基于TRU 系統(tǒng)對(duì)南山植物園川山茶根系空間分布規(guī)律的研究

李玲莉，周 利 ，何永鉥 ，田 中 ，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.重慶市南山植物園管理處，重慶 400065；4.重慶市大足區(qū)公園管理所，重慶 402360）

樹(shù)木雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)（tree radar unit，以下簡(jiǎn)稱(chēng)TRU）的基本原理是利用高頻雷達(dá)波（1 MHz～1 GHz），以脈沖形式通過(guò)發(fā)射天線被定向地送入探測(cè)體內(nèi)。雷達(dá)波在傳播過(guò)程中，當(dāng)遇到存在電性差異的介質(zhì)時(shí)，電磁波便發(fā)生反射，由接收天線接收。在對(duì)接收天線接收到的雷達(dá)波進(jìn)行處理、分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)接收到的雷達(dá)波波形、強(qiáng)度、時(shí)間等推斷樹(shù)木根系的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性質(zhì)及幾何形態(tài)，從而達(dá)到對(duì)樹(shù)木根系的探測(cè)［1］。TRU 系統(tǒng)作為高效的淺層探測(cè)方法，具有操作簡(jiǎn)單靈活、剖面直觀、無(wú)損性等優(yōu)點(diǎn)［2］。自引入中國(guó)后，被廣泛用于古樹(shù)樹(shù)干空腐檢測(cè)和根系空間分布無(wú)損檢測(cè)［3-6］。

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省而得名［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。目前，國(guó)內(nèi)以南山植物園收集、展示川山茶品種類(lèi)型最為齊全，現(xiàn)有川山茶傳統(tǒng)品種110 個(gè)，古樹(shù) 100 多株［8］，并于 2016 年入選首批國(guó)家花卉種質(zhì)資源庫(kù)。為此，本研究采用TRU 系統(tǒng)，對(duì)南山植物園山茶園內(nèi)的川山茶植株進(jìn)行根系非破壞性檢測(cè)，探索粗度≥1 cm 的根系空間分布特點(diǎn)，以期為南山植物園川山茶的日常養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

以南山植物園山茶園長(zhǎng)勢(shì)較好的川山茶植株為試驗(yàn)對(duì)象，選擇距樹(shù)干2 m 以?xún)?nèi)無(wú)灌木、無(wú)大型雜草生長(zhǎng)的川山茶植株。其中地徑3～12 cm 10 個(gè)徑級(jí)的茶樹(shù)每個(gè)徑級(jí)不少于3 棵，共測(cè)定34 棵。對(duì)草坪孤植的3 棵茶樹(shù)單獨(dú)測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 根系空間分布測(cè)定方法 試驗(yàn)采用產(chǎn)自美國(guó)Treeradar 公司的樹(shù)木雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)（900 MHz 雷達(dá)天線，可分辨最小根系直徑1 cm）。

1）圓形斷面掃描。選擇樹(shù)干間距不少于2.5 m的34 棵茶樹(shù)，以樹(shù)干為圓心，根據(jù)生長(zhǎng)地實(shí)際情況，測(cè)定半徑 0.5 m 和 1 m 圓斷面處，0～72 cm 土層中粗度≥1 cm 的根系分布情況。

2）扇形斷面掃描。以3 棵孤植茶樹(shù)為試驗(yàn)對(duì)象，以樹(shù)干為圓心，選擇受周?chē)鷺?shù)木影響較小的90°扇面方向，在距樹(shù)干基部5 m 內(nèi)，每隔0.5 m 測(cè)定0～72 cm 土層中直徑≥1 cm 的根系分布情況。

1.2.2 土壤質(zhì)量測(cè)定方法 采用混合采樣法，在距樹(shù)干30 cm 處采取0～30 cm 深的土壤樣品，送至重慶市土壤質(zhì)量檢測(cè)中心，測(cè)定pH、EC、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)。

1.2.3 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定方法 采用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定每棵山茶植株的株高、冠幅、地徑。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和SPSS 19.0 軟件對(duì)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

由表1 可知，山茶園為中性壤土，有機(jī)質(zhì)、有效氮和有效磷含量較高，且土壤中未見(jiàn)＞2 mm 礫石。結(jié)合日常養(yǎng)護(hù)發(fā)現(xiàn)，山茶園每年都要為每棵茶樹(shù)施入腐熟的油餅肥，同時(shí)起到了改良土壤的作用。

表1 土壤理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

2.2 供試茶樹(shù)基本生長(zhǎng)情況

2.2.1 供試茶樹(shù)生長(zhǎng)指標(biāo)變化規(guī)律 對(duì)34 棵供試茶樹(shù)的地徑、株高和冠幅進(jìn)行分析，結(jié)果（表2）發(fā)現(xiàn)，隨著地徑粗度的增加，供試茶樹(shù)的株高和冠幅呈逐漸增加的趨勢(shì)。其中，株高從2.03 m 增至3.93 m，以徑級(jí)7.0～7.9 cm 為分界點(diǎn)，株高開(kāi)始增至3 m；冠幅從 1.53 m 增至 3.30 m，以徑級(jí) 6.0～6.9 cm 和 11.0～11.9 cm 為分界點(diǎn)，冠幅開(kāi)始增至2 m 和3 m。

