白玉蘭在城市公園綠地群落中的根系分布*

羅玉蘭 孫 麗 張冬梅 張 浪 張敬麗 李 瑋

1 上海市園林科學規劃研究院 上海 200232

2 上海城市困難立地綠化工程技術研究中心 上海 200232

3 云南農業大學 昆明 650201

4 上海世博文化公園建設管理有限公司 上海 200126

白玉蘭(Magnolia denudata)為木蘭科木蘭屬的落葉觀花喬木,是上海市花,也是上海城市綠化建設中重要的“四化”樹種之一[1]。通過對上海17個公園綠地的調查發現,白玉蘭應用并不廣泛[2]。究其原因,多數研究認為是白玉蘭的肉質根系對上海高地下水位和高土壤pH值比較敏感[1,3,4]所致。植物地下根系的分布及健康狀態直接影響地上部分的形態特征,對植物能否更好地適應群落環境、健康生長起著至關重要的作用。近年來,陳志華[5]、蔡施澤等[6]利用樹木雷達檢測并分析古樹名木的根系分布情況和規律,提出古樹保護及復壯的建議；蔡施澤[7]通過研究喬木根系分布特征與土壤蓄滲關系,認為周邊硬質鋪裝的種植區域內宜選擇根系分布較深的喬木；高踩踏頻率區域應種植根系在淺層土壤分布較多的喬木。

目前,針對白玉蘭在公園綠地的應用研究主要集中在種質資源[8]、品種選擇[1,9]、栽培技術[10-11]、推廣應用[12]等方面,對白玉蘭根系的研究僅局限于根際菌根群落[13],關于白玉蘭根系生長特征方面的研究還未見報道。本研究選取白玉蘭種植量較大的3個公園綠地,采用樹木雷達測定系統對白玉蘭地下根系進行檢測,從群落結構、植物配置等方面分析根系分布及生長狀況,以期找出限制白玉蘭長勢的主要因子,為白玉蘭在城市綠地中的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以上海共青森林公園、閔行文化公園、世紀公園3個以白玉蘭為特色的公園作為研究對象,3個公園的建園時間分別是1982年、2006年、2000年,位于楊浦區、閔行區以及浦東新區。在每個公園內選取1～4個以白玉蘭為建群樹種的群落(表1),按照白玉蘭所處的立地環境劃分成不同類型的樣地,每一樣地內選擇3株規格、生長情況一致的白玉蘭進行測定。

表1 白玉蘭植物群落及根系調查樣本

1.2 研究方法

1.2.1 植物生長調查

采用現場調查的方法,記錄樣地位置及群落內喬木樹種種類、數量、植株高度、胸徑和冠幅等,以及灌木和草本植物種類及生長狀況。

1.2.2 根系測量方法

參照蔡施澤等[7]根系調查方法,使用美國Tree Radar公司開發的樹木雷達系統(TRU)對白玉蘭根系進行非入侵式探測。選用900 HZ規格對距離主干基部3 m、土層深度70 cm以內的根系進行測定。將獲得的根系掃描波譜圖導入TreeWinTM PRO根系分析軟件,得到根系分布密度圖和三維形態圖,以及雷達掃描周長、根系分布范圍及根系密度。

根據實際探測距離,水平方向以1 m為間隔進行根系劃分,垂直方向分0～20 cm、21～40 cm、41～70 cm土層深度,將白玉蘭地下根系劃分成9個小區,計算每一小區中根系數量及其占根系總數的比重。根系數量(根)＝根系密度(根/m)×掃描線路距離(m)；各區根系數量占比(%)＝各區內根系數量/總根系數量×100%。

1.2.3 數據分析

采用Excel軟件對根系數量進行計算,用DPS15.1軟件對相關參數進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 白玉蘭根系分布特征

從表2可以看出,在垂直方向上,距離主干1 m、2 m、3 m的白玉蘭根系數量均隨著土層垂直深度的增加而增加,其中41～70 cm土層中占總根系數量比例最高可達55.45%,在21～40 cm、0～20 cm土層中根系占比分別為26.65%、17.91%。

在水平方向上,白玉蘭根系分布較均勻,為28.26%～36.46%,但在不同土層中,其根系數量變化趨勢不一致(表2)。0～20 cm土層中,距離主干2 m的區域根系數量占比最高,為9.17%,其次為距離主干1 m和3 m的區域。21～40 cm土層中,距離主干2 m的根系數量占比最高,為9.92%,其次為距離樹干3 m和1 m的區域41～70 cm土層,隨著距離主干越遠根系數量逐漸增加,在3 m處根系數量占比最高,達23.09%。

白玉蘭根系數量在不同區域內的占比不相同(表2),集中分布在距離主干3 m、土層深度41～70 cm的區域,占總根系數量的23.09%；其次為距離主干2 m和1 m、土層深度41～70 cm的區域,分別為17.37%、14.89%；根系數量最少的區域位于距離主干3 m、土層深度0～20 cm的區域,僅占3.67%。

