水分添加对刨花楠幼苗根系特征的影响

曾汉钊，钟全林，徐朝斌，陈倩，高方圆

(福建师范大学 地理科学学院,湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地，福建省植物生态生理重点实验室，福建 福州 350007)

水分是植物生长所必需的元素，水分添加的变化可以改变植物根系的生长状态[1，2]，根系的分布状态随土壤水分的分布而改变[3]，表现出根系对土壤水分的趋水性[4，5]。细根是植物吸收养分的最主要器官，它影响着植物对土壤养分的吸收效率，进而影响植物的生长[6]。开展水分添加对植物根系特征的影响研究，具有重要意义[7-10]。本次试验就是通过控制土壤水分的添加量，研究水分添加对植物根系结构特征的影响[11，12]，如根长变化、根表面积变化等[13]。

刨花楠(Machiluspauhoi)，是我国中亚热带和南亚热带地区优良的常绿阔叶乔木树种，用途广泛，在福建、广东、广西、江西、浙江、湖南等地均有生长[14]。本次试验通过对不同根序细根根长、直径、表面积等特征的测量研究，探究不同水分添加对刨花楠根系的影响。

目前国内对刨花楠的研究主要集中在生长特性、生理特性、人工栽培繁殖与培育技术[15-17]，植物根序的分类、影响根系分布的因素以及氮、磷对植物叶片、群落结构的影响等，而对水分添加对植物根的影响方面研究很少。现阶段全球气候变化异常，对植物生长环境影响显著，本文研究目的在于探讨植物生长过程中养分和水分对植物根系的影响，利于植物更好地适应环境变化，保护物种的繁衍。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于顺昌县，该县与建阳、建瓯、南平、沙县、将乐、邵武6县市接壤，属福建西北山地丘陵区。境内山脉源于武夷山系杉岭支脉，分别由东北部、西北部和西南部向中部延伸。除东南部外，边境均有千米以上群山环抱，最高峰郭岩山，海拔1 384 m。富屯溪、金溪两条主要河流，分别由西北、西南向东南流入，汇合于县城双溪镇，再向东流入南平汇入闽江。境内山峦起伏连绵，纵横交错，河流错综其间，形成复杂的地形地貌。

顺昌县属于中亚热带海洋性季风气候，同时又受一定的大陆性气候的影响。气候温和，雨量充沛。境内受季风性环流影响明显，随冬夏环流转换和太阳照射的变化，带来四季不同的气候特征。

1.2 试验设计

本试验采用盆栽的方式，苗木为180株大小基本相同的刨花楠幼苗。将常规造林山地红壤土混合拌匀装入内径30 cm、高度30 cm硬质塑料花盒中，保持土壤肥力与有机质含量基本相同。在顶部透光良好、四处通风的防雨棚内培养。将所选出苗木移栽到装满8 kg常规造林地山地红壤土的花盆内，每盆栽种1株，共180盆，对栽植后的苗木进行常规的水分管理(注意不要施肥)，待生长1个月苗木生长相对稳定后，开始进行模拟试验研究。

在进行模拟试验前(即苗木入盆后30 d)，先测出经拌匀后的常规造林地山地红壤土的相关理化性质进行测定，土壤pH值为4.41，田间含水率为27.0%，并测定各苗木的基径、株高、冠幅等指标。开展模拟试验时，分别设置2个处理(即2个水分等级80%和40%)，2个对照组A、B，每个处理重复2次，每个重复选9盆(即9株)，要求位置固定，并插牌、编号。

每组选取一个标准盆，加水前称量标准盆及水分蒸发测定盆重量(精确到1 g)，补充失去水分，每周补充3次。

1.3 分析测定

采取全株收获法进行生长特征调查，开展植物根、茎、叶取样及性状测定。全株取样时每个处理组除标准盆外，选择生长为平均水平的3株苗木，记录其挂牌号，小心从盆中取出，务必保持根系完整，小心去除根系表面的大块泥土，剪去地上部分，将根系迅速装入塑料袋中，保存在装有冰块的塑料桶中，带回实验室。将全株取样样品分器官烘干，称重后粉碎过筛。

根系分级按照Fitter的根系序列位置命名方法对细根进行分级[18]，位于最末端没有分支的根称为一级根，一级根着生在二级根上，依次分到四级，使用EPSON v370扫描仪扫描，用WinRHIZO根系分析系统，分析得到其各级根根长、表面积、平均直径、体积等指标，并烘干，利用电子天平称质量，统计比根长、根组织密度。

