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基于TRU系统对三种不同立地条件下川山茶根系空间分布研究

作者: 李玲莉,田中,何永鉥等 时间:2021-8-5 阅读次数:583

树木雷达检测系统(tree radar unit,以下简称TRU)自引入我国后,被广泛用于树干空腐检测和根系空间分布无损检测,如康越程对黄陵古侧柏空腐规律进行研究[1],肖夏阳等对颐和园古柳木树木躯干内部缺陷探测识别[2],田凌鸿对天水市伏羲庙古侧柏健康无损伤诊断与评价[3],赖娜娜等对侧柏古树进行根系分析[4],纪文文等对小兴安岭典型树种粗根分布进行研究[5]等。TRU系统作为高效的浅层探测方法,具有操作简单灵活、剖面直观、无损性等优点[6]。近年来,随着园林绿化事业的高速发展,TRU系统在无损检测树木根系空间分布,探索城市绿地中植物根系分布规律等领域,具有广阔应用前景。

川山茶(Camellia szechuanensis Chien)作为山茶的一个重要品系,因其主要分布在四川地区而得名[7]。1986年7月,原四川省重庆市第十届人民代表大会常务委员会第十九次会议就已经确定山茶花为重庆市市花[8]。因川山茶在园林应用中存在种得活、养不好、缓苗期过长等问题,极大地限制了其推广应用。目前,国内规模较大的川山茶搜集、生产和园林应用地点中,以南山植物园山茶园收集、展示川山茶品种类型最为齐全,现有川山茶传统品种110个,古树100多株,树龄最大的已超过400年,并于2016年入选首批国家花卉种质资源库;龙茶花海位于四川珙县境内,种植茶花5000多亩,被国际茶花协会主席格利高里·戴维斯赞誉为“世界最大的茶花基地”;永川区以茶竹为文化特色,在园林绿化中大量应用川山茶,是重庆市川山茶市街应用数量较多、效果较好的区县。三个地点的气候条件相似,年平均气温15.8~17.7℃,年平均日照数约1200h,年降雨量约1100mm。

本文采用TRU系统,对南山植物园山茶园、龙茶花海和永川道路、公园绿地内的川山茶植株进行根系非破坏性检测,探索粗度≥1cm的根系在三个调查地点的分布特点,以期探索限制川山茶园林应用的因子,为其市街推广应用提供数据支撑。

1/试验材料与方法

1.1试验对象

以南山植物园山茶园、龙茶花海和永川区道路、公园绿地内栽植的川山茶植株为试验对象。

1.2试验方法

1.2.1试验测定方法

试验采用产自美国的树木雷达检测系统(900 MHz雷达天线,可分辨最小根系直径1cm),探测扫描以树干为圆心,半径为0.5m和1m圆断面上,0-72cm土层中直径≥1cm的根系分布情况。根据供试植株生长地点实际情况,分别测定距树干基部0.5m与1.0m圆断面处≥1cm粗的根系分布情况。

1.2.2单株选择方法

选择距树干2m以内无灌木、无大型杂草生长的川山茶植株。其中,山茶园和龙茶花海选择地径3-12cm10个径级长势较好的茶树植株,每个径级不少于3棵;永川区选择兴龙大道、红河大道、望贤公园、兴龙湖公园和灵猴广场的典型植株,每个地点不少于5棵。

1.2.3土壤质量测定方法

采用混合采样法,在距树干30cm处采取0-30cm深的土壤样品,共计7个,送至重庆市土壤质量检测中心,测定pH值、EC值、有机质含量、有效氮、有效磷、速效钾、>2mm砾石含量和土壤质地等8项指标。