表2 白玉蘭根系在不同土層中的分布 %

2.2 不同群落結構對白玉蘭根系分布的影響

從圖1可以看出,白玉蘭根系總數變化范圍較大,為353.74～1 292.46根,平均703.42根,其中mg3、gg1、gg5根系數量較多,達到1 000根以上；gg4最少,約350根,并與其他樣地內的白玉蘭存在極顯著(P＜0.01)差異。

圖1 不同樣地內白玉蘭根系數量比較

從表1、圖1可知:閔行文化公園內3個喬灌草群落位于公園的不同立地環境,在根系數量方面差異明顯,其中M2群落以合歡(Albizia julibrissin)、石楠 (Photinia serrulata)、高羊茅(Festuca arundinace)配置,mg3根系數量最多,植物生長勢較強；M1群落內配置杜鵑(Rhododendron simsii)和白花三葉草(Trifolium repens),mg1和mg2根系數量較少,且與S8的喬草結構接近,均為白玉蘭片林,兩者沒有顯著差異。共青森林公園內4個喬喬群落中,G4和G7群落內的gg1、gg5根系數量較多,G7(河道邊)與G6(林內)均以銀杏(Ginkgo biloba)進行群落配置,但gg5根系數量比gg4的多一倍以上,兩者存在著極顯著(P＜0.01)差異。

2.3 不同光照位點對白玉蘭根系分布的影響

2.3.1 喬木群落內白玉蘭根系分布

從表1、表3、表4可以看出:白玉蘭純林G4內gg1受光均勻,其根系在不同土層中的分布較均勻,且數量較多,為300.01～442.59根。G5中的gg2、gg3位于同一群落內的同方位,根系主要分布在距離主干3 m、土層深度41～70 cm處。G6中的gg4和G7中的gg5由于種植方位不同,在根系分布方面存在著極顯著差異(圖2)。gg4根系數量隨離主干距離增加呈減少趨勢,依次為215.09根、123.42根、15.23根,主要分布在距離主干1 m、土層深度21～40 cm處；而gg5在距離主干3 m、41～70 cm土層深度中的根系數量最多,達到700根以上。

表3 喬喬配置下白玉蘭根系數量在水平分布上的方差分析

表4 喬喬配置下白玉蘭根系數量在垂直分布上的方差分析

圖2 共青森林公園內白玉蘭根系分布

2.3.2 喬草群落內白玉蘭根系分布

從表1、表5、表6可看出:群落S8以白玉蘭和時令草花構成,群內白玉蘭種植較稀疏,為全日照。距離主干1 m、2 m的白玉蘭根系數量為240.43～318.87根,在水平分布上無顯著性差異；但在垂直方向,不同土層間根系數量變化較大,sg1根系主要分布在0～20 cm土層,而sg2和sg3根系主要分布在41～70 cm土層,且差異極顯著(P＜0.01)。

表5 喬草配置下白玉蘭根系數量在水平分布上的方差分析

表6 喬草配置下白玉蘭根系數量在垂直分布上的方差分析

2.3.3 喬灌草群落內白玉蘭根系分布

從表1、表7、表8可以看出:mg1、mg2均全日照,白玉蘭根系總數在500根以上,水平和垂直方向上分布變化一致,根系數量隨土層深度增加均呈遞增趨勢,主要分布在距離主干2 m、土層深度41～70 cm土層中。mg3和mg4受群落中其他樹木的影響,為半日照,其中mg3配置有合歡、石楠、高羊茅,日曬方向為東、南；mg4配置有廣玉蘭 (Magnolia grandiflora)、桂花(Osmanthus fragrans)、高羊茅,日曬方向為南、西。mg3和mg4群落內白玉蘭根系數量在水平分布上變化不一致,mg3根系數量在距離主干1 m處較多,比2 m處的多一倍以上,而mg4根系較多分布在距離主干2 m處；在垂直分布上,mg3和mg4根系主要分布在土層深度21～40 cm處,其次為41～70 cm、0～20 cm處。

表7 喬灌草配置下白玉蘭根系數量在水平分布上的方差分析

表8 喬灌草配置下白玉蘭根系數量在垂直分布上的方差分析

3 討論

3.1 白玉蘭根系分布特征

通過樹木雷達系統(TRU)對所調查的8個群落內的白玉蘭根系分布情況進行探測,結果發現不同樣地內、不同規格的白玉蘭根系分布范圍為離主干2～3 m、深度70 cm以內,且在空間分布上呈梯度式增加,集中在距離主干3 m、土層深度41～70 cm的區域,占總根系數量的23.09%。武祖發等[15]通過對安徽省淮南縣進行不同耕作、施肥條件下的玉蘭根系分布調查,發現玉蘭根系分布在68 cm土層以上。這可能是因為上海、安徽兩地的土壤和氣候等條件不相同,實驗處理過程中的材料、方法等也不一致,但白玉蘭根系在土壤中的垂直分布范圍一致。白玉蘭根系分布較淺的原因除了上海地區土壤板結、土壤積水及鹽害[16]之外,可能最主要的原因在于其肉質根系的特征。

