基于TRU系统对南山植物园川山茶根系空间分布规律研究
摘要：利用 TRU 系统对南山植物园不同径级的川山茶（Camellia szechuanensis Chien）进行扫描，测定粗度≥1 cm 的根系空间分布情况，结果表明，随着地径粗度的不断增加，在距树干 0.5 m 处粗度≥1 cm 的根数呈减少趋势，与地径和冠幅达到极显著负相关；距树干 0.5 m 和 1.0 m 圆断面处，供试茶树根数从 20个增加至 35 个，分布范围从 12.89~56.19 cm 扩大至 9.79~59.24 cm。其中 78%~85% 粗度≥1 cm 的根分布在20~72 cm 深的土层中，约 40% 的根分布在 20~40 cm 深的土层中；以树干为圆点，在半径 5 m 的 90°扇形范围内，随着距树干距离增加，粗度≥1 cm 的孤植茶树的根数逐渐增多，却在滴水线附近有所减少。挖开土壤发现，滴水线附近多为细根。虽然滴水线外粗度≥1 cm 的根系数量仍不断增加，但很难确定为茶花根系。结合茶树养护实际，建议追肥时将肥料沿树冠滴水线进行沟施。
树木雷达检测系统（tree radar unit，以下简称TRU）的基本原理是利用高频雷达波（1 MHz~1 GHz），以脉冲形式通过发射天线被定向地送入探测体内。雷达波在传播过程中，当遇到存在电性差异的介质时，电磁波便发生反射，由接收天线接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理、分析的基础上，根据接收到的雷达波波形、强度、时间等推断树木根系的空间位置、结构、电性质及几何形态，从而达到对树木根系的探测［1］。TRU 系统作为高效的浅层探测方法，具有操作简单灵活、剖面直观、无损性等优点［2］。自引入中国后，被广泛用于古树树干空腐检测和根系空间分布无损检测［3-6］。
川山茶（Camellia szechuanensis Chien）作为山茶的一个重要品系，因其主要分布在四川省而得名［7］。1986 年 7 月，原四川省重庆市第十届人民代表大会常务委员会第十九次会议就已经确定山茶花为重庆市市花。目前，国内以南山植物园收集、展示川山茶品种类型最为齐全，现有川山茶传统品种 110个，古树 100 多株［8］，并于 2016 年入选首批国家花卉种质资源库。为此，本研究采用 TRU 系统，对南山植物园山茶园内的川山茶植株进行根系非破坏性检测，探索粗度≥1 cm 的根系空间分布特点，以期为南山植物园川山茶的日常养护提供数据支撑。
1 材料与方法
1.1 试验对象
以南山植物园山茶园长势较好的川山茶植株为试验对象，选择距树干 2 m 以内无灌木、无大型杂草生长的川山茶植株。其中地径 3~12 cm 10个径级的茶树每个径级不少于 3 棵，共测定 34 棵。对草坪孤植的 3棵茶树单独测定。
1.2 试验方法
1.2.1 根系空间分布测定方法
试验采用产自美国Treeradar 公司的树木雷达检测系统（900 MHz 雷达天线，可分辨最小根系直径 1 cm）。1）圆形断面扫描。选择树干间距不少于 2.5 m的 34棵茶树，以树干为圆心，根据生长地实际情况，测定半径 0.5 m 和 1 m 圆断面处，0~72 cm 土层中粗度≥1 cm的根系分布情况。2）扇形断面扫描。以 3 棵孤植茶树为试验对象，以树干为圆心，选择受周围树木影响较小的 90°扇面方向，在距树干基部 5 m 内，每隔 0.5 m 测定 0~72 cm土层中直径≥1 cm的根系分布情况。
1.2.2 土壤质量测定方法
采用混合采样法，在距树干 30 cm 处采取 0~30 cm 深的土壤样品，送至重庆市土壤质量检测中心，测定 pH、EC、有机质含量、有效氮、有效磷、速效钾、＞2 mm 砾石含量和土壤质地等 8项指标。
1.2.3 生长指标测定方法
采用钢卷尺和游标卡尺测定每棵山茶植株的株高、冠幅、地径。
1.3 数据处理
采用 Excel和 SPSS 19.0 软件对试验数据进行汇总、方差分析和多重比较。
2 结果与分析
2.1 土壤质量基本情况
由表 1 可知，山茶园为中性壤土，有机质、有效氮和有效磷含量较高，且土壤中未见＞2 mm 砾石。结合日常养护发现，山茶园每年都要为每棵茶树施入腐熟的油饼肥，同时起到了改良土壤的作用。
