馬尾松林下套種黃花倒水蓮根系生長與分布格局

夏 偉

(福建省明溪縣林業總公司， 福建 三明 365500)

福建省以馬尾松Pinusmassoniana為優勢樹種的林分面積達到237.04萬hm2，占全省陸地總面積的19.5%[1]。這些林分大多數是大造林時期營造的，往往密度較大，林分穩定性較差，容易發生病蟲危害，導致生態功能下降，嚴重威脅森林安全。為此，降低馬尾松經營密度，做好馬尾松林的改造提升，是推動福建省森林高質量發展的重要措施和關鍵環節。馬尾松林下套種是馬尾松純林改造提升的一個較好途徑，在馬尾松林下套種黃花倒水蓮PolygalafallaxHemsl.是比較好的組合[2]。黃花倒水蓮系遠志科遠志屬的多年生灌木植物，是一種藥食兩用植物，其根可入藥、煲湯，具有補虛健脾、保肝護肝、散瘀通絡的功效[3-5]，近代研究結果表明，其在抗衰老、促進智力發展等方面也有積極作用[6-7]。市場需求量較大，野生資源已經無法滿足需求，人工栽植黃花倒水蓮成為解決供需矛盾的重要途徑。有關馬尾松林下套種黃花倒水蓮的經營技術、生長效應以及鮮質量分配已有一些研究[2，8-9],但對林下套種的黃花倒水蓮的根系生長規律與分布格局未見詳細研究報道。為此，開展馬尾松林下套種的黃花倒水蓮的根系分布與年生長規律試驗研究，旨在為制定馬尾松林下套種黃花倒水蓮經營措施提供理論依據和可借鑒的林業生產實踐經驗。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

明溪縣(北緯26°8′～26°39′，東經116°47′～117°35′)氣候溫和，雨量充沛，光照充足，屬于中亞熱帶季風氣候區，年平均空氣溫度18.0℃，年平均降水量1 800 mm；年平均日照1 788.6 h，土壤大多數系發育于花崗巖的山地紅壤。氣候和土壤適合馬尾松和黃花倒水蓮的生長發育。試驗林設在明溪縣福田寨采育場，2林班7大班13小班，海拔360 m～430 m，原林分為1998年春營造的馬尾松純林，林齡19年生，2015年底時，林分密度1 725～1 860株·hm-2,平均胸徑15.8 cm，平均樹高18.6 m，馬尾松經營密度較大，林分中林木生長參差不齊，郁閉度較大，林下植被較少。

1.2 試驗方法

2015年底，在馬尾松純林中選擇立地條件和生長狀況相似的區段建立3區組，每1區組內設3個小區，每個小區面積設置30 m×30 m。采取完全隨機區組試驗設計，試驗設3個處理，分別為(1)SM1處理：保留上層馬尾松450株·hm-2,其余間伐；(2)SM2處理，保留上層馬尾松600株·hm-2，其余間伐；(3)SM3處理，保留上層馬尾松750株·hm-2，其余間伐。

各處理間伐時按照較均勻分布原則，同時兼顧砍小留大、砍密留稀、砍劣留優。間伐后進行全面劈草，之后按照株行距1.5 m×1.5 m進行定點塊狀整地，穴規格30 cm×30 cm×20 cm，挖明穴，回表土，于2016年2月采用1年生黃花倒水蓮扦插苗栽植，當年開始每年5月至6月、8月至9月，按常規撫育技術，對黃花倒水蓮進行鋤草、擴穴、施肥、培土等撫育，并沿山坡水平等高線堆積雜草，以減少水土流失。每年黃花倒水蓮停止生長后，測定各樣地每株黃花倒水蓮的地徑，以平均地徑±5%范圍內選擇10株標準株，采用撩壕干掘法挖取根系，調查測定根系分布，再挖出根系稱重，以2年間根系鮮質量差值，計算根鮮質量年生長量。采用Excel軟件進行統計和顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 根系生長