白玉蘭根系在探測范圍內沒有明顯的邊界,在水平方向上分布較為均勻、延伸距離較遠,但在垂直方向上根系數量逐漸增多,密集分布在41～70 cm土層,占總根系的55.45%。根據蔡施澤等[6]的根系空間型分類特征表述,與同屬的廣玉蘭根系分布相一致,白玉蘭根系為水平型根系。

3.2 群落結構對白玉蘭根系分布的影響

本研究中8個以白玉蘭為主要喬木層的群落結構是喬木＋喬木、喬木＋灌木＋草本、喬木＋草本,分別位于不同行政區域、不同建設年代的3個公園綠地中。木蘭科觀賞樹種的生長與氣溫、日照、濕度等氣象因子密切相關[17],不同群落結構的差異會產生不同資源的利用競爭,進而影響白玉蘭地下根系的分布。共青森林公園建園時間較長,白玉蘭種植密度相對較高,部分林下郁閉度達到0.6左右,G4純林內的gg1白玉蘭根系在各個土層內的分布較為均勻,且多數根系裸露在地表,呈現明顯的水平型根系；G7群落位于陽坡及河邊,周邊種植高大的銀杏,有利于白玉蘭植物根系的生長。閔行文化公園和世紀公園內的白玉蘭栽植年代較晚、種植密度稀疏,林下雖然種植灌木和草本植物,但樹冠達不到相互遮蔭程度,根系主要分布在20 cm以下的土層中。白玉蘭根系對表層土壤溫度較為敏感,較高地表溫度導致植株根系向地下深處生長,但40 cm以下土層的土壤理化性狀(土壤孔隙度、肥力等)較差,反而又影響了白玉蘭肉質根的向下生長。

3.3 光照位點對白玉蘭根系分布影響

本研究中M1、G4、S8群落內的白玉蘭處于全光照下,由于受光均勻,其根系在水平方向上分布較均勻,但在垂直方向上,喬灌草(M1)、喬草(S8)配置結構內白玉蘭根系隨土層深度增加均呈遞增趨勢,集中分布在距離主干2 m、土層深度41～70 cm土層中。與白玉蘭配置的喬木有銀杏、廣玉蘭、合歡等,由于樹種類型、種植位點等不同,導致白玉蘭受日曬方位、日照時間等不一致,在根系數量及分布、生長勢方面存在著顯著性差異,種植在高大喬木東南側(M2、G7)的白玉蘭生長情況明顯優于高大喬木東側(G5、G6)、西南側(M3)方向的。張宇鵬等[18]認為木蘭科植物在高光、中光下容易產生光抑制作用,導致生產力下降,影響其正常生長。張蘇峻等[19]通過測定白玉蘭的凈光合速率,認為白玉蘭在生長盛期對環境因子敏感,空氣濕度較低、水分短期虧缺會引起氣孔關閉,產生午休現象。因此,在群落配置時,應在白玉蘭西南側種植高大的喬木,種植間距盡量保持白玉蘭樹冠在夏季高溫天氣處于遮蔭狀態,同時林下密植灌木和草本,以對土壤起到一定的降溫和保濕作用,這樣不僅可以保證其地上部分避免夏季強光直射,還可以使根系處于適宜的環境。

采用樹木雷達系統(TRU)探測根系分布情況雖然減少了對白玉蘭根系的損傷,但是由于自然條件相對比較復雜,例如死亡的根系、土壤中留存的其他植物根系等等,這些情況都很難被辨別出來；同時群落內根系地下層成性的研究較困難,不能區分不同植物的根系,特別是種植距離較近的兩株植物,造成根系數量的重復統計,因此還應在實驗室限定條件下進一步驗證。另外,在實驗方案設計時,未考慮到土壤條件、種植年限、群內其他植物等方面對植物根系的影響,后續還需增加同一公園內不同群落類型、同一群落內不同光照位點和不同樹種的根系分布,進一步從根系生態位、根冠分配等方面開展深入研究。

4 結論

白玉蘭根系為肉質根,在土壤中的分布相對較淺,主要分布于70 cm深度的土層范圍以內。白玉蘭根系分布在垂直和水平方向上均呈現一定的規律性,即根系數量隨土層加深呈遞增趨勢,且均勻分布在距離主干1 m、2 m、3 m處。

在所調查的8個群落內,與白玉蘭配置的植物共有9種,形成了喬喬、喬灌草、喬草3種群落結構,不同群落結構的差異影響著白玉蘭地下根系的生長和分布,其中由合歡、石楠、高羊茅配置形成的喬灌草群落內的白玉蘭根系數量最多,生長勢較強。白玉蘭對環境因子較為敏感,長時間的高溫直曬或西曬不利于白玉蘭根系的生長,將其種植于高大喬木或建筑物的東南側,同時林下密植灌木和草本,能促進白玉蘭根系的生長,充分利用不同層次土壤中水分和養分,進而提升群落的穩定性。