表 1 土壤理化指标测定结果
2.2 供试茶树基本生长情况
2.2.1 供试茶树生长指标变化规律
对34棵供试茶树的地径、株高和冠幅进行分析，结果（表 2）发现，随着地径粗度的增加，供试茶树的株高和冠幅呈逐渐增加的趋势。其中，株高从 2.03 m 增至 3.93 m，以径级 7.0~7.9 cm 为分界点，株高开始增至 3 m；冠幅从 1.53 m 增至 3.30 m，以径级 6.0~6.9 cm 和 11.0~11.9 cm为分界点，冠幅开始增至 2 m和 3 m。
表 2 供试茶树地径、苗高和冠幅调查结果
2.2.2 供试茶树生长指标与距树干0.5 m处粗度≥1 cm根数相关性分析
将 34 棵茶树的地径、株高、冠幅与距树干 0.5 m 处粗度≥1 cm 的根数进行双变量相关性分析，结果见表 3。由表 3可以看出，地径、株高和冠幅之间呈极显著正相关，相关系数从 0.752 至0.907；距树干 0.5 m 处粗度≥1 cm 的根数与地径、株高和冠幅负相关，并与地径和冠幅达极显著负相关，相关系数分别为-0.605 和-0.468。由此可见，随着地径粗度的增加，供试茶树的冠幅不断增大，距树干0.5 m处粗度≥1 cm的根数却逐渐减少。
表 3 生长指标与距树干0.5 m处粗度≥1 cm根数相关性分析
2.3 供试茶树根系分布
2.3.1 粗度≥1 cm 根系纵向分布
测定不同土层深度中，供试茶树粗度≥1 cm 的根数多重比较结果见表 4。由表 4 可知，随着土壤深度的增加，距树干0.5 m 和 1.0 m 根数均呈先增加后减少的趋势，约有51% 的粗度≥1 cm 的根分布在深度 20~40 cm 土层中，并与深度 0~20 cm 和 40~72 cm 土层中的根数均达极显著差异。其中，距树干 0.5 m 的圆断面处，深度 40~72 cm 土层中的根数虽然比 0~20 cm 的多，但未达到显著差异；距树干 1.0 m 的圆断面处，深度40~72 cm 土层中的根数较 0~20 cm 的多，并达到极显著差异。由此可见，山茶园茶树 78%~85% 的粗度≥1 cm 的根分布在深度 20~72 cm 的土层中，其中约51%的根分布在20~40 cm深的土层中，深度0~20 cm土层中粗度≥1 cm的根数较少。
表 4 不同土层深度中粗度≥1 cm 根数分布情况
2.3.2 粗度≥1 cm根系横向分布
1）距树干 0.5 m 和 1.0 m 处粗度≥1 cm 根系横向分布。在距树干 0.5 m 和 1.0 m 圆断面处，测定 34 棵供试茶树粗度≥1 cm 根系分布，结果见表 5。由表 5可知，距树干 0.5 m 处粗度≥1 cm 根数为 20，较距树干 1.0 m 处少，差异达极显著水平；距树干 0.5 m 和1.0 m 处根系分布的最深深度和最浅深度无显著变化，距树干 0.5 m 处粗度≥1 cm 根系主要分布在深度12.89~56.19 cm 的土层中，距树干 1.0 m 处根系主要分布在 9.79~59.24 cm的土层中。由此可见，随距树干距离增加，粗度≥1 cm 的根数从 20 增加至 35，根系的分布范围进一步扩大，主要分布于深度 9.79~59.24 cm的土层中。
表 5 距树干 0.5 m和 1.0 m处粗度≥1 cm 根数分布情况
2）距树干 5 m 内粗度≥1 cm 根系横向分布。为了进一步探索川山茶根系的横向延伸范围和分布趋势，选择草坪内孤植的 3棵川山茶，测定其基本生长情况（表 6）和粗度≥1 cm 根系空间分布（图 1、图 2和图 3）。3 棵孤植茶树于 2003 年种植于坡向西南，坡度 13°的草坪中，生长健壮，枝叶繁茂。
此外，随着距树干距离的增加，粗度≥1 cm 根系最浅分布在 10 cm左右的土壤深度中，粗度≥1 cm根系最深分布变化较大，这可能与土壤质地、粒径等有关。
表 6 3棵孤植茶树地径、株高和冠幅的调查结果
图 1 距树干 5 m内孤植树 1根数及根系分布深度趋势
图 2 距树干 5 m内孤植树 2根数及根系分布深度趋势
图 3 距树干 5 m内孤植树 3根数及根系分布深度趋势
2.3.3 径级对根系分布的影响