2.1.1水平生長 從表1可知，不同處理根系水平年生長規律基本相同。隨著年齡增長，根系水平生長呈慢-快-慢規律，種植后當年生長較慢，之后2～4年進入生長快速期，之后緩慢回落。但不同處理根系年生長量達到峰值時間略有不同。SM1處理和SM2處理平均根幅年生長量峰值均出現在第5年，SM1處理年平均根幅生長峰值19.0 cm,SM2處理年平均根幅生長峰值19.6 cm，6年生開始緩慢回落；SM3處理平均根幅生長峰值出現在4年生，SM3處理年平均根幅生長峰值18.1 cm，5年生下降至17.4 cm，6年生快速下滑到14.9 cm，表明不同處理根幅年生長量達到峰值的時間存在差異，這與上層馬尾松林保留的株數有關。馬尾松純林經間伐后，形成林隙，隨著林冠再生長，林分從林隙形成到再郁閉呈動態變化，對林下植物生長有較大影響。SM3處理保留的馬尾松株數較多，從林隙形成到再郁閉的時間較短，5年生林分郁閉度較高，不利于林下黃花倒水蓮的生長發育。在馬尾松林下套種黃花倒水蓮以上層林保存600株·hm-2,經營周期5～6年較合適。在馬尾松林下套種黃花倒水蓮后第2～4年應采取及時除草、小范圍松土、適當施肥等經營措施，以促進根系快速生長。

從表1可知，不同處理6年生黃花倒水蓮根幅從大到小依次為SM2處理>SM1處理>SM3處理,經顯著性差異分析，各處理根幅間均未達到顯著差異(P>0.05)，但3個處理中，SM2處理6年生根幅分別比SM1處理和SM3處理增加1.61%和7.23%，表明SM2處理(即保留上層馬尾松林600株·hm-2)在套種黃花倒水蓮5年期內郁閉度的動態變化范圍比較適合黃花倒水蓮的生長發育。從6年生根幅年生長量分析，SM2下降幅度并不明顯，仍有較大的生長潛力，而SM3處理則下降幅度大。SM2處理套種年限可適當延長，但套種最佳年限有待于進一步觀察。

表1 不同處理黃花倒水蓮根系生長情況

2.1.2垂直生長 黃花倒水蓮沒有明顯的直根系，根系垂直方向生長來自水平根系斜展延伸。根深變化規律與水平變化密切相關，但變化幅度明顯小于根幅。從表1可知，水平根幅生長是根系垂直生長約2～4倍，而且隨著土層深入根收縮明顯，表明根系向下穿透能力較差。一般情況下，隨著土層向下延伸，土壤容重變大，表明黃花倒水蓮對土壤容重反應敏感，喜肥沃、疏松的土壤。馬尾松林下土壤較干燥、板結，在經營管理黃花倒水蓮時，應該根據根系生長規律，適當進行松土，逐年向外延伸，為根系生長創造有利的生長環境。

2.2 根鮮質量年生長量

表2是不同年度挖取代表株測定的根鮮質量,以表2中兩相鄰年度根鮮質量的差值計算根鮮質量年生長量。從表2可知，不同處理不同年度黃花倒水蓮根鮮質量的生長量不同。SM1處理根鮮質量年生長量從高到低依次為6年生>5年生>4年生>3年生>2年生>1年生；隨著年齡增長而增高，根鮮質量年生長量峰值出現在6年生。SM2處理根鮮質量從高到低依次為5年>6年>4年>3年>2年>1年,基本上表現為隨著年齡的增長而增高，但6年生根鮮質量低于5年生，其峰值出現在5年生，表明生長量在第6年開始下降，這與上層馬尾松林分郁閉度似乎有關聯，可以從SM3處理根鮮質量生長量的變化規律得到進一步印證。SM3處理根鮮質量從高到低依次為4年生>5年生>3年生>6年生>2年生>1年生,根系鮮質量年生長量峰值出現在4年生。

各處理根鮮質量年生長量的變化規律表明，隨著套種年齡的增長，黃花倒水蓮根鮮質量有趨高的走向，但又受到上層馬尾松林分郁閉度的制約。從馬尾松林下套種黃花倒水蓮5年為一經營周期，黃花倒水蓮根鮮質量最大化的維度分析，以SM2處理較為合適。SM2處理6年生時根鮮質量比SM1處理、SM3處理分別增加6.9%和2.7%。SM3處理根鮮質量年生長量比SM2提前1年左右達到峰值，SM1處理則比SM2略遲達到峰值。SM2處理套種5年鮮根質量達506.4 g·株-1，比SM1處理、SM3處理分別增加6.9%和2.7%。因此，在19年生馬尾松林下套種，以保存上層馬尾松600株·hm-2,經營周期5年或6年較為合適。

表2 不同處理黃花倒水蓮根鮮質量

2.3 根系空間分布格局

根系空間分布格局反映植物對生境的適應性和競爭能力[10]。從表3可以看出，6年生各處理黃花倒水蓮根系分布格局大致相同。主根不明顯，水平根系粗壯發達，以種植株為中心，從內向外每20 cm為1區段，0～20 cm區段內根鮮質量占59.4%～61.2%，20～40 cm區段內根鮮質量占28.6%～30.4%，0～40 cm范圍內根鮮質量占89.0%～91.6%，表明根系水平分布集中在0～40 cm水平區段內，冠幅分布與根系分布范圍大致相同。表明在馬尾松林下套種黃花倒水蓮以經營年限5年，且種植株行距采用1.0 m×1.0 m更合適。適當密植，不僅可以提高林地利用率，增加單位面積產量，而且可以更好地發揮生態功能。

