黃櫨個(gè)體生長(zhǎng)情況與根系結(jié)構(gòu)的關(guān)系探究

代麗麗，張傳生，石研

（山東省蒙陰縣國(guó)有天麻林場(chǎng)，山東蒙陰 276200）

黃櫨是一種常見(jiàn)的觀賞性景觀植物，因其葉子到秋天會(huì)展現(xiàn)出橙紅色，所以黃櫨還被稱之為紅葉。由于黃櫨具有喜陽(yáng)、耐旱、耐寒以及能適應(yīng)堿性土壤等特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到城市景觀設(shè)計(jì)中。黃櫨主要通過(guò)根系吸收營(yíng)養(yǎng)，雖然在日常觀察中主要以黃櫨葉片的疏密程度、結(jié)構(gòu)完整度以及干枯程度等現(xiàn)狀評(píng)價(jià)其是否健康，但同時(shí)也可通過(guò)黃櫨根系的情況判斷個(gè)體是否健康?，F(xiàn)階段針對(duì)黃櫨健康的研究多數(shù)集中在病蟲(chóng)害防治以及葉片等角度，對(duì)其根系與個(gè)體間關(guān)系進(jìn)行分析的研究相對(duì)較少。因此，立足于黃櫨根系結(jié)構(gòu)角度研究黃櫨個(gè)體與根系結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以期為該領(lǐng)域的相關(guān)研究提供幫助。

1 研究地與研究對(duì)象概況

試驗(yàn)選在阿克蘇水平衡試驗(yàn)站（40°36′N，80°48′E）區(qū)間內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的平均海拔約為1030m，試驗(yàn)地屬于阿克蘇河流域的沖洪積平原綠洲覆蓋范圍內(nèi)，具有極端干旱區(qū)的一些氣候特征，并且太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，全年日照時(shí)間約為2940h，降雨量少，年平均降水量在50mm 以下，地下水埋深約為2～4.5m，區(qū)域間還種植有胡楊和檉柳等作物[1-3]。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021 年5 月10 日正式開(kāi)啟，共歷時(shí)94d。從兩方面進(jìn)行探究，即地下水深埋程度對(duì)黃櫨根系的影響和黃櫨個(gè)體情況與根系間的關(guān)系。在地下水深埋試驗(yàn)設(shè)計(jì)中需設(shè)置30cm、60cm 和90cm 3 個(gè)地下水埋深處理點(diǎn)，分別命名為A1、A2和A3，并對(duì)應(yīng)砂土、砂壤土和黏壤土等3 種地區(qū)的土壤基質(zhì)，土壤基質(zhì)分別計(jì)為B1、B2和B3，共計(jì)9 個(gè)處理，每個(gè)處理均重復(fù)4 次[4-5]。土壤的理化性質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1 所示（參數(shù)與黃櫨個(gè)體結(jié)構(gòu)與根系間的關(guān)系共用）。

表1 試驗(yàn)區(qū)域土壤的理化性質(zhì)

受實(shí)驗(yàn)區(qū)黃櫨個(gè)體生長(zhǎng)情況限制，將對(duì)黃櫨研究區(qū)域下的植株分為大小2 個(gè)梯度，1 梯度為成年（大）黃櫨，2 梯度為未成年（小）黃櫨。將黃櫨個(gè)體植株的健康程度分為3 個(gè)梯度，1 梯度為健康黃櫨，2 梯度為比較健康的黃櫨，3 梯度為不健康的黃櫨。為避免因立地條件差異導(dǎo)致研究植株存在生長(zhǎng)差異，進(jìn)而影響研究數(shù)據(jù)，需要綜合選擇同一朝向且林區(qū)存在大小不同、健康、較為健康以及不健康的黃櫨作為本次研究對(duì)象。黃櫨大小梯度劃分標(biāo)準(zhǔn)為：選取地面直徑為26.4±3.2cm 的黃櫨為第1 梯度，選擇地面直徑為12.0±2.2cm 的黃櫨為第2 梯度（為方便表述下文將以“大樹(shù)”表述第1 梯度，以“小樹(shù)”表述第2 梯度）。以現(xiàn)場(chǎng)取證數(shù)據(jù)將樹(shù)冠十分飽滿、葉片繁茂鮮艷有光澤并且無(wú)病蟲(chóng)害的黃櫨植株劃分為健康梯度中；將樹(shù)冠較為飽滿葉色相對(duì)比較稠密、可以呈現(xiàn)不同程度的色澤且存在病蟲(chóng)害威脅和枯枝比例并達(dá)到35%左右的黃櫨劃分為2 梯度；將樹(shù)冠存在明顯缺損、葉片脫落過(guò)半、葉片暗淡無(wú)光且病蟲(chóng)害嚴(yán)重和枯枝比例在70%以上的黃櫨劃分在第3 梯度。

