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        山桐子雌樹根系結(jié)構(gòu)分析*

        2022-10-08 12:00:16高明杰頓春垚劉漢蓁
        林業(yè)科技 2022年5期
        關(guān)鍵詞:水平

        高明杰 頓春垚 劉漢蓁

        (1.恩施市林業(yè)項(xiàng)目服務(wù)中心,湖北 恩施 445000;2.國(guó)家林業(yè)草原山桐子工程技術(shù)研究中心,湖北 利川 45000;3.恩施土家族苗族自治州林業(yè)科學(xué)研究院,湖北 恩施 445000)

        山桐子(Idesia polycarpa)是潛力巨大的木本油料樹種,隨著社會(huì)對(duì)木本食用油料樹種的持續(xù)關(guān)注,山桐子相關(guān)產(chǎn)業(yè)正逐步發(fā)展[1]。山桐子主要是雌雄異株植物[2],果實(shí)來源為雌樹,因此弄清山桐子雌樹的生長(zhǎng)規(guī)律十分重要。根系是植物的三大營(yíng)養(yǎng)器官之一,是植物體攝取各類大量元素與微量元素、水分的關(guān)鍵部位,也是支撐樹體外形的重要結(jié)構(gòu)[3,4]。已有研究認(rèn)為山桐子為淺根系植物,但關(guān)于山桐子根系生長(zhǎng)規(guī)律、成齡山桐子樹根系結(jié)構(gòu)等研究尚較為缺乏。本文以山桐子雌樹根系為研究對(duì)象,分析其結(jié)構(gòu),推理其形成過程與影響因素,以期為山桐子栽培學(xué)研究提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 樣地及材料

        試驗(yàn)樣地位于湖北省恩施州利川市沙溪鄉(xiāng),30°3′5″N,108°49′37″E位置附近。土壤為黃棕壤,位于中坡。試驗(yàn)材料為由湖北旭舟林農(nóng)科技有限公司提供的山桐子6年生雌樹。

        1.2 試驗(yàn)方法

        在樣地內(nèi)設(shè)置20 m×20 m的樣方,樣方中以胸徑確定優(yōu)勢(shì)木和中位木,選取2株山桐子雌樹中位木,撥開根系上表面覆蓋土壤并小心挖出全部根系,對(duì)可見根系進(jìn)行測(cè)定并記錄。

        1.3 主要調(diào)查指標(biāo)

        根系分級(jí)(自主根著生位置發(fā)生的主要根系為1級(jí)根,1級(jí)根上發(fā)生的為2級(jí)根,以此類推)、各級(jí)根系長(zhǎng)度(各級(jí)根系自著生部位到根尖位置長(zhǎng)度)、端部粗(各級(jí)根系在下級(jí)根系著生位置后0.5 cm位置直徑)、基部粗(各級(jí)根系著生位置直徑)、根分枝間距離(同級(jí)根系間距離)、細(xì)根數(shù)量。

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        數(shù)據(jù)整理采用WPS office表格軟件,數(shù)據(jù)分析采用IBM SPSS Statistics 22軟件,作圖采用GraphPad Prism 8軟件進(jìn)行。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 山桐子雌樹根系總體性狀

        山桐子雌樹根系總體積以各級(jí)根系體積累積計(jì)算,假定根系為規(guī)則的圓臺(tái)形狀,以長(zhǎng)度代替端部基部間垂直距離,以各級(jí)根系體積以端部和基部直徑與根系長(zhǎng)度計(jì)算其體積,計(jì)算方法:

        式中,Li為根系長(zhǎng)度;R為端部半徑;r為基部半徑;i為根系級(jí)別。

        以圓臺(tái)模型計(jì)算根系總表面積:

        經(jīng)計(jì)算,樣本山桐子雌樹根系總體積為166 125.65 cm3,總表面積為120 145.82 cm2,不區(qū)分根系級(jí)別,山桐子雌樹全株根系總長(zhǎng)為1 492 cm。

