)園林栽植（11）；3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)的根系分布最深深度有極顯著差異，永川區(qū)園林栽植茶樹根系分布最深深度（41.35 cm）淺于山茶園（57.25 cm）和龍茶花海（54.45 cm）；3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)的根系分布最淺深度有極顯著差異，龍茶花海茶樹根系分布最淺深度（2.72 cm）淺于山茶園（8.44 cm）和永川區(qū)園林栽植（9.76 cm）。

表10 3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)距樹干0.5 m和1.0 m處根系分布多重比較結(jié)果

距樹干1.0 m圓斷面處，3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)茶樹的粗度≥1 cm根數(shù)有極顯著差異，從大到小順序?yàn)椋糊埐杌ê＃?5）＞山茶園（32）＞永川區(qū)園林栽植（12）；3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)的根系分布最深深度無顯著差異，主要分布于深度45.22～57.04 cm土層中；3個(gè)調(diào)查地點(diǎn)的根系分布最淺深度有極顯著差異，龍茶花海茶樹根系分布最淺深度（1.01 cm）淺于山茶園（5.57 cm）和永川區(qū)園林栽植（11.12 cm）。

由此可見，與南山植物園山茶園和龍茶花海相比，永川區(qū)園林栽植茶樹的根數(shù)較少，粗度≥1 cm的根系主要分布于9.76～45.22 cm土層中，根系的延伸能力較差。結(jié)合表1發(fā)現(xiàn)，這與園林綠化中土壤質(zhì)量較差有關(guān)。

3 小結(jié)與討論

整體而言，在距樹干1.0 m范圍內(nèi)，川山茶粗度≥1 cm根系表現(xiàn)為：根系分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，最深分布深度在62 cm左右，最淺分布深度可達(dá)地表，甚至肉眼可見；隨著地徑粗度的增加，距樹干0.5 m處根數(shù)呈先增加后減少的趨勢，山茶園以地徑7.0～7.9 cm為分界點(diǎn)，龍茶花海以地徑5.0～7.9 cm的根數(shù)最多，可見地徑超過5.0～7.9 cm后，茶樹根系的主要分枝已經(jīng)基本形成，根系更側(cè)重于伸長生長，以拓展?fàn)I養(yǎng)吸收空間。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，地徑5.0～7.9 cm的茶樹，粗度≥1 cm根系主要分布在距樹干0.5 m范圍內(nèi)，可為苗木移栽過程中土球挖取范圍提供數(shù)據(jù)參考。

不同地點(diǎn)的根系分布特點(diǎn)及對比分析如下。

1）山茶園茶樹粗度≥1 cm根系分布特點(diǎn)。距樹干0.5 m和1.0 m圓斷面處，78%～85%粗度≥1 cm的根分布在20～72 cm深的土層中，其中約一半的根分布在20～40 cm深的土層中，深度0～20 cm土層中，粗度≥1 cm的根數(shù)相對較少；隨著距樹干距離增加，粗度≥1 cm的根數(shù)從20增加至35，分布范圍從12.89～56.19 cm擴(kuò)大至9.79～59.24 cm；隨著茶樹徑級增加，距樹干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)呈減少趨勢，以地徑7.0～7.9 cm為分界點(diǎn)，地徑3.0～6.9 cm的茶樹每株長有粗度≥1 cm的根數(shù)為27～33，地徑8.0～12.9 cm茶樹每株長有粗度≥1 cm的根數(shù)為15～26；不同徑級茶樹粗度≥1 cm根系的最深分布深度范圍53.04～62.08 cm，最淺分布范圍5.86～12.67 cm。

