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根系是植物吸收土壤水分和养分的重要营养器官,并通过自身周期性的衰老死亡和分解作用参与土壤生态过程[1]。根系的空间分布决定了林木吸收土壤水分和营养空间的大小[2]。林木新根数量、长度和有效吸收面积等决定了根系吸收水分和养分的能力[3-4]。而直径≤2 mm的根,由于吸收表面积大、生理活性强等特点,在水分和养分吸收上发挥着重要的作用[5]。VOGT等[6]研究表明:在植物生长季中,粗根变化不明显,细根的变化较为明显。对于经济林来说,根系是果树栽培的基础。果园改土、灌溉、施肥等基本栽培措施都要通过根系对地上部分产生影响[7]。根系对于提高果实品质也有影响。目前,对果树根系进行了大量研究,张劲松等[8]对太行山低山丘陵区石榴Punica granatum吸水根的研究表明:石榴吸水根在垂直方向上主要集中在0~80 cm,水平方向上主要集中在0~100 cm。云雷等[9]对晋西黄土区核桃Juglans regia-花生Arachis hypogaea复合系统核桃根系的研究表明,核桃根系垂直方向上主要集中在0~60 cm,水平方向上主要集中在距核桃1.5 m的区域内。高琛稀等[10]对1年生矮化自根砧苹果Malus pumila苗木的研究表明:地下根系在6月和9月生长旺盛,7月和8月死亡较多。这一系列的研究对指导果树施肥和灌溉发挥了重要的作用。板栗Castanea mollissima原产中国,在中国分布范围较广,是中国重要的木本粮食作物之一,其抗病能力强、果实含糖量高、糯性强和易剥离等优点,深受广大消费者喜爱。提高板栗的产量和品质是许多学者比较关心的问题,而目前的研究主要集中在修剪、施肥、授粉等方面[11-13],对板栗根系的研究却鲜有报道。因此,本研究通过对板栗细根季节性动态及空间分布特征的研究,以期为生产中确定合理的施肥和灌溉制度,提高果树产量和质量提供科学依据。
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研究区域位于河北省迁西县北京林业大学经济林(板栗)育种与栽培实践基地。该地区地势平坦,属于东部季风暖温带半湿润气候,年平均气温为10.9 ℃,最冷月(1月)平均气温-6.5 ℃,最热月(7月)平均气温25.4 ℃,年平均降水量为744.7 mm,主要集中在7月和8月。全年日照时数为2 581.5 h,无霜期为176 d。试验地成土母质为片麻岩,土壤质地为沙壤土,土壤类型为褐土。试验地土壤理化性质见表 1。
表 1 试验地土壤理化性质
Table 1. Physical and chemical properties of the soils at the experiment site
土层深度/cm 容重/(g·m-3) 总孔隙度/% pH值 有机质/(g·kg-1) 碱解氮/(mg·kg-1) 有效磷/(mg·kg-1) 速效钾/(mg·kg-1) 0~20 1.51 43.07 6.48 6.11 51.42 22.53 157.61 20 ~40 1.42 46.37 6.68 6.55 46.55 18.72 125.51 40 ~60 1.47 44.41 7.59 5.56 38.85 16.58 123.12 -
研究对象是位于示范园内的6年生板栗,林带内植株密度为2 m × 3 m(株距为2 m,行距为3 m),平均树高2.4 m,平均地径6.6 cm,采用中等强度的管理措施。在研究区域内设置3个40 m × 40 m的标准地,选择标准木(接近平均树高和平均地径的树木)21株·样地-1。采用连续根钻法,土钻内径为8 cm,于2016年4-10月生长季内,每月10-15日选择样本3株·样地-1,以样本为中心,东西南北4个方向为取样区,距树干50 cm,100 cm处钻取土芯,分3层(0~20,20~40,40~60 cm)取样。试验为期6个月,共计分析7次样品。
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根样取回后先在水中浸泡,然后用水冲洗,过100目筛使根系与土壤等分离,重复数次。本研究采用传统的根系分类方法[14],将直径≤2 mm的根系归为板栗细根。然后将洗净的根系放在清水中,用镊子捡取所有的细根。根据细根的外形、颜色、弹性区别死根和活根。装入自封袋内放入冰箱内低温保存。本研究只统计活细根的特征,活细根用Epson Twain Pro根系扫描仪扫描获取图像。扫描时将根系放在透明塑料板上,用镊子将各条根系充分展开,扫描后的图像用WinRhizo根系分析系统进行分析。分析后的活根置于80 ℃的烘箱中烘干至恒量,用电子天平称量(精确到0.001 g)。以此来估算生物量。
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根长密度(m·m-3)=L/[πr2h·10-4];根质量密度(g·m-3)=m土芯/[πr2h·10-4]。其中:L为土芯根长;m土芯为土芯根质量;r为土钻半径,为4 cm;h为土层深,为20 cm。
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使用SPSS 20.0软件进行数据统计分析,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan法比较不同土层深度、不同距离的差异性及不同月份的差异性,应用Excel 2007进行图表制作。
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从4-10月板栗细根根长密度和根质量密度的总平均值来看(表 2),随着土层的变化,细根根长密度和根质量密度均表现出明显的变化趋势。在0~60 cm土层中,总细根根长密度为3 824.6 m·m-3,其中20~40 cm土层中最多,占总细根根长密度的43.03%。细根的总根质量密度在0~60 cm土层为554.2 g·m-3,与细根的根长密度相同,在20~40 cm土层中也是最多的,占总细根根质量密度的45.35%。细根根长密度和根质量密度的最大值均出现在距树干100 cm处的20~40 cm土层中。方差分析表明:随着土层的加深,细根的根长密度和根质量密度的变化差异显著(P<0.05)。
表 2 板栗细根空间分布特征