        2.2 垂直根與水平根對(duì)比

        對(duì)垂直向下的主要根系與輻射向周圍的主要水平根系進(jìn)行了對(duì)比分析的結(jié)果(表1)表明,水平1級(jí)根數(shù)目為10條,多于垂直根數(shù)目,水平1級(jí)根上的分枝數(shù)與垂直根無顯著差異,均為3條左右;水平1級(jí)根平均長(zhǎng)度為63.5 cm,為垂直根的2.35倍,差異顯著(P<0.05);水平1級(jí)根平均體積為15 099.95 cm3,為垂直根的52.59倍,差異極為顯著(P<0.01);水平1級(jí)根平均表面積為8 575.03 cm2,為垂直根的9.74倍,差異極為顯著(P<0.01)。以肉眼觀察,山桐子雌樹根系中水平根系主要位于外圍,垂直根主要位于中部位置。結(jié)果顯示,山桐子根系以水平根為主,垂直根不發(fā)達(dá)。僅以1級(jí)根進(jìn)行比較,垂直根在1級(jí)根中所占總體積僅為1.87%,所占比重較低。

        表1 水平根與垂直根對(duì)比分析

        2.3 根系數(shù)量分析

        如圖1所示,由于根系采挖過程中容易損毀,尤其級(jí)數(shù)較高的根系較為細(xì)弱,難以挖掘統(tǒng)計(jì),因此對(duì)挖掘出的完整根系中各級(jí)根系保存較好的進(jìn)行平均值計(jì)算。山桐子雌樹樣本中,1級(jí)根系共17條,平均每條1級(jí)根系上有2級(jí)根系3.5條,平均每條2級(jí)根系上有3級(jí)根系3條,平均每條3級(jí)根系上有4級(jí)根系3條,4級(jí)根系上已難見較粗的分枝。各級(jí)根系上均有密度不高的毛細(xì)根分布,但受挖掘處理影響,較難統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明,山桐子1級(jí)根發(fā)源于肉質(zhì)根上,其數(shù)量較多,但根系分枝能力不強(qiáng),各級(jí)根系的下一級(jí)根僅為3條左右。

        圖1 各級(jí)根系條數(shù)對(duì)比

        2.4 根系體積分析

        由于垂直根系在山桐子雌樹根系中占比較少,且分枝長(zhǎng)度短、級(jí)數(shù)少,因此忽略1級(jí)以上垂直根的影響,僅統(tǒng)計(jì)水平各級(jí)根系及1級(jí)垂直根系體積(圖2)。水平1級(jí)根平均體積為15 099.95 cm3,隨著根系級(jí)數(shù)增加,其體積逐漸減小,對(duì)根系級(jí)別與根系體積進(jìn)行相關(guān)性分析,其顯示為強(qiáng)相關(guān)(皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.76),5級(jí)根平均體積最少,僅為55.87 cm3,水平2級(jí)根系體積為1 440.77 cm3,與1級(jí)水平根系存在顯著差異。水平3級(jí)根系與水平2級(jí)根系體積也存在顯著差異。根系體積是根生長(zhǎng)的重要評(píng)估指標(biāo)[5],與根系生物量直接相關(guān),根系體積越大積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量越大,對(duì)植株的營(yíng)養(yǎng)保障能力也越強(qiáng)。

        圖2 各級(jí)根系體積對(duì)比

        2.5 根系表面積分析

        忽略1級(jí)以上垂直根的影響,僅統(tǒng)計(jì)水平各級(jí)根系及1級(jí)垂直根系長(zhǎng)度(圖3)。水平1級(jí)根系平均表面積為8 575.03 cm2,隨著根系級(jí)別增加,根系表面積逐漸減小;2級(jí)根系平均表面積為2 400.27 cm2;3級(jí)根系平均表面積為1 743.33 cm2;4級(jí)根系平均表面積935.72 cm2,5級(jí)根系平均表面積為494.55 cm2。垂直1級(jí)根系表面積為1 005.70 cm2,與水平4級(jí)根系表面積類似。2、3、4、5級(jí)根系與水平1級(jí)根系長(zhǎng)度存在顯著差異,除1級(jí)根系外,其他水平各級(jí)根系無顯著差異。根系吸收水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要部位為根尖,根表面積與著生細(xì)根量相關(guān),根表面積越大,植物同化作用越強(qiáng)[6],結(jié)果顯示山桐子雌樹根系中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要為1、2、3級(jí)根。

