水分添加對刨花楠幼苗根系特征的影響

曾漢釗，鐘全林，徐朝斌，陳倩，高方圓

(福建師范大學 地理科學學院,濕潤亞熱帶山地生態國家重點實驗室培育基地，福建省植物生態生理重點實驗室，福建 福州 350007)

水分是植物生長所必需的元素，水分添加的變化可以改變植物根系的生長狀態[1，2]，根系的分布狀態隨土壤水分的分布而改變[3]，表現出根系對土壤水分的趨水性[4，5]。細根是植物吸收養分的最主要器官，它影響著植物對土壤養分的吸收效率，進而影響植物的生長[6]。開展水分添加對植物根系特征的影響研究，具有重要意義[7-10]。本次試驗就是通過控制土壤水分的添加量，研究水分添加對植物根系結構特征的影響[11，12]，如根長變化、根表面積變化等[13]。

刨花楠(Machiluspauhoi)，是我國中亞熱帶和南亞熱帶地區優良的常綠闊葉喬木樹種，用途廣泛，在福建、廣東、廣西、江西、浙江、湖南等地均有生長[14]。本次試驗通過對不同根序細根根長、直徑、表面積等特征的測量研究，探究不同水分添加對刨花楠根系的影響。

目前國內對刨花楠的研究主要集中在生長特性、生理特性、人工栽培繁殖與培育技術[15-17]，植物根序的分類、影響根系分布的因素以及氮、磷對植物葉片、群落結構的影響等，而對水分添加對植物根的影響方面研究很少。現階段全球氣候變化異常，對植物生長環境影響顯著，本文研究目的在于探討植物生長過程中養分和水分對植物根系的影響，利于植物更好地適應環境變化，保護物種的繁衍。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于順昌縣，該縣與建陽、建甌、南平、沙縣、將樂、邵武6縣市接壤，屬福建西北山地丘陵區。境內山脈源于武夷山系杉嶺支脈，分別由東北部、西北部和西南部向中部延伸。除東南部外，邊境均有千米以上群山環抱，最高峰郭巖山，海拔1 384 m。富屯溪、金溪兩條主要河流，分別由西北、西南向東南流入，匯合于縣城雙溪鎮，再向東流入南平匯入閩江。境內山巒起伏連綿，縱橫交錯，河流錯綜其間，形成復雜的地形地貌。

順昌縣屬于中亞熱帶海洋性季風氣候，同時又受一定的大陸性氣候的影響。氣候溫和，雨量充沛。境內受季風性環流影響明顯，隨冬夏環流轉換和太陽照射的變化，帶來四季不同的氣候特征。

1.2 試驗設計

本試驗采用盆栽的方式，苗木為180株大小基本相同的刨花楠幼苗。將常規造林山地紅壤土混合拌勻裝入內徑30 cm、高度30 cm硬質塑料花盒中，保持土壤肥力與有機質含量基本相同。在頂部透光良好、四處通風的防雨棚內培養。將所選出苗木移栽到裝滿8 kg常規造林地山地紅壤土的花盆內，每盆栽種1株，共180盆，對栽植后的苗木進行常規的水分管理(注意不要施肥)，待生長1個月苗木生長相對穩定后，開始進行模擬試驗研究。

在進行模擬試驗前(即苗木入盆后30 d)，先測出經拌勻后的常規造林地山地紅壤土的相關理化性質進行測定，土壤pH值為4.41，田間含水率為27.0%，并測定各苗木的基徑、株高、冠幅等指標。開展模擬試驗時，分別設置2個處理(即2個水分等級80%和40%)，2個對照組A、B，每個處理重復2次，每個重復選9盆(即9株)，要求位置固定，并插牌、編號。

每組選取一個標準盆，加水前稱量標準盆及水分蒸發測定盆重量(精確到1 g)，補充失去水分，每周補充3次。

1.3 分析測定

采取全株收獲法進行生長特征調查，開展植物根、莖、葉取樣及性狀測定。全株取樣時每個處理組除標準盆外，選擇生長為平均水平的3株苗木，記錄其掛牌號，小心從盆中取出，務必保持根系完整，小心去除根系表面的大塊泥土，剪去地上部分，將根系迅速裝入塑料袋中，保存在裝有冰塊的塑料桶中，帶回實驗室。將全株取樣樣品分器官烘干，稱重后粉碎過篩。

根系分級按照Fitter的根系序列位置命名方法對細根進行分級[18]，位于最末端沒有分支的根稱為一級根，一級根著生在二級根上，依次分到四級，使用EPSON v370掃描儀掃描，用WinRHIZO根系分析系統，分析得到其各級根根長、表面積、平均直徑、體積等指標，并烘干，利用電子天平稱質量，統計比根長、根組織密度。

