馬尾松林下套種黃花倒水蓮根系生長(zhǎng)與分布格局

夏 偉

(福建省明溪縣林業(yè)總公司， 福建 三明 365500)

福建省以馬尾松Pinusmassoniana為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的林分面積達(dá)到237.04萬(wàn)hm2，占全省陸地總面積的19.5%[1]。這些林分大多數(shù)是大造林時(shí)期營(yíng)造的，往往密度較大，林分穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生病蟲(chóng)危害，導(dǎo)致生態(tài)功能下降，嚴(yán)重威脅森林安全。為此，降低馬尾松經(jīng)營(yíng)密度，做好馬尾松林的改造提升，是推動(dòng)福建省森林高質(zhì)量發(fā)展的重要措施和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。馬尾松林下套種是馬尾松純林改造提升的一個(gè)較好途徑，在馬尾松林下套種黃花倒水蓮PolygalafallaxHemsl.是比較好的組合[2]。黃花倒水蓮系遠(yuǎn)志科遠(yuǎn)志屬的多年生灌木植物，是一種藥食兩用植物，其根可入藥、煲湯，具有補(bǔ)虛健脾、保肝護(hù)肝、散瘀通絡(luò)的功效[3-5]，近代研究結(jié)果表明，其在抗衰老、促進(jìn)智力發(fā)展等方面也有積極作用[6-7]。市場(chǎng)需求量較大，野生資源已經(jīng)無(wú)法滿足需求，人工栽植黃花倒水蓮成為解決供需矛盾的重要途徑。有關(guān)馬尾松林下套種黃花倒水蓮的經(jīng)營(yíng)技術(shù)、生長(zhǎng)效應(yīng)以及鮮質(zhì)量分配已有一些研究[2，8-9],但對(duì)林下套種的黃花倒水蓮的根系生長(zhǎng)規(guī)律與分布格局未見(jiàn)詳細(xì)研究報(bào)道。為此，開(kāi)展馬尾松林下套種的黃花倒水蓮的根系分布與年生長(zhǎng)規(guī)律試驗(yàn)研究，旨在為制定馬尾松林下套種黃花倒水蓮經(jīng)營(yíng)措施提供理論依據(jù)和可借鑒的林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

明溪縣(北緯26°8′～26°39′，東經(jīng)116°47′～117°35′)氣候溫和，雨量充沛，光照充足，屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均空氣溫度18.0℃，年平均降水量1 800 mm；年平均日照1 788.6 h，土壤大多數(shù)系發(fā)育于花崗巖的山地紅壤。氣候和土壤適合馬尾松和黃花倒水蓮的生長(zhǎng)發(fā)育。試驗(yàn)林設(shè)在明溪縣福田寨采育場(chǎng)，2林班7大班13小班，海拔360 m～430 m，原林分為1998年春營(yíng)造的馬尾松純林，林齡19年生，2015年底時(shí)，林分密度1 725～1 860株·hm-2,平均胸徑15.8 cm，平均樹(shù)高18.6 m，馬尾松經(jīng)營(yíng)密度較大，林分中林木生長(zhǎng)參差不齊，郁閉度較大，林下植被較少。

1.2 試驗(yàn)方法

2015年底，在馬尾松純林中選擇立地條件和生長(zhǎng)狀況相似的區(qū)段建立3區(qū)組，每1區(qū)組內(nèi)設(shè)3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積設(shè)置30 m×30 m。采取完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，分別為(1)SM1處理：保留上層馬尾松450株·hm-2,其余間伐；(2)SM2處理，保留上層馬尾松600株·hm-2，其余間伐；(3)SM3處理，保留上層馬尾松750株·hm-2，其余間伐。

各處理間伐時(shí)按照較均勻分布原則，同時(shí)兼顧砍小留大、砍密留稀、砍劣留優(yōu)。間伐后進(jìn)行全面劈草，之后按照株行距1.5 m×1.5 m進(jìn)行定點(diǎn)塊狀整地，穴規(guī)格30 cm×30 cm×20 cm，挖明穴，回表土，于2016年2月采用1年生黃花倒水蓮扦插苗栽植，當(dāng)年開(kāi)始每年5月至6月、8月至9月，按常規(guī)撫育技術(shù)，對(duì)黃花倒水蓮進(jìn)行鋤草、擴(kuò)穴、施肥、培土等撫育，并沿山坡水平等高線堆積雜草，以減少水土流失。每年黃花倒水蓮?fù)Ｖ股L(zhǎng)后，測(cè)定各樣地每株黃花倒水蓮的地徑，以平均地徑±5%范圍內(nèi)選擇10株標(biāo)準(zhǔn)株，采用撩壕干掘法挖取根系，調(diào)查測(cè)定根系分布，再挖出根系稱(chēng)重，以2年間根系鮮質(zhì)量差值，計(jì)算根鮮質(zhì)量年生長(zhǎng)量。采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系生長(zhǎng)