2.2 取樣方法

通過(guò)人工挖掘法收集標(biāo)定的黃櫨植株根系樣本，統(tǒng)一以植株左邊方向?yàn)槿狱c(diǎn)，實(shí)際根系取樣點(diǎn)應(yīng)與樹(shù)干距離超過(guò)1/2，取樣樣方大小設(shè)計(jì)為30cm×30cm 的正方形區(qū)域，以避免對(duì)黃櫨植株正常生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。取樣樣方的土壤需要仔細(xì)挑選，分離出除黃櫨樹(shù)根以外的其他根系，將剩余的黃櫨根放入紙質(zhì)密封袋中進(jìn)行保存，然后將密封袋統(tǒng)一放入低溫保鮮盒中帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行下一步處理。在分揀過(guò)程中需要著重注意分揀方法，應(yīng)最大限度地保障黃櫨根系的完整性[7]。

2.3 根系指標(biāo)測(cè)定

測(cè)定新生根系的生長(zhǎng)情況，試驗(yàn)初期記錄目標(biāo)黃櫨的根系，在94d 后對(duì)比根系找出新生根苗，將所有黃櫨根苗切割成地表和深埋根系2 大部分，然后取樣送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步分析。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用干凈的水沖洗表面覆土，然后使用吸水紙吸取表面水分，并用測(cè)距儀測(cè)量根系，測(cè)量?jī)?nèi)容為新生根莖長(zhǎng)、各級(jí)根的長(zhǎng)度以及連接長(zhǎng)度，使用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量新生根莖的基徑和各級(jí)根的直徑，每次測(cè)定均重復(fù)3 次。

此外，還要利用Epson Expression12000XL 掃描儀和WinRhizPro 根系分析軟件測(cè)定黃櫨根系長(zhǎng)度、表面積、體積、根尖、分支以及根系平均連接長(zhǎng)度等元素[8-9]，同時(shí)需要?jiǎng)澐址謩e不同徑級(jí)的根系長(zhǎng)度、表面積、體積以及根尖數(shù)量，如表2 所示。

表2 徑級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

掃描完上述信息后,需要將全部根系放置在80℃的干燥箱中烘干至恒重，然后使用電子天平測(cè)定根系生物量（精確到0.001g），并通過(guò)已有數(shù)據(jù)計(jì)算出比根長(zhǎng)、比根表面積以及比根體積等指標(biāo)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

以根系垂直分布模型為基礎(chǔ)計(jì)算本次試驗(yàn)的根系參數(shù)[10]。用“a”代表試驗(yàn)區(qū)黃櫨植株基部到根終端的連接數(shù)并稱之為拓?fù)溟L(zhǎng)度，用“b”表示根系的平均拓?fù)溟L(zhǎng)度，因b 與根系通道所有拓?fù)溟L(zhǎng)度Pe 存在關(guān)聯(lián)，所以可用b=Pe/v0表示。由于a、b 受值變化的影響，因而通過(guò)線性轉(zhuǎn)換a、b，便可獲得修正的拓?fù)鋮?shù)“qa”和“qb”，公式為：

上式中l(wèi)bv0=Inv0/In2；qa、qb的范圍為0～1。

當(dāng)qa≈qb≈1 時(shí)表示根系呈鯡骨型分支；當(dāng)qa≈qb≈0 時(shí)表示根系呈叉狀型分支。

使用隸屬函數(shù)值法綜合評(píng)價(jià)試驗(yàn)黃櫨根系結(jié)構(gòu)指標(biāo)，計(jì)算式為：

上式中：Xi為測(cè)定值；Xman為最大值；Xmin為最小值。

使用Excel 表格匯總和整理數(shù)據(jù)，使用SPSS20.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差計(jì)算；運(yùn)用LSD 法實(shí)現(xiàn)對(duì)方差數(shù)據(jù)的多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 地下水埋深對(duì)黃櫨根系構(gòu)型的影響

由上述操作得出的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)匯總見(jiàn)表3 所示。

表3 地下水埋深和對(duì)黃櫨根系構(gòu)型的雙因素方差分析

由表3 可知，根系的連接長(zhǎng)度越長(zhǎng)對(duì)根系在土壤空間中拓展與吸收水分的能力影響大。不同土質(zhì)下黃櫨根系的連接長(zhǎng)度在地下水埋深較淺的情況下具有生長(zhǎng)不顯著性質(zhì)，隨著地下水埋深度的增加，其基質(zhì)對(duì)黃櫨根系連接長(zhǎng)度的影響會(huì)更加明顯，為方便觀察現(xiàn)將幾組試驗(yàn)點(diǎn)位的根系情況繪制成折線圖，如圖1 所示。

圖1 不同環(huán)境變量下的點(diǎn)位黃櫨根系生長(zhǎng)情況

3.2 健康程度對(duì)黃櫨根系結(jié)構(gòu)的影響

黃櫨根系結(jié)構(gòu)與個(gè)體健康程度之間存在顯著影響。健康黃櫨根系結(jié)構(gòu)與不健康黃櫨根系結(jié)構(gòu)相比存在明顯差異，即健康黃櫨評(píng)價(jià)指標(biāo)會(huì)高于不健康黃櫨的評(píng)價(jià)指標(biāo)，3 個(gè)等級(jí)中不健康黃櫨根系結(jié)構(gòu)的實(shí)際生長(zhǎng)情況最差。健康黃櫨的根系比根長(zhǎng)、比根表面積、比根體積、根系連接長(zhǎng)度、根系根尖數(shù)、分枝數(shù)以及連接數(shù)等分別是較為健康與不健康黃櫨根系結(jié)構(gòu)的2.47 倍、2.77 倍、1.76 倍、2.13 倍、1.30 倍、1.81 倍、4.86 倍；9.63 倍、4.25倍、4.27 倍、4.11 倍、4.13 倍、1.17 倍、1.42 倍，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4 所示。