計算公式為：

比根長=根長(m)/干質量(g)

(1)

根組織密度=干質量(g)/體積(cm3)

(2)

1.4 數據處理

采用Excel軟件分別對刨花楠各級根的根長、表面積、直徑、體積、比根長、根組織密度進行相關分析，并采用SPSS 17.0軟件中的單因素方差分析法和相關性分析法進行分析其相關性，并運用LSD進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同水分添加對植物根生長的影響

細根是植物吸收水分和養分的關鍵部位，不同的水分添加會對細根生長產生影響。如圖1所示，隨著水分的增加，刨花楠幼苗細根根長普遍呈增長趨勢，其中一級根和四級根根長較短，二級根和三級根根長較長，但一級根、二級根、三級根、四級根根長都隨著水分增加增長，這說明水分的添加會有效促進刨花楠根長的生長。

圖1 不同水分添加對根長的影響

2.2 不同水分添加對植物根表面積的影響

從圖2可看出，刨花楠的根表面積隨著水分的添加顯著增長，在不同土壤水分梯度下，一級根、二級根、三級根和四級根的根表面積都呈增長趨勢。這說明水分的添加會有效促進刨花楠根表面積的增加。

圖2 不同水分添加對根表面積的影響

2.3 不同水分添加對植物根直徑的影響

從圖3中可以看出，水分添加對植物根直徑的影響并不明顯，除一級根和四級根的根直徑有所增長，二級根和三級根的根直徑并無顯著變化。

圖3 不同水分添加對根直徑的影響

2.4 不同水分添加對植物根體積的影響

從圖4可以明顯看出，水分添加不會有效促進根體積的增長，只有二級根和三級根在水分增加后體積略增長，一級根和四級根的體積并沒有隨著水分添加出現顯著變化。

圖4 不同水分添加對根體積的影響

2.5 不同水分添加對植物比根長的影響

比根長較大的根系，其養分和水分吸收效率較高，如圖5，刨花楠不同根序中，一級根的比根長最大，并且隨著水分添加比根長顯著增加，這說明植物的一級根是吸收養分和水分效率最高的根序，二級根、三級根、四級根的變化不顯著，植物吸收養分和水分主要靠最末端的一級根進行，水分添加可有效地促進一級根比根長增長，使植物吸收養分和水分的效率增大，有利于植物生長。

圖5 不同水分添加對比根長的影響

2.6 不同水分添加對植物根組織密度的影響

從圖6可看出，水分添加可促進一級根、二級根、四級根的根組織密度生長，對三級根的根組織密度影響不大。根組織密度與根的生理活動有關，這說明水分添加可以促進根組織密度的增加，有利于根的生理活動，促進根的生長。

圖6 不同水分添加對根組織密度的影響

3 結論與討論

根系在生長的過程中會產生復雜的分支系統，從而形成不同等級的根序，一級根著生于二級根，二級根著生于三級根，以此類推。所有的細根不但受外界生存環境而且彼此會相互影響[19]。探究不同土壤水分對刨花楠幼苗根系特征的影響[20，21]，不但要分析不同水分時，各級根根系特征的變化，還要關注相同水分時，各級根之間的變化。水分添加影響一級根、二級根、三級根、四級根的根長、根表面積，促進根長和根表面積的生長，但對根直徑和根體積的影響不是很顯著，會促進一級根、二級根和四級根的根組織密度增加，促進一級根的比根長增加，所以水分添加會促進植物根系伸長，同時促進根系表面積增加，比根長增加，從而增強細根吸收養分和水分的能力，促進植物的生長。

不同梯度的水分添加會促進一級根比根長的增加，顯著提高植物吸收養分和水分的能力，同時還會促進二級根、三級根、四級根的生長，促進植物細根變長，對細根的吸收養分和水分有促進作用。試驗結果表明當水分添加為80%時，對植物根系各結構特征影響最顯著，最能促進刨花楠幼苗根系的生長，這可能是由于水分添加使得植物根系伸長，促進刨花楠幼苗吸收能力的結果。

本次試驗研究的樣本數存在少量缺失現象，樣本數目在不同分析中存在較大差異，這些原因都會導致分析過程產生誤差，從而影響試驗結果和結論，而在分析過程中未全面考慮氣候因素對刨花楠幼苗根系特征的影響，以及其他因素之間相互干擾等問題也是會造成研究結果的誤差。

本次研究試驗時間僅包括6—9月，且研究地域上局限于順昌一地，且樹種單一，所以本次研究僅作為初步探討，更大時空范圍的水分處理下刨花楠葉片水分對刨花楠幼苗根系特征影響的研究還須作進一步探討。