崔 晶 薛兴燕 吴明作 薛建林 付保中 伊 焕

(1.河南农业大学林学院,河南 郑州 450002；2.商丘市梁园区林业局，河南 商丘 476000)

根系处理技术对农桐间作地植物根系与生长的影响

崔 晶1薛兴燕1吴明作1薛建林2付保中2伊 焕2

(1.河南农业大学林学院,河南 郑州 450002；2.商丘市梁园区林业局，河南 商丘 476000)

对黄淮海平原地区常见间作形式之一的农桐间作3年生泡桐进行覆膜与挖沟2种根系处理，利用土柱法对间作地块0～20 cm与20～40 cm土层内植物根系的长度与现存量、土壤含水率进行测定，还对植物地上部分的现存量进行测定。结果表明，间作地块内的植物根系生长受到一定程度的胁地影响，植物地上部分现存量受胁地影响较为明显，土壤含水率受降雨影响较大；胁地影响范围大致为树高的0.7倍，但根系受影响的范围可达到林带中心位置；采取切根处理措施后，胁地影响的主要因素为树冠，2种根系处理技术对植物根系及其地上部分生物的影响差异不显著。

根系处理；根系长度；现存量；农桐间作；黄淮海平原

树木根系是地下生态系统的核心，细根的分布直接影响其拥有土壤水分和营养空间的大小[1-2]，环境条件对根系生长及其分布具有重要作用[3]。农林复合生态系统以其良好的多种特性被国内外的理论研究与生产实践所普遍关注[4-5]，目前对胁地的研究多集中在地上部分的现存量或产量、地下部分的根系生长、根系处理技术等[4-8]。泡桐(Paulowniaspp.)是黄淮海平原地区农林复合生态系统的常见组成树种之一，农桐间作是其十分典型且具有广泛推广价值的间作形式之一；但关于泡桐与农作物间作的理论研究明显落后于实践，尤其缺乏定量研究，使农桐间作复合生态系统的巨大潜力和优势尚未充分发挥出来[9]，对于其胁地的研究尚未见报道[4-5,10-13]。本研究通过观测农桐间作模式中不同根系处理技术对植物根系生长及其分布、土壤水分，以及间作植物生长的影响，了解植物根系分布与植物生长状况，旨在探索其胁地规律与解除机制，为进行胁地克服、指导农田防护林树种选择、结构配置与优化等提供理论依据，从而为发挥农林复合系统的经济、生态及社会效益提供科学依据。

1 试验地概况

试验地设在位于黄淮海平原的商丘市梁园区黄河故道森林公园内，地处东经115°65′，北纬34°45′。试验区属黄河冲积平原地貌类型，平均海拔30～47 m，地势平坦，土壤为黄河冲积形成的潮土类细沙土，质地以沙质和壤质为主。属大陆性季风气候区，年平均气温13.9 ℃，1月平均气温-9.0 ℃，7月平均气温27.0 ℃，平均无霜期206 d；年平均降水量711.9 mm。林区内主要树种以泡桐为主，其他尚有杨树(Populusspp.)、刺槐(Robiniapseudoacacia)，森林覆盖率26.7%；泡桐主要以中幼龄的农田防护林带和老龄的片林为主，间作模式主要包括泡桐-辣椒、泡桐-金银花等类型。

试验地为泡桐-辣椒间作模式，其中泡桐为南北走向，单行，株行距为3 m×15 m。泡桐为3年生，平均树高5.6 m，平均胸径10.8 cm，平均基径14 cm，东西向平均冠幅3.4 m。

2 研究方法

2.1 试验设计

试验地点设在2个林带地块的中央地带以消除地块两头的边际效应，在试验地内分别设置3条东西向的平行样带贯穿试验地。分别在林冠边缘的两侧内沿林带方向挖长10 m、宽50 cm、深1 m的土沟，设置根系处理技术试验1(覆膜法，T1)、试验2(挖沟法，T2)、对照3条与乔木行垂直的试验样带，每条样带宽度10 m,以消除相互影响；各样带采用完全自然管理。试验方法均为沿树干挖好土沟后，用合适工具将树根全部斩断；覆膜法是挖沟后贴上一层地膜再用原土覆盖；挖沟法是挖沟后留宽约50 cm左右合适的沟并保持该状态[5,13]。

2.2 测定指标与方法

试验于2012年8月开始，每月观测1次至2013年7月达1个完整年，每月中旬在每个试验样带内由西向东方向设置观测小样方，样方面积1 m×1 m；每条样带布设5个样方，第1个样方距离乔木行1 m，然后间距2 m；为减少取样影响，规定每次取样均从每条观测样带的南侧开始逐次向北侧进行。