1.3数据处理

采用Excel和SPSS19.0对试验数据进行汇总、方差分析和多重比较。

2/结果与分析

2.1土壤质量基本情况

7个样地的土壤理化指标测定结果见表1-1。7个样地的土壤质地为壤土或砂质壤土,在土壤的pH值方面,川山茶更适宜生长在酸性及中性土壤中[7]。龙茶花海为强酸性土壤,山茶园、永川区兴龙公园和灵猴广场为酸性和中性土壤,永川区兴龙大道、红河大道和望贤公园为碱性土壤;在EC值方面,山茶园和龙茶花海的EC值较低(0.262mS/cm和0.105mS/cm),永川区5个样地的EC值主要分布于0.288-0.351mS/cm之间;有机质含量方面,山茶园和龙茶花海的有机质含量较高,为55.6mg/kg和59.2mg/kg,其次为永川区红河大道28.7mg/kg,永川区其他4个样地的有机质含量较低,在9.16-18.1mg/kg之间,是山茶园和龙茶花海的1/3-1/6;在有效氮、有效磷和速效钾含量方面,以山茶园最高,永川区红河大道和龙茶花海次之,永川区其他4个样地含量较低;>2mm砾石含量方面,除了山茶园和龙茶花海无>2mm砾石外,永川区5个样地均有不同程度的>2mm砾石,含量在11.3-39.4%之间。

由此可见,山茶园和龙茶花海的土壤呈酸性和中性,有机质含量、有效氮和有效磷含量较高,无>2mm砾石,更适合川山茶的生长。结合调查发现,永川区红河大道和兴龙湖公园茶树长势较好,红河大道茶树可能与其土壤中较高的有机质含量、有效氮、有效磷和速效钾含量有关,兴龙湖公园茶树可能与其酸性土壤更有利于营养吸收相关。

2.2山茶园茶树根系分布

2.2.1粗度≥1cm根系纵向分布

不同土层深度中,山茶园茶树≥1cm粗的根数多重比较结果见表1-2。由表1-2可知,随着土壤深度的增加,距树干0.5m和1.0m根数均呈先增加后减少的趋势,约有51%的粗度≥1cm的根分布在深度20-40cm土层中,并与深度0-20cm和40-72cm土层中的根数均达极显著差异。其中,距树干0.5m的圆断面处,深度40-72cm土层中的根数(6个)虽然比0-20cm(5个)的多,但未达到极显著差异;距树干1.0m的圆断面处,深度40-72cm土层中的根数(12个)较0-20cm(5个)的多,并达到极显著差异。

由此可见,山茶园茶树78%-85%的粗度≥1cm的根分布在深度20-72cm的土层中,其中约一半的根分布在20-40cm深的土层中,深度0-20cm土层中,粗度≥1cm的根数较少。

2.2.2粗度≥1cm根系横向分布情况

距树干0.5m和1.0m圆断面处,粗度≥1cm根系分布多重比较结果见表1-3。由表1-3可知,距树干0.5m处粗度≥1cm根数为20个,较距树干1.0m处少,且差异达到极显著水平;距树干0.5m和1.0m处根系分布的最深深度和最浅深度无显著变化,距树干0.5m处粗度≥1cm根系主要分布在深度12.89-56.19cm的土层中,距树干1.0m处根系主要分布在9.79-59.24cm的土层中。

由此可见,随距树干距离增加,粗度≥1cm的根数从20个增加至35个,根系的分布范围进一步扩大,主要分布于深度9.79-59.24cm的土层中。

2.2.3径级对根系分布的影响

距树干0.5m圆断面处,10个径级茶树的粗度≥1cm根系分布多重比较结果见表1-4。由表1-4可知,随着茶树地径粗度的增加,距树干0.5m处粗度≥1cm根数呈减少趋势,粗度≥1cm根系的最深分布深度和最浅分布深度无显著差异。其中,地径7-7.9cm的茶树植株的根数与其他径级的无显著差异,可见以地径7-7.9cm为界,地径3-6.9cm的茶树每株长有粗度≥1cm的根数为27-33个,地径8-12.9cm茶树每株长有粗度≥1cm的根数为15-26个;10个径级茶树中,粗度≥1cm根系的最深分布深度范围是53.04-62.08cm,最浅分布范围是5.86-12.67cm。

