马尾松林下套种黄花倒水莲根系生长与分布格局

夏 伟

(福建省明溪县林业总公司， 福建 三明 365500)

福建省以马尾松Pinusmassoniana为优势树种的林分面积达到237.04万hm2，占全省陆地总面积的19.5%[1]。这些林分大多数是大造林时期营造的，往往密度较大，林分稳定性较差，容易发生病虫危害，导致生态功能下降，严重威胁森林安全。为此，降低马尾松经营密度，做好马尾松林的改造提升，是推动福建省森林高质量发展的重要措施和关键环节。马尾松林下套种是马尾松纯林改造提升的一个较好途径，在马尾松林下套种黄花倒水莲PolygalafallaxHemsl.是比较好的组合[2]。黄花倒水莲系远志科远志属的多年生灌木植物，是一种药食两用植物，其根可入药、煲汤，具有补虚健脾、保肝护肝、散瘀通络的功效[3-5]，近代研究结果表明，其在抗衰老、促进智力发展等方面也有积极作用[6-7]。市场需求量较大，野生资源已经无法满足需求，人工栽植黄花倒水莲成为解决供需矛盾的重要途径。有关马尾松林下套种黄花倒水莲的经营技术、生长效应以及鲜质量分配已有一些研究[2，8-9],但对林下套种的黄花倒水莲的根系生长规律与分布格局未见详细研究报道。为此，开展马尾松林下套种的黄花倒水莲的根系分布与年生长规律试验研究，旨在为制定马尾松林下套种黄花倒水莲经营措施提供理论依据和可借鉴的林业生产实践经验。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

明溪县(北纬26°8′～26°39′，东经116°47′～117°35′)气候温和，雨量充沛，光照充足，属于中亚热带季风气候区，年平均空气温度18.0℃，年平均降水量1 800 mm；年平均日照1 788.6 h，土壤大多数系发育于花岗岩的山地红壤。气候和土壤适合马尾松和黄花倒水莲的生长发育。试验林设在明溪县福田寨采育场，2林班7大班13小班，海拔360 m～430 m，原林分为1998年春营造的马尾松纯林，林龄19年生，2015年底时，林分密度1 725～1 860株·hm-2,平均胸径15.8 cm，平均树高18.6 m，马尾松经营密度较大，林分中林木生长参差不齐，郁闭度较大，林下植被较少。

1.2 试验方法

2015年底，在马尾松纯林中选择立地条件和生长状况相似的区段建立3区组，每1区组内设3个小区，每个小区面积设置30 m×30 m。采取完全随机区组试验设计，试验设3个处理，分别为(1)SM1处理：保留上层马尾松450株·hm-2,其余间伐；(2)SM2处理，保留上层马尾松600株·hm-2，其余间伐；(3)SM3处理，保留上层马尾松750株·hm-2，其余间伐。

各处理间伐时按照较均匀分布原则，同时兼顾砍小留大、砍密留稀、砍劣留优。间伐后进行全面劈草，之后按照株行距1.5 m×1.5 m进行定点块状整地，穴规格30 cm×30 cm×20 cm，挖明穴，回表土，于2016年2月采用1年生黄花倒水莲扦插苗栽植，当年开始每年5月至6月、8月至9月，按常规抚育技术，对黄花倒水莲进行锄草、扩穴、施肥、培土等抚育，并沿山坡水平等高线堆积杂草，以减少水土流失。每年黄花倒水莲停止生长后，测定各样地每株黄花倒水莲的地径，以平均地径±5%范围内选择10株标准株，采用撩壕干掘法挖取根系，调查测定根系分布，再挖出根系称重，以2年间根系鲜质量差值，计算根鲜质量年生长量。采用Excel软件进行统计和显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 根系生长

2.1.1水平生长 从表1可知，不同处理根系水平年生长规律基本相同。随着年龄增长，根系水平生长呈慢-快-慢规律，种植后当年生长较慢，之后2～4年进入生长快速期，之后缓慢回落。但不同处理根系年生长量达到峰值时间略有不同。SM1处理和SM2处理平均根幅年生长量峰值均出现在第5年，SM1处理年平均根幅生长峰值19.0 cm,SM2处理年平均根幅生长峰值19.6 cm，6年生开始缓慢回落；SM3处理平均根幅生长峰值出现在4年生，SM3处理年平均根幅生长峰值18.1 cm，5年生下降至17.4 cm，6年生快速下滑到14.9 cm，表明不同处理根幅年生长量达到峰值的时间存在差异，这与上层马尾松林保留的株数有关。马尾松纯林经间伐后，形成林隙，随着林冠再生长，林分从林隙形成到再郁闭呈动态变化，对林下植物生长有较大影响。SM3处理保留的马尾松株数较多，从林隙形成到再郁闭的时间较短，5年生林分郁闭度较高，不利于林下黄花倒水莲的生长发育。在马尾松林下套种黄花倒水莲以上层林保存600株·hm-2,经营周期5～6年较合适。在马尾松林下套种黄花倒水莲后第2～4年应采取及时除草、小范围松土、适当施肥等经营措施，以促进根系快速生长。