在每个小样方内分别取0～20、20～40 cm 2个层次的土壤及根系，土壤含水率用铝盒取样带回实验室，于105 ℃用烘干法测定。用环刀自上向下分层取8 cm×8 cm×40 cm的土柱，挑拣出根系，直到所取土柱内无根系为止；将根系带回室内，放入筛子里用水冲洗干净，利用爱普生V 700 Photo平板扫描仪进行分析，得出长度，最后称其干质量得其现存量。

2.3 数据处理

选取2012年10月、2013年4月、2013年7月各月份的数据代表秋季、春季与夏季的植物生长状况(冬季无植物生长，故未测定)。采用Excel 2003进行数据处理和图表绘制，采用 SPSS 19.0进行比较与检验等分析。

3 结果与分析

3.1 不同根系处理技术对土壤含水率的影响

不同季节0～20 cm与20～40 cm 2个土壤层次中土壤含水率的变化见图1～2，图中距离指林带内样方与乔木行的距离(由西向东方向，以后各图与此相同)。

由图1～ 2可以看出：0～20 cm与20～40 cm土层的含水率整体上没有太大差别，但均表现出7月份数值较低的现象。这与当年降水较少有关，也可能与7月份植物生长旺盛、根系吸收土壤水分较多有关。黄淮海平原地区降水一般集中在7月下旬至9月上旬，因此，10月份的数值整体上较高。

0～20 cm土层的土壤含水率表现出西侧林带处较高、东侧林带处较低且与中心处差别较小的现象，而20～40 cm土层的这种现象不明显；表土层容易受降水影响，因此，0～20 cm土层比20～40 cm土层的变化较为明显。根系生长与土壤含水率呈正相关[14-15]，因此，土壤含水率的变化可能影响到不同根系处理技术下的根系状况。

3.2 不同根系处理技术对植物根系长度的影响

不同季节0～20 cm与20～40 cm 2个土壤层次中植物根长的分布状况见图3～4。

由图3～4可以看出：2个土壤层次中，4月份为根系萌动时期，根长相对较小，至7月份达到比较高的数值，10月份植物通常已经开始休眠(辣椒9月份已经收获)，其根长也相对较小，但由于测定的是整个土壤中的根系，辣椒收获后尚有残留的根系以及其他草本植物的根系，因此，其数值仍然较大。推测此后根系的分解占比例较生长的大，根系数量减少，根长也减小，至4月份时数值就减小较多。

相同样方内0～20 cm与20～40 cm土层的根长，经SPSS双尾t检验，除10月的T2处理与7月的对照达到0.05显著水平外，其余均无显著性差异，说明2个土层内的根长在整体上没有显著差别，但对根系处理措施的响应不完全一致。0～20 cm土层中，相同时间相同处理方式的植物根系多数在4 m与10 m处出现较低值，但与中心(7 m)处差别不大；而20～40 cm土层则基本上是在7 m处出现最低值(7月份较明显)，但10月份最低值则是在10 m处；2个土层均在两侧林带边缘出现较大值，且10月份西侧的数值较大，一定程度上表现出“东胁西不胁”的特征[11-13]，其影响范围大致在4～10 m。

辣椒根系一般可以达到20～40 cm土层，而且试验地的辣椒在种植初期进行整地除草后再没有施加人工管理措施，一些耐荫杂草侵入地块，随着时间推移，其根系深入土层，使得2个土层内的根长没有显著差别。

因为2种处理(T1、T2)均是针对泡桐根系的，且2个土层内的土壤含水率并未出现上述变化(图1、图2)，因此，泡桐对间作地块内植物根长的影响应主要来自树冠，是因为树冠遮荫引起光照不充足，植物根系生长导致根/茎比值较小；因泡桐树龄较小，虽有一定的胁地影响但并不十分明显。在泡桐生长初期(4月份)，树冠较小，其影响也较小，自7月份旺盛生长时期至10月份生长完成，树冠伸展较大，而林带宽度较窄，因光照与树冠投影等因素，其影响主要集中在树冠边缘直到林带中心(林带中心距乔木行7.5 m，平均冠幅3.4 m)；而邻近乔木带处，因泡桐树冠较高，光照可以透过，该处光照比较充足。

3.3 不同根系处理技术对植物根系现存量的影响

不同季节0～20 cm和20～40 cm土层中植物根系现存量的变化见图5～6。

由图5～6可以看出，0～20 cm与20～40 cm土层中的根系现存量随距离的变化与20～40 cm土层中根长的变化较为一致，并且变化程度更明显,与根长一样，也表现出“东胁西不胁”的特征[11-13]，影响范围大致在4～10 m，以泡桐树高5.6 m计算，大致为两侧树高的0.7～1.0倍。这也是泡桐树冠影响到其中植物生长所导致的结果，说明在较窄的间作模式中，胁地现象可能发生在中间部位。结合植物根长的水平分布状况，表明根系生长与土壤含水率的关系并不完全与已有研究那样明显[14-15]。

