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黑核桃根系分布特征研究

2018-07-09 12:48宋鋒惠李嘉誠史彥江
新疆農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年4期
關(guān)鍵詞:細(xì)根根長樹干

宋鋒惠,羅 達,李嘉誠,史彥江

(1.新疆林科院經(jīng)濟林研究所,烏魯木齊 830000;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】黑核桃亦稱美國東部黑核桃(JuglansnigraL.),原產(chǎn)北美洲,為溫帶落葉樹,是一種珍貴的果材兼用樹種,其堅果外殼可作為機械拋光材料,核仁可加工為高檔食品,該樹種的木材紋理美觀,可用于制作高檔家具,經(jīng)濟價值最高的果材兼用的硬闊用材樹種之一[1,2]。在我國已引種栽培黑核桃推廣,其經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益顯著。1991年起新疆開始引種栽培黑核桃[3],在實際的栽培生產(chǎn)中,施肥和灌水均存在一定的盲目性。根系是植物直接與土壤接觸的器官,具有固定植株、吸收養(yǎng)分和水分,運輸和貯藏營養(yǎng)和代謝物質(zhì)等基本功能,是技術(shù)管理、接收和發(fā)出生物信號的主要作用體,直接影響果樹的生長發(fā)育[4-6]。研究果樹根系在土壤的分布狀況是進行施肥、灌水的重要前提,摸清根系分布特征,對于栽培管理具有重要的理論和實踐意義。【前人研究進展】目前,國內(nèi)外對于果樹根系的研究已有很多,并取得了成果[7-10],對于不同果樹根系的分布特征也有大量研究,李楠[11]、郝仲勇[12]、張勁松[9]分別研究了庫爾勒香梨、蘋果、石榴的根系分布特征?!颈狙芯壳腥朦c】對于黑核桃根系的分布特征的研究至今未見報道。研究以5a生黑核桃為對象,通過對黑核桃根系生物量密度、不同徑級根系表面積密度和根長密度的垂直和水平分布進行定量研究,了解黑核桃根系分布情況?!緮M解決的關(guān)鍵問題】研究黑核桃的根系在土壤中分布特征,為黑核桃的水肥高效管理提供理論實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究地點位于新疆烏魯木齊安寧渠農(nóng)科院試驗場(86°37′33″~88°58′24″ E,43°45′32″~44°08′00″ N)。該區(qū)位于天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣中部,屬中溫帶半干旱大陸性氣候。試驗地年平均氣溫7.3℃,年平均日照時間2 775 h,年平均無霜期105~168 d,年平均降雨量286.1 mm,年平均蒸發(fā)量2 164.2 mm,光熱資源豐富,氣候干燥。

2012年播種的1年生黑核桃苗,2013年春季定植,于2017年選取1株呈單株生長、樹體健壯植株作為試驗樹。

1.2 方 法

1.2.1 根樣

采用剖面挖掘和分層取樣法采集帶根土樣。具體方法為:以樹干為中心,從樹干基部開始,采用20 cm × 20 cm × 10 cm(長 × 寬 × 高)規(guī)格的鐵質(zhì)采樣器,在水平方向上,依次取6個帶根土樣;垂直方向上,依次取15個帶根土樣。將有效根系裝入塑料袋,編號。為防止水分蒸發(fā)造成根系變形,進而影響根系掃描的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,根據(jù)根系的顏色、彈性和強度判定活根,檢出死根和其它雜根,共計采集根系樣品180個,帶回室內(nèi)進行根系掃描。

1.2.2 根樣數(shù)據(jù)

將采集回的根系樣品使用根系形態(tài)學(xué)和結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)(WinRhizo2009a,加拿大Regent Instruments公司)分析根系長度(rl)和根系表面積(rs),并根據(jù)根系直徑大小將根系分為細(xì)根(0 < 根徑d≤ 2 mm)和粗根(根徑d>2 mm)。將根樣裝入信封置于80℃的烘箱中烘干48 h至恒量,再用分析電子天平(精度± 0.000 1 g)分別稱量根系生物量(rw)。通過以上結(jié)果分析最后計算得到根系生物量密度(Drw)、各徑級根長密度(Drl)和根系表面積密度(Drs)等指標(biāo)。

1.2.3 計算

根據(jù)分析得到的根系生物量數(shù)據(jù)、根系表面積數(shù)據(jù)和根長數(shù)據(jù)分別計算根系生物量密度值(Drw,mg/cm3)、根系表面積密度值(Drs,mm2/cm3)和根長密度值(Drl,cm/cm3),見公式(1)、(2)和(3)。