距树干 0.5 m 圆断面处，10 个径级茶树粗度≥1 cm 根系分布多重比较结果见表 7。由表 7 可知，随着茶树地径粗度的增加，距树干 0.5 m 处粗度≥1 cm 根数呈减少趋势，粗度≥1 cm 根系的最深分布深度和最浅分布深度无显著差异。其中，地径 7.0~7.9 cm 的茶树植株的根数与其他径级的无显著差异，可见以地径 7.0~7.9 cm为界，地径 3.0~6.9 cm的茶树每株有粗度≥1 cm的根数为 27~33，地径 8.0~12.9 cm茶树每株有粗度≥1 cm的根数为 15~26；10 个径级茶树中，粗度≥1 cm 根系的最深分布深度范围为 53.04~62.08 cm，最浅分布范围为 5.86~12.67 cm。
表 7 距树干 0.5 m处 10个径级粗度≥1 cm 茶树根系分布情况
3 小结与讨论
南山植物园山茶园 37 棵供试茶树根系空间分布特征如下。
1）随着地径粗度从 3.00 cm 增至 12.9 cm，供试茶树的株高和冠幅不断增大，其中株高从 2.03 m 增至 3.93 m，冠幅从 1.52 m 增至 3.30 m。但在距树干0.5 m 处，粗度≥1 cm 的根数与地径和冠幅达极显著负相关。
2）距树干 0.5 m 和 1.0 m 圆断面处，供试茶树78%~85% 粗度≥1 cm 的根分布在 20~72 cm 深的土层中，其中约50%的根分布在20~40 cm深的土层中，深度0~20 cm土层中，粗度≥1 cm的根数相对较少。
3）随着距树干距离增加，粗度≥1 cm 的根数从20 增加至 35，分布范围从 12.89~56.19 cm 扩大至9.79~59.24 cm；孤植茶树的粗度≥1 cm 的根数逐渐增多，却在滴水线附近有所减少，随后继续增加。挖开土壤观察发现，滴水线处茶树根系较细，滴水线外粗度≥1 cm根系很难确定为茶花根系。
4）随着供试茶树地径粗度的增加，距树干 0.5 m处粗度≥1 cm 根数呈减少趋势。以地径 7.0~7.9 cm为分界点，地径3.0~6.9 cm的茶树每株长有粗度≥1 cm的根数为 27~33，地径 8.0~12.9 cm 茶树每株长有粗度≥1 cm 的根数为 15~26；不同径级茶树粗度≥1 cm根系的最深分布范围为 53.04~62.08 cm 和最浅分布范围为 5.86~12.67 cm。
综上所述，受TRU 系统根系粗度测定范围限制，本文仅对南山植物园川山茶粗度≥1 cm 的根系的根系空间分布进行研究，川山茶须根生长规律和空间分布仍需进一步研究。南山植物园山茶园作为川山茶种质资源的重要保存地，彰显了重庆市作为“山水之城，美丽之地”的人文特色。同时，南山植物园山茶园的精细化养护措施、养护水平和养护成效代表了重庆市茶花养护的最高水平，为市街茶花养护指明了方向。根据本文研究结果，结合山茶园的养护措施，建议追肥时将肥料沿树冠滴水线进行沟施，以便肥料被投放在细根较多的地方，从而实现肥料的快速高效吸收，促进根系向四周延展。
参考文献：
[1]吕静霞. 基于雷达波的木材内部缺陷检测方法研究[D]. 北京林业大学, 2015.
[2]刘星旦. TRU树木雷达参数校正方法研究[D]. 西北农林科技大学, 2017.
[3]康越程. 基于TRU树木雷达对黄陵古侧柏空腐规律研究[D]. 西北农林科技大学, 2019.
[4]田凌鸿. 天水市伏羲庙古侧柏健康无损伤诊断与评价 [D]. 西北农林科技大学, 2019.
[5]赖娜娜, 袁承江, 唐硕, 等. 应用探地雷达探测古树根系分布[J]. 东北林业大学学报, 2011, 39(11): 124-126.
[6]肖夏阳, 文剑, 肖中亮, 等. 基于雷达波的树木躯干内部缺陷探测识别[J]. 林业科学, 2018, 54(5): 127-134.
[7]LY/T 2814—2017, 川山茶栽培技术规程[S].
[8]周利. 川茶花品种图鉴[M]. 重庆：重庆出版社, 2011.
来源：李玲莉，周 利，何永鉥，等 . 基于 TRU 系统对南山植物园川山茶根系空间分布规律的研究[J].湖北农业科学，2022，61(1):122-125。转在的目的在于传递更多的知识，如有侵权行为，请联系我们，我们会立即删除。