2.3龙茶花海茶树根系分布

2.3.1粗度≥1cm根系纵向分布

不同土层深度中,龙茶花海茶树≥1cm粗根数多重比较结果见表1-5。由表1-5可知,随着土壤深度的增加,距树干0.5m和1.0m处根数均呈逐渐减少的趋势,在0-20cm和20-40cm土层深度中,粗度≥1cm根数相似(14个和13个,19个和18个),并无极显著差异,却与40-72cm土层中的根数达到极显著差异。可见0-40cm深的土层中,距树干0.5m和1.0m的圆断面处,粗度≥1cm根数占总根数比例达80-82%。其中,深度0-20cm和20-40cm的土层中,根数占比较平均(约40%)。

2.3.2粗度≥1cm根系横向分布情况

距树干0.5m和1.0m圆断面处,粗度≥1cm根系分布多重比较结果见表1-6。由表1-6可知,距树干0.5m和1.0m处粗度≥1cm根数分别为34个和46个,距树干0.5m处的根数较距树干1.0m处少,并达到极显著水平;距树干0.5m和1.0m处根系分布的最深深度无显著差异,分布在54.44-56.71cm深的土层中。距树干0.5m和1.0m处根系分布的最浅深度有显著差异,分布在深度0.89-2.08cm土层中;距树干0.5m处,粗度≥1cm根系主要分布于深度2.08-54.44cm的土层中;距树干1.0m处,粗度≥1cm根系主要分布于深度0.89-56.71cm的土层中。

由此可见,随距树干距离增加,龙茶花海茶树的粗度≥1cm的根数从34个增加至46个,根系的分布范围进一步扩大,主要分布于0.89-56.71cm深的土层中。

2.3.3径级对根系分布的影响

距树干0.5m圆断面处,10个径级茶树≥1cm粗的根系分布多重比较结果见表1-7。由表1-7可知,随着茶树地径粗度的增加,距树干0.5m处粗度≥1cm根数呈先增加后减少的趋势,粗度≥1cm根系的最深分布深度和最浅分布深度无显著差异。其中,地径5-7.9cm茶树的根数较多,分别为38个、43个和37个;10个径级中,粗度≥1cm根系最深分布深度范围是45.06-60.56cm,最浅分布范围是0.63-5.07cm。

2.4永川区市街应用茶树根系分布

2.4.1粗度≥1cm根系纵向分布情况

不同土层深度中,永川区市街应用茶树的粗度≥1cm根数多重比较结果见表1-8。由表1-8可知,随着土壤深度的增加,距树干0.5m和1.0m根数均呈逐渐减少的趋势,深度0-40cm的土层中,粗度≥1cm根数分别占总根数的82%和77%,其中深度0-20cm土层中粗度≥1cm根数占比为45%和54%。由此可见,永川区市街应用茶树根系分布较浅,主要分布在0-20cm深的土层中。

2.4.2粗度≥1cm根系横向分布

距树干0.5m和1.0m圆断面处,永川区市街应用茶树粗度≥1cm根系分布多重比较结果见表1-9。由表1-9可知,距树干0.5m和1.0m处粗度≥1cm根数分别为11个和13个,距树干0.5m处的根数较距树干1.0m处少,却未达到显著水平;距树干0.5m和1.0m处根系分布的最深深度和最浅深度无显著差异;距树干0.5m处,粗度≥1cm根系主要分布于深度9.40-40.34cm的土层中;距树干1.0m处,粗度≥1cm根系主要分布于深度10.70-44.79cm的土层中。

