劉俊萍 ，左繼林 ，秦 健 ，閆 夢 ，程 離 ，王翰琨 ，王振麗 ，胡冬南

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西省森林培育重點試驗室，江西 南昌 330045；2.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330032）

油茶Camellia oleifera是山茶科山茶屬的灌木或小喬木，是我國特有的木本食用油料樹種[1]。覆蓋技術(shù)作為一項大面積推廣的田間管理技術(shù)，能夠有效地改善土壤水熱狀況，提高土壤的理化性質(zhì)[2-4]。田日昌等[5]認為，稻草、茶殼吸水且保水，對油茶的保墑效果較好，王玉娟等[6]研究發(fā)現(xiàn)油茶林地覆稻草后土壤理化性狀均優(yōu)于對照，土壤水分含量、土壤壌養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)及微生物數(shù)量顯著提高，沈必滿等[7]對油茶幼林進行地膜覆蓋與不覆蓋對其生長量情況進行分析比較，發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋有利于油茶的高生長和提高成活率。相關(guān)學(xué)者在覆蓋上的研究多集中在對土壤理化性質(zhì)以及作物產(chǎn)量的影響上，而對植物細根影響的研究較少，尤其是利用微根管動態(tài)檢測技術(shù)研究覆蓋對油茶細根的影響還處于空白狀態(tài)。

根系是地下生物的重要組成部分，在植物生長過程中起到關(guān)鍵性作用，是植物與土壤環(huán)境接觸的重要界面，它能夠直接通過自身的調(diào)節(jié)，增強植物的生存能力[8-10]。林木細根（直徑小于2 mm）作為地下部分的主要生產(chǎn)者，是吸收養(yǎng)分和水分的主要器官[11]，植物根系形態(tài)具有很強的可塑性，易受土壤環(huán)境的影響，同時根系形態(tài)的變化也改變根系對養(yǎng)分和水分的吸收，進而影響植物地上部分的生長。細根吸收土壤中的水分、養(yǎng)分來供應(yīng)油茶地上部分的生長，對林木的生長發(fā)育及產(chǎn)量起著舉足輕重的作用。本研究選取了生產(chǎn)實踐中常用的4種覆蓋材料，通過比較不同的覆蓋處理對油茶細根生長指標的影響，揭示不同覆蓋處理下油茶細根生長的季節(jié)動態(tài)和空間分布動態(tài)特征，并對比其規(guī)律異同，為深入研究、完善油茶高效栽培管理措施以及促進油茶可持續(xù)增產(chǎn)提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和試驗材料

試驗地位于江西省宜春市袁州區(qū)西村鎮(zhèn)，典型亞熱帶季風氣候，是油茶的適生區(qū)和主產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)年降水量1 595.8 mm，年平均溫度16.4 ℃，土壤為紅壤。試驗地面積為720 m2，油茶林種植密度為2 m×3 m，大約有120株油茶。該試驗地地勢平緩，土壤基本養(yǎng)分含量如下：有機質(zhì)12.65 g·kg-1，硝態(tài)氮 4.37 mg·kg-1，銨態(tài)氮 69.81 mg·kg-1，有效磷 7.02 mg·kg-1，速效鉀 93.73 mg·kg-1，土壤 pH 值4.76。該基地土壤脫硅富鋁化較嚴重而致土壤酸性較強，由于基地長期施肥的緣故該基地土壤有機質(zhì)較高。供試材料為2011年種植的高產(chǎn)無性系‘長林4號’油茶林，平均株高、冠幅以及地徑分別為180 cm、147 cm、50 mm。

1.2 試驗設(shè)計

2015年6月對油茶林地進行了樹盤覆蓋，單株油茶樹盤覆蓋面積為2 m×2 m。設(shè)置了對照、黑地膜、花生稈+稻草、生態(tài)膜以及油茶殼共5個處理。各處理養(yǎng)分管理一致，具體處理內(nèi)容見表1。2016年2月從每個處理中選取6株長勢均一、無病蟲害的油茶，參照 Johnson等[12]介紹的方法，與樹干距離約30 cm處，按同一方向與地面呈45°角埋設(shè)微根管并編號，共埋設(shè)30根微根管。微根管（長90 cm，外徑5.5 cm，內(nèi)徑5.0 cm）與地面呈45°角，露出地面約33 cm，垂直觀測距離約40 cm。安裝完微根管后將管口用蓋子密封好，避免雨水進入管子里，造成對 BTC 探頭的損壞，并對露出地面部分進行噴漆處理。為減少管的安裝造成對根生長的影響，使管與土壤達到良好的接觸，在微根管安裝近1 a后進行數(shù)據(jù)采集[13-15]。