从表1可知，不同处理6年生黄花倒水莲根幅从大到小依次为SM2处理>SM1处理>SM3处理,经显著性差异分析，各处理根幅间均未达到显著差异(P>0.05)，但3个处理中，SM2处理6年生根幅分别比SM1处理和SM3处理增加1.61%和7.23%，表明SM2处理(即保留上层马尾松林600株·hm-2)在套种黄花倒水莲5年期内郁闭度的动态变化范围比较适合黄花倒水莲的生长发育。从6年生根幅年生长量分析，SM2下降幅度并不明显，仍有较大的生长潜力，而SM3处理则下降幅度大。SM2处理套种年限可适当延长，但套种最佳年限有待于进一步观察。

表1 不同处理黄花倒水莲根系生长情况

2.1.2垂直生长 黄花倒水莲没有明显的直根系，根系垂直方向生长来自水平根系斜展延伸。根深变化规律与水平变化密切相关，但变化幅度明显小于根幅。从表1可知，水平根幅生长是根系垂直生长约2～4倍，而且随着土层深入根收缩明显，表明根系向下穿透能力较差。一般情况下，随着土层向下延伸，土壤容重变大，表明黄花倒水莲对土壤容重反应敏感，喜肥沃、疏松的土壤。马尾松林下土壤较干燥、板结，在经营管理黄花倒水莲时，应该根据根系生长规律，适当进行松土，逐年向外延伸，为根系生长创造有利的生长环境。

2.2 根鲜质量年生长量

表2是不同年度挖取代表株测定的根鲜质量,以表2中两相邻年度根鲜质量的差值计算根鲜质量年生长量。从表2可知，不同处理不同年度黄花倒水莲根鲜质量的生长量不同。SM1处理根鲜质量年生长量从高到低依次为6年生>5年生>4年生>3年生>2年生>1年生；随着年龄增长而增高，根鲜质量年生长量峰值出现在6年生。SM2处理根鲜质量从高到低依次为5年>6年>4年>3年>2年>1年,基本上表现为随着年龄的增长而增高，但6年生根鲜质量低于5年生，其峰值出现在5年生，表明生长量在第6年开始下降，这与上层马尾松林分郁闭度似乎有关联，可以从SM3处理根鲜质量生长量的变化规律得到进一步印证。SM3处理根鲜质量从高到低依次为4年生>5年生>3年生>6年生>2年生>1年生,根系鲜质量年生长量峰值出现在4年生。

各处理根鲜质量年生长量的变化规律表明，随着套种年龄的增长，黄花倒水莲根鲜质量有趋高的走向，但又受到上层马尾松林分郁闭度的制约。从马尾松林下套种黄花倒水莲5年为一经营周期，黄花倒水莲根鲜质量最大化的维度分析，以SM2处理较为合适。SM2处理6年生时根鲜质量比SM1处理、SM3处理分别增加6.9%和2.7%。SM3处理根鲜质量年生长量比SM2提前1年左右达到峰值，SM1处理则比SM2略迟达到峰值。SM2处理套种5年鲜根质量达506.4 g·株-1，比SM1处理、SM3处理分别增加6.9%和2.7%。因此，在19年生马尾松林下套种，以保存上层马尾松600株·hm-2,经营周期5年或6年较为合适。

表2 不同处理黄花倒水莲根鲜质量

2.3 根系空间分布格局

根系空间分布格局反映植物对生境的适应性和竞争能力[10]。从表3可以看出，6年生各处理黄花倒水莲根系分布格局大致相同。主根不明显，水平根系粗壮发达，以种植株为中心，从内向外每20 cm为1区段，0～20 cm区段内根鲜质量占59.4%～61.2%，20～40 cm区段内根鲜质量占28.6%～30.4%，0～40 cm范围内根鲜质量占89.0%～91.6%，表明根系水平分布集中在0～40 cm水平区段内，冠幅分布与根系分布范围大致相同。表明在马尾松林下套种黄花倒水莲以经营年限5年，且种植株行距采用1.0 m×1.0 m更合适。适当密植，不仅可以提高林地利用率，增加单位面积产量，而且可以更好地发挥生态功能。

