基于TRU系統(tǒng)對(duì)南山植物園川山茶根系空間分布規(guī)律研究

摘要：利用 TRU 系統(tǒng)對(duì)南山植物園不同徑級(jí)的川山茶（Camellia szechuanensis Chien）進(jìn)行掃描，測(cè)定粗度≥1 cm 的根系空間分布情況，結(jié)果表明，隨著地徑粗度的不斷增加，在距樹(shù)干 0.5 m 處粗度≥1 cm 的根數(shù)呈減少趨勢(shì)，與地徑和冠幅達(dá)到極顯著負(fù)相關(guān)；距樹(shù)干 0.5 m 和 1.0 m 圓斷面處，供試茶樹(shù)根數(shù)從 20個(gè)增加至 35 個(gè)，分布范圍從 12.89~56.19 cm 擴(kuò)大至 9.79~59.24 cm。其中 78%~85% 粗度≥1 cm 的根分布在20~72 cm 深的土層中，約 40% 的根分布在 20~40 cm 深的土層中；以樹(shù)干為圓點(diǎn)，在半徑 5 m 的 90°扇形范圍內(nèi)，隨著距樹(shù)干距離增加，粗度≥1 cm 的孤植茶樹(shù)的根數(shù)逐漸增多，卻在滴水線附近有所減少。挖開(kāi)土壤發(fā)現(xiàn)，滴水線附近多為細(xì)根。雖然滴水線外粗度≥1 cm 的根系數(shù)量仍不斷增加，但很難確定為茶花根系。結(jié)合茶樹(shù)養(yǎng)護(hù)實(shí)際，建議追肥時(shí)將肥料沿樹(shù)冠滴水線進(jìn)行溝施。

樹(shù)木雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)（tree radar unit，以下簡(jiǎn)稱(chēng)TRU）的基本原理是利用高頻雷達(dá)波（1 MHz~1 GHz），以脈沖形式通過(guò)發(fā)射天線被定向地送入探測(cè)體內(nèi)。雷達(dá)波在傳播過(guò)程中，當(dāng)遇到存在電性差異的介質(zhì)時(shí)，電磁波便發(fā)生反射，由接收天線接收。在對(duì)接收天線接收到的雷達(dá)波進(jìn)行處理、分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)接收到的雷達(dá)波波形、強(qiáng)度、時(shí)間等推斷樹(shù)木根系的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性質(zhì)及幾何形態(tài)，從而達(dá)到對(duì)樹(shù)木根系的探測(cè)［1］。TRU 系統(tǒng)作為高效的淺層探測(cè)方法，具有操作簡(jiǎn)單靈活、剖面直觀、無(wú)損性等優(yōu)點(diǎn)［2］。自引入中國(guó)后，被廣泛用于古樹(shù)樹(shù)干空腐檢測(cè)和根系空間分布無(wú)損檢測(cè)［3-6］。

川山茶（Camellia szechuanensis Chien）作為山茶的一個(gè)重要品系，因其主要分布在四川省而得名［7］。1986 年 7 月，原四川省重慶市第十屆人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十九次會(huì)議就已經(jīng)確定山茶花為重慶市市花。目前，國(guó)內(nèi)以南山植物園收集、展示川山茶品種類(lèi)型最為齊全，現(xiàn)有川山茶傳統(tǒng)品種 110個(gè)，古樹(shù) 100 多株［8］，并于 2016 年入選首批國(guó)家花卉種質(zhì)資源庫(kù)。為此，本研究采用 TRU 系統(tǒng)，對(duì)南山植物園山茶園內(nèi)的川山茶植株進(jìn)行根系非破壞性檢測(cè)，探索粗度≥1 cm 的根系空間分布特點(diǎn)，以期為南山植物園川山茶的日常養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

以南山植物園山茶園長(zhǎng)勢(shì)較好的川山茶植株為試驗(yàn)對(duì)象，選擇距樹(shù)干 2 m 以?xún)?nèi)無(wú)灌木、無(wú)大型雜草生長(zhǎng)的川山茶植株。其中地徑 3~12 cm 10個(gè)徑級(jí)的茶樹(shù)每個(gè)徑級(jí)不少于 3 棵，共測(cè)定 34 棵。對(duì)草坪孤植的 3棵茶樹(shù)單獨(dú)測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 根系空間分布測(cè)定方法