表1 試驗處理Table1 Test treatment

1.3 測定的指標與方法

采用BTC圖像采集系統(tǒng)（美國Bartz技術(shù)公司生產(chǎn)）進行圖像的采集，觀測窗面積為1.8 cm×1.4 cm，每次每個微根管可收集40張圖片，可觀測0 ～ 40 cm土層的油茶細根。從2016年2月到2017年12月，每月月底采集一次細根圖像，共取樣11次。用WinRHIZOTron圖像分析軟件對所采集的圖像進行描根處理，根據(jù)圖像采集時間、微根管號、觀測框位置、細根編號等建立細根數(shù)據(jù)庫[16-17]。

本研究所采用的主要細根指標為總根尖數(shù)、總表面積、平均直徑、根長密度以及根表面積密度，以下均分別以TRT、TSA、ARD、RLD以及RSAD簡稱。本研究以根長密度和根表面積密度作為基本參數(shù)[18-19]，其計算公式如下[20]：

式（1）～（2）中，RL(mm)為觀測窗中觀測到的細根根長，RSA為觀測窗中觀測到的細根表面積，A(cm2)為觀測窗面積。由于本研究側(cè)重于對油茶細根現(xiàn)存量的分析，所以本研究中所有細根指標均以觀測到的活根為依據(jù)。DOF(cm)為田間深度，本研究中的DOF取0.2 cm[20]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與圖表繪制

用Microsoft Excel 2013對描根后的數(shù)據(jù)進行整合，采用IBM Statistcis SPSS 20.0軟件對重要的細根生長指標進行統(tǒng)計分析，以其中的Dunca法進行多重比較。用單因素方差分析對不同覆蓋處理下不同土層的油茶細根生長指標是否具有顯著差異進行檢驗,并對其進行重復(fù)測量方差分析，從而比較不同覆蓋處理下油茶細根的生長動態(tài)以及空間分布差異。并用Origin 8.1制圖軟件對相關(guān)重要指標進行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋處理對油茶細根生長動態(tài)的影響

圖1和圖2所示分別為2017年2—12月不同覆蓋處理下油茶細根根長密度(RLD)和根表面積密度(RSAD)的年生長動態(tài)。T1～T11表示從第1次到第11次的觀測日期。由圖1可知，各處理的RLD與RSAD在觀測期內(nèi)整體呈雙峰曲線，3月與6—7月為其峰值時期。黑地膜處理的RLD與RSAD在2月顯著大于對照處理，在3月出現(xiàn)峰值和最大值。5—12月，黑地膜處理的RLD與RSAD上升后緩慢下降?；ㄉ?稻草處理的RLD與RSAD從5月開始急劇上升，于7月出現(xiàn)峰值，后緩慢下降。在2017年后半年，花生稈+稻草處理的RLD與RSAD遠遠大于其它處理，其差異性達到顯著水平（P＜0.05）。

圖1 根長密度的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of root length density

2.2 不同覆蓋處理對油茶細根垂直分布的影響

圖2 根表面積密度的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of root surface area density

將0～40 cm土層的油茶細根分成了0～10、10～ 20、20～ 30、30～ 40 cm 共 4個 土層，圖3～圖5分別為不同覆蓋處理下，油茶細根總根尖數(shù)（TRT）、總根長（TRL）以及總表面積（TSA）在不同土層的分布規(guī)律。如圖3可知，對照處理下的TRT有58.24%分布在30～40 cm土層，15.93%分布在20～30 cm土層，20.00%分布在10～20 cm土層，僅5.83%分布在0～10 cm土層。與對照處理相比，黑地膜處理減少了0～10 cm與30～40 cm土層的TRT比例，在20～30 cm的比例增大到了32.73%。花生稈+稻草處理增大了10～20 cm與20～30 cm土層的TRT比例，而在30～40 cm土層的比例降至32.77%。生態(tài)膜處理降低了30～40 cm土層的TRT比例，而其它3個土層的比例均有所增大。油茶殼處理增大了20～30 cm土層的TRT比例，而其它3個土層的比例均較對照有所減小。