2.1.1水平生長(zhǎng) 從表1可知，不同處理根系水平年生長(zhǎng)規(guī)律基本相同。隨著年齡增長(zhǎng)，根系水平生長(zhǎng)呈慢-快-慢規(guī)律，種植后當(dāng)年生長(zhǎng)較慢，之后2～4年進(jìn)入生長(zhǎng)快速期，之后緩慢回落。但不同處理根系年生長(zhǎng)量達(dá)到峰值時(shí)間略有不同。SM1處理和SM2處理平均根幅年生長(zhǎng)量峰值均出現(xiàn)在第5年，SM1處理年平均根幅生長(zhǎng)峰值19.0 cm,SM2處理年平均根幅生長(zhǎng)峰值19.6 cm，6年生開(kāi)始緩慢回落；SM3處理平均根幅生長(zhǎng)峰值出現(xiàn)在4年生，SM3處理年平均根幅生長(zhǎng)峰值18.1 cm，5年生下降至17.4 cm，6年生快速下滑到14.9 cm，表明不同處理根幅年生長(zhǎng)量達(dá)到峰值的時(shí)間存在差異，這與上層馬尾松林保留的株數(shù)有關(guān)。馬尾松純林經(jīng)間伐后，形成林隙，隨著林冠再生長(zhǎng)，林分從林隙形成到再郁閉呈動(dòng)態(tài)變化，對(duì)林下植物生長(zhǎng)有較大影響。SM3處理保留的馬尾松株數(shù)較多，從林隙形成到再郁閉的時(shí)間較短，5年生林分郁閉度較高，不利于林下黃花倒水蓮的生長(zhǎng)發(fā)育。在馬尾松林下套種黃花倒水蓮以上層林保存600株·hm-2,經(jīng)營(yíng)周期5～6年較合適。在馬尾松林下套種黃花倒水蓮后第2～4年應(yīng)采取及時(shí)除草、小范圍松土、適當(dāng)施肥等經(jīng)營(yíng)措施，以促進(jìn)根系快速生長(zhǎng)。

從表1可知，不同處理6年生黃花倒水蓮根幅從大到小依次為SM2處理>SM1處理>SM3處理,經(jīng)顯著性差異分析，各處理根幅間均未達(dá)到顯著差異(P>0.05)，但3個(gè)處理中，SM2處理6年生根幅分別比SM1處理和SM3處理增加1.61%和7.23%，表明SM2處理(即保留上層馬尾松林600株·hm-2)在套種黃花倒水蓮5年期內(nèi)郁閉度的動(dòng)態(tài)變化范圍比較適合黃花倒水蓮的生長(zhǎng)發(fā)育。從6年生根幅年生長(zhǎng)量分析，SM2下降幅度并不明顯，仍有較大的生長(zhǎng)潛力，而SM3處理則下降幅度大。SM2處理套種年限可適當(dāng)延長(zhǎng)，但套種最佳年限有待于進(jìn)一步觀察。

表1 不同處理黃花倒水蓮根系生長(zhǎng)情況

2.1.2垂直生長(zhǎng) 黃花倒水蓮沒(méi)有明顯的直根系，根系垂直方向生長(zhǎng)來(lái)自水平根系斜展延伸。根深變化規(guī)律與水平變化密切相關(guān)，但變化幅度明顯小于根幅。從表1可知，水平根幅生長(zhǎng)是根系垂直生長(zhǎng)約2～4倍，而且隨著土層深入根收縮明顯，表明根系向下穿透能力較差。一般情況下，隨著土層向下延伸，土壤容重變大，表明黃花倒水蓮對(duì)土壤容重反應(yīng)敏感，喜肥沃、疏松的土壤。馬尾松林下土壤較干燥、板結(jié)，在經(jīng)營(yíng)管理黃花倒水蓮時(shí)，應(yīng)該根據(jù)根系生長(zhǎng)規(guī)律，適當(dāng)進(jìn)行松土，逐年向外延伸，為根系生長(zhǎng)創(chuàng)造有利的生長(zhǎng)環(huán)境。