從根莖處向下每20 cm為一層觀測根系垂直分布，其根系分布在0～40 cm土層，主要分布在0～20 cm土層。從表3可知，0～20 cm土層根鮮質量占79.5%～81.4%，20～40 cm土層僅占18.6%～20.5%，表明黃花倒水蓮根系分布較淺。馬尾松為深根性樹種，有明顯主根，根系分布較深。據李少青研究[11]，22年生馬尾松小根(d<3 cm)分布在40～60 cm及以下土層，在0～40 cm土層內根系較少。在馬尾松林下套種黃花倒水蓮，兩植物根系在土層中呈層分布明顯，與馬尾松主根的水平分布和垂直分布交叉、重復較少，在各自土層吸收營養物質和水分，能夠有效利用不同土層的養分和水分，表明馬尾松林下適宜套種黃花倒水蓮。

表3 不同處理黃花倒水蓮根系空間分布格局

2.4 經營效益分析

從表4可知，不同處理根系鮮質量存在差異，平均現存量SM2處理最高，分別比SM1、SM3處理增加5.81%和8.95%。以黃花倒水蓮根鮮質量市場收購價30元·kg-1計，則SM2處理根鮮質量產值分別比SM1和SM3處理可增收347.7元·hm-2和520.2元·hm-2,具有顯著的經營效益。

表4 不同處理黃花倒水蓮根鮮質量及經營效益

3 結論與討論

馬尾松是南方林區廣為栽培和天然分布的樹種。但其營造純林林分不穩定，抗逆性較差，容易發生病蟲害；凋落物含有油脂，不易分解，林地凋落物多，林地干燥，也容易發生森林火災。大量研究結果表明在馬尾松林下套種格氏栲、苦櫧、福建柏、肉桂、乳源木蓮、苦竹、多花黃精[12-17]等植物可以提高林分穩定性和生產能力，提高林分生態功能，增加經濟收入。因此，馬尾松與黃花倒水蓮復層經營具有重要意義。

馬尾松林下套種黃花倒水蓮水平根系生長粗壯、發達，沒有明顯的直根系。本研究結果表明，黃花倒水蓮根系生長與根鮮質量存在慢-快-慢的變化規律，套種4～5年達到峰值，隨后開始下降。且不同處理根系生長和根鮮質量達到峰值時間存在差異，SM2處理根生長和根鮮質量峰值出現在5年生，SM3處理提前1年左右，SM1處理則略遲。黃花倒水蓮根系生長與根鮮質量變化規律既有自身的生長規律，又受到上層馬尾松林分郁閉度的制約。在19年生馬尾松林下套種，以保存上層馬尾松600株·hm-2，經營周期5年或6年較為合適。馬尾松林下套種經濟植物經營周期，姜建國[18]對藥用植物雷公藤根系生長特點研究表明后認為，雷公藤根系年生長量30～80 cm，3年生后根系才進入增粗生長階段，可持續到7年生，這時生物活性成分已積累較多，經營周期可選擇7年。林培遠[19]研究了藥用植物多花黃精根莖生長規律，得出作為單子葉植物的多花黃精，不同齡級根莖鮮重從大到小依序為3齡級>2齡級>4齡級>1齡級>5齡級，3齡級生長量達到高峰，4齡級根莖鮮重已下降，而且4年生時多花黃精根莖已經有明顯的藥理作用，建議經營周期為4年生。這與本研究經營理念相吻合，即經營周期應根據其生物學特性、生長發育規律及活性物質藥理功效來確定。

黃花倒水蓮根系較集中分布在水平距離0～40 cm，垂直深度0～20 cm的區段，根系分布較淺。馬尾松為深根性樹種，有明顯主根，根系分布較深；在馬尾松林下套種黃花倒水蓮，兩植物根系在土層中呈層分布明顯。在各自土層吸收營養物質和水分，能夠有效利用不同土層的養分和水分。此外，黃花倒水蓮較喜肥沃、疏松的土壤，馬尾松林下土壤一般較干燥、板結，建議套種期間采取除草、松土、培土等技術措施，有條件的林地可適當施肥，建議套種株行距為1 m×1 m，以提高黃花倒水蓮根系鮮質量。