采用根系分析系统布局农林复合产业.doc

采用根系分析系统布局农林复合产业 摘要：植物根系是植物体的吸收器官和代谢器官,也是对外界环境条件反应敏感的器官。其赖以生存的土壤条件如土壤水分、养分、温度、通气状况等直接影响根系生长和分布,影响根系吸收功能和代谢功能,进而影响作物地上部分的生长发育和产量1一2。在农林复合系统中,农林种群间通过对光、热、水分、养分等资源的吸收利用而存在着相互作用关系,而这种关系很大程度上是由于地下部分的相互作用引起的1,3一5,特别是在干旱、半干旱地区。 根系分析系统GXY-A研究解决农林种群间对水分、养分资源的竞争与吸收利用关系是农林复合系统能否实现高效可持续经营的关键问题5一6。目前,对于单一生态系统中,根系分布特征的研究已有大量的文献报道,但在农林复合系统中,因作物根系和林木N0一50cm、N50一100cm、N100一150cm、N150一200cm、s150一200cm、s100一150cm、s50一100cm、s0一50cm 内的根系分布。在各采样点的0一150cm土层中,每隔10cm取长20cm、宽20cm 的土方。土方体积为20cm火20cm火10cm。每个土方经破碎过筛仔细挑拣活根,清洁根系表面之后,用标本夹带回实验室,置阴凉处晾干根表水分,枣树根系取0d簇1mm 的根作为吸收根,冬小麦则取全部根系。 采用扫描仪获取形态结构图像,并用专业根系分析系统GXY-A型软件,对根系长度等指标进行测定分析。以上所有取样3次重复,即选择3组相对应的枣树。 1 材料与方法1.1 试验区概况试验地位于环塔里木盆地干旱区中心地带的阿克苏市依干其乡,地处北纬41。09,东经80。17。（图中A点）地形北高南低,平均海拔1103.8m。属暖温带干旱气候区,降雨量稀少,蒸发量大,气候干燥。年均温10 ,1月均温一8 ,7月均温25。年均降水量100mm。年平均太阳总辐射31.2一33.8kJ/cm2,年日照2855一2967h,无霜期205一219d,风沙浮尘天气较多,主要集中在春季和夏季。春季升温快而不稳,秋季降温快。1.2 材料基础设备：GXY-A型托普仪器有限公司根系分析系统，自带分析软件。特点：1、人工辅助修正：图像可放大缩小和局部观察。2、统计效果监视：监视和修正植物对象分析的精度。3、自动杂质剔除：根据尺寸等方面的区别，进行自动杂质剔除。2009年,根据环塔里木盆地农林间作经营特点,结合当地农村实际种植情况的调查,选择位于阿克苏市依干其乡八大队一小队枣一冬小麦间作模式的试验地,面积3.3hm2。枣一冬小麦间作地,枣树品种为灰枣,株行距为3m火4m,密度183株/hm2,栽植于2002年,树带行向为东西向,平均株高2.9 m,东西冠幅2.2 m,南北冠幅2.3m,胸径5.23cm。冬小麦品种为邯郸5316,行距为12cm,共播种27行,播种期为2008年10月。枣树保护带宽度100cm。 1.3 方法 1.3.1 测点的布设 在样地内选择2株标准木,根系研究采用分层挖掘法,并假设枣树根系以树干为中心、在各个方向上的分布具有对称性。具体布设如下:以标准木为中心,正对树干、垂直于树行方向,挖一条长4.0m、深1.5m 的剖面,在水平方向上从标准木树干边缘开始,距离树干N25cm、N75cm、N125cm、N175cm,s175cm、s125cm、s75cm、s25cm处设立采样点(南北行间,N代表北,s代表南,下同)。分别代表距枣树 N0一50cm、N50一100cm、N100一150cm、N150一200cm、s150一200cm、s100一150cm、s50一100cm、s0一50cm 内的根系分布。在各采样点的0一150cm土层中,每隔10cm取长20cm、宽20cm 的土方。土方体积为20cm火20cm火10cm。每个土方经破碎过筛仔细挑拣活根,清洁根系表面之后,用标本夹带回实验室,置阴凉处晾干根表水分,枣树根系取0d簇1mm 的根作为吸收根,冬小麦则取全部根系,采用加拿大Ep一5onTwainPro扫描仪获取形态结构图像,并用专业根系分析应用系统winrhi2o软件,对根系长度等指标进行测定分析。以上所有取样3次重复,即选择3组相对应的枣树。 