芽苗切根处理对红豆树苗木生长的影响1)

任文玲 罗帅 史锋厚 金喜春 鲁义增 韩彪

(南京林业大学,南京,210037)(江苏耀星生态农林科技有限公司)(山东省林草种质资源中心)

植物地下根系的作用主要包括固着和支撑、吸收及输导水分和无机盐、贮藏合成有机物。许多微生物会与根系共生,形成菌根或根瘤,为植物生长提供营养[1]。苗木根系的发达程度对苗木移栽及造林效果具有显著影响,理想的根构型不但可以提高苗木的移栽成活率,还有利于苗木的生长发育。切根是指通过切断苗木主根或侧根的一部分,诱发侧根和须根,最终形成发达的根系结构。芽苗切根是对幼苗根系进行部分切除处理。切根可以解决主根发达的树种在容器育苗过程中形成畸形根系的问题,有利于苗木吸收水分和养分,提高苗木质量及造林成效,对苗木生长发育及生态功能的发挥具有重要的作用[2]。以往研究表明,切根处理可以提高桂花(Osmanthusfragrans)、豆梨(Pyruscalleryana)、江南油杉(Keteleeriacyclolepis)等苗木的根系质量并优化苗木质量,从而提高造林成活率,促进幼林的生长[3-5]。

红豆树(OrmosiahosieiHemsl. et Wils.)又名鄂西红豆、花梨木,为豆科红豆属的常绿或半常绿乔木树种,是国家二级重点野生保护植物[6]。红豆树木材光滑坚硬、结构细、易切削、纹理美丽,为高级珍贵用材,其树姿优雅,也是优良的城乡绿化树种。郑天汉等[7]证实,切根有利于红豆树根瘤的形成,促使苗木生长更为健壮。在红豆树轻基质容器育苗过程中,是否进行空气切根对红豆树1年生容器苗苗高及地径生长均会产生显著影响[8]。本研究对红豆树芽苗进行不同强度的切根处理,观测红豆树苗木生长动态变化,探寻最适的芽苗切根比例,以期为提高红豆树苗木质量提供参考。

1 试验地概况

试验地位于南京林业大学白马教学科研基地(南京市溧水区白马镇),属亚热带季风气候。该地四季分明、水热同季、光照充足,年平均气温15.4 ℃,一般夏季最高气温在40 ℃左右,冬季最低气温在-8 ℃左右,年降水量1 087.4 mm,平均日照时间2 240 h。

2 研究方法

2.1 供试材料

试验所用红豆树种子采自福建省漳州市华安县,为秋季正常成熟的种子。选取饱满、大小基本一致的种子,在种脊上用枝剪剪开一个小口,置于清水中吸胀24 h。将吸胀的种子置于发芽盒中发芽。发芽基质为粗沙,粗沙含水量以“握手成团、松手即散”为宜,发芽温度为25 ℃。待芽苗长出第一对真叶后挑选大小形态基本一致的芽苗进行切根处理。

2.2 试验设计

5月初,对红豆树芽苗进行切根处理。切根试验采用单因素随机区组设计,分为不切根(CK)、切除芽苗主根1/3部分、切除芽苗主根1/2部分、切除芽苗主根2/3部分4个处理(图1),每个处理60株。将切根后的芽苗分别移栽至30 cm×30 cm的黑色塑料营养钵中,栽培基质选用V(园土)∶V(育苗基质)=1∶1的混合基质(育苗基质为江苏兴农基质科技有限公司生产的有机育苗基质,园土采自试验地点当地的园土)。容器苗摆放于南京林业大学白马教学基地育苗荫棚内,采用自动喷雾系统灌溉,常规苗木养护,及时人工除草和进行病虫害防治。

a.不切根;b.切除芽苗主根1/3部分;c.切除芽苗主根1/2部分;d.切除芽苗主根2/3部分。

2.3 指标测定

5月4日开始取样,每隔30 d取样1次,直至12月结束。每次取样随机选取15株苗木测定苗高及地径,同时从各处理的苗木中随机选取5株苗木进行生物量和根系指标的测定。

使用卷尺进行苗高测定,精度为0.1 cm;采用游标卡尺进行地径测定,精度为0.01 mm。用清水将苗木根部基质轻轻洗去,吸水纸吸除根系表面水分。将苗木分为地上部分和地下部分,分别使用1/1 000天平准确称量各部分质量,即为鲜质量。将苗木地上部分和地下部分分别装入纸质信封,放入烘箱70 ℃烘至恒质量后,用天平准确称取各部分干质量。洗根后使用根系扫描仪进行全根扫描,采用WinRHIZO PRO 2007根系图像分析系统逐株对图像进行分析,得出根系总长度、根系表面积、根系总体积,并通过观察统计得出一级侧根数。

