不同坡位3年生岗梅根系分布及年生长规律

曾淑燕,陈佛传,简耀彩,张冬生,叶雪兰,王德州,黄添荣

(1.梅州市农林科学院林业研究所,广东 梅州 514011; 2.广东省林下特色资源(梅州)开发应用工程技术研究中心,广东 梅州 514011; 3.广东兴源农林有限公司,广东 梅州 514427;4.蕉岭县国有皇佑笔林场(皇佑笔市级自然保护区),广东 蕉岭 514178)

岗梅(Ilexasprella)为冬青科冬青属落叶灌木,别名秤星树、百解茶、苦梅根、山梅根等[1-4],主要分布于广东、江西、福建、湖南等地的丘陵地灌木丛中和疏林中。岗梅的根、茎、叶皆可入药,其味苦甘,性寒,归肺肝胃经,具有清热解毒、生津止渴、利咽消肿、散瘀止痛等功效,为岭南地区常用配方中药材,亦是三九感冒灵等清热解毒类中成药的主要成分,药用价值高,具有广阔的开发前景[5-6]。随着生物科学技术的进步,岗梅的药用价值不断得以开发,市场对岗梅的需求越来越大,而现阶段岗梅的市场供给主要依靠野生资源和少量人工种植,资源匮乏,难以满足市场需求[7-9]。因此,为解决市场对岗梅的广泛需求,掌握岗梅的生长规律,探索岗梅根系的生长特征,对岗梅人工种植技术的掌握具有重要的理论价值和实践意义。

根系是植物吸收水分和养分的主要器官。发达的根系是植物茁壮成长的根本保障。植物根的数量,根的长度和粗细表征植物获取养分和水分能力的强弱,对植物的健康生长起着非常重要的作用[10]。因此,了解岗梅根系在不同坡位和不同土层深度下的生长特征对岗梅的种植栽培管理具有重要意义。

目前,国内关于岗梅种植栽培技术方面已有相关研究[11-15],但仍未见有关于岗梅根系生长特征的研究。因此本文通过调查上坡、中坡、下坡等3个坡位岗梅根系数量、根长和根粗等指标,开展岗梅根系在不同坡位的生长特征研究,以期获得岗梅根系的生长规律,为人工种植岗梅提供参考。

1 试验地概况

试验地设在梅州市平远县热柘镇热柘村3年生[13]的岗梅林中,地处北纬24°23′—24°56′、东经115°43′—116°07′。海拔188 m的丘陵地,坡度为15°～20°,林地土壤为赤红壤。受太平洋和山地的特定地形影响,试验地夏日长,冬日短,全年气温高、冷热悬殊、光照充足、雨水丰盈且集中。年降水量在1282.7～1632.1 mm之间,总日照时间在1665.1～1873.3 h之间,年均气温在21.0～22.7 ℃之间,属亚热带季风气候。岗梅林郁闭度为0.2～0.4,林下植被主要为芒草(Miscanthussinensis)、芒箕(Dicranopterisdichoyoma)及灌木等。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验样地的岗梅林种植时间为2018年3月11日,种植的岗梅苗为同一批2年生实生苗,种植株行距为2.0 m×2.5 m。林地条件及抚育管理措施基本一致,每年在春秋两季进行劈草,在秋季每株施复合肥0.25 kg。

2.2 调查内容与方法

从2021年3月—2022年2月,每月中旬左右调查1次根长和根粗的生长量。选择立地条件较一致的岗梅种植林地,随机在上坡、中坡和下坡各调查3株岗梅(株高80～100 cm)的根系,并对已经调查的岗梅植株进行挂牌标识。

3 数据调查与处理

采用挖掘法,在离岗梅主干1.5 m范围内,自地表垂直向下依次在0—20、20—40、40—60、60—80、80—100 cm的5个土层中挖出根系,计算各土层中生长根的数量,测量其长度及根径并逐条登记。求出上坡、中坡、下坡各调查数据的平均值,分析岗梅根系垂直分布特征及根系年生长变化规律。

岗梅属于直根系植物,其根主要由主根和侧根组成。在试验中,主要测量岗梅的主根及相对较粗的侧根。不同坡位和不同土层深度的岗梅根系分布差异性采用双因素方差分析;不同坡位岗梅根长和根粗年生长量差异性采用单因素方差分析;岗梅根长和根粗年生长变化规律采用曲线拟合法,本文采用的曲线为二次曲线:Y=-k+aT-bT2,式中:Y为岗梅根长(根粗)生长量;T为生长时间;k、a、b为待估参数。