試驗(yàn)采用產(chǎn)自美國(guó)Treeradar 公司的樹(shù)木雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)（900 MHz 雷達(dá)天線，可分辨最小根系直徑 1 cm）。1）圓形斷面掃描。選擇樹(shù)干間距不少于 2.5 m的 34棵茶樹(shù)，以樹(shù)干為圓心，根據(jù)生長(zhǎng)地實(shí)際情況，測(cè)定半徑 0.5 m 和 1 m 圓斷面處，0~72 cm 土層中粗度≥1 cm的根系分布情況。2）扇形斷面掃描。以 3 棵孤植茶樹(shù)為試驗(yàn)對(duì)象，以樹(shù)干為圓心，選擇受周?chē)鷺?shù)木影響較小的 90°扇面方向，在距樹(shù)干基部 5 m 內(nèi)，每隔 0.5 m 測(cè)定 0~72 cm土層中直徑≥1 cm的根系分布情況。

1.2.2 土壤質(zhì)量測(cè)定方法

采用混合采樣法，在距樹(shù)干 30 cm 處采取 0~30 cm 深的土壤樣品，送至重慶市土壤質(zhì)量檢測(cè)中心，測(cè)定 pH、EC、有機(jī)質(zhì)含量、有效氮、有效磷、速效鉀、＞2 mm 礫石含量和土壤質(zhì)地等 8項(xiàng)指標(biāo)。

1.2.3 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定方法

采用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定每棵山茶植株的株高、冠幅、地徑。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel和 SPSS 19.0 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤質(zhì)量基本情況

由表 1 可知，山茶園為中性壤土，有機(jī)質(zhì)、有效氮和有效磷含量較高，且土壤中未見(jiàn)＞2 mm 礫石。結(jié)合日常養(yǎng)護(hù)發(fā)現(xiàn)，山茶園每年都要為每棵茶樹(shù)施入腐熟的油餅肥，同時(shí)起到了改良土壤的作用。

表 1 土壤理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

2.2 供試茶樹(shù)基本生長(zhǎng)情況

2.2.1 供試茶樹(shù)生長(zhǎng)指標(biāo)變化規(guī)律

對(duì)34棵供試茶樹(shù)的地徑、株高和冠幅進(jìn)行分析，結(jié)果（表 2）發(fā)現(xiàn)，隨著地徑粗度的增加，供試茶樹(shù)的株高和冠幅呈逐漸增加的趨勢(shì)。其中，株高從 2.03 m 增至 3.93 m，以徑級(jí) 7.0~7.9 cm 為分界點(diǎn)，株高開(kāi)始增至 3 m；冠幅從 1.53 m 增至 3.30 m，以徑級(jí) 6.0~6.9 cm 和 11.0~11.9 cm為分界點(diǎn)，冠幅開(kāi)始增至 2 m和 3 m。

表 2 供試茶樹(shù)地徑、苗高和冠幅調(diào)查結(jié)果

2.2.2 供試茶樹(shù)生長(zhǎng)指標(biāo)與距樹(shù)干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)相關(guān)性分析

將 34 棵茶樹(shù)的地徑、株高、冠幅與距樹(shù)干 0.5 m 處粗度≥1 cm 的根數(shù)進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表 3。由表 3可以看出，地徑、株高和冠幅之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)從 0.752 至0.907；距樹(shù)干 0.5 m 處粗度≥1 cm 的根數(shù)與地徑、株高和冠幅負(fù)相關(guān)，并與地徑和冠幅達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.605 和-0.468。由此可見(jiàn)，隨著地徑粗度的增加，供試茶樹(shù)的冠幅不斷增大，距樹(shù)干0.5 m處粗度≥1 cm的根數(shù)卻逐漸減少。