圖3 總根尖數(shù)的空間分布規(guī)律Fig.3 Spatial distribution pattern of total root tips

如圖4可知，對照處理下的TRL有61.22%分布在30～40 cm土層，14.80%分布在20～30 cm土層，18.50%分布在10～20 cm土層，僅5.47%分布在0～10 cm土層。黑地膜處理在20～30 cm的TRL比例達到了36.47%，其TRL在20～30 cm與30～40 cm這2個土層分布較均勻，在0～10 cm土層分布最少?；ㄉ?稻草處理在30～40 cm土層的TRL比例降至32.82%，這使得除0～10 cm土層外，其它3個土層的TRL分布較均勻。與對照處理相比，生態(tài)膜處理是唯一一個增大了TRL在0～10 cm土層比例的處理，該處理除了在30～40 cm土層的TRL比例降低了，在其它土層的比例較對照均有所提高。油茶殼處理的TRL在0～10 cm土層僅占2.65%，與對照處理相比，該處理減小了除20～30 cm土層的其它3個土層的TRL比例。

圖4 總根長的空間分布規(guī)律Fig.4 Spatial distribution pattern of total root length

圖5所示為各處理下TSA的空間分布規(guī)律。如圖5可知，對照處理下的TSA在0～10 cm土層、10～20 cm土層、20～30 cm土層以及30～40 cm土層所占的比例分別為：5.66%、17.29%、12.21%以及64.84%。黑地膜處理的TSA在0～10 cm土層僅占1.86%，在30～40 cm土層的比例與對照相比亦有所下降，但在20～30 cm土層所占比例增大到了37.82%?；ㄉ?稻草處理和生態(tài)膜處理的TSA在除0～10 cm土層外的其它3個土層內(nèi)所占比例較均勻，與對照處理比之，它們在30～40 cm土層均明顯降低，分別為35.14%和40.25%；而這2個處理的TSA在20～30 cm所占的比例較對照處理均明顯提高，分別為34.87%和27.36%。油茶殼處理的TSA在20～30 cm達到了32.65%，遠大于對照，但其它3個土層的TSA比例均較對照有所下降。

圖5 總表面積的空間分布規(guī)律Fig.5 Spatial distribution pattern of total root surface area

2.3 不同覆蓋處理對不同土層油茶細根的影響

從圖6可知，在0～10 cm土層中，花生稈+稻草處理的TRT顯著大于其它4個處理，生態(tài)膜處理的TRT顯著大于油茶殼處理。在10～20 cm土層中，花生稈+稻草處理的TRT顯著大于其它4個處理，但其它處理間差異不顯著。在20～30 cm土層與30～40 cm土層中，花生稈+稻草處理的TRT依然顯著大于其它4個處理，但在20～30 cm土層，黑地膜處理的TRT顯著大于對照，其它處理間無顯著差異；而在30～40 cm土層中，黑地膜處理與對照差異不顯著，卻顯著大于生態(tài)膜處理。

圖6 不同土層總根尖數(shù)的差異Fig.6 Differences in total number of root tips in different soil layers

對照處理在30～40 cm土層中的TRT顯著大于其它3個土層，在10～20 cm土層與20～30 cm土層的TRT顯著大于0～10 cm土層。黑地膜處理在20～30 cm土層與30～40 cm土層中的TRT顯著大于0～10 cm土層與10～20 cm土層，且在10～20 cm土層中的TRT顯著大于0～10 cm土層?；ㄉ?稻草處理分布在0～10 cm土層的TRT顯著小于其它3個土層，其它土層間差異不顯著。生態(tài)膜處理的TRT雖表現(xiàn)為30～40 cm土層 ＞ 20～30 cm土層和10～20 cm土層 ＞ 0～10 cm土層，但除0～10 cm土層的TRT顯著小于其它土層，其余各土層間差異不顯著。油茶殼處理分布在30～40 cm土層中的TRT顯著大于其它3個土層，分布在20～30 cm土層的TRT顯著大于0～10 cm土層與10～20 cm土層。