数据采用SPSS 19.0与Microsoft Excel 2007进行统计分析,不同坡位和不同土层深度岗梅根生长量的差异选用Duncan法进行多重比较。

4 结果与分析

4.1 岗梅根系垂直分布特征分析

为探讨不同坡位和不同土层深度下岗梅生长根数(表1)的差异性,对不同坡位和不同土层深度的岗梅根数进行双因素方差分析。为确保结果的准确性,在方差分析前,对方差分析的前提假设(正态性和方差齐性)进行验证。

表1 不同坡位和土层深度下的岗梅根数

通过验证,不同坡位和不同土层深度的岗梅根数均满足正态性和方差齐性,方差分析结果见表2。由表2可知,土层深度的F值为200.895,显著性概率P值为0.000,即远小于0.05,说明岗梅生长根数在不同土层深度间存在显著差异;而坡位的F值为0.737,显著性概率P值为0.508,说明岗梅根数在不同坡位间不存在显著性差异。

表2 不同坡位和土层深度岗梅根数的方差分析

进一步选用Duncan法,比较不同土层深度各水平间的差异性,结果见表3。由表3可知,岗梅根数,土层深度0—20 cm与80—100 cm不存在显著差异,土层深度0—20(80—100)、20—40、40—60、60—80 cm间存在显著差异,说明岗梅根数受土层深度的影响显著。从表1可知,岗梅根数主要分布在土层深度20—60 cm处,0—20、60—100 cm深度的土层根数分布较少。

表3 不同土层深度岗梅根数均值的Duncan多重比较分析

4.2 岗梅根长和根粗年生长量特征分析

4.2.1 不同坡位岗梅根长和根粗的差异分析 为探讨不同坡位岗梅根长和根粗年生长量(表4)的差异性,对根长和根粗进行单因素方差分析。在方差分析前,同样对方差分析的前提假设(正态性和方差齐性)进行验证。

表4 不同坡位岗梅根长和根粗年生长情况

通过验证,岗梅根长和根粗在不同坡位的分布均满足正态性和方差齐性,方差分析结果见表5。由表5可知,岗梅的根长和根粗在不同坡位间的显著性概率P值分别为0.999和0.983,说明此次调查,在不同坡位的岗梅根长和根粗没有显著差异。

表5 不同坡位岗梅根长和根粗的方差分析

4.2.2 岗梅根长和根粗年净增长量的比较分析 岗梅根长和根粗的年生长量及净增长量和累计增长量见表6,为更直观考察其生长变化过程,将岗梅根长和根粗的年生长量曲线绘于图1中,其净增长量曲线绘于图2中。

图1 岗梅根长与根粗的年生长量曲线

图2 岗梅根长与根粗的年净增长量曲线

表6 岗梅根长和根粗的年生长过程

由图1可见,岗梅根长、根粗的年生长量呈线性增长趋势。由图2可见,岗梅根长、根粗1 a中各月的净增长量呈曲线变化的特征。1 a中,岗梅根长、根粗的生长均有2次增长高峰,第一次生长高峰出现在4—8月,这一时期,雨水充沛,根长和根粗增长速度快;第二次高峰出现在10—12月之间,这一时期,南方雨量减少,但温度适宜,露水丰富,因而能促使根长和根粗进一步增长,但较第一次高峰增长,增长速度明显较低。12月以后,南方冬季干燥寒冷,岗梅根长和根粗的生长速度极慢。由此可见,岗梅根长与根粗的年生长过程基本一致,且具有明显的季节特征。

4.2.3 岗梅根长、根粗生长的曲线拟合 研究岗梅根长和根粗的年生长量变化特征,拟合相应的曲线方程。以岗梅种植时间(d)为自变量T,以岗梅根长和根粗的年生长量作为因变量Y进行拟合。拟合结果显示,岗梅根长和根粗的年生长量具有显著的二次曲线(弧线)特征,结果见表7—表9。

表7 岗梅根长和根粗生长量的二次曲线拟合优度检验

由表7可知,根长和根粗的二次曲线拟合优度统计量R2分别为0.992和0.991,说明根长的二次曲线模型能解释根长99.2%的变异量,根粗的二次曲线模型能解释根粗99.1%的变异量,模型拟合效果很好。由表8根长和根粗二次曲线拟合方程的方差分析结果可知,根长和根粗的二次曲线拟合方程显著性概率P值均远小于0.001,F值均达到极显著水平,拟合方程显著成立,说明曲线方程拟合效果很好,能很好地反映岗梅根长和根粗1 a内随时间变化的生长规律。由表9可拟合出岗梅根长和根粗的年生长量二次曲线方程,根长:Y=-405.892+0.637T-0.0002T2,对称轴T=1590;根粗:Y=-10.749+0.017T-0.000006T2,对称轴T=1520。