由此可见,随距树干距离增加,粗度≥1cm的根数从11个增加至13个,根系的分布范围进一步扩大,主要分布于9.40-44.79cm深的土层中。

2.5三个调查地点根系分布差异对比

经调查发现,永川区市街应用茶花的地径为4.8-9.2cm,与山茶园和龙茶花海相同径级茶树进行方差分析和多重比较,结果见表1-10。由表1-10可知,距树干0.5m圆断面处,三个调查地点茶树的粗度≥1cm的根数有极显著差异,从大到小顺序为:龙茶花海(33个)>山茶园(25个)>永川区市街应用(11个);三个调查地点的根系分布最深深度有极显著差异,永川区市街应用茶树根系分布最深深度(41.35cm)浅于山茶园(57.25cm)和龙茶花海(54.45cm);三个调查地点的根系分布最浅深度有极显著差异,龙茶花海茶树根系分布最浅深度(2.72cm)浅于山茶园(8.44cm)和永川区市街应用(9.76cm)。

距树干1.0m圆断面处,三个调查地点茶树的粗度≥1cm根数有极显著差异,从大到小顺序为:龙茶花海(45个)>山茶园(32个)>永川区市街应用(12个);三个调查地点的根系分布最深深度无显著差异,主要分布于深度45.22-57.04cm土层中;三个调查地点的根系分布最浅深度有极显著差异,龙茶花海茶树根系分布最浅深度(1.01cm)浅于山茶园(5.57cm)和永川区市街应用(11.12cm)。

由此可见,与南山植物园山茶园和龙茶花海相比,永川区市街应用茶树的根数较少,粗度≥1cm的根系主要分布于9.76-45.22cm土层中,根系的延伸能力较差。结合表1-1发现,这与园林绿化中土壤质量较差有关。

3/结论与讨论

整体而言,在距树干1.0m范围内,川山茶粗度≥1cm根系表现为:根系分布范围进一步扩大,最深分布深度在62cm左右,最浅分布深度可达地表,甚至肉眼可见;随着地径粗度的增加,距树干0.5m处根数呈先增加后减少的趋势,山茶园以地径7-7.9cm为分界点,龙茶花海以地径5-7.9cm的根数最多,可见地径超过5-7.9cm后,茶树根系的主要分枝已经基本形成,根系更侧重于伸长生长,以拓展营养吸收空间。同时也发现,地径5-7.9cm的茶树,粗度≥1cm根系主要分布在距树干0.5m范围内,可为苗木移栽过程中土球挖取范围提供数据参考。

不同地点的根系分布特点及对比分析如下:

3.1山茶园茶树粗度≥1cm根系分布特点。距树干0.5m和1.0m圆断面处,78%-85%粗度≥1cm的根分布在20-72cm深的土层中,其中约一半的根分布在20-40cm深的土层中,深度0-20cm土层中,粗度≥1cm的根数相对较少;随着距树干距离增加,粗度≥1cm的根数从20个增加至35个,分布范围从12.89-56.19cm扩大至9.79-59.24cm;随着茶树径级增加,距树干0.5m处粗度≥1cm根数呈减少趋势,以地径7-7.9cm为分界点,地径3-6.9cm的茶树每株长有粗度≥1cm的根数为27-33个,地径8-12.9cm茶树每株长有粗度≥1cm的根数为15-26个;不同径级茶树粗度≥1cm根系的最深分布深度范围53.04-62.08cm,最浅分布范围5.86-12.67cm。

3.2龙茶花海茶树粗度≥1cm根系分布特点。距树干0.5m和1.0m的圆断面处,0-40cm深的土层中,粗度≥1cm根数占总根数比例达80-82%。其中,深度0-20cm和20-40cm的土层中,根数占比较平均(约40%);随着距树干距离增加,粗度≥1cm的根数从34个增加至46个,分布范围从2.08-54.44cm扩大至0.89-56.71cm;随着茶树地径粗度的增加,距树干0.5m处粗度≥1cm根数呈先增加后减少的趋势,其中地径5-7.9cm的茶树根数较多,分别为38个、43个和37个;10个径级中,粗度≥1cm根系最深分布深度范围是45.06-60.56cm,最浅分布范围是0.63-5.07cm。