3.4 不同根系处理技术对植物生长的影响

为说明间作植物辣椒生长的最终现存量，本研究只选取了收获前2个月的数据，不同根系处理技术下其现存量见图7。

从辣椒的现存量看，表现出较为明显的胁地现象，从两侧林带附近到中心，2个月份的现存量均表现出逐渐增加的趋势(图7)。9月份数据只所以部分比8月份的低，主要是因为果实收获的影响。

从胁地克服的处理方式看，2个月的表现并不一致。8月T2处理在林带中心虽然现存量没有T1处理高，但从变化趋势来看，其胁地范围相对较小，两者均比对照大；9月对照处于2种处理之间，以T2处理的现存量最小，T1处理的现存量最大，但均呈现出4 m左右的胁地范围。

试验地泡桐虽为3年生，但因其速生性，已具有较大的冠幅、较高的树高，因而具有一定的胁地影响；因为已进行过根系处理，故其胁地因素主要表现为树冠影响。从图7可大致确定其胁地影响范围为4 m左右，约为树高的0.7倍，这与杨树的研究结果基本一致[5,10-13]。

植物地上部分现存量在林带内的分布规律与根系现存量、20～40 cm土层中根长并不完全一致，主要有2个原因：1)所测定根系并非完全属辣椒根系，还有其他杂草存在，因在土柱法测定中很难区分不同种类的根系，因此，在以后研究中应考虑采用适当的方法；2)根系生长与植物地上部分生长在不同光照条件下具有不同的响应，一般情况下，强光能促进根系生长而增加根/茎比值，弱光能促进地上部分的高生长而减小根/茎比值。

参照根系与现存量的影响，进行根系处理后，胁地影响因素主要是树冠，即冠胁地[11-13]。

3.5 2种根系处理技术的差异性分析

对上述胁地效应进行处理间的差异性检验(SPSS中的Duncan分析)，结果见表1。

由表1可知，除4月份的土壤含水率外，0～20 cm土层的其他指标在其他月份中在不同处理间均没有显著性差异(用SPSS双尾t检验，切根处理与对照达到显著性差异)；表层土壤含水率主要受降水影响，与根系处理技术措施相关性较小。在20～40 cm土层，4月份与7月份的根系长度在处理间有显著性差异(α=0.05)，其他没有差异。植物地上部分的现存量在2个月份均没有显著性差异。表明因为存在冠胁地，只进行根系处理，效果并不十分显著；若要克服胁地影响，还应考虑选择冠幅较小的树种。

从2个处理与对照的各指标大小来看，0～20 cm土层在4月份与7月份以覆膜法(T1)的效果较好，但在10月份则以挖沟法(T2)的效果较好；20～40 cm土层除7月份的根系长度外，其他均以T2的效果好；从地上部分的植物现存量来看，2个月份均以T1的效果较好。这可能与2种处理方法的影响机制有关，挖沟法暴露了林带边缘的土壤层次，土壤中空气可能充足，有利于根系生长。但地上部分主要为冠胁地，覆膜法能够较好地保持土壤中的含水量，有利于植物生长。因此,从总体上特别是对植物产量的影响来看，覆膜处理(T1)的效果比挖沟处理(T2)的要好。

表1 胁地现象的差异性检验

注：表中数据为平均值；植物的地上现存量测定为括号内的时间。

4 结论与讨论

1) 农林间作普遍存在着胁地现象，主要原因是根胁地与冠胁地[13]；因此，只对根系进行处理后，冠胁地成为主要影响因素，对间作植物根系与地上部分的生长均有影响，对土壤含水率也有一定影响，其中，以植物地上部分现存量影响最大，其次是根系现存量与长度，土壤含水率主要受大气降雨影响。胁地影响范围大致为林带树高的0.7倍，这基本与已有研究的结果一致[10]，但也不尽相同[12-13]；这可能与不同级别根系的分布特点有关[1]，也可能与泡桐的年龄及其树冠大小有关，其原因值得深入研究。

2) 根系处理技术对胁地有一定程度的减轻作用[5,10-13]，但从本研究的各指标所受影响大小来看，2种根系处理技术之间及其与对照之间并没有显著性的差异，这应与冠胁地的影响有关[10]；而从平均值的大小顺序特别是间作植物的产量来看，以覆膜法(T1)的处理效果较好，这与已有报道并不完全一致[5]；可能与树种特性、年龄、林带宽度、间作植物种类等多种因素有关。如何根据具体的农林间作系统的特征，提出有效地减轻胁地影响的途径与方式，是农林间作模式建设与推广的基础，仍需要深入研究。

3) 一般地，胁地范围最大可以达到树高的1.0～1.6倍距离处[10,12-13]，因此，当防护林带的行距较小时，胁地范围可能会达到林带中心。在进行农林间作规划与设计等工作时，应考虑这种可能地胁地范围，尽量选用行距较大的间作模式，选择冠幅较小的树种，同时适当考虑采用一定的根系处理技术。

[1] 胡海波,万福绪,张金池,等.徐淮平原农田防护林带杨树根系特征研究[J].南京林业大学学报,1996,20(1):12-16.

