黄栌个体生长情况与根系结构的关系探究

代丽丽，张传生，石研

（山东省蒙阴县国有天麻林场，山东蒙阴 276200）

黄栌是一种常见的观赏性景观植物，因其叶子到秋天会展现出橙红色，所以黄栌还被称之为红叶。由于黄栌具有喜阳、耐旱、耐寒以及能适应碱性土壤等特点，现已被广泛应用到城市景观设计中。黄栌主要通过根系吸收营养，虽然在日常观察中主要以黄栌叶片的疏密程度、结构完整度以及干枯程度等现状评价其是否健康，但同时也可通过黄栌根系的情况判断个体是否健康。现阶段针对黄栌健康的研究多数集中在病虫害防治以及叶片等角度，对其根系与个体间关系进行分析的研究相对较少。因此，立足于黄栌根系结构角度研究黄栌个体与根系结构的关系，以期为该领域的相关研究提供帮助。

1 研究地与研究对象概况

试验选在阿克苏水平衡试验站（40°36′N，80°48′E）区间内进行。试验区域内的平均海拔约为1030m，试验地属于阿克苏河流域的冲洪积平原绿洲覆盖范围内，具有极端干旱区的一些气候特征，并且太阳辐射强烈，全年日照时间约为2940h，降雨量少，年平均降水量在50mm 以下，地下水埋深约为2～4.5m，区域间还种植有胡杨和柽柳等作物[1-3]。

2 研究方法

2.1 试验设计

试验于2021 年5 月10 日正式开启，共历时94d。从两方面进行探究，即地下水深埋程度对黄栌根系的影响和黄栌个体情况与根系间的关系。在地下水深埋试验设计中需设置30cm、60cm 和90cm 3 个地下水埋深处理点，分别命名为A1、A2和A3，并对应砂土、砂壤土和黏壤土等3 种地区的土壤基质，土壤基质分别计为B1、B2和B3，共计9 个处理，每个处理均重复4 次[4-5]。土壤的理化性质参数见表1 所示（参数与黄栌个体结构与根系间的关系共用）。

表1 试验区域土壤的理化性质

受实验区黄栌个体生长情况限制，将对黄栌研究区域下的植株分为大小2 个梯度，1 梯度为成年（大）黄栌，2 梯度为未成年（小）黄栌。将黄栌个体植株的健康程度分为3 个梯度，1 梯度为健康黄栌，2 梯度为比较健康的黄栌，3 梯度为不健康的黄栌。为避免因立地条件差异导致研究植株存在生长差异，进而影响研究数据，需要综合选择同一朝向且林区存在大小不同、健康、较为健康以及不健康的黄栌作为本次研究对象。黄栌大小梯度划分标准为：选取地面直径为26.4±3.2cm 的黄栌为第1 梯度，选择地面直径为12.0±2.2cm 的黄栌为第2 梯度（为方便表述下文将以“大树”表述第1 梯度，以“小树”表述第2 梯度）。以现场取证数据将树冠十分饱满、叶片繁茂鲜艳有光泽并且无病虫害的黄栌植株划分为健康梯度中；将树冠较为饱满叶色相对比较稠密、可以呈现不同程度的色泽且存在病虫害威胁和枯枝比例并达到35%左右的黄栌划分为2 梯度；将树冠存在明显缺损、叶片脱落过半、叶片暗淡无光且病虫害严重和枯枝比例在70%以上的黄栌划分在第3 梯度。

2.2 取样方法

通过人工挖掘法收集标定的黄栌植株根系样本，统一以植株左边方向为取样点，实际根系取样点应与树干距离超过1/2，取样样方大小设计为30cm×30cm 的正方形区域，以避免对黄栌植株正常生长产生影响。取样样方的土壤需要仔细挑选，分离出除黄栌树根以外的其他根系，将剩余的黄栌根放入纸质密封袋中进行保存，然后将密封袋统一放入低温保鲜盒中带回实验室进行下一步处理。在分拣过程中需要着重注意分拣方法，应最大限度地保障黄栌根系的完整性[7]。

2.3 根系指标测定

测定新生根系的生长情况，试验初期记录目标黄栌的根系，在94d 后对比根系找出新生根苗，将所有黄栌根苗切割成地表和深埋根系2 大部分，然后取样送入实验室进行进一步分析。在实验室内使用干净的水冲洗表面覆土，然后使用吸水纸吸取表面水分，并用测距仪测量根系，测量内容为新生根茎长、各级根的长度以及连接长度，使用电子游标卡尺测量新生根茎的基径和各级根的直径，每次测定均重复3 次。

此外，还要利用Epson Expression12000XL 扫描仪和WinRhizPro 根系分析软件测定黄栌根系长度、表面积、体积、根尖、分支以及根系平均连接长度等元素[8-9]，同时需要划分分别不同径级的根系长度、表面积、体积以及根尖数量，如表2 所示。

表2 径级分级标准

扫描完上述信息后,需要将全部根系放置在80℃的干燥箱中烘干至恒重，然后使用电子天平测定根系生物量（精确到0.001g），并通过已有数据计算出比根长、比根表面积以及比根体积等指标。

2.4 数据处理

以根系垂直分布模型为基础计算本次试验的根系参数[10]。用“a”代表试验区黄栌植株基部到根终端的连接数并称之为拓扑长度，用“b”表示根系的平均拓扑长度，因b 与根系通道所有拓扑长度Pe 存在关联，所以可用b=Pe/v0表示。由于a、b 受值变化的影响，因而通过线性转换a、b，便可获得修正的拓扑参数“qa”和“qb”，公式为：