3.3永川区市街应用茶树粗度≥1cm根系分布特点。距树干0.5m和1.0m的圆断面处,粗度≥1cm根数分别占总根数的82%和77%,其中0-20cm土层中粗度≥1cm根数占比为45%和54%,可见,永川区市街应用茶树根系分布较浅,主要分布在0-20cm深的土层中;随着距树干距离增加,粗度≥1cm的根数从11个增加至13个,根系的分布范围从9.40-40.34cm扩大至10.71-44.79cm。

3.4与南山植物园山茶园和龙茶花海相比,距树干0.5m和1.0m的圆断面处,永川区市街应用的相同径级茶树≥1cm粗的根数较少,近半数根系分布在0-20cm的土层中,根系的延伸能力较差。这与赖娜娜等研究结果相似,在城市环境下树木60%-90%的根系基本都分布在表层20cm之内[4]。结合永川区土壤理化性质分析结果发现,山茶园和龙茶花海的土壤呈酸性和中性,有机质含量、有效氮、有效磷和速效钾含量较高,更适合川山茶的生长;永川区5个调查样点中,土壤整体呈中性至碱性,除红河大道相对较好外,土壤较瘠薄,其中有机质含量仅为山茶园和龙茶花海的1/2-1/6,有效氮含量为山茶园的1/4-1/6。

3.5南山植物园山茶园与龙茶花海的根系分布深度不同可能与其土壤质量和树龄相关。南山植物园古茶苑建于1970年后期,地径8cm以上的试验植株均来源于此。龙茶花海茶树种于1990年前后,因立地条件相差较大,所以相同径级茶树,树龄相差较大,导致根系分布特点有所不同;再者,试验观察发现,龙茶花海虽为壤土,却分为黑色和黄色两种,分布于0-30cm和30cm及以下土层中,经检测发现,黑色壤土富含有机质和无机营养,黄色壤土相对贫瘠。

综上所述,川山茶作为重庆市花,园林推广应用更能彰显我市“山水之城,美丽之地”的人文特色。研究结果表明,川山茶≥1cm粗的根系数量和分布深度与种植土壤质量密切相关。改善川山茶种植土壤质量,特别是调整pH值、有机质含量和有效氮、有效磷和速效钾含量等指标,使之满足川山茶生长需要,对缩短川山茶种植后的缓苗期、快速恢复长势至关重要;建议改土深度不少于60cm,因为赖娜娜等研究表明,几乎所有具有支撑作用的根系都分布在60cm深的土壤中[4],川山茶作为常绿小乔木,植株高度可达9m[9],改土后更能促进茶树深扎根,为地上部分的正常生长提供保障。

(基金项目:重庆市科技计划项目(No. cstc2011pt-gc80019),重庆市城市管理科技计划项目“川山茶市街应用栽培管理技术研究”(城管科字2018第(01)号)资助。)

参考文献:

[1]康越程.基于TRU树木雷达对黄陵古侧柏空腐规律研究[D].西北农林科技大学,2019.

[2]肖夏阳,文剑,肖中亮,等.基于雷达波的树木躯干内部缺陷探测识别[J].林业科学,2018,54(5):127-134.

[3]田凌鸿.天水市伏羲庙古侧柏健康无损伤诊断与评价[D].西北农林科技大学,2019.

[4]赖娜娜,袁承江,唐硕,等.应用探地雷达探测古树根系分布[J].东北林业大学学报,2011,39(11):124-126.

[5]纪文文,王立海,时小龙,等.基于树木雷达的小兴安岭典型树种粗根分布及其影响因素研究[J].北京林业大学学报,2020,42(5):33-41.

[6]刘星旦.TRU树木雷达参数校正方法研究[D].西北农林科技大学,2017.

[7]LY/T2814—2017,川山茶栽培技术规程[S].

[8]周利.川茶花品种图鉴[M].重庆:重庆出版社,2011.

[9]中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志[M].北京:科学出版社,1998. 

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