[2] 骆宗诗,向成华,章路,等.花椒林细根空间分布特征及椒草种间地下竞争[J].北京林业大学学报,2010,32(2):86-91.

[3] Boris R, Ephrath J E, Shimon R. A root is a root? Water uptake rates of citrus root orders [J]. Plant Cell Environment, 2011, 34(1):33-42

[4] Allen S C, Jose S, Nair P K R, et al. Safety net role of tree roots: Evidence from a pecan (CaryaillinoensisK. Koch) -cotton (GossypiumhirsutumL.) alley cropping system in the southern United States [J]. Forest Ecology and Management, 2004，192:395- 407.

[5] 吴明作,崔晶,王谦,等.豫东平原农杨复合生态系统胁地现象及其克服技术研究[J].河南农业科学,2013,42(12):115-121.

[6] Sudmeyer R A, Speijers J. Influence of windbreak orientation, shade and rainfall interception on wheat and lupin growth in the absence of below-ground competition [J].Agroforestry Systems,2007,71(3): 201-214.

[7] 程鹏,曹福亮,汪贵斌.农林复合经营的研究进展[J].南京林业大学学报：自然科学版,2010, 34(3):151-156.

[8] 孟平,张劲松.中国复合农林业发展机遇与研究展望[J].防护林科技,2011(1):7-10.

[9] 蒋建平,刘延志,张秀荣,等.农桐间作系统对小麦生态条件及产量影响的研究[J].河南农业大学学报,1995,29(4):313-318.

[10] 孙国吉,张金池,王智,等.徐淮平原杨树林带的胁地规律[J].南京林业大学学报,2003,27(4): 67-71.

[11] 刘炳友,庞久华,王涛,等.齐齐哈尔地区农防林胁地发生规律及其防治对策[J].防护林,2006(2)：66-67.

[12] 范仲玖,王登亚.农田林网和林带胁地原因及防治对策[J].农技服务,2008,25(3):86.

[13] 尚静原,赵焕成,王宝珠.农田防护林胁地效应及其解决对策[J].防护林科技,2006(4):71-79.

[14] Daniel B M, Meir P, Lutz Eduardo O C, et al. The effects of water availability on root growth and morphology in an Amazon rainforest [J]. Plant Soil, 2008，311:189-199.

[15] 王文,蒋文兰,谢忠奎,等.黄土丘陵地区唐古特白刺根际土壤水分与根系分布研究[J].草业学报,2013,22(1):20-28.

(责任编辑 赵粉侠)

Effect of Root Treatment Technique to Roots and Growth of Intercropping Plant inPaulowniaShelterbelt

CUI Jing1, XUE Xing-yan1, WU Ming-zuo1, XUE Jian-lin2, FU Bao-Zhong2, YI Huan2

(1. College of Forestry, Henan Agriculture University, Zhengzhou Henan 450002, China;2. Forestry Bureau of Liangyuan District of Shangqiu, Shangqiu Henan 476000, China)

Paulowniaintercropping is a common agroforestry form in the Huang-Huai-Hai Plain. In the paper, selected 3-yearPaulowniaintercropping field as research plot, and applied plastic film covering and trenching method to treat root, and then measured the length and existing biomass of plant root, soil moisture content in 0-20 cm and 20-40 cm layers using soil column method. Also, we measured plant standing crop of aboveground by using harvest method. The results showed that: in a certain degree, the plant root growth was affected by intercropping. The effect on aboveground biomass was more obviously. The soil moisture was mainly influenced by precipitation. The distance of trees′ negative effect was approximately 0.7 times of tree height, while for plant root; the effect could be reached to the center of the intercropping field. When the shelterbelt tree was treated by root cutting, the main factor of its negative effect was from tree′s crown; there was no significant difference between on root growth and aboveground biomass under 2 root treatments.

root treatment; root length; standing crop;Paulowniaintercropping; Huang-Huai-Hai Plain

2014-02-20

国家林业局林业公益性行业科研专项(201104049、201104068)资助。

吴明作(1965—),男，博士，副教授，研究方向：生态过程监测与功能评价。Email:wumingzuo@hotmail.com。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.04.010

S725

A

2095-1914(2014)04-0053-06

第1作者：崔晶(1987—),男，硕士生。研究方向：农林复合生态系统。Email:beyon1006@163.com。