表2 供試茶樹(shù)地徑、苗高和冠幅調(diào)查結(jié)果

2.2.2 供試茶樹(shù)生長(zhǎng)指標(biāo)與距樹(shù)干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)相關(guān)性分析 將34 棵茶樹(shù)的地徑、株高、冠幅與距樹(shù)干0.5 m 處粗度≥1 cm 的根數(shù)進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可以看出，地徑、株高和冠幅之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)從0.752 至0.907；距樹(shù)干 0.5 m 處粗度≥1 cm 的根數(shù)與地徑、株高和冠幅負(fù)相關(guān)，并與地徑和冠幅達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.605 和-0.468。由此可見(jiàn)，隨著地徑粗度的增加，供試茶樹(shù)的冠幅不斷增大，距樹(shù)干0.5 m 處粗度≥1 cm 的根數(shù)卻逐漸減少。

表3 生長(zhǎng)指標(biāo)與距樹(shù)干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)相關(guān)性分析

2.3 供試茶樹(shù)根系分布

2.3.1 粗度≥1 cm 根系縱向分布 測(cè)定不同土層深度中，供試茶樹(shù)粗度≥1 cm 的根數(shù)多重比較結(jié)果見(jiàn)表4。由表4 可知，隨著土壤深度的增加，距樹(shù)干0.5 m 和1.0 m 根數(shù)均呈先增加后減少的趨勢(shì)，約有51%的粗度≥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(shù)干0.5 m 的圓斷面處，深度 40～72 cm 土層中的根數(shù)雖然比 0～20 cm 的多，但未達(dá)到顯著差異；距樹(shù)干1.0 m 的圓斷面處，深度40～72 cm 土層中的根數(shù)較 0～20 cm 的多，并達(dá)到極顯著差異。由此可見(jiàn)，山茶園茶樹(shù)78%～85%的粗度≥1 cm 的根分布在深度 20～72 cm 的土層中，其中約51%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。

表4 不同土層深度中粗度≥1 cm 根數(shù)分布情況

2.3.2 粗度≥1 cm 根系橫向分布

1）距樹(shù)干 0.5 m 和 1.0 m 處粗度≥1 cm 根系橫向分布。在距樹(shù)干0.5 m 和1.0 m 圓斷面處，測(cè)定34 棵供試茶樹(shù)粗度≥1 cm 根系分布，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，距樹(shù)干0.5 m 處粗度≥1 cm 根數(shù)為20，較距樹(shù)干1.0 m 處少，差異達(dá)極顯著水平；距樹(shù)干0.5 m 和1.0 m 處根系分布的最深深度和最淺深度無(wú)顯著變化，距樹(shù)干0.5 m 處粗度≥1 cm 根系主要分布在深度12.89～56.19 cm 的土層中，距樹(shù)干 1.0 m 處根系主要分布在9.79～59.24 cm 的土層中。

表5 距樹(shù)干0.5 m 和1.0 m 處粗度≥1 cm 根數(shù)分布情況

由此可見(jiàn)，隨距樹(shù)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）距樹(shù)干5 m 內(nèi)粗度≥1 cm 根系橫向分布。為了進(jìn)一步探索川山茶根系的橫向延伸范圍和分布趨勢(shì)，選擇草坪內(nèi)孤植的3 棵川山茶，測(cè)定其基本生長(zhǎng)情況（表6）和粗度≥1 cm 根系空間分布（圖1、圖2 和圖3）。3 棵孤植茶樹(shù)于2003 年種植于坡向西南，坡度13°的草坪中，生長(zhǎng)健壯，枝葉繁茂。

表6 3 棵孤植茶樹(shù)地徑、株高和冠幅的調(diào)查結(jié)果

圖1 距樹(shù)干5 m 內(nèi)孤植樹(shù)1 根數(shù)及根系分布深度趨勢(shì)

圖2 距樹(shù)干5 m 內(nèi)孤植樹(shù)2 根數(shù)及根系分布深度趨勢(shì)

圖3 距樹(shù)干5 m 內(nèi)孤植樹(shù)3 根數(shù)及根系分布深度趨勢(shì)