1.3.2 测定时间 2009一07一11一20,枣树物候期是结果期,冬小麦物候期为成熟收获期(末)。 1.3.3 数据处理 根长密度是反映地下部分生长的重要指标,是根系生长发育的最直接指示。 根长密度计算公式:RLD一乙d/V5 式中,RLD 为根长密度(cm/cm3); 乙d 为根系长度(cm);V5为土壤体积(cm3)。 通过所取得的所有枣树、冬小麦根长密度的平均值,采用Micro5oftExc。12003和surf。r8分析软件,对间作系统中枣树根系空间分布特征进行分析。 2 结果与分析 2.1 枣树根系的分布特征 2.1.1 垂直分布 垂直方向上,枣树吸收根根量主要集中在0一80cm 土层,80一150cm 土层根量分布相对比较均匀。随着土层的增加,吸收根根长密度逐渐降低(图1)。对南、北0一200cm范围内枣树吸收根根长密度(RLD)和土层深度(Z)的关系进行回归统计,回归方程为: 南RLD(Z)一2火10一6Z5一0.000124+0.0015Z3一0.0084Z2+0.0193Z+0.0202(:一0.9526) 北RLD(Z)一8火10一6Z5一0.0003Z4+0.0049Z3一0.0303Z2+0.0803Z一0.0374(:一0.9763) 进一步计算枣树各土层所占总吸收根根量的比例,结果表明(表1),0一80cm土层内根量占总量的71.62%和74.61%,且0一60cm 所占比例较大,达57.74%和62.06%,而80一150cm仅占28.38%和25.39%。 2.1.2 水平分布 由图2可知,距离枣树越近,枣树吸收根根量越多,即吸收根根长密度越大,但随距离的增加而减少。从测点s0一50cm到s50一100cm,以及测点N50一100cm到N100一150cm,吸收根根量减少幅度最为明显。经计算,N0一50cm、N50一100cm、N100一150cm、N150一200cm,s150一200cm、s100一150cm、s50一100cm、s0一50cm8个测点枣树吸收根根量分别为0.073 71、0.066 75、0.04973、0.052 52、0.051 38、0.054 15、0.05407、0.07321cm/cm3,分别占南北方向总根量(0.47552cm/cm3)的15.50%、14.04%、10.46%、11.04%、10.81%11.39%、11.37%、15.40%。由于本试验地枣树保护带宽度100cm,所以可以将0一50cm带距(保护带内)视为林带区,50一350cm 带距视为作物区。经计算,分布在林带区和作物区内的枣树根系分别占30.90%和69.10%。作物区内枣树根系主要集中分布在50一100cm,占总根量的25.41%,占作物区根量的37.77%。 2.1.3 二维分布 枣树吸收根根量在水平方向0一400cm、土层0一150cm二维分布状况见图3。对南北方向根长密度(RLD)与距离枣树的距离(X)、土层(Z)关系进行多元非线性回归分析,其回归方程为: 南:RLD一0.136一0.00071Z一0.00062X+1.634火10一6 X2 +2.304火10一6ZX (:一0.8520) 北:RLD一0.166一0.0014Z一0.0006X+3.477火10一6Z2+1.503火10一6X2+1.897火10一6ZX(:一0.9052)经计算,南、北行距0一400cm、土层0一150cm吸收根根长密度为7.14533cm/cm3,若将其视为100%,则N0一50cm、土层深度0一10cm的根量最高(0.17243cm/cm3),约为2.41%,N150一200cm、土层深度140一150cm的根量最低,为0.01466cm/cm3,约为0.21%。 2.2 冬小麦根系分布特征 2.2.1 垂直分布 冬小麦属须根系,由初生根和次生根组成。据研究其吸水吸肥功能没有明显区别,通常在肥水充足、通气良好的耕层中有密集的根群8一13。由间作冬小麦根长密度的垂直分布可以看出(图4),随着土层的增加根长密度逐渐减少,根长密度垂直分布在0一130cm,主要集中分布在0一60cm,0一60cm 土层内根量占总量的85.53%和80.58%,且0一20cm所占比例较大,达39.18% 和49.59%,而60一150cm 仅占14.47%和19.42%。