2.4 数据处理

采用Excel 2010软件对数据进行整理,SPSS 25.0软件进行方差分析、多重比较及相关性分析。

3 结果与分析

3.1 芽苗切根处理对红豆树苗木苗高和地径生长的影响

经芽苗切根处理后,红豆树苗木苗高和地径生长情况见表1。不同切根处理的红豆树苗木苗高在生长季呈逐渐上升的趋势,不同测定时间对红豆树苗木高生长具有显著性影响(P<0.05)。9月份之前,对照组苗木的苗高一直大于其他3个处理;9月份以后,切除芽苗主根2/3处理的红豆树苗木苗高生长开始增速。至12月初,不同芽苗切根处理间苗木苗高由大到小依次为:切除芽苗主根2/3处理、CK、切除芽苗主根1/2处理、切除芽苗主根1/3处理。其中,切除芽苗主根2/3处理的红豆树苗木苗高达到21.76 cm,比对照组高9.24%,该处理的苗木苗高与切除芽苗主根1/3处理的苗高之间存在显著差异(P<0.05),但与对照组苗木相比差异不显著。切除芽苗主根1/3处理的红豆树苗高最小,仅为17.24 cm,与对照组相比下降了13.45%。

由表1可知,不同切根处理的红豆树苗木地径在生长季呈逐渐上升的趋势,不同测定时间对红豆树苗木地径生长具有显著性影响(P<0.05)。9月份后,经过芽苗切根处理的苗木地径均高于对照组苗木。至12月初,不同芽苗切根处理间苗木地径由大到小依次为:切除芽苗主根2/3处理、切除芽苗主根1/2处理、切除芽苗主根1/3处理、CK。切除芽苗主根2/3处理的苗木地径最大,为4.97 mm,比对照组苗木增粗了11.94%。切除芽苗主根1/2处理、切除芽苗主根1/3处理比对照组苗木分别增粗了8.33%、2.70%,但不同切根处理之间的差异均不显著。

上述分析说明,切根对于红豆树苗木的苗高及地径生长均会产生影响,但影响效果并不一致。芽苗进行轻度切根处理并不促进苗木苗高及地径生长,反而会对苗木产生一定的抑制作用,但随着切根比例的增大,切根处理的促进效果逐渐显现。苗木生长前期,切根处理苗木的苗高及地径生长相比于未切根苗木稍微受阻,但后期切根处理的苗木苗高及地径生长要优于未切根的苗木。经过适当比例的切根处理可以促进红豆树苗木苗高及地径生长。

表1 不同切根处理的红豆树苗木苗高及地径

3.2 芽苗切根处理对苗木生物量积累的影响

由表2可知,红豆树苗木地上部分干质量和鲜质量在生长季呈逐渐上升的趋势,且不同测定时间对红豆树苗木地上部分生物量具有显著性影响(P<0.05)。在9月份之前,对照组苗木地上部分鲜质量略高于切根处理的苗木;9月份后,切除芽苗主根2/3处理的苗木地上部分干质量和鲜质量开始逐渐增加,最终高于其他处理;11月初,切除芽苗主根2/3处理的苗木地上部分干质量和鲜质量显著高于切除芽苗主根1/3处理的苗木(P<0.05)。至12月初,红豆树苗木地上部分鲜质量由大到小依次为:切除芽苗主根2/3处理、切除芽苗主根1/2处理、CK、切除芽苗主根1/3处理;苗木地上部分干质量由大到小依次为:切除芽苗主根2/3处理、CK、切除芽苗主根1/2处理、切除芽苗主根1/3处理。切除芽苗主根2/3处理的苗木地上部分鲜质量达到5.77 g·株-1,比对照增加了19.96%;切除芽苗主根2/3处理的苗木地上部分干质量达2.98 g·株-1,比对照增加了18.73%;切除芽苗主根1/3处理的苗木地上部分干质量和鲜质量均低于对照组苗木,但差异不显著。

红豆树苗木地下部分干质量和鲜质量在生长季呈逐渐上升的趋势,不同测定时间对红豆树苗木地下部分生物量具有显著性影响(P<0.05)。9月份后,切除芽苗主根2/3处理的苗木地下部分干质量和鲜质量均高于其他处理组苗木。至12月初,红豆树苗木地下部分干质量和鲜质量由大到小依次为:切除芽苗主根2/3处理、CK、切除芽苗主根1/2处理、切除芽苗主根1/3处理。切除芽苗主根2/3处理的苗木地下部分鲜质量达到最大值,为2.94 g·株-1,相比对照组的增幅为3.89%;地下部分干质量达到最大值,为1.52 g·株-1,相比对照组增加6.29%,但差异均不显著。