由圖1、圖2 和圖3 可見(jiàn)，隨著距樹(shù)干距離的增加，粗度≥1 cm 根數(shù)逐漸增加，在樹(shù)冠滴水線附近，粗度≥1 cm 根數(shù)減少，隨后逐漸增加。其中，孤植樹(shù)1 的冠幅為 1.84 m，在距樹(shù)干 2.0 m 處，粗度≥1 cm 根數(shù)為24 條，低于1.5 m 處和2.5 m 處的根數(shù)；孤植樹(shù)2的冠幅為 2.84 m，在距樹(shù)干 3.0 m 處，粗度≥1 cm 根數(shù)為19 條，低于2.5 m 處和3.5 m 處的根數(shù)；孤植樹(shù)3的冠幅為 3.73 m，在距樹(shù)干 4.0 m 處，粗度≥1 cm 根數(shù)為 39 條，高于 3.5 m 處，低于 4.5 m 處的根數(shù)。

此外，隨著距樹(shù)干距離的增加，粗度≥1 cm 根系最淺分布在10 cm 左右的土壤深度中，粗度≥1 cm 根系最深分布變化較大，這可能與土壤質(zhì)地、粒徑等有關(guān)。

2.3.3 徑級(jí)對(duì)根系分布的影響 距樹(shù)干0.5 m 圓斷面處，10 個(gè)徑級(jí)茶樹(shù)粗度≥1 cm 根系分布多重比較結(jié)果見(jiàn)表7。由表7 可知，隨著茶樹(shù)地徑粗度的增加，距樹(shù)干0.5 m 處粗度≥1 cm 根數(shù)呈減少趨勢(shì)，粗度≥1 cm 根系的最深分布深度和最淺分布深度無(wú)顯著差異。其中，地徑7.0～7.9 cm 的茶樹(shù)植株的根數(shù)與其他徑級(jí)的無(wú)顯著差異，可見(jiàn)以地徑7.0～7.9 cm為界，地徑3.0～6.9 cm 的茶樹(shù)每株有粗度≥1 cm 的根數(shù)為27～33，地徑8.0～12.9 cm 茶樹(shù)每株有粗度≥1 cm的根數(shù)為 15～26；10 個(gè)徑級(jí)茶樹(shù)中，粗度≥1 cm 根系的最深分布深度范圍為53.04～62.08 cm，最淺分布范圍為5.86～12.67 cm。

表7 距樹(shù)干0.5 m 處10 個(gè)徑級(jí)粗度≥1 cm 茶樹(shù)根系分布情況

3 小結(jié)與討論

南山植物園山茶園37 棵供試茶樹(shù)根系空間分布特征如下。

1）隨著地徑粗度從3.00 cm 增至12.9 cm，供試茶樹(shù)的株高和冠幅不斷增大，其中株高從2.03 m 增至3.93 m，冠幅從1.52 m 增至3.30 m。但在距樹(shù)干0.5 m 處，粗度≥1 cm 的根數(shù)與地徑和冠幅達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)。

2）距樹(shù)干0.5 m 和1.0 m 圓斷面處，供試茶樹(shù)78%～85% 粗度≥1 cm 的根分布在 20～72 cm 深的土層中，其中約50%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(duì)較少。

3）隨著距樹(shù)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；孤植茶樹(shù)的粗度≥1 cm 的根數(shù)逐漸增多，卻在滴水線附近有所減少，隨后繼續(xù)增加。挖開(kāi)土壤觀察發(fā)現(xiàn)，滴水線處茶樹(shù)根系較細(xì)，滴水線外粗度≥1 cm 根系很難確定為茶花根系。

4）隨著供試茶樹(shù)地徑粗度的增加，距樹(shù)干0.5 m處粗度≥1 cm 根數(shù)呈減少趨勢(shì)。以地徑7.0～7.9 cm為分界點(diǎn)，地徑3.0～6.9 cm的茶樹(shù)每株長(zhǎng)有粗度≥1 cm的根數(shù)為 27～33，地徑 8.0～12.9 cm 茶樹(shù)每株長(zhǎng)有粗度≥1 cm 的根數(shù)為15～26；不同徑級(jí)茶樹(shù)粗度≥1 cm根系的最深分布范圍為53.04～62.08 cm 和最淺分布范圍為5.86～12.67 cm。

綜上所述，受TRU 系統(tǒng)根系粗度測(cè)定范圍限制，本文僅對(duì)南山植物園川山茶粗度≥1 cm 的根系的根系空間分布進(jìn)行研究，川山茶須根生長(zhǎng)規(guī)律和空間分布仍需進(jìn)一步研究。南山植物園山茶園作為川山茶種質(zhì)資源的重要保存地，彰顯了重慶市作為“山水之城，美麗之地”的人文特色。同時(shí)，南山植物園山茶園的精細(xì)化養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)水平和養(yǎng)護(hù)成效代表了重慶市茶花養(yǎng)護(hù)的最高水平，為市街茶花養(yǎng)護(hù)指明了方向。根據(jù)本文研究結(jié)果，結(jié)合山茶園的養(yǎng)護(hù)措施，建議追肥時(shí)將肥料沿樹(shù)冠滴水線進(jìn)行溝施，以便肥料被投放在細(xì)根較多的地方，從而實(shí)現(xiàn)肥料的快速高效吸收，促進(jìn)根系向四周延展。