Table 2. Spatial distribution characteristics of fine root of Castanea mollissima
土层深度/cm 根长密度/(m·m-3) 根质量密度/(g·m-3) 50 cm 100 cm 50 cm 100 cm 0~20 1 352.8 ± 82.3 a 1 174.7 ± 65.0 b* 194.4 ± 10.5 a 141.4 ± 9.7 b* 20~40 1 246.5 ± 76.4 a 2 044.6 ± 124.3 a* 211.8 ± 14.7 a 290.8 ± 18.4 a* 40~60 824.0 ± 72.5 b 1 006.9 ± 98.3 c* 140.2 ± 8.4 b 129.7 ± 7.3 b 说明:数值为平均值±标准差。同列不同小写字母表示同一列不同土层细根差异显著(P < 0.05),*表示相同土层距树干不同距离细根差异显著(P < 0.05)。 板栗细根在水平距离上也表现出一定的分布特征。通过对这2个水平距离的细根进行统计分析,结果表明(表 2):在相同的土层处,这2个水平距离的细根根长密度差异显著,而细根的根质量密度除40~60 cm土层外,都差异显著(P<0.05)。在同一水平距离处,随土层的变化差异显著,尤其在100 cm的变化更为明显,其中100 cm处的20~40 cm土层中细根根长密度和根质量密度都明显高于其他层(P<0.05)。而在50 cm处,0~20 cm土层和20~40 cm土层的细根差异不明显。
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在0~60 cm土层中,板栗细根根长密度的季节变化范围为88.4~4 166.3 m·m-3,细根根长密度的月平均值为1 274.9 m·m-3。其中10月细根根长密度最大,4月细根根长密度最小。板栗在生长季中,细根根长密度有2次生长高峰,分别是6月和10月,10月增长最多,为524.6 m·m-3。
从图 1可以看出:20~40 cm土层的细根根长密度季节性变化最明显。在这一土层中,距树干50 cm和100 cm处的细根根长密度的季节性变化都显著(P<0.05),但它们的变化趋势不相同。在距树干100 cm处,细根根长密度的最大值出现在10月,且显著高于其他各月份(P<0.05),最小值是4月。在距树干50 cm处,细根根长密度的最大值出现在5月,最小值出现在7月。方差分析结果表明:5月的细根根长密度,除与6月差异不明显外,都显著高于其他月份(P<0.05)。
图 1 不同位置板栗细根根长密度季节性变化
Figure 1. Seasonal dynamics of fine root length density of Castanea mollissima at different locations
距树干50 cm处,细根根长密度呈波动变化,6月的细根根长密度最大,且明显大于其他月份(P<0.05)。在7月,细根根长密度有明显的下降,相比6月减少了904.4 m·m-3。距树干100 cm处,细根根长密度的变化不同于距树干50 cm处的,在7月和10月有2个生长高峰,其中10月细根根长密度最大。方差分析表明:10月的细根根长密度显著大于其他月份(P<0.05)。
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板栗细根根质量密度随着季节的变化也产生相应的变化。在0~60 cm的土层中,其生长季的波动范围为29.9~498.1 g·m-3,细根根质量密度的月平均值为184. 0 g·m-3。在生长过程中,细根的根质量密度有2个生长阶段,分别是4-6月和10月,其中4-6月生长相对较少,10月生长较为旺盛,与9月相比增长了39.5 g·m-3。
在不同的土层中,细根根质量密度的季节性变化有所不同(图 2)。与细根根长密度相同,20~40 cm的细根根质量密度相对较大,且变化较明显。在这一土层中,距树干50 cm处的细根根质量密度在5月有明显的增加,其中5月和6月的细根根质量密度明显大于其他月份(P<0.05)。距树干100 cm处,细根根质量密度在7月增加明显。方差分析表明:10月的细根根质量密度除与9月差异不明显外,都显著大于其他月份(P<0.05)。
图 2 不同位置板栗细根根质量密度季节性变化
Figure 2. Seasonal dynamics of fine root biomass density of Castanea mollissima at different locations
距树干50 cm处,细根根质量密度季节变化明显,其中6月细根根质量密度显著大于其他月份(P<0.05)。距树干100 cm处,整体上细根根质量密度是呈上升趋势的。与距树干50 cm不同,细根根质量密度在7月明显上升。10月和6月与其他月份相比差异均达显著水平(P<0.05)。
Spatial distribution and seasonal dynamics of fine roots of Castanea mollissima
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摘要: 为探明板栗Castanea mollissima细根的空间分布和季节变化,以河北省迁西县北京林业大学经济林(板栗)育种与栽培实践基地6年生板栗树为研究对象,生长季内(4-10月),采用连续根钻法(内径为8 cm),分别在距树干50 cm和100 cm设取样点,各个样点处垂直方向分3层(0~20,20~40和40~60 cm)钻取土芯。研究了板栗细根根长密度和根质量密度的月动态变化及空间分布特征。结果表明:在生长过程中板栗细根季节变化差异显著(P < 0.05),板栗细根根长密度月平均为1 274.9 m·m-3,在6月和10月有2个生长高峰,相比前1个月分别增加了203.0 m·m-3和524.6 m·m-3。细根根质量密度月平均值为184.7 g·m-3,有2个生长阶段(4-6月和9-10月),10月增长较多,与9月相比增长了39.5 g·m-3。在垂直方向上,20~40 cm土层中细根根长密度和根质量密度最大且季节变化最显著(P < 0.05)。水平方向上,距树干100 cm处根长密度和根质量密度大于距树干50 cm处。整体研究表明:板栗细根的空间分布和季节变化不仅受土壤垂直格局影响,还与树种生长规律密切相关。