從圖7可知，在0～10 cm土層中，花生稈+稻草處理的RLD顯著大于其它4種處理，生態(tài)膜處理的RLD顯著大于油茶殼處理。在10～20 cm土層中，花生稈+稻草處理的RLD顯著大于其它4種處理，其它處理間無顯著差異。在20～30 cm土層中，對照處理、生態(tài)膜處理以及油茶殼處理的RLD均顯著小于黑地膜處理，且黑地膜處理顯著小于花生稈+稻草處理。在30～40 cm土層中，花生稈+稻草處理對增大RLD的作用依然是最為顯著的，其它處理間差異不顯著。

圖7 不同土層根長密度的差異Fig.7 Differences in root length density between different soil layers

對照處理在30～40 cm土層中的RLD顯著大于其它3個土層，且在0～10 cm土層的RLD顯著小于10～20 cm土層和20～30 cm土層。黑地膜處理在20～30 cm土層與30～40 cm土層的RLD顯著大于0～10 cm土層與10～20 cm土層，且該處理在0～10 cm土層的RLD顯著小于10～20 cm土層。花生稈+稻草處理與生態(tài)膜處理的RLD在除0～10 cm土層外的其它3個土層分布較平均，且在0～10 cm土層的RLD顯著小于其它3個土層。油茶殼處理在的RLD在各土層中表現(xiàn)為：0～10 cm土層與10～20 cm土層 ＜ 20～30 cm土層 ＜ 30～40 cm土層，且差異顯著。

從圖8可知，在0～10 cm土層中，花生稈+稻草處理的RSAD顯著大于其它4種處理，且油茶殼處理的RSAD顯著小于生態(tài)膜處理。在10～20 cm土層中，黑地膜處理的RSAD顯著大于油茶殼處理，花生稈+稻草處理的RSAD最大，且其它處理比之差異顯著。在20～30 cm土層與30～40 cm土層中，花生稈+稻草處理的RSAD依然顯著大于其它處理，并且黑地膜處理的RSAD顯著大于生態(tài)膜處理以及油茶殼處理。

圖8 不同土層根表面積密度的差異Fig.8 Differences in root surface area density of different soil layers

對照處理在0～10 cm土層中的RSAD顯著小于其它3個土層，但其它3個土層的RSAD差異不顯著。黑地膜處理與花生稈+稻草處理的RSAD在各土層中表現(xiàn)為0～10 cm土層 ＜ 10～20 cm土層 ＜ 20～30 cm土層與30～40 cm土層，且差異顯著。生態(tài)膜處理在0～10 cm土層的RSAD顯著小于其它3個土層，且在10～20 cm土層與 20～30 cm土層的RSAD顯著小于30～40 cm土層。油茶殼處理在0～10 cm土層與10～20 cm土層的RSAD顯著小于其它2個土層，其中在30～40 cm土層的RSAD最大。

從圖9可知，在0～10 cm土層中，對照處理的ARD顯著大于其它處理，其它處理間無顯著差異。在10～20 cm土層中，黑地膜處理的ARD顯著大于花生稈+稻草處理和油茶殼處理。在20～30 cm土層中，黑地膜處理、生態(tài)膜處理以及油茶殼處理的ARD均顯著大于對照處理和花生稈+稻草處理。在30～40 cm土層中，花生稈+稻草處理的ARD顯著小于其它處理。

圖9 不同土層平均直徑的差異Fig.9 Difference in average diameter of different soil layers

對照處理下，0～10 cm土層的ARD顯著大于10～20 cm土層與20～30 cm土層。黑地膜處理和生態(tài)膜處理下，0～10 cm土層的ARD顯著小于其它3個土層，但其它土層間差異不顯著。花生稈+稻草處理與油茶殼處理下，0～10 cm土層的ARD顯著小于10～20 cm土層與20～30 cm土層。

