胡椒/檳榔間作系統(tǒng)根系空間分布特征初探①

摘 要 采用根箱試驗，對胡椒/檳榔間作系統(tǒng)根系空間分布特征進行了初步研究，結果表明：胡椒/檳榔間作系統(tǒng)中2種作物根系生態(tài)位有重疊現(xiàn)象；間作系統(tǒng)存在種間競爭；種間競爭導致了胡椒根系向下生長，而檳榔根系生長空間縮小；間作系統(tǒng)中胡椒處于競爭優(yōu)勢。

關鍵詞 胡椒 ；檳榔 ；間作 ；根系空間分布

分類號

復合栽培可充分利用水土光熱等資源，提高單位面積土地的產(chǎn)出水平和經(jīng)濟效益，一直以來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位[1-4]。根系是間作系統(tǒng)中植物間養(yǎng)分、水分競爭的主要場所[5]，植物對土壤水分和養(yǎng)分的競爭能力則取決于根系的形態(tài)、生理塑性及其在土壤中的時空分布格局等[6-7]，因此，植物根系特征是選擇合理復合系統(tǒng)配置的標準，適宜的作物根系特征是復合系統(tǒng)成功的主要因素之一[8]。胡椒/檳榔間作具有明顯的間作產(chǎn)量優(yōu)勢，是較為理想的高效種植模式[9-10]，已成為檳榔林下主要復合種植模式之一，但目前關于其間作的互作機制及優(yōu)勢產(chǎn)生的機理研究較少。胡椒和檳榔地上部彼此干擾少，且同為淺根系作物，地下部相互作用應是間作群體作用的主要方式。為此，本研究采用根箱模擬試驗，初步探索了胡椒/檳榔間作系統(tǒng)根系空間分布特征，以期為揭示該模式間作互作機理及其生產(chǎn)應用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2014年4～10月，在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院香料飲料研究所智能大棚進行。試驗點地處N18°44′、E110°11′，年平均溫度約24.5℃，年降雨量約2 200 mm。供試土壤為紅壤土，試驗前按大田有機肥（牛肥）周年施用量，即土壤與有機肥重量比為1∶0.05，計算土壤、有機肥用量，稱量粉碎后的土壤和腐熟有機肥，充分混勻后裝盆使用。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

采用根箱培養(yǎng)（圖1），根箱內(nèi)有效尺寸為高×寬×厚=45 cm×30 cm×3 cm。設胡椒/檳榔間作、單作胡椒、單作檳榔4個處理，每處理3次重復，雙苗定植。培養(yǎng)期間每隔2～3 d檢查土壤濕度，并用燒杯等量澆水，以保持土壤濕潤，并進行其他日常管理，保證幼苗正常生長。

1.2.2 樣品采集及測定

試驗前選擇長勢一致的胡椒、檳榔幼苗，測量株高、稱量鮮重。試驗后將地上部和地下部分別取樣，地上部測量株高，稱量鮮重；地下部取樣時，將根箱內(nèi)有效區(qū)域劃分成150個3 cm×3 cm×3 cm的立方格，水平方向10個，垂直方向15個（圖2），對每個立方格分別進行取樣，標記后帶回實驗室，清洗后分離出胡椒、檳榔根系，用吸水紙吸干水后稱量鮮重，并采用根系掃描儀分別對每格的胡椒、檳榔根系進行掃描，用WinRhizo軟件對根系形態(tài)指標進行分析。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

由于同一作物幼苗株高、鮮重存在差異，因此數(shù)據(jù)統(tǒng)計時采用生長量表示，即試驗后數(shù)據(jù)與試驗前數(shù)據(jù)的差值。數(shù)據(jù)分析采用Excel和SPSS 13.0軟件。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式胡椒、檳榔生長量

間作模式下胡椒、檳榔的株高和鮮重生長量均比單作低，其中間作鮮重生長量與單作的差異達顯著水平。間作后胡椒的株高和鮮重生長量分別比單作低5.51%和5.19%，而檳榔的株高和鮮重生長量分別比單作低20.14%和69.35%。說明，間作對2種作物生長量均產(chǎn)生一定影響，但對檳榔生長量的影響更大（表1）。

2.2 不同種植模式胡椒、檳榔根系形態(tài)