2.2 根鮮質(zhì)量年生長(zhǎng)量

表2是不同年度挖取代表株測(cè)定的根鮮質(zhì)量,以表2中兩相鄰年度根鮮質(zhì)量的差值計(jì)算根鮮質(zhì)量年生長(zhǎng)量。從表2可知，不同處理不同年度黃花倒水蓮根鮮質(zhì)量的生長(zhǎng)量不同。SM1處理根鮮質(zhì)量年生長(zhǎng)量從高到低依次為6年生>5年生>4年生>3年生>2年生>1年生；隨著年齡增長(zhǎng)而增高，根鮮質(zhì)量年生長(zhǎng)量峰值出現(xiàn)在6年生。SM2處理根鮮質(zhì)量從高到低依次為5年>6年>4年>3年>2年>1年,基本上表現(xiàn)為隨著年齡的增長(zhǎng)而增高，但6年生根鮮質(zhì)量低于5年生，其峰值出現(xiàn)在5年生，表明生長(zhǎng)量在第6年開(kāi)始下降，這與上層馬尾松林分郁閉度似乎有關(guān)聯(lián)，可以從SM3處理根鮮質(zhì)量生長(zhǎng)量的變化規(guī)律得到進(jìn)一步印證。SM3處理根鮮質(zhì)量從高到低依次為4年生>5年生>3年生>6年生>2年生>1年生,根系鮮質(zhì)量年生長(zhǎng)量峰值出現(xiàn)在4年生。

各處理根鮮質(zhì)量年生長(zhǎng)量的變化規(guī)律表明，隨著套種年齡的增長(zhǎng)，黃花倒水蓮根鮮質(zhì)量有趨高的走向，但又受到上層馬尾松林分郁閉度的制約。從馬尾松林下套種黃花倒水蓮5年為一經(jīng)營(yíng)周期，黃花倒水蓮根鮮質(zhì)量最大化的維度分析，以SM2處理較為合適。SM2處理6年生時(shí)根鮮質(zhì)量比SM1處理、SM3處理分別增加6.9%和2.7%。SM3處理根鮮質(zhì)量年生長(zhǎng)量比SM2提前1年左右達(dá)到峰值，SM1處理則比SM2略遲達(dá)到峰值。SM2處理套種5年鮮根質(zhì)量達(dá)506.4 g·株-1，比SM1處理、SM3處理分別增加6.9%和2.7%。因此，在19年生馬尾松林下套種，以保存上層馬尾松600株·hm-2,經(jīng)營(yíng)周期5年或6年較為合適。

表2 不同處理黃花倒水蓮根鮮質(zhì)量

2.3 根系空間分布格局

根系空間分布格局反映植物對(duì)生境的適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)能力[10]。從表3可以看出，6年生各處理黃花倒水蓮根系分布格局大致相同。主根不明顯，水平根系粗壯發(fā)達(dá)，以種植株為中心，從內(nèi)向外每20 cm為1區(qū)段，0～20 cm區(qū)段內(nèi)根鮮質(zhì)量占59.4%～61.2%，20～40 cm區(qū)段內(nèi)根鮮質(zhì)量占28.6%～30.4%，0～40 cm范圍內(nèi)根鮮質(zhì)量占89.0%～91.6%，表明根系水平分布集中在0～40 cm水平區(qū)段內(nèi)，冠幅分布與根系分布范圍大致相同。表明在馬尾松林下套種黃花倒水蓮以經(jīng)營(yíng)年限5年，且種植株行距采用1.0 m×1.0 m更合適。適當(dāng)密植，不僅可以提高林地利用率，增加單位面積產(chǎn)量，而且可以更好地發(fā)揮生態(tài)功能。

從根莖處向下每20 cm為一層觀測(cè)根系垂直分布，其根系分布在0～40 cm土層，主要分布在0～20 cm土層。從表3可知，0～20 cm土層根鮮質(zhì)量占79.5%～81.4%，20～40 cm土層僅占18.6%～20.5%，表明黃花倒水蓮根系分布較淺。馬尾松為深根性樹(shù)種，有明顯主根，根系分布較深。據(jù)李少青研究[11]，22年生馬尾松小根(d<3 cm)分布在40～60 cm及以下土層，在0～40 cm土層內(nèi)根系較少。在馬尾松林下套種黃花倒水蓮，兩植物根系在土層中呈層分布明顯，與馬尾松主根的水平分布和垂直分布交叉、重復(fù)較少，在各自土層吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分，能夠有效利用不同土層的養(yǎng)分和水分，表明馬尾松林下適宜套種黃花倒水蓮。