        圖3 各級(jí)根系表面積對(duì)比

        2.6 根系長(zhǎng)度分析

        忽略1級(jí)以上垂直根的影響,僅統(tǒng)計(jì)水平各級(jí)根系及1級(jí)垂直根系長(zhǎng)度(圖4)。水平1級(jí)根系平均長(zhǎng)63.5 cm;2級(jí)根系平均長(zhǎng)40.83 cm;3級(jí)根系平均長(zhǎng)41 cm;4級(jí)根系平均長(zhǎng)45.75 cm;5級(jí)根系平均長(zhǎng)35 cm,總體上根長(zhǎng)度隨著根系級(jí)別增加逐漸減小。2、3、4、5級(jí)根系與水平1級(jí)根系長(zhǎng)度存在差異,水平1級(jí)根與垂直1級(jí)根差異顯著。垂直1級(jí)根系平均長(zhǎng)度僅為27 cm,低于所有水平根系。

        圖4 各級(jí)根系長(zhǎng)度對(duì)比

        2.7 根系長(zhǎng)度、基部、端部直徑的相互關(guān)系

        對(duì)水平1級(jí)根的長(zhǎng)度和基部直徑關(guān)系進(jìn)行分析(圖5),水平1級(jí)根基部直徑與長(zhǎng)度總體呈負(fù)相關(guān),隨著基部直徑增加,根系長(zhǎng)度逐漸減小。1級(jí)根系端部粗度與長(zhǎng)度整體上呈負(fù)相關(guān),隨著根系端部增粗,其長(zhǎng)度逐漸縮短,當(dāng)根系端部直徑為9 mm時(shí),水平1級(jí)根長(zhǎng)度最長(zhǎng),達(dá)到130cm。對(duì)端部直徑與基部直徑進(jìn)行相關(guān)性分析,總體上,隨著基部直徑增加,端部直徑也逐漸增加,端部直徑與基部直徑呈正相關(guān)。

        圖5 水平1級(jí)根系長(zhǎng)度、基部直徑、端部直徑相互關(guān)系

        3 討論

        對(duì)根長(zhǎng)、根系體積、根系表面積等對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)山桐子雌樹水平根系發(fā)達(dá),垂直根系不發(fā)達(dá),水平1級(jí)根系越粗、長(zhǎng)度越短,根系基部與端部直徑呈正相關(guān)。

        植物根系分為直根系與須根系,山桐子雌樹苗期為直根系植物,根系主根明顯,垂直向下。但試驗(yàn)結(jié)果表明山桐子6年生雌樹主根不明顯,且垂直根短而細(xì),根系總體積和總表面積小,呈現(xiàn)出須根(水平)系的特征。這可能是因?yàn)樵谏酵┳用缫圃赃^程中根系頂部受損而抑制伸長(zhǎng)生長(zhǎng),或因?yàn)橥寥拉h(huán)境發(fā)生變化而影響根系向地生長(zhǎng),從而促進(jìn)了側(cè)根的生長(zhǎng)[7,8]。

        目前,國(guó)內(nèi)對(duì)山桐子根系發(fā)育的研究尚少,作為重要的經(jīng)濟(jì)樹種,快速促進(jìn)樹體營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)是重要的經(jīng)營(yíng)管理方向,弄清根系結(jié)構(gòu)也有助于在樹木生長(zhǎng)過程中選擇合理的土壤管理和施肥方法。由于研究選取的樣本較少,還需進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行深入驗(yàn)證,且選取樣本的土壤環(huán)境條件較為單一,還可以在不同土壤條件下選取更多樣本進(jìn)行深入研究。

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