(1)

(2)

(3)

式中:rw為根系生物量(g),V為土樣體積(cm3),rs為根系表面積(mm2),rl為根系長度(cm)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016及Origin 8.1軟件進行統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑核桃根系垂直分布特征

研究表明,在垂直分布上,0~70 cm土層是根系垂直分布的主要區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)根系生物量占垂直分布總量的85.45%??偢瞪锪棵芏入S著土層深度的增加呈現(xiàn)多峰曲線的趨勢,0~10、50~60和100~110 cm處出現(xiàn)了3個峰值。其中,生物量密度的最大值出現(xiàn)在0~10 cm土層,為13.43 mg/cm3,占總量的39.53%。5a生黑核桃根系最深分布達到150 cm土層。

在垂直分布上,根系表面積密度隨著土層深度的增加呈現(xiàn)多峰曲線的變化趨勢,0~10、30~40、50~60和90~100 cm處出現(xiàn)了4個峰值,最大值出現(xiàn)在0~10 cm土層,為17.66 mm2/cm3。此外,總根長密度也隨著土層深度的增加呈現(xiàn)多峰曲線的變化趨勢,0~10、30~40和90~100 cm處出現(xiàn)了3個峰值,最大值出現(xiàn)在0~10 cm土層,為0.34 cm/cm3。對于不同徑級的根系,細(xì)根表面積密度占測定總根系的40.7%,粗根表面積密度占總根系的59.3%。與表面積密度徑級構(gòu)建不同,細(xì)根長度密度占測定總根系的87.1%,粗根長度密度僅占測定總根系的12.9%。圖1

圖1 根系生物量密度、表面積密度、根長密度的垂直分布
Fig.1 Vertical distribution of root biomass density, surface area density and root length density

研究表明,黑核桃不同土層的細(xì)根表面積密度與根長密度,二者在0~110 cm土層中的累計百分比分別達到86.4%和88.0%。其中,0~10、10~20 cm各土層中的細(xì)根表面積密度與根長密度均超過了10.0%,分別為15.3%、11.5%和15.9%、12.7%。而110~150 cm土層中的細(xì)根表面積密度與根長密度均不足20.0%。表1

表1 細(xì)根表面積密度與根長密度垂直分布百分比
Table 1 Percentage of vertical distribution of fine-root surface area density and root length density

土層深度Soil depth(cm)細(xì)根表面積密度 Fine-root surface area density細(xì)根根長密度 Fine-root length density百分比Percentage (%)累計百分比Cumulative percentage (%)百分比Percentage (%)累計百分比Cumulative percentage (%)0~1015.315.315.915.910~2011.526.812.728.620~304.731.55.133.730~408.640.19.443.040~504.945.14.847.850~605.450.55.653.460~705.556.05.458.870~805.761.75.364.180~906.768.47.071.190~10010.278.69.880.9100~1107.886.47.188.0110~1207.994.36.994.8120~1303.898.13.498.3130~1401.499.51.499.6140~1500.5100.00.4100.0

2.2 黑核桃根系水平分布特征

研究表明,在水平方向上,距離樹干0~80 cm是根系生物量水平分布的主要區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)根系生物量占水平分布總量的93.98%。根系分布最遠(yuǎn)分布達到120 cm以上。黑核桃根系生物量密度隨著離樹干距離越遠(yuǎn)而呈現(xiàn)“降低-升高-降低”的變化趨勢。最大根系生物量密度出現(xiàn)在距離樹干0~20 cm,總生物量在每cm3土壤中達到了22.91 mg。

根系表面積密度和根長密度也隨著距離樹干距離越遠(yuǎn)總體呈現(xiàn)降低的變化趨勢。粗根和細(xì)根的根系表面積密度最大值均出現(xiàn)在距樹干0~20 cm區(qū)域,分別為28.08和8.9 mg/cm3。其次為距樹干60~80、60~80和20~40 cm水平距離。隨著離樹干距離越遠(yuǎn),根長密度的變化趨勢與根系表面積密度和根系生物量密度一致,均呈現(xiàn)降低的變化趨勢。粗根和細(xì)根的根長密度的最大值均在距離樹干0~20 cm的區(qū)域,分別為0.12和0.43 cm/cm3。

比較距樹干不同水平距離的細(xì)根表面積密度與根長密度,研究表明,二者在距樹干0~100 cm水平距離內(nèi)的累計百分比分別達到88.3%和87.0%,且各水平距離測點的細(xì)根表面積密度與根長密度均超過了10.0%。圖2,表2