上述分析可知,切根对于红豆树苗木的生物量积累产生影响。芽苗进行轻度切根抑制了红豆树苗木生物量的积累,但随着切根比例的增大,切根处理的促进效果逐渐显现。在苗木生长后期,经切根处理的苗木生物量积累高于未切根苗木。所以,适当比例的芽苗切根处理,可以促进红豆树苗木生物量的积累。

3.3 芽苗切根处理对苗木根系形态发育的影响

切根处理直接扰乱了苗木根系的正常发育,通过分析苗木根系形态发育指标,可以评价芽苗切根处理的效果。由表3可知,红豆树苗木根系总长度、根系表面积、根系体积、一级侧根数在生长季呈现逐渐上升的趋势,不同测定时间对红豆树苗木根系总长度、根系表面积、根系体积、一级侧根数有显著性影响(P<0.05)。8月份之前,对照组苗木的根系总长度最大;9月份之后,芽苗切根处理的苗木根系总长度均大于对照组苗木。在9月份之前,切根处理苗木的根系表面积、根系体积均低于对照组苗木;9月份后,苗木根系表面积、根系体积逐渐高于对照组苗木。至12月初,各处理间苗木的根系总长度、根系表面积、根系体积3项指标由大到小依次为:切除芽苗主根2/3处理、切除芽苗主根1/2处理、切除芽苗主根1/3处理、CK。其中,切除芽苗主根2/3处理的苗木根系总长度、根系表面积、根系体积最大,分别比对照组苗木高35.61%、30.93%、61.71%,切除芽苗主根2/3处理的苗木根系总长度及根系体积与对照组之间的差异均达到显著水平(P<0.05)。

表2 不同切根处理的红豆树苗木生物量

经过芽苗切根处理的苗木一级侧根数均显著低于对照组苗木(P<0.05),且随着切根强度的增大,苗木一级侧根数呈现逐渐减小的变化趋势(表3)。至12月初,对照组苗木的一级侧根数达到38.40条,切除芽苗主根1/3、1/2、2/3处理的一级侧根数分别比对照组低31.22%、37.98%、50.17%,差异达到显著水平(P<0.05)。由图2可知,芽苗切根处理的苗木切口处长出的一级侧根相对较为粗壮,有发达的侧根和须根。

上述分析表明,切根对于红豆树苗木的根系形态发育会产生影响,芽苗切根能够改善红豆树苗木根系结构,且随着切根比例的增大,促进效果逐渐增强。在苗木生长后期,切根苗木的根系形态发育优于未切根的苗木。经过适当比例的芽苗切根处理,可以促进红豆树苗木根系形态发育。

表3 不同切根处理的红豆树苗木根系指标

a.不切根;b.切除芽苗主根1/3部分;c.切除芽苗主根1/2部分;d.切除芽苗主根2/3部分。

3.4 苗木地上部分生长指标与根系形态指标相关性

切根处理通过切断芽苗主根,对苗木根系生长产生了影响,间接影响苗木地上部分的生长。由表4可知,红豆树苗木的根系形态指标和苗木地上部分生长指标之间存在一定相关性。苗木苗高与根干质量存在显著正相关的关系;苗木地径与根系总长度、根系表面积、根系体积呈显著正相关,与一级侧根数呈显著负相关;苗木地上部分鲜质量与根系表面积、根系体积呈显著正相关。上述分析表明,红豆树苗木的地上部分生长指标和根系形态指标之间存在密切关系,切根处理通过影响苗木的根系生长发育,对苗木地上部分生长产生显著影响。通过芽苗切根可以调控红豆树苗木的生长发育,根系形态指标可以反映苗木切根后的生长情况。

表4 红豆树苗木地上部分生长指标与根系形态指标相关性

4 结论与讨论

容器育苗容易产生窝根现象,形成畸形根系[9]。根系形态决定植物从土壤中获取水分和营养物质的能力,其结构还能反映苗木生理功能和状态[10-11]。切根是苗木培育过程中干扰根系最为常见的技术[12],通过切断苗木主根或侧根的一部分,诱发侧根和须根,最终形成发达的根系结构,促进苗木对土壤或基质中的水分及养分进行吸收。切根后苗木原来的物质交流和供求关系会随之发生变化,进而影响苗木地上和地下部分的生长及苗木质量[13]。