間作后胡椒、檳榔的總根長、總根表面積、平均根系直徑和總根體積均低于單作，其中，間作胡椒除總根長顯著低于單作外，其余根系形態(tài)指標差異均未達顯著水平；而間作檳榔各項根系形態(tài)指標均顯著低于單作，間作模式下總根長、總根表面積、平均根系直徑和總根體積分別比單作低48.31%、44.77%、6.03%和40.50%。說明，間作對2種作物根系生長均產(chǎn)生一定影響，而對檳榔根系的影響更大（表2）。

2.3 不同種植模式胡椒、檳榔根系空間分布

2.3.1 根長密度垂直分布

隨土層深度的增加，單作、間作胡椒根長密度均呈增加趨勢，但均未達顯著水平。0～330 cm土層間作胡椒根長密度變化趨勢與單作相近；330 cm以下土層間作的增加趨勢更加明顯；在360 cm土層處檳榔根長密度下降為零時，胡椒根長密度顯著增加，根長密度相對比例從8.71%增加到14.75%，此后持續(xù)保持較高比例，依次為13.54%和12.72%。說明間作后胡椒根系向下生長以避開檳榔根系，減少種間競爭。單作、間作檳榔根長密度隨土層深度增加均呈先增后減的趨勢。間作檳榔根長密度相對比例在180 cm土層處最高，達24.18%，而單作檳榔根長密度相對比例在120 cm土層處最高，為16.72%，且同土層間作檳榔根長密度比均低于單作（圖3、表3）。

2.3.2 根長密度水平分布

在水平空間分布上，間作胡椒根長密度集中在距胡椒植株垂直距離0～210 cm土層內(nèi)，相對比例高達89.60%。而單作胡椒根長密度則集中0～180 cm土層內(nèi)，相對比例達83.60%；在0～180 cm土層內(nèi)間作變化趨勢與單作相近，但180 cm土層以后間作根量明顯高于單作，說明間作促進了胡椒根系水平生長。單作、間作檳榔根長密度均集中在距胡椒植株垂直距離270 cm以外土層內(nèi)，相對比例分別高達90.80%和91.70%，而同一土層內(nèi)間作根長密度比單作低。結合根系垂直空間分布可以看出，間作后2種作物在距胡椒植株垂直距離180～240 cm處根系生態(tài)位重疊，而在生態(tài)位重疊區(qū)域內(nèi)胡椒根長密度比單作高，檳榔根長密度比單作低（圖4、表4）。

3 討論與結論

研究表明，間作后胡椒、檳榔的株高和鮮重生長量，及總根長、總根表面積、平均根系直徑和總根體積等根系形態(tài)指標均低于單作，其中檳榔的株高和鮮重生長量分別比單作降低20.14%和69.35%，且各項根系形態(tài)指標均顯著低于單作。說明胡椒/檳榔間作系統(tǒng)存在種間競爭，對2種作物地上部和地下根系生長都產(chǎn)生一定影響，但對檳榔的影響更大，即間作系統(tǒng)種間競爭中胡椒處于競爭優(yōu)勢，而檳榔處于弱勢，這與楊建峰等[9]的研究結果一致。

在根系空間垂直分布上，360 cm以上土層間作胡椒根長密度變化趨勢與單作相近，但在360 cm土層深度處檳榔根長密度下降為零時，胡椒根長密度顯著增加，此后持續(xù)保持較高比例。在根系水平空間分布上，隨著距胡椒植株垂直距離的增加，間作后胡椒根量相對單作增加，但結合垂直分布來看，間作胡椒水平根量增加出現(xiàn)在垂直方向360 cm以下土層，即檳榔根長密度為零后。雖然間作后2種作物在距胡椒植株垂直距離180～240 cm處根系生態(tài)位重疊，但在生態(tài)位重疊區(qū)域間作胡椒根長密度高于單作，而間作檳榔根長密度低于單作。這說明胡椒/檳榔間作系統(tǒng)種間競爭導致了胡椒根系向下生長，而同時檳榔根系生長空間縮小，這可能是2種作物對空間養(yǎng)分和水分的競爭迫使胡椒根系向偏深層伸展，檳榔根系收縮，即間作后2種作物均改變各自生態(tài)位以減少重疊，從而減少種間競爭，這與其他間作的結果基本一致[11-12]。從2種作物根系空間分布變化來看，間作后檳榔根系受到的影響更大，也進一步說明胡椒/檳榔間作系統(tǒng)中胡椒是優(yōu)勢作物。

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