表4 黃櫨個(gè)體健康程度與黃櫨根系結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性

較為健康和不健康的黃櫨根系與健康黃櫨根系相比，其G1～G7下根長(zhǎng)、表面積以及根尖數(shù)均分別下降約78.2%、84.8%、78.6%、82.6%、73.1%和87.2%，其中不健康黃櫨在G1范圍內(nèi)的根系比根長(zhǎng)、根系比根表面積以及根系根尖數(shù)分別比健康黃櫨低58.3%、52.4%和34.2%。

3.3 樹(shù)木形狀大小對(duì)黃櫨根系生長(zhǎng)情況的影響

由表4 可知，黃櫨樹(shù)木形狀的大小同樣與其根系結(jié)構(gòu)存在聯(lián)系。其中，1 梯度下的黃櫨根系比根長(zhǎng)、根系比根表面積、根系比根體積、根系連接均長(zhǎng)、根尖數(shù)、分枝數(shù)以及連接數(shù)等指標(biāo)與小樹(shù)指標(biāo)比分別低71.7%、54.5%、35.3%、6.8%、59.2%、26.2%和30.2%。另外，1梯度與2 梯度間黃櫨根系結(jié)構(gòu)的各指標(biāo)存在較大差異。在G1～G3范圍中2 梯度黃櫨根系結(jié)構(gòu)的各指標(biāo)以及所占比例均高于1 梯度的根系結(jié)構(gòu)，而在G5～G7范圍中則低于1 梯度的根系結(jié)構(gòu)。其中，在G1級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)2 梯度的根系長(zhǎng)度、表面積、體積以及根尖數(shù)的所占比例是1 梯度的3.68 倍、2.16 倍、3.02 倍、3.46 倍和2.34倍、3.72 倍，2.74、1.08 倍，而1 梯度在G5～G7范圍內(nèi)的根系長(zhǎng)度、表面積、體積以及根尖數(shù)所占比例是2 梯度的1.25 倍、2.14 倍、1.71 倍、1.51 倍和1.87 倍、1.17 倍、1.07 倍、2.72 倍，由此可證明1 梯度黃櫨與2 梯度黃櫨相比存在細(xì)根比例降低但粗根增多的現(xiàn)象。

4 結(jié)論與討論

從黃櫨個(gè)體的健康程度與樹(shù)木大小的角度與其根系結(jié)構(gòu)進(jìn)行影響性對(duì)比分析，以此方式佐證黃櫨根系結(jié)構(gòu)對(duì)個(gè)體生長(zhǎng)的影響。從研究結(jié)果中能得出，黃櫨大小受自身根系結(jié)構(gòu)影響，其比根長(zhǎng)和比根面積會(huì)直接影響個(gè)體的生長(zhǎng)情況。黃櫨的健康程度可以由分枝數(shù)、根系連接數(shù)、根系平均長(zhǎng)度以及根尖數(shù)等因素得出。

黃櫨根系的比根長(zhǎng)、根系比根表面積、根系連接長(zhǎng)度、根系根尖數(shù)、分枝數(shù)以及連接數(shù)等因素都會(huì)隨著個(gè)體的老化而縮減。植物的根系是植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要部分，同時(shí)也是地上部分賴以生存的基礎(chǔ)，即黃櫨根系結(jié)構(gòu)吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與水分的能力是可以直接映射黃櫨個(gè)體生長(zhǎng)情況的重要指標(biāo)。黃櫨根系結(jié)構(gòu)中比根長(zhǎng)因素與黃櫨從土壤中吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)效率緊密相關(guān)。根系分枝數(shù)和連接數(shù)可表示黃櫨根系在地下延伸的廣度，同時(shí)分枝數(shù)與連接數(shù)同樣可表明黃櫨的個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育情況。因此，隨著黃櫨根系各項(xiàng)指標(biāo)的下降，在一定程度上表示黃櫨個(gè)體健康程度也出現(xiàn)變化。

在本研究中，黃櫨直徑在0.0～0.1mm 的不健康，其細(xì)根比例會(huì)低于健康級(jí)別的黃櫨。同時(shí)，2 梯度下黃櫨根系結(jié)構(gòu)的特征指標(biāo)在0.0～0.5mm 級(jí)別內(nèi)，會(huì)明顯高于大樹(shù)指標(biāo)。由此可證明，隨著黃櫨個(gè)體健康程度的不斷下降，其根系組織能力也會(huì)隨之減弱。因此，可證明黃櫨個(gè)體生長(zhǎng)情況與根系結(jié)構(gòu)之間存在直接聯(lián)系，黃櫨根系結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)情況可以直接影響其健康程度和植株大小。