高质量苗木应具有合理的高度、粗度、地上部分结构及根系系统,以确保造林成活率及苗木后期生长[14]。切根作为一种育苗技术已被广泛用于调节植物地上和地下部分生长,以影响整个植株的营养生长[15]。降香黄檀(Dalbergiaodorifera)苗木切除一部分主根后能够促进苗木高生长和粗生长[16]。本研究中,切根处理前期,红豆树苗木高生长均低于未切根苗木,这是由于前期苗木主根被切断,苗木根系对水分和养分吸收的能力有所降低,从而导致苗木高生长受到影响。苗木地上部分得不到足够的水肥供应,迫使切口处长出更多的须根和侧根来满足苗木对水分和养分的需求,所以切除芽苗主根2/3处理后期能够促进红豆树苗木的高生长。切根处理的红豆树苗木地径生长均高于未切根苗木,说明适当比例的切根处理可以促进苗木地径生长。

苗木生物量是反映容器苗质量的重要形态指标[17],切根比例对于苗木生物量的影响存在差异。不同切根处理对侧柏(Platycladusorientalis)幼苗地上部分和地下部分生物量的影响差异不大,但切除芽苗主根1/3处理可以增加幼苗地上部分和地下部分生物量[18];降香黄檀苗木进行切除芽苗主根1/2处理后,可以有效提高苗木生物量,协调优化苗木根冠比[16]。本研究中,切除芽苗主根2/3处理能促进红豆树苗木地上部分和地下部分生物量积累。在9月份后,切除芽苗主根2/3处理的苗木各项生物量指标均呈现快速上升的变化趋势,这是由于在苗木生长后期,切除芽苗主根2/3处理的苗木根系形态结构得到重建,其根系对于养分和水分的吸收能力优于未切根处理的苗木,因此,切除芽苗主根2/3处理的苗木地上部分和地下部分的生长均受到促进,直接促使生物量增大。

苗木作为一个有机生命体,各部分组织器官的功能和作用相互依存及影响,苗木生长指标之间同样存在相互影响的关系。通过苗木生长指标和根系形态指标的相关性分析结果可知,苗木根系形态指标可作为评价苗木质量的重要指标,根系与地上部分的生长息息相关。苗木根系受损后,可以通过调整根系空间分布和形态结构来维持对水分及养分的吸收和运输[19-20]。对板栗(Castaneamollissima)幼苗进行切根处理可以促进其侧根根系发育[21];对侧柏、刺槐(Robiniapseudoacacia)、白榆(Ulmuspumila)芽苗主根分别进行切根处理后,所有苗木的主根生长均受到限制,但该处理同时均促进了一级侧根的发生,加快了一级侧根的生长速度[22]。本研究中,芽苗切根处理抑制了苗木主根生长,同样影响侧根和须根的发生及生长。切根处理的苗木一级侧根数均低于未切根苗木,一级侧根的发生随切根强度的增大而减小。芽苗切根处理提高了红豆树苗木的根系总长度、根系表面积、根系体积,有助于苗木根系吸收水分和养分。出现该现象的原因是因为切根处理虽然显著缩短了苗木主根长,但苗木须根显著增多,且切根强度越大,须根萌发越多。芽苗适度切根可以有效改善苗木根系结构。

切根强度过大,会导致苗木根系损伤严重,根系对苗木水分和养分供应不足,不利于苗木生长发育[23];切根强度不够,对苗木根系生长的影响有限,不能改善苗木的根系组成,同时,其对苗木产生的伤害抑制了苗木生长,苗木总体生长情况甚至不及未切根处理苗木,因此,获取最适苗木切根强度尤为重要。不同树种苗木对切根处理的反应不同,最适切根强度因树种而异。低强度芽苗切根有利于江孜沙棘(Hippophaegyantsensis)苗木各部分的生长,其中切除主根2/5为其最佳的芽苗切根比例[24];滇润楠(Machilusyunnanensiswasb)苗木最佳切根强度为切除主根1/2处理,该处理可以显著提高苗木质量[25];砂生槐(Sophoramoorcroftiana)苗木最佳切根强度为切除主根1/5处理[26]。对于红豆树苗木,本研究证实切除芽苗主根2/3为其最佳切根比例,切根处理后苗木各项生长指标均达到最优。

综上所述,芽苗切根处理对于红豆树苗木的高生长、地径生长、生物量积累、根系形态发育等均会产生影响,但不同切根强度对苗木的影响存在差异,芽苗切除2/3主根处理有利于红豆树苗木的生长及根系形态优化。