对南、北0一200cm冬小麦根长密度(RLD)和土层深度(Z)的关系进行回归统计,回归方程为: 南RLD(Z)一3火10一6Z5一0.0001Z4+0.0016Z3一0.0092Z2+0.0217Z一0.0152(:一0.9500)表1 枣树根长密度相对比例(RR)的垂直分布 北RLD(Z)一3火10一6Z5一0.0001Z4+0.0015Z3一0.008Z2+0.0187Z一0.0130(:一0.9859) 2.2.2 水平分布 由图5可知,随着距枣树距离的增大,冬小麦根量增加,与枣树根长密度分布规律相反。N50一100cm 到N100一150cm、s0一50cm到s50一100cm 吸收根增加幅度最为明显。而从N100一150cm到N150一200cm、s50一100cm到s150一200cm吸收根呈现逐渐降低趋势,这可能是由于枣树在此区域分布少,使得两者之间的竞争小所造成的。经计算:N0一50cm、N50一100cm、N100一150cm、N150一200cm、s150一200cm、s100一150cm、s50一100cm、s0一50cm8个测点,冬小麦吸收根根量分别为0.00939、0.00935、0.01212、0.010 86、0.006 99、0.007 47、0.00961、0.00792cm/cm3,分别占南北方向总根量(0.07370cm/cm3)的12.74%、12.69%、16.45%、14.73%、9.48%、10.14%、13.03%、10.74%。 2.3 枣树与冬小麦根系的混合分布从根系密集区来看,枣树根系和冬小麦根系在垂直方向上,交错分布,即枣树吸水根系密集区在0一60cm,而冬小麦根系密集区在0一20cm。根系交错最严重的区域为0一20cm。 在水平方向上,枣树吸水根系绝大部分分布在林带附近0一100cm,而冬小麦越靠近林带其根系越少。比较间作系统中枣树根和冬小麦根的根长密度,不难看出,在土壤表层和远离林带处的冬小麦的根长密度远远大于枣树根长密度,而在土壤深层以及靠近林带处的冬小麦根系逐渐减少,枣树根系逐渐增多(表2)。冬小麦根长密度与枣树根长密度相比,在垂直0一20cm 土层,水平距离在0一50、50一100、100一150和150一200cm,绝大部分是小麦根系,根长密度树/麦比仅为12.2、6.8、7.6和8.8;在垂直方向20一60cm土层,水平距离0一50、50一100、100一150和150一200cm根长密度的树/麦比为44.8、22.8、25.3和26.5;而在垂直深度60一150cm 土层,0一50cm、50一100cm、100一150cm和150一200cm根长密度的树/麦比高达226.4、213.6、158.6和153.0。 3 结论与讨论 3.1 枣树根系空间分布特征间作系统中,南北行间枣树吸收根根量垂直方向主要集中在0一100cm 土层,约占总量81.43%,100 cm 土层以下仅约为总量的18.57%。水平方向主要分布在距枣树0一100cm,占总根量的56.31%。枣树吸收根根长密度(RLD:cm/cm3)与距枣树距离(X:cm)、土表2 枣树与冬小麦根长密度比较 层(Z:cm)的关系式可表达为: 南:RLD一0.136一0.00071Z一0.00062X+1.634火10一6X2 +2.304火10一6ZX (:一0.8520) 北:RLD一0.166一0.0014Z一0.0006X+3.477火10一6Z2+1.503火10一6X2+1.897火10一6ZX(:一0.9052) 说明随着土层、距枣树距离的不断增加,枣树吸收根根量逐渐减少,即根长密度逐渐减少。这与张劲松等7对苹果一小麦间作系统的果树根系空间分布特征的研究结果以及云雷等10对核桃一花生复合系统中核桃根系空间分布特征的研究结果基本一致。 3.2 冬小麦根系空间分布特征 冬小麦吸收根根量垂直方向上主要集中在0一60cm土层,约占总量的83.05%,60cm 土层以下仅约为总量的16.85%。水平方向上,与枣树根系分布趋势相反,越靠近林带越少,分布在林带区(保护带内)和作物区内的各占23.49%和76.51%。由于冬小麦属须根系,故距枣树0一50