Abstract: To confirm the spatial distribution and seasonal dynamics of fine roots in the non-timber forest products breeding and cultivation practice base for Castanea mollissima (chestnut) of Beijing Forestry University in Qianxi, Hebei Province, the monthly dynamics and spatial distribution characteristics of fine root length density and dry weight density in a six-year-old chestnut plantation for the 0-20, 20-40, and 40-60 cm soil layers were studied using the soil coring method. Soil cores with a diameter of 8 cm were taken each month during the growing period (from April to October) about 50 and 100 cm away from the chestnut tree stem. Results showed that the fine root length density with a monthly average value of 1 274.9 m·m-3 had two growth peaks. Compared to the previous month, June and October both had significant difference (P < 0.05), which increased 203.0 m·m-3 and 524.6 m·m-3 separately. The fine root dry weight density had a monthly average value of 184.7 g·m-3 and two growing periods from April to June and from September to October. The fine root dry weight density in October was 39.5 g·m-3 higher compared to that in September (P < 0.05). The value of the fine root length density and dry weight density reached a maximum and changed with the seasons most noticeably in the vertical direction of the 20-40 cm soil layer (P < 0.05). Also, the fine root length density and dry weight density in the horizontal direction about 100 cm were greater than those about 50 cm (P < 0.05). This study indicated that spatial distribution and seasonal dynamics of fine roots likely resulted from spatial soil properties and the growth rule of C. mollissima.
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Key words:
- cash forestry /
- Castanea mollissima /
- fine root /
- length density /
- biomass density /
- spatial distribution /
- seasonal dynamic
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表 1 试验地土壤理化性质
Table 1. Physical and chemical properties of the soils at the experiment site
土层深度/cm 容重/(g·m-3) 总孔隙度/% pH值 有机质/(g·kg-1) 碱解氮/(mg·kg-1) 有效磷/(mg·kg-1) 速效钾/(mg·kg-1) 0~20 1.51 43.07 6.48 6.11 51.42 22.53 157.61 20 ~40 1.42 46.37 6.68 6.55 46.55 18.72 125.51 40 ~60 1.47 44.41 7.59 5.56 38.85 16.58 123.12 表 2 板栗细根空间分布特征
Table 2. Spatial distribution characteristics of fine root of Castanea mollissima
土层深度/cm 根长密度/(m·m-3) 根质量密度/(g·m-3) 50 cm 100 cm 50 cm 100 cm 0~20 1 352.8 ± 82.3 a 1 174.7 ± 65.0 b* 194.4 ± 10.5 a 141.4 ± 9.7 b* 20~40 1 246.5 ± 76.4 a 2 044.6 ± 124.3 a* 211.8 ± 14.7 a 290.8 ± 18.4 a* 40~60 824.0 ± 72.5 b 1 006.9 ± 98.3 c* 140.2 ± 8.4 b 129.7 ± 7.3 b 说明:数值为平均值±标准差。同列不同小写字母表示同一列不同土层细根差异显著(P < 0.05),*表示相同土层距树干不同距离细根差异显著(P < 0.05)。 -
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