上式中lbv0=Inv0/In2；qa、qb的范围为0～1。

当qa≈qb≈1 时表示根系呈鲱骨型分支；当qa≈qb≈0 时表示根系呈叉状型分支。

使用隶属函数值法综合评价试验黄栌根系结构指标，计算式为：

上式中：Xi为测定值；Xman为最大值；Xmin为最小值。

使用Excel 表格汇总和整理数据，使用SPSS20.0 统计软件对数据进行方差计算；运用LSD 法实现对方差数据的多重比较。

3 结果与分析

3.1 地下水埋深对黄栌根系构型的影响

由上述操作得出的各项指标参数汇总见表3 所示。

表3 地下水埋深和对黄栌根系构型的双因素方差分析

由表3 可知，根系的连接长度越长对根系在土壤空间中拓展与吸收水分的能力影响大。不同土质下黄栌根系的连接长度在地下水埋深较浅的情况下具有生长不显著性质，随着地下水埋深度的增加，其基质对黄栌根系连接长度的影响会更加明显，为方便观察现将几组试验点位的根系情况绘制成折线图，如图1 所示。

图1 不同环境变量下的点位黄栌根系生长情况

3.2 健康程度对黄栌根系结构的影响

黄栌根系结构与个体健康程度之间存在显著影响。健康黄栌根系结构与不健康黄栌根系结构相比存在明显差异，即健康黄栌评价指标会高于不健康黄栌的评价指标，3 个等级中不健康黄栌根系结构的实际生长情况最差。健康黄栌的根系比根长、比根表面积、比根体积、根系连接长度、根系根尖数、分枝数以及连接数等分别是较为健康与不健康黄栌根系结构的2.47 倍、2.77 倍、1.76 倍、2.13 倍、1.30 倍、1.81 倍、4.86 倍；9.63 倍、4.25倍、4.27 倍、4.11 倍、4.13 倍、1.17 倍、1.42 倍，详细数据见表4 所示。

表4 黄栌个体健康程度与黄栌根系结构的关联性

较为健康和不健康的黄栌根系与健康黄栌根系相比，其G1～G7下根长、表面积以及根尖数均分别下降约78.2%、84.8%、78.6%、82.6%、73.1%和87.2%，其中不健康黄栌在G1范围内的根系比根长、根系比根表面积以及根系根尖数分别比健康黄栌低58.3%、52.4%和34.2%。

3.3 树木形状大小对黄栌根系生长情况的影响

由表4 可知，黄栌树木形状的大小同样与其根系结构存在联系。其中，1 梯度下的黄栌根系比根长、根系比根表面积、根系比根体积、根系连接均长、根尖数、分枝数以及连接数等指标与小树指标比分别低71.7%、54.5%、35.3%、6.8%、59.2%、26.2%和30.2%。另外，1梯度与2 梯度间黄栌根系结构的各指标存在较大差异。在G1～G3范围中2 梯度黄栌根系结构的各指标以及所占比例均高于1 梯度的根系结构，而在G5～G7范围中则低于1 梯度的根系结构。其中，在G1级别标准范围内2 梯度的根系长度、表面积、体积以及根尖数的所占比例是1 梯度的3.68 倍、2.16 倍、3.02 倍、3.46 倍和2.34倍、3.72 倍，2.74、1.08 倍，而1 梯度在G5～G7范围内的根系长度、表面积、体积以及根尖数所占比例是2 梯度的1.25 倍、2.14 倍、1.71 倍、1.51 倍和1.87 倍、1.17 倍、1.07 倍、2.72 倍，由此可证明1 梯度黄栌与2 梯度黄栌相比存在细根比例降低但粗根增多的现象。

4 结论与讨论

从黄栌个体的健康程度与树木大小的角度与其根系结构进行影响性对比分析，以此方式佐证黄栌根系结构对个体生长的影响。从研究结果中能得出，黄栌大小受自身根系结构影响，其比根长和比根面积会直接影响个体的生长情况。黄栌的健康程度可以由分枝数、根系连接数、根系平均长度以及根尖数等因素得出。

黄栌根系的比根长、根系比根表面积、根系连接长度、根系根尖数、分枝数以及连接数等因素都会随着个体的老化而缩减。植物的根系是植物吸收营养物质的重要部分，同时也是地上部分赖以生存的基础，即黄栌根系结构吸收营养物质与水分的能力是可以直接映射黄栌个体生长情况的重要指标。黄栌根系结构中比根长因素与黄栌从土壤中吸取营养物质效率紧密相关。根系分枝数和连接数可表示黄栌根系在地下延伸的广度，同时分枝数与连接数同样可表明黄栌的个体生长发育情况。因此，随着黄栌根系各项指标的下降，在一定程度上表示黄栌个体健康程度也出现变化。

在本研究中，黄栌直径在0.0～0.1mm 的不健康，其细根比例会低于健康级别的黄栌。同时，2 梯度下黄栌根系结构的特征指标在0.0～0.5mm 级别内，会明显高于大树指标。由此可证明，随着黄栌个体健康程度的不断下降，其根系组织能力也会随之减弱。因此，可证明黄栌个体生长情况与根系结构之间存在直接联系，黄栌根系结构的生长情况可以直接影响其健康程度和植株大小。