2）龍茶花海茶樹粗度≥1 cm根系分布特點(diǎn)。距樹干0.5 m和1.0 m的圓斷面處，0～40 cm深的土層中，粗度≥1 cm根數(shù)占總根數(shù)比例達(dá)80%～82%。其中，深度0～20 cm和20～40 cm的土層中，根數(shù)占比較平均（約40%）；隨著距樹干距離增加，粗度≥1 cm的根數(shù)從34增加至46，分布范圍從2.08～54.44 cm擴(kuò)大至0.89～56.71 cm；隨著茶樹地徑粗度的增加，距樹干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)呈先增加后減少的趨勢，其中地徑5～7.9 cm的茶樹根數(shù)較多，分別為38、43和37；10個(gè)徑級中，粗度≥1 cm根系最深分布深度范圍是45.06～60.56 cm，最淺分布范圍是0.63～5.07 cm。

3）永川區(qū)園林栽植茶樹粗度≥1 cm根系分布特點(diǎn)。距樹干0.5 m和1.0 m的圓斷面處，0～40 cm深的土層中，粗度≥1 cm根數(shù)分別占總根數(shù)的82%和77%，其中0～20 cm土層中粗度≥1 cm根數(shù)占比為45%和54%，可見，永川區(qū)園林栽植茶樹根系分布較淺，主要分布在0～20 cm深的土層中；隨著距樹干距離增加，粗度≥1 cm的根數(shù)從11增加至13，根系的分布范圍從9.40～40.34 cm擴(kuò)大至10.70～44.79 cm。

4）與南山植物園山茶園和龍茶花海相比，距樹干0.5 m和1.0 m的圓斷面處，永川區(qū)園林栽植的相同徑級茶樹≥1 cm粗的根數(shù)較少，近半數(shù)根系分布在0～20 cm的土層中，根系的延伸能力較差。這與賴娜娜等［4］的研究結(jié)果相似，在城市環(huán)境下樹木60%～90%的根系基本都分布在表層20 cm之內(nèi)［4］。結(jié)合永川區(qū)土壤理化性質(zhì)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，山茶園和龍茶花海的土壤呈酸性和中性，有機(jī)質(zhì)含量、有效氮、有效磷和速效鉀含量較高，更適合川山茶的生長；永川區(qū)5個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)中，土壤整體呈中性至堿性，除紅河大道相對較好外，土壤較瘠薄，其中有機(jī)質(zhì)含量僅為山茶園和龍茶花海的1/6～1/2，有效氮含量為山茶園的1/6～1/4。

5）南山植物園山茶園與龍茶花海的根系分布深度不同可能與其土壤質(zhì)量和樹齡相關(guān)。南山植物園古茶苑建于1970年后期，地徑8 cm以上的試驗(yàn)植株均來源于此。龍茶花海茶樹種于1990年前后，因立地條件相差較大，所以相同徑級茶樹，樹齡相差較大，導(dǎo)致根系分布特點(diǎn)有所不同；再者，試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，龍茶花海雖為壤土，卻分為黑色和黃色兩種，分布于0～30 cm和30 cm及以下土層中，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，黑色壤土富含有機(jī)質(zhì)和無機(jī)營養(yǎng)，黃色壤土相對貧瘠。

綜上所述，山茶花作為重慶市花，其園林推廣應(yīng)用更能彰顯該市“山水之城，美麗之地”的人文特色。研究結(jié)果表明，川山茶≥1 cm粗的根系數(shù)量和分布深度與種植土壤質(zhì)量密切相關(guān)。改善川山茶種植土壤質(zhì)量，特別是調(diào)整pH、有機(jī)質(zhì)含量和有效氮、有效磷和速效鉀含量，使之滿足川山茶生長需要，對縮短川山茶種植后的緩苗期、快速恢復(fù)長勢至關(guān)重要；建議改土深度不少于60 cm，因?yàn)橘嚹饶鹊龋?］研究表明，幾乎所有具有支撐作用的根系都分布在60 cm深的土壤中，川山茶作為常綠小喬木，植株高度可達(dá)9 m［9］，改土后更能促進(jìn)茶樹深扎根，為地上部分的正常生長提供保障。