表 3 生長(zhǎng)指標(biāo)與距樹(shù)干0.5 m處粗度≥1 cm根數(shù)相關(guān)性分析

2.3 供試茶樹(shù)根系分布

2.3.1 粗度≥1 cm 根系縱向分布

測(cè)定不同土層深度中，供試茶樹(shù)粗度≥1 cm 的根數(shù)多重比較結(jié)果見(jiàn)表 4。由表 4 可知，隨著土壤深度的增加，距樹(shù)干0.5 m 和 1.0 m 根數(shù)均呈先增加后減少的趨勢(shì)，約有51% 的粗度≥1 cm 的根分布在深度 20~40 cm 土層中，并與深度 0~20 cm 和 40~72 cm 土層中的根數(shù)均達(dá)極顯著差異。其中，距樹(shù)干 0.5 m 的圓斷面處，深度 40~72 cm 土層中的根數(shù)雖然比 0~20 cm 的多，但未達(dá)到顯著差異；距樹(shù)干 1.0 m 的圓斷面處，深度40~72 cm 土層中的根數(shù)較 0~20 cm 的多，并達(dá)到極顯著差異。由此可見(jiàn)，山茶園茶樹(shù) 78%~85% 的粗度≥1 cm 的根分布在深度 20~72 cm 的土層中，其中約51%的根分布在20~40 cm深的土層中，深度0~20 cm土層中粗度≥1 cm的根數(shù)較少。

表 4 不同土層深度中粗度≥1 cm 根數(shù)分布情況

2.3.2 粗度≥1 cm根系橫向分布

1）距樹(shù)干 0.5 m 和 1.0 m 處粗度≥1 cm 根系橫向分布。在距樹(shù)干 0.5 m 和 1.0 m 圓斷面處，測(cè)定 34 棵供試茶樹(shù)粗度≥1 cm 根系分布，結(jié)果見(jiàn)表 5。由表 5可知，距樹(shù)干 0.5 m 處粗度≥1 cm 根數(shù)為 20，較距樹(shù)干 1.0 m 處少，差異達(dá)極顯著水平；距樹(shù)干 0.5 m 和1.0 m 處根系分布的最深深度和最淺深度無(wú)顯著變化，距樹(shù)干 0.5 m 處粗度≥1 cm 根系主要分布在深度12.89~56.19 cm 的土層中，距樹(shù)干 1.0 m 處根系主要分布在 9.79~59.24 cm的土層中。由此可見(jiàn)，隨距樹(shù)干距離增加，粗度≥1 cm 的根數(shù)從 20 增加至 35，根系的分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，主要分布于深度 9.79~59.24 cm的土層中。

表 5 距樹(shù)干 0.5 m和 1.0 m處粗度≥1 cm 根數(shù)分布情況

2）距樹(shù)干 5 m 內(nèi)粗度≥1 cm 根系橫向分布。為了進(jìn)一步探索川山茶根系的橫向延伸范圍和分布趨勢(shì)，選擇草坪內(nèi)孤植的 3棵川山茶，測(cè)定其基本生長(zhǎng)情況（表 6）和粗度≥1 cm 根系空間分布（圖 1、圖 2和圖 3）。3 棵孤植茶樹(shù)于 2003 年種植于坡向西南，坡度 13°的草坪中，生長(zhǎng)健壯，枝葉繁茂。

此外，隨著距樹(shù)干距離的增加，粗度≥1 cm 根系最淺分布在 10 cm左右的土壤深度中，粗度≥1 cm根系最深分布變化較大，這可能與土壤質(zhì)地、粒徑等有關(guān)。

表 6 3棵孤植茶樹(shù)地徑、株高和冠幅的調(diào)查結(jié)果

圖 1 距樹(shù)干 5 m內(nèi)孤植樹(shù) 1根數(shù)及根系分布深度趨勢(shì)

圖 2 距樹(shù)干 5 m內(nèi)孤植樹(shù) 2根數(shù)及根系分布深度趨勢(shì)

圖 3 距樹(shù)干 5 m內(nèi)孤植樹(shù) 3根數(shù)及根系分布深度趨勢(shì)