从根茎处向下每20 cm为一层观测根系垂直分布，其根系分布在0～40 cm土层，主要分布在0～20 cm土层。从表3可知，0～20 cm土层根鲜质量占79.5%～81.4%，20～40 cm土层仅占18.6%～20.5%，表明黄花倒水莲根系分布较浅。马尾松为深根性树种，有明显主根，根系分布较深。据李少青研究[11]，22年生马尾松小根(d<3 cm)分布在40～60 cm及以下土层，在0～40 cm土层内根系较少。在马尾松林下套种黄花倒水莲，两植物根系在土层中呈层分布明显，与马尾松主根的水平分布和垂直分布交叉、重复较少，在各自土层吸收营养物质和水分，能够有效利用不同土层的养分和水分，表明马尾松林下适宜套种黄花倒水莲。

表3 不同处理黄花倒水莲根系空间分布格局

2.4 经营效益分析

从表4可知，不同处理根系鲜质量存在差异，平均现存量SM2处理最高，分别比SM1、SM3处理增加5.81%和8.95%。以黄花倒水莲根鲜质量市场收购价30元·kg-1计，则SM2处理根鲜质量产值分别比SM1和SM3处理可增收347.7元·hm-2和520.2元·hm-2,具有显著的经营效益。

表4 不同处理黄花倒水莲根鲜质量及经营效益

3 结论与讨论

马尾松是南方林区广为栽培和天然分布的树种。但其营造纯林林分不稳定，抗逆性较差，容易发生病虫害；凋落物含有油脂，不易分解，林地凋落物多，林地干燥，也容易发生森林火灾。大量研究结果表明在马尾松林下套种格氏栲、苦槠、福建柏、肉桂、乳源木莲、苦竹、多花黄精[12-17]等植物可以提高林分稳定性和生产能力，提高林分生态功能，增加经济收入。因此，马尾松与黄花倒水莲复层经营具有重要意义。

马尾松林下套种黄花倒水莲水平根系生长粗壮、发达，没有明显的直根系。本研究结果表明，黄花倒水莲根系生长与根鲜质量存在慢-快-慢的变化规律，套种4～5年达到峰值，随后开始下降。且不同处理根系生长和根鲜质量达到峰值时间存在差异，SM2处理根生长和根鲜质量峰值出现在5年生，SM3处理提前1年左右，SM1处理则略迟。黄花倒水莲根系生长与根鲜质量变化规律既有自身的生长规律，又受到上层马尾松林分郁闭度的制约。在19年生马尾松林下套种，以保存上层马尾松600株·hm-2，经营周期5年或6年较为合适。马尾松林下套种经济植物经营周期，姜建国[18]对药用植物雷公藤根系生长特点研究表明后认为，雷公藤根系年生长量30～80 cm，3年生后根系才进入增粗生长阶段，可持续到7年生，这时生物活性成分已积累较多，经营周期可选择7年。林培远[19]研究了药用植物多花黄精根茎生长规律，得出作为单子叶植物的多花黄精，不同龄级根茎鲜重从大到小依序为3龄级>2龄级>4龄级>1龄级>5龄级，3龄级生长量达到高峰，4龄级根茎鲜重已下降，而且4年生时多花黄精根茎已经有明显的药理作用，建议经营周期为4年生。这与本研究经营理念相吻合，即经营周期应根据其生物学特性、生长发育规律及活性物质药理功效来确定。

黄花倒水莲根系较集中分布在水平距离0～40 cm，垂直深度0～20 cm的区段，根系分布较浅。马尾松为深根性树种，有明显主根，根系分布较深；在马尾松林下套种黄花倒水莲，两植物根系在土层中呈层分布明显。在各自土层吸收营养物质和水分，能够有效利用不同土层的养分和水分。此外，黄花倒水莲较喜肥沃、疏松的土壤，马尾松林下土壤一般较干燥、板结，建议套种期间采取除草、松土、培土等技术措施，有条件的林地可适当施肥，建议套种株行距为1 m×1 m，以提高黄花倒水莲根系鲜质量。