不同品種油茶細根時空分布動態

發布時間：2019-12-06所屬分類：園林工程師瀏覽：1次

摘 要： 摘要 以贛無1、贛永5、長林4、長林40和贛447等5個品種的油茶林為研究對象，采用微根管技術對0～40cm土壤剖面的油茶細根進行了為期一年的觀測，并分析了總根尖數(TRT)、平均根長密度(ARLD)、平均直徑(ARD)的時空分布動態規律.結果表明:2016年下半年，各品種的

　　摘要 以贛無1、贛永5、長林4、長林40和贛447等5個品種的油茶林為研究對象，采用微根管技術對0～40cm土壤剖面的油茶細根進行了為期一年的觀測，并分析了總根尖數(TRT)、平均根長密度(ARLD)、平均直徑(ARD)的時空分布動態規律.結果表明:2016年下半年，各品種的TRT和ARLD變化相對穩定，2017年上半年，各品種的TRT和ARLD變化幅度較大，尤其體現在贛無1與長林40中.贛無1的TRT和ARLD在2017年5月出現峰值，長林4的ARD在2017年3月出現峰值.贛無1的TRT和ARLD以及長林4的ARD在整個觀測期都顯著大于其他品種.不同品種油茶細根在土層中的空間分布規律及動態變化存在明顯差異，贛無1和贛447的細根主要分布在0～20cm土層中，長林4和長林40的細根以20～40cm土層居多，空間分布動態變化較其他3個品種穩定;贛永5的空間分布動態變化幅度較大，根量分布各土層無顯著差異;長林4的ARD表現為20～40cm土層>0～20cm土層，其他品種的ARD在不同土層中無顯著差異.贛無1的細根生物量最多，主要分布在上層;長林4的細根直徑最粗，主要分布在下層.

　　關鍵詞 油茶;細根;微根管;品種

　　林木細根(直徑小于2mm)是林木吸收養分和水分的重要器官，對林木的生長發育和產量起著舉足輕重的作用[1].微根管技術是一項不具破壞性且能定點監測植物細根生長動態的技術.自20世紀90年代以來，該方法已經比較廣泛地運用于農作物和野生植物細根生長動態和功能的研究中[2-4].然而，該技術應用在油茶細根的相關研究較少.

　　油茶(Camelliaoleifera)為山茶科山茶屬的灌木或小喬木，是我國南方分布面積較廣的木本食用油料樹種，因其油脂含量較高，具有廣泛的綜合利用價值而被喻為“東方橄欖油”，與油棕(Elaeisguineensis)、油橄欖(Oleaeuropaea)、椰子(Cocosnucifera)并稱世界四大木本油料植物[5-7].植物根系的結構分布及生長動態規律一直是根系研究領域的重要課題.長期以來，人們對細根的研究多局限于生物量上[8-10]，而細根在生長中受各種生態因子的影響，反映細根功能的各形態指標也會隨之發生變化[11-13].前人對油茶細根的研究工作主要采用根鉆取土和人工測量的方法[14-16]，而國內外利用微根管技術結合圖像分析軟件對比不同品種油茶細根的差異研究仍處于空白狀態.

　　細根動態受到冠層的C供應水平、C在地上和地下的分配，以及非結構性碳水化合物(non-structuralcarbohydrate，NSC)儲存策略的影響，而這些均與樹種的生長策略有關[17-19].已有研究顯示，不同生長策略、生活型的樹種細根生產、死亡和壽命(根出生至死亡的時間)存在差異[20-22].本研究在分析江西當前主栽油茶品種形態差異的基礎上，選取植株形態差異較明顯的贛無1、贛永5、贛447、長林4和長林40這5個油茶品種為材料，采用微根管技術對比研究了油茶不同品種細根的形態指標，為了解地上C供應與根系動態之間的聯系提供必要的理論依據，以揭示不同品種油茶細根的生長特性，同時為選育豐產品種及油茶根系生態研究和高產栽培奠定理論基礎.

　　1研究地區與研究方法

　　1.1試驗地概況

　　試驗地位于江西省宜春市袁州區西村鎮(27°33'—28°05'N，113°54'—114°37'E).該基地屬典型亞熱帶季風氣候，年降雨量1595.8mm，年平均氣溫16.4℃，土壤為紅壤，是油茶的適生區和主產區.試驗地土壤平均養分含量為:有機質12.65g·kg-1、硝態氮4.37mg·kg-1、銨態氮69.81mg·kg-1、速效磷7.02mg·kg-1、速效鉀93.73mg·kg-1，土壤pH為3.51.樣地面積為0.33hm2，每個品種油茶數量為100～110株不等，油茶林種植密度2m×3m，管理措施一致.試驗樣地平緩，所有品種均在同一坡面.