表8 岗梅根长和根粗生长量的二次曲线拟合方差分析表

表9 岗梅根长和根粗生长量的二次曲线拟合系数表

岗梅根长和根粗年生长量的二次曲线结果表明,二次曲线开口向下,对称轴分别为1590 d和1520 d。从2018年3月11日种植开始计算,到2022年2月16日最后一次调查,岗梅生长时间为1438 d,正好处在二次曲线对称轴左侧。开口向下的二次曲线在对称轴左侧是单调递增的,说明岗梅苗根长和根粗的年生长量随时间的推移而不断增加,处于不停的生长过程中。由图3、图4岗梅根长和根粗生长量实际值与拟合值的比较图可见,拟合值与实际值吻合得很好。

图3 根长年生长量二次曲线拟合值与实际值的效果比较

图4 根粗年生长量二次曲线拟合值与实际值的效果比较

5 讨论与结论

5.1 不同坡位岗梅根系的生长特征

本研究所用岗梅幼苗为3年生苗[15],研究结果表明,各坡位(上坡、中坡、下坡)岗梅的生根数量、根长、根粗没有显著差异。这与张鹏浩等[16-17]关于不同坡位下柠条锦鸡儿根系的研究结果(柠条锦鸡儿的根长和根粗均是坡下>坡中>坡上)不一致。岗梅和柠条锦鸡儿为同属灌木,但试验结果却大不相同,主要原因是试验地土壤不同。张鹏浩等[16-17]的试验地土壤为粟钙土和风沙土,透水性强,含水性差,坡位越高,土壤失水越快,植物能吸收的水分越少,因此不同坡位根系生长存在显著差异。而岗梅的试验土壤为赤红壤,赤红壤持水性能好,不同坡位土壤含水量几乎没有差别。此外,本次岗梅试验林地是海拔高度为188 m的丘陵地,上坡、中坡和下坡的立地条件基本一致,即林地气候环境、光照条件、土壤环境和林分郁闭度等因素基本一致,使得岗梅根系生长没有差异。因此,在土壤为赤红壤的条件下,只要种植林地的其它立地条件基本一致,管理一致,岗梅的种植无需考虑坡位因素,在山坡或丘陵地带的上坡、中坡、下坡种植均能良好生长。

5.2 不同土层深度岗梅根系的生长特征

本研究结果显示,同一坡位不同土层深度的岗梅根系数量存在显著差异。在0—100 cm的土层深度中,岗梅的根系分布随土层加深呈先增加后减少的变化趋势。大部分根系集中分布在20—60 cm土层中,而在0—20 cm及60—100 cm土层中根系分布较少。地表层(0—20 cm)可能因太阳光照的原因,土层中水分蒸发快,使岗梅根系不能很好地吸收水分,因而根系分布较少。60—100 cm土层根系分布较少,一方面原因是试验地土壤为赤红壤,土壤粘性高,深层次土壤相对板结;另一方面赤红壤透水性差,深层土壤含水量低,不利于岗梅根系生长。

5.3 岗梅根长与根粗生长的曲线拟合

本研究关于岗梅根长和根粗的年生长量数学模型拟合结果显示,岗梅根长和根粗的年生长过程呈二次曲线趋势,年生长量随时间的推移而不断增加,处于生长上升阶段,1 a中均有1次明显的高峰生长期,主要在4—8月期间。这一时期,南方雨水充沛。雨水不仅可促进土壤中杂质的分解和有机质的矿化,而且雨水中的氮化物可促进土壤中养分的溶解,可提高植物新陈代谢,使岗梅根长和根粗得到快速增长;10—12月,岗梅根长和根粗也有1次小高峰生长期,这一时期,雨量减少,但气温适宜,且南方秋季露水多,因而能促进根长和根粗的进一步生长,但较第一次高峰生长要弱。根据岗梅根系的生长特征,可在3—4月和11月对岗梅进行抚育施肥。施肥的方法应在离岗梅主干1.5 m范围外的周围挖深坑填埋肥料,促进其根系往垂直和水平2个方向生长,使其根系发展壮大。