3 結(jié)論與討論

油茶細根的生長動態(tài)隨季節(jié)變化，不同的覆蓋處理下油茶細根現(xiàn)存量的變化基本一致，各處理的油茶細根根長密度和根表面積密度在觀測期內(nèi)整體呈雙峰曲線變化，3月與6—7月為其峰值時期。但在不同的觀測時期，不同覆蓋處理對油茶細根根長密度和根表面積密度影響有所差異，這是因為覆蓋材料的理化性質(zhì)不一對細根的生長環(huán)境影響不同。地表覆蓋直接改變了土壤的理化性質(zhì)[21-23]，從而影響了油茶細根的生長發(fā)育。本研究發(fā)現(xiàn)在3月之后，花生稈+稻草處理的油茶細根根長密度和根表面積密度都顯著高于其它處理，這與習金根等[24]認為花生秸稈有利于菠蘿根系生長的研究結(jié)果相似。2017年后半年，花生稈+稻草處理的油茶細根根長密度和根表面積密度遠大于其它處理，一方面是因為該處理對調(diào)節(jié)土壤溫度的效果優(yōu)于其它處理，另一方面是因為花生稈和稻草屬于養(yǎng)分添加型覆蓋材料，有利于土壤養(yǎng)分的積累[25-28]。黑地膜處理下的油茶細根根長密度和根表面積密度在3月出現(xiàn)峰值和最大值，這可能是因為黑地膜這種材料透光率低，能夠降低土溫的日變化幅度[29-31]，從而有助于促進油茶抽梢期細根的正常生長，并且增大其現(xiàn)存量。

油茶為軸狀根型深根性樹種，其根系幾乎集中在0～40 cm深的土層中[32]。細根的空間結(jié)構(gòu)是反映地下部分協(xié)調(diào)生長的重要指標，植物在不同的土層深度呈現(xiàn)不同的根系形態(tài)和數(shù)量。多數(shù)研究表明，植物的根長密度、根表面積以及生物量等根系參數(shù)一般都隨著土層深度的增加而下降[33-35]；而本研究發(fā)現(xiàn)，不管是哪種覆蓋處理，油茶細根在土壤最表層（0～10 cm)分布最少,在深土層（30～40 cm）分布最多,這與油茶自身根系的生物學(xué)特性相關(guān)。本研究亦發(fā)現(xiàn)不同的覆蓋處理對不同土層的油茶細根現(xiàn)存量影響有異；與對照相比，花生稈+稻草處理增加了總根尖數(shù)、總根長以及根總表面積在10～20 cm土層和20～30 cm土層的比例，這可能是因為該處理顯著增加了這兩個土層的土壤養(yǎng)分含量。黑地膜作為一種調(diào)節(jié)土溫的覆蓋材料[32,36]，此作用尤其體現(xiàn)在20～30 cm土層，因此黑地膜覆蓋之后油茶細根現(xiàn)存量在20～30 cm土層的比例大大增加。4種覆蓋處理均使得油茶細根現(xiàn)存量在30～40 cm土層的分布比例較對照有所下降，而在20～30 cm土層的比例均有所增加，這說明覆蓋這種保墑措施對改善20～30 cm土層的土壤水分、養(yǎng)分以及溫度等影響細根生長的環(huán)境因子的作用較為顯著。

王新新等[37-38]在覆蓋對油茶樹體養(yǎng)分影響的研究中表明，花生稈+稻草覆蓋、黑地膜覆蓋這兩個處理有助于油茶樹體養(yǎng)分的積累，本研究亦發(fā)現(xiàn)不管是在哪個土層，花生稈+稻草處理對增大油茶細根現(xiàn)存量的作用均最為顯著。生態(tài)膜處理對0～10 cm土層的細根現(xiàn)存量促進作用相對其它土層較大，而黑地膜處理對10～40 cm土層的細根現(xiàn)存量有較大的促進作用。0～10 cm土層中的油茶細根直徑經(jīng)4種覆蓋處理下都較對照處理有所減小，這可能是因為該處理增加了該土層小直徑細根數(shù)量，而致平均直徑有所下降。由于花生稈+稻草處理大量增加了各土層徑級較小的細根數(shù)量，使得其在10～40 cm土層的細根平均直徑都顯著低于其它處理。

綜上所述，3月和6—7月是油茶細根生長旺期，花生稈+稻草處理對油茶細根現(xiàn)存量的促進作用在油茶的整個生育期整體表現(xiàn)最佳，黑地膜次之。4種覆蓋處理均使得油茶細根現(xiàn)存量在30～40 cm土層的分布比例較對照有所下降，而在20～30 cm土層的比例均有所增加。4 種覆蓋措施在促進油茶林地不同季節(jié)不同土層的細根現(xiàn)存量各具優(yōu)點，以花生稈+稻草處理和黑地膜處理表現(xiàn)較為突出，可將花生稈、稻草等有機覆蓋材料結(jié)合黑地膜應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中。本研究揭示了不同覆蓋處理下油茶細根的時空分布動態(tài)，但影響細根生長和垂直分布的環(huán)境因素還需進一步深入研究。