计算公式为：

比根长=根长(m)/干质量(g)

(1)

根组织密度=干质量(g)/体积(cm3)

(2)

1.4 数据处理

采用Excel软件分别对刨花楠各级根的根长、表面积、直径、体积、比根长、根组织密度进行相关分析，并采用SPSS 17.0软件中的单因素方差分析法和相关性分析法进行分析其相关性，并运用LSD进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同水分添加对植物根生长的影响

细根是植物吸收水分和养分的关键部位，不同的水分添加会对细根生长产生影响。如图1所示，随着水分的增加，刨花楠幼苗细根根长普遍呈增长趋势，其中一级根和四级根根长较短，二级根和三级根根长较长，但一级根、二级根、三级根、四级根根长都随着水分增加增长，这说明水分的添加会有效促进刨花楠根长的生长。

图1 不同水分添加对根长的影响

2.2 不同水分添加对植物根表面积的影响

从图2可看出，刨花楠的根表面积随着水分的添加显著增长，在不同土壤水分梯度下，一级根、二级根、三级根和四级根的根表面积都呈增长趋势。这说明水分的添加会有效促进刨花楠根表面积的增加。

图2 不同水分添加对根表面积的影响

2.3 不同水分添加对植物根直径的影响

从图3中可以看出，水分添加对植物根直径的影响并不明显，除一级根和四级根的根直径有所增长，二级根和三级根的根直径并无显著变化。

图3 不同水分添加对根直径的影响

2.4 不同水分添加对植物根体积的影响

从图4可以明显看出，水分添加不会有效促进根体积的增长，只有二级根和三级根在水分增加后体积略增长，一级根和四级根的体积并没有随着水分添加出现显著变化。

图4 不同水分添加对根体积的影响

2.5 不同水分添加对植物比根长的影响

比根长较大的根系，其养分和水分吸收效率较高，如图5，刨花楠不同根序中，一级根的比根长最大，并且随着水分添加比根长显著增加，这说明植物的一级根是吸收养分和水分效率最高的根序，二级根、三级根、四级根的变化不显著，植物吸收养分和水分主要靠最末端的一级根进行，水分添加可有效地促进一级根比根长增长，使植物吸收养分和水分的效率增大，有利于植物生长。

图5 不同水分添加对比根长的影响

2.6 不同水分添加对植物根组织密度的影响

从图6可看出，水分添加可促进一级根、二级根、四级根的根组织密度生长，对三级根的根组织密度影响不大。根组织密度与根的生理活动有关，这说明水分添加可以促进根组织密度的增加，有利于根的生理活动，促进根的生长。

图6 不同水分添加对根组织密度的影响

3 结论与讨论

根系在生长的过程中会产生复杂的分支系统，从而形成不同等级的根序，一级根着生于二级根，二级根着生于三级根，以此类推。所有的细根不但受外界生存环境而且彼此会相互影响[19]。探究不同土壤水分对刨花楠幼苗根系特征的影响[20，21]，不但要分析不同水分时，各级根根系特征的变化，还要关注相同水分时，各级根之间的变化。水分添加影响一级根、二级根、三级根、四级根的根长、根表面积，促进根长和根表面积的生长，但对根直径和根体积的影响不是很显著，会促进一级根、二级根和四级根的根组织密度增加，促进一级根的比根长增加，所以水分添加会促进植物根系伸长，同时促进根系表面积增加，比根长增加，从而增强细根吸收养分和水分的能力，促进植物的生长。

不同梯度的水分添加会促进一级根比根长的增加，显著提高植物吸收养分和水分的能力，同时还会促进二级根、三级根、四级根的生长，促进植物细根变长，对细根的吸收养分和水分有促进作用。试验结果表明当水分添加为80%时，对植物根系各结构特征影响最显著，最能促进刨花楠幼苗根系的生长，这可能是由于水分添加使得植物根系伸长，促进刨花楠幼苗吸收能力的结果。

本次试验研究的样本数存在少量缺失现象，样本数目在不同分析中存在较大差异，这些原因都会导致分析过程产生误差，从而影响试验结果和结论，而在分析过程中未全面考虑气候因素对刨花楠幼苗根系特征的影响，以及其他因素之间相互干扰等问题也是会造成研究结果的误差。

本次研究试验时间仅包括6—9月，且研究地域上局限于顺昌一地，且树种单一，所以本次研究仅作为初步探讨，更大时空范围的水分处理下刨花楠叶片水分对刨花楠幼苗根系特征影响的研究还须作进一步探讨。