　　1.2試驗材料

　　供試材料為2011年造林的贛無1、贛永5、贛447、長林4和長林40等5個油茶品種，均為芽苗砧嫁接植株.2015年12月測得贛無1、贛永5、贛447、長林4和長林40的平均株高分別為196、184、151、180、183cm;冠幅依次為138、73、128、147、132cm;地徑依次為49、35、36、50、43mm.

　　1.3細根圖像的獲取與處理

　　2015年11月在5個油茶品種中各選擇長勢中等的6棵油茶樹，參照Withington等[17]介紹的方法，與樹干距離約30cm處，按同一方向與地面呈45°角埋設微根管并編號，共埋設30根微根管.微根管(長90cm，外徑5.5cm，內徑5.0cm)與地面呈45°角，露出地面約33cm，垂直觀測距離約40cm.為減少管的安裝對根系生長的影響，使管與土壤達到良好的接觸，在微根管安裝半年后進行數據采集[18-20].

　　從2016年6月26日開始每月采集一次圖像，到2017年6月止，期間共采集圖像12次(2017年1月冬季低溫，油茶處于休眠期狀態，未采集數據).采集圖像尺寸為1.8cm×1.4cm，攝像探頭每個位點的距離為1.35cm，垂直距離約1cm.故每次每根微根管可收集40張圖片.用WinRHIZOTron圖像分析軟件對所采集的圖像進行處理，以獲取細根長度、平均直徑、表面積等數據.依據微根管號、圖像采集時間、觀測框位置、細根編號等建立細根數據庫[23-25].

　　本研究采用的細根指標為總根尖數(TRT)、平均直徑(ARD)和平均根長密度(ARLD).通常以單位土壤體積的根長密度(RLD，mm·cm-3)作為基本參數，其計算公式[26-28]為：

　　RLD=RL/A×DOF

　　式中:RL為觀測窗中觀測到的細根根長(mm);A為觀測窗面積(cm2);DOF為田間深度(cm)，本研究中的DOF取0.2cm[29].

　　1.4數據處理

　　用MicrosoftExcel2013軟件整理獲得的細根數據，采用IBMStatistcisSPSS20.0軟件對數據進行統計分析，以其中的Duncan法進行多重比較(α=0.05).用單因素方差分析對不同土層深度、不同月份的細根形態指標進行差異顯著性檢驗，并對相關重要指標進行重復測量方差分析，從而比較不同品種以及不同土層油茶細根的生長差異.用Origin8.1軟件進行圖表繪制.

　　2結果與分析

　　2.1不同品種油茶細根生長的年平均效應

　　為總體比較不同油茶品種的細根差異，對2016年6月26日—2017年7月6日共12次觀測得到的5個品種油茶的細根形態指標數據進行了重復測量方差分析.如表1所示，3個細根形態指標不同測量時間之間均存在顯著差異，時間與品種間也均有顯著交互作用，5個油茶品種間的TRT、ARLD存在顯著差異，ARD存在顯著差異.

　　多重比較結果表明(表2)，贛無1的TRT和ARLD顯著大于其他4個品種;長林40和贛447的TRT顯著大于長林4，但是它們之間無顯著差異，兩個品種的TRT與贛永5之間無顯著差異;長林40的ARLD顯著大于贛447和長林4.贛永5和長林4的TRT和ARLD均無顯著差異.長林40與贛永5的ARLD無顯著差異，但長林40的ARLD顯著大于長林4.就ARD而言，長林4顯著大于贛永5和贛447，顯著大于贛無1，但與長林40無顯著差異;贛無1、贛永5、贛447和長林40的ARD無顯著差異.

　　2.2不同品種油茶細根生長指標的變化

　　2.2.1總根尖數的變化由圖1可知，在2016年6月—2017年2月期間，5個油茶品種的TRT與變化幅度均相對較小，但贛無1的TRT顯著高于其他4個品種;在2017年3月—2017年6月期間，贛永5與贛無1的TRT呈先上升后下降趨勢，而其他3個品種均呈上升趨勢，其中贛447的TRT增長速率最為緩慢，長林4與長林40的TRT先增大后趨于穩定.贛無1、贛永5、贛447、長林4和長林40的TRT最大值分別為102、26、32、25、36個.贛無1的TRT在2017年5月明顯出現峰值(102個)，其他品種的峰值均不明顯，但整體上各品種的TRT在2017年春季陸續出現峰值.贛無1的TRT在整個觀測期內都顯著大于其他品種，長林40的TRT在2017年4月之后顯著大于除贛無1外的其他3個品種.