表3 不同處理黃花倒水蓮根系空間分布格局

2.4 經(jīng)營(yíng)效益分析

從表4可知，不同處理根系鮮質(zhì)量存在差異，平均現(xiàn)存量SM2處理最高，分別比SM1、SM3處理增加5.81%和8.95%。以黃花倒水蓮根鮮質(zhì)量市場(chǎng)收購(gòu)價(jià)30元·kg-1計(jì)，則SM2處理根鮮質(zhì)量產(chǎn)值分別比SM1和SM3處理可增收347.7元·hm-2和520.2元·hm-2,具有顯著的經(jīng)營(yíng)效益。

表4 不同處理黃花倒水蓮根鮮質(zhì)量及經(jīng)營(yíng)效益

3 結(jié)論與討論

馬尾松是南方林區(qū)廣為栽培和天然分布的樹(shù)種。但其營(yíng)造純林林分不穩(wěn)定，抗逆性較差，容易發(fā)生病蟲(chóng)害；凋落物含有油脂，不易分解，林地凋落物多，林地干燥，也容易發(fā)生森林火災(zāi)。大量研究結(jié)果表明在馬尾松林下套種格氏栲、苦櫧、福建柏、肉桂、乳源木蓮、苦竹、多花黃精[12-17]等植物可以提高林分穩(wěn)定性和生產(chǎn)能力，提高林分生態(tài)功能，增加經(jīng)濟(jì)收入。因此，馬尾松與黃花倒水蓮復(fù)層經(jīng)營(yíng)具有重要意義。

馬尾松林下套種黃花倒水蓮水平根系生長(zhǎng)粗壯、發(fā)達(dá)，沒(méi)有明顯的直根系。本研究結(jié)果表明，黃花倒水蓮根系生長(zhǎng)與根鮮質(zhì)量存在慢-快-慢的變化規(guī)律，套種4～5年達(dá)到峰值，隨后開(kāi)始下降。且不同處理根系生長(zhǎng)和根鮮質(zhì)量達(dá)到峰值時(shí)間存在差異，SM2處理根生長(zhǎng)和根鮮質(zhì)量峰值出現(xiàn)在5年生，SM3處理提前1年左右，SM1處理則略遲。黃花倒水蓮根系生長(zhǎng)與根鮮質(zhì)量變化規(guī)律既有自身的生長(zhǎng)規(guī)律，又受到上層馬尾松林分郁閉度的制約。在19年生馬尾松林下套種，以保存上層馬尾松600株·hm-2，經(jīng)營(yíng)周期5年或6年較為合適。馬尾松林下套種經(jīng)濟(jì)植物經(jīng)營(yíng)周期，姜建國(guó)[18]對(duì)藥用植物雷公藤根系生長(zhǎng)特點(diǎn)研究表明后認(rèn)為，雷公藤根系年生長(zhǎng)量30～80 cm，3年生后根系才進(jìn)入增粗生長(zhǎng)階段，可持續(xù)到7年生，這時(shí)生物活性成分已積累較多，經(jīng)營(yíng)周期可選擇7年。林培遠(yuǎn)[19]研究了藥用植物多花黃精根莖生長(zhǎng)規(guī)律，得出作為單子葉植物的多花黃精，不同齡級(jí)根莖鮮重從大到小依序?yàn)?齡級(jí)>2齡級(jí)>4齡級(jí)>1齡級(jí)>5齡級(jí)，3齡級(jí)生長(zhǎng)量達(dá)到高峰，4齡級(jí)根莖鮮重已下降，而且4年生時(shí)多花黃精根莖已經(jīng)有明顯的藥理作用，建議經(jīng)營(yíng)周期為4年生。這與本研究經(jīng)營(yíng)理念相吻合，即經(jīng)營(yíng)周期應(yīng)根據(jù)其生物學(xué)特性、生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律及活性物質(zhì)藥理功效來(lái)確定。

黃花倒水蓮根系較集中分布在水平距離0～40 cm，垂直深度0～20 cm的區(qū)段，根系分布較淺。馬尾松為深根性樹(shù)種，有明顯主根，根系分布較深；在馬尾松林下套種黃花倒水蓮，兩植物根系在土層中呈層分布明顯。在各自土層吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分，能夠有效利用不同土層的養(yǎng)分和水分。此外，黃花倒水蓮較喜肥沃、疏松的土壤，馬尾松林下土壤一般較干燥、板結(jié)，建議套種期間采取除草、松土、培土等技術(shù)措施，有條件的林地可適當(dāng)施肥，建議套種株行距為1 m×1 m，以提高黃花倒水蓮根系鮮質(zhì)量。