圖2 根系生物量密度、表面積密度、根長密度的水平分布
Fig.2 Horizontal distribution of root biomass density, surface area density and root length density表2 細(xì)根表面積密度與根長密度水平分布百分比
Table 2 Percentage of horizontal distribution of fine-root surface area density and root length density

水平距離Horizontal distance(cm)細(xì)根表面積密度 Fine-root surface area density細(xì)根根長密度 Fine-root length density百分比Percentage (%)累計百分比Cumulative percentage (%)百分比Percentage (%)累計百分比Cumulative percentage (%)0~2025.525.522.622.620~4018.243.618.441.040~6015.959.515.656.660~8016.776.216.873.480~10012.188.313.787.0100~12011.7100.013.0100.0

2.3 黑核桃細(xì)根二維分布特征

若將0~150 cm土層深度、距樹干水平距離0~120 cm收集到的細(xì)根表面積密度與根長密度之和視為100%,得到不同土層深度、距樹干不同水平距離細(xì)根表面積密度與根長密度所占比例的二維分布圖。由圖可知,土層深度0~110 cm、距樹干水平距離0~100 cm范圍內(nèi)的細(xì)根表面積與長度分別占測定細(xì)根的75.2%和75.5%,土層深度110~150 cm、距樹干水平距離0~120 cm細(xì)根表面積與長度僅占測定根系的13.6%和12.0%。圖3

圖3 細(xì)根表面積密度(a)與根長密度(b)百分比二維分布特征
Fig.3 Two-dimensional distribution characteristics of percentage of fine-root surface area density (a) and root length density (b)

3 討 論

研究發(fā)現(xiàn),黑核桃根系在垂直方向隨著深度的增加,根系生物量密度值、表面積密度值和根長密度值呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。在水平方向上,隨著離樹干距離越遠(yuǎn),根系生物量等指標(biāo)均逐漸減少。大量研究表明,不同樹種的果樹由于生理結(jié)構(gòu)的差異,其根系分布規(guī)律也不同,但總體來說根系無論在水平還是垂直方向上,均集中分布于某一區(qū)域內(nèi),整體上呈現(xiàn)隨著距離的增加而逐漸減少的趨勢。郝仲勇等[12]通過對7年生富士蘋果根系的分布特征研究后發(fā)現(xiàn),根系隨著深度和樹干距離的增大呈減少趨勢。通過對太行山低山丘陵區(qū)石榴樹吸水根系空間分布特征研究,張勁松等[9]發(fā)現(xiàn)在垂直方向上,根長密度隨著土層深度的增加呈現(xiàn)負(fù)指數(shù)函數(shù)分布,在水平方向上,根系主要分布在距果樹行帶0~100 cm。這些結(jié)果與研究結(jié)果相一致,此外,這個結(jié)論在庫爾勒香梨上也得以驗證,李楠等[11]通過對庫爾勒香梨不同土層的根系分布進行了分析,結(jié)果表明:根系生物量、吸收根根長密度和表面積均表現(xiàn)為距樹干水平分布遞減,垂直分布分層的特點。

研究發(fā)現(xiàn),在垂直方向,根系主要分布在0~70 cm的土層區(qū)域中。對于不同樹種,不同樹齡的果樹,根系分布區(qū)域均不一致。根系生長具有時間變異性,不同樹齡或同一樹齡的不同時間段,果樹的根系分布也是不同的。劉洪章等[13]研究發(fā)現(xiàn),沙棘的根系主要分布于0~60 cm的土層中。苗平生等[14]通過對成齡實生油梨樹分析可知,油梨樹根系的橫向分布在樹冠邊緣以外,根系縱向分布達1 m以下。此外,杜玉虎等[15]研究也表明,6年生蘋果梨的根系主要分布在20~40 cm土層,其次為0~20 cm。史聯(lián)讓等[16]研究發(fā)現(xiàn),3a生廣杏根系分布較2a生的深。由此可見,樹種不同,樹齡不同,根系分布的區(qū)域也有很大差別。

4 結(jié) 論

5a生黑核桃根系垂直最深分布達到150 cm土層,水平分布最遠(yuǎn)分布達到120 cm以上。根系生物量密度、根系表面積密度和總根長密度在垂直和水平方向都有遞減的趨勢,距樹干0~80 cm,深0~70 cm的區(qū)域是黑核桃根系分布的主要區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)施肥灌水更有利于黑核桃的生長發(fā)育。

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