2.3.3 徑級(jí)對(duì)根系分布的影響

距樹(shù)干 0.5 m 圓斷面處，10 個(gè)徑級(jí)茶樹(shù)粗度≥1 cm 根系分布多重比較結(jié)果見(jiàn)表 7。由表 7 可知，隨著茶樹(shù)地徑粗度的增加，距樹(shù)干 0.5 m 處粗度≥1 cm 根數(shù)呈減少趨勢(shì)，粗度≥1 cm 根系的最深分布深度和最淺分布深度無(wú)顯著差異。其中，地徑 7.0~7.9 cm 的茶樹(shù)植株的根數(shù)與其他徑級(jí)的無(wú)顯著差異，可見(jiàn)以地徑 7.0~7.9 cm為界，地徑 3.0~6.9 cm的茶樹(shù)每株有粗度≥1 cm的根數(shù)為 27~33，地徑 8.0~12.9 cm茶樹(shù)每株有粗度≥1 cm的根數(shù)為 15~26；10 個(gè)徑級(jí)茶樹(shù)中，粗度≥1 cm 根系的最深分布深度范圍為 53.04~62.08 cm，最淺分布范圍為 5.86~12.67 cm。

表 7 距樹(shù)干 0.5 m處 10個(gè)徑級(jí)粗度≥1 cm 茶樹(shù)根系分布情況

3 小結(jié)與討論

南山植物園山茶園 37 棵供試茶樹(shù)根系空間分布特征如下。

1）隨著地徑粗度從 3.00 cm 增至 12.9 cm，供試茶樹(shù)的株高和冠幅不斷增大，其中株高從 2.03 m 增至 3.93 m，冠幅從 1.52 m 增至 3.30 m。但在距樹(shù)干0.5 m 處，粗度≥1 cm 的根數(shù)與地徑和冠幅達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)。

2）距樹(shù)干 0.5 m 和 1.0 m 圓斷面處，供試茶樹(shù)78%~85% 粗度≥1 cm 的根分布在 20~72 cm 深的土層中，其中約50%的根分布在20~40 cm深的土層中，深度0~20 cm土層中，粗度≥1 cm的根數(shù)相對(duì)較少。

3）隨著距樹(shù)干距離增加，粗度≥1 cm 的根數(shù)從20 增加至 35，分布范圍從 12.89~56.19 cm 擴(kuò)大至9.79~59.24 cm；孤植茶樹(shù)的粗度≥1 cm 的根數(shù)逐漸增多，卻在滴水線附近有所減少，隨后繼續(xù)增加。挖開(kāi)土壤觀察發(fā)現(xiàn)，滴水線處茶樹(shù)根系較細(xì)，滴水線外粗度≥1 cm根系很難確定為茶花根系。

4）隨著供試茶樹(shù)地徑粗度的增加，距樹(shù)干 0.5 m處粗度≥1 cm 根數(shù)呈減少趨勢(shì)。以地徑 7.0~7.9 cm為分界點(diǎn)，地徑3.0~6.9 cm的茶樹(shù)每株長(zhǎng)有粗度≥1 cm的根數(shù)為 27~33，地徑 8.0~12.9 cm 茶樹(shù)每株長(zhǎng)有粗度≥1 cm 的根數(shù)為 15~26；不同徑級(jí)茶樹(shù)粗度≥1 cm根系的最深分布范圍為 53.04~62.08 cm 和最淺分布范圍為 5.86~12.67 cm。

綜上所述，受TRU 系統(tǒng)根系粗度測(cè)定范圍限制，本文僅對(duì)南山植物園川山茶粗度≥1 cm 的根系的根系空間分布進(jìn)行研究，川山茶須根生長(zhǎng)規(guī)律和空間分布仍需進(jìn)一步研究。南山植物園山茶園作為川山茶種質(zhì)資源的重要保存地，彰顯了重慶市作為“山水之城，美麗之地”的人文特色。同時(shí)，南山植物園山茶園的精細(xì)化養(yǎng)護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)水平和養(yǎng)護(hù)成效代表了重慶市茶花養(yǎng)護(hù)的最高水平，為市街茶花養(yǎng)護(hù)指明了方向。根據(jù)本文研究結(jié)果，結(jié)合山茶園的養(yǎng)護(hù)措施，建議追肥時(shí)將肥料沿樹(shù)冠滴水線進(jìn)行溝施，以便肥料被投放在細(xì)根較多的地方，從而實(shí)現(xiàn)肥料的快速高效吸收，促進(jìn)根系向四周延展。

審核編輯：符乾江