　　2.2.2平均直徑的變化由圖1可知，長林4的ARD在整個觀測期內都高于其他品種.除贛無1和長林4外，其他3個品種的ARD均在2016年6—12月期間整體呈現下降趨勢.贛無1的ARD在2016年8—10月大幅增大，可能是因為該品種在此時期的地上C供應較其他品種充足.贛無1、贛永5、贛447、長林4、和長林40的ARD均在2017年3月出現峰值，依次為0.66、0.53、0.60、0.86、0.68mm.贛永5的ARD在觀測期內變化幅度較大，尤其是在觀測后期，其最小ARD為0.41mm，最大為0.78mm.在2016年6—12月，長林4的ARD雖高于長林40，但兩個品種間無顯著差異.除贛永5外，長林4的ARD在2017年4———6月顯著高于其他3個品種，并與贛447存在顯著差異.在2016年6月—2017年4月，長林4的ARD都顯著高于贛永5，但在觀測期的后兩個月，兩品種間無顯著差異.

　　2.2.3平均根長密度的變化各品種的ARLD與TRT的變化規律大體一致(圖1)，在2016年6月—2017年2月，5個油茶品種的ARLD變化幅度相對較小;在2017年3—6月，贛永5與贛無1的ARLD呈先上升后下降趨勢，而其他3個品種均呈上升趨勢，其中贛447的ARLD增長速率最緩慢，長林40的ARLD先處于穩定狀態后呈增長趨勢，而長林4的ARLD則先增大后穩定.贛無1、贛永5、贛447、長林4和長林40的ARLD最大值分別為39.04、16.76、15.45、13.02、18.86mm·cm-3.贛無1的ARLD在2017年5月出現峰值，為39.04mm·cm-3.贛無1的ARLD在觀測期內整體顯著大于其他品種，長林40的ARLD在2017年4月之后顯著大于贛447，顯著大于長林

　　4.2.3不同品種油茶細根的空間分布規律及變化

　　2.3.1細根的空間分布規律油茶細根在不同土層中的分布因品種而異，對5個油茶品種細根的TRT、ARD和ARLD就土層因子進行重復測量方差分析，可得5個油茶品種的細根在不同土層中的分布規律(圖2).贛無1的TRT在0～20cm土層中顯著大于20～40cm土層，ARLD和ARD在兩個土層中無顯著差異;贛永的TRT和ARLD表現為20～40cm土層>0～20cm土層，但無顯著差異，其ARD在0～20cm土層中略小于20～40cm土層，亦無顯著差異;長林4的TRT和ARD在不同的土層中差異顯著，ARLD差異顯著，且長林4的TRT、ARLD和ARD都表現為20～40cm土層<0～20cm土層;長林40的TRT和ARD在不同土層中存在顯著差異，但ARD在不同土層中差異不顯著，長林40的細根在不土層中的分布規律與長林4相似，其TRT、ARLD和ARD都表現為20～40cm土層<0～20cm土層;贛447的細根根量在不同土層中的分布規律與贛無1相似，其TRT和ARLD都表現為上層土(0～20cm土層)>下層土(20～40cm土層)，且差異顯著，但是贛447的ARD在不同土層中差異不顯著.

　　2.3.2細根的空間分布動態如圖3所示，贛447的TRT在0～20cm土層所占的百分比遠大于其他品種.2016年6月贛447有95.0%的細根分布在上層土壤，之后整體呈下降趨勢，在2017年6月百分比最小，為53%.贛無1的TRT百分比變化趨勢與贛447相似，其TRT在0～20cm土層百分比的最大值出現在2016年6月，達76.5%，最小值出現在2017年10月，為51.2%.長林4與長林40的TRT百分比變化規律相似，在上、下土層的變幅都較其他品種小，在0～20cm土層的變幅分別為9.5%～31.7%、7.1%～19.6%.贛永5的TRT在觀測期內變幅較大，其TRT在0～20cm土層的百分比為14.5%～54.5%.

　　5個品種在不同土層的根長密度百分比變化與總根尖數百分比變化規律大體一致.贛447在0～20cm土層的ARLD百分比在觀測期內一直緩慢下降.贛永5和贛無1在0～20cm土層的ARLD百分比呈先下降后上升趨勢，在2016年10月出現谷值.長林4和長林40的ARLD在空間上的變化較為穩定.由于0～20cm與20～40cm土層的TRT和ARLD的百分比變化規律相反，故不做詳細分析.

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