摘要　古樹健康與根系生長聯(lián)系密切，改善根系生長環(huán)境是衰弱古樹復壯的重要技術措施。研究以 廣州市白云區(qū) 44011111322000296 號樸樹 Celtis sinensis 古樹為研究對象，研究立地環(huán)境改造對樸樹古樹 生長的影響，并采用探地雷達研究古樹根系分布特征的變化。結(jié)果顯示：與改造第 1 天相比，第 300、 600 天時樸樹古樹葉片全 N、全 P、全 K 含量顯著增加（P<0.05）。隨著改造時間的延長，樸樹古樹根系 數(shù)量和密度均呈現(xiàn)明顯增加的趨勢，第 130 天后距離莖干 5.0 m 處根系數(shù)量最多，根系水平延伸范圍增 大；第 130 天時 95.69% 根系數(shù)量集中在深度 20~41 cm 之間，至第 300 天時 93.32% 的根系數(shù)量集中在深 度 41 cm 以下，根系深層延伸趨勢明顯。研究表明，立地環(huán)境改造能夠促進 44011111322000296 號樸樹古 樹長勢恢復，尤其是促進根系生長和葉片養(yǎng)分積累。

關鍵詞　古樹；立地環(huán)境改造；根系分布；葉片養(yǎng)分；探地雷達 

中圖分類號：S718.43　　文獻標志碼：A　　文章編號：2096-2053（2021）03-0075-0

       古樹是一種獨特的、不可替代、不可再生的 風景資源，對研究本地區(qū)的歷史文化、環(huán)境變遷、 植物分布等非常重要，具有不可估量的人文價值 和科學價值 [1]。然而，人類活動及立地環(huán)境變化 給古樹的生存帶來了挑戰(zhàn)。隨著樹齡的增 長，古樹樹體吸收代謝能力下降，抵御不良環(huán)境 能力減弱，長勢日漸衰弱甚至衰老、枯萎，而生 長空間被侵占、人為損害以及有害生物危害等因 素則加劇了古樹衰老的進程 [1-2]。事實上，國內(nèi)古 樹大多分布在街道、公園、名勝古跡、村落等場 所，其立地條件和保護水平存在明顯差異。城市 建筑和管網(wǎng)密集，古樹生長空間有限，而立地土 壤質(zhì)地差、通氣不良、酸堿度失衡、養(yǎng)分下降等 問題導致古樹根系生長不良，根系分布窄、淺， 甚至容易引發(fā)古樹倒伏。此外，地面鋪裝例如水 泥、花崗巖、瀝青等密封硬質(zhì)鋪裝，對古樹根系 生長與分布的影響更是不容忽視。陳養(yǎng)飛和劉汝 明 [3] 認為地面硬質(zhì)鋪裝不利于古樹根系呼吸以及 營養(yǎng)吸收等過程，尤其是古樹周圍硬質(zhì)鋪裝面積 過大時，古樹生長衰弱現(xiàn)象更為突出。從廣州市 情況來看，城區(qū)大多數(shù)樟樹古樹樹池面積小，且 樹池周圍大多為水泥硬質(zhì)鋪裝，影響了古樹的正 常生長 [4-5]。而在鄉(xiāng)村建設過程中，水泥鋪裝導 致樹池太小同樣也成為了古樹衰弱的重要因素之 一 [6]。立地環(huán)境變差不利于古樹根系的正常生長， 而根系衰退則容易引起古樹長勢變差，因此根系 生長狀況研究是古樹保護的關鍵問題。立地環(huán)境 改造包括擴大樹池面積、改良土壤、更換透氣鋪 裝等系列措施，能夠改善古樹根系生長環(huán)境，例 如已有研究表明將硬質(zhì)鋪裝更換為透氣鋪裝材料， 能夠在一定程度上改善古樹生長狀況 [7-10]。 植物根系具有吸收養(yǎng)分、水分以及固定植物等 功能。韓烈保等 [11] 認為根系分布特征反映出植物 適應和改造環(huán)境的功能，因此研究根系分布特征具 有非常重要的生態(tài)學意義。國內(nèi)外學者對植物根系 分布和結(jié)構(gòu)的測定方法開展了大量的研究，傳統(tǒng)的 根系研究方法包括挖掘法、土柱法、容器法等，原位無損檢測方法則包括探地雷達、微根窗法、3D激光掃描法等 [12]。探地雷達是一種廣泛用于定位地下目標物的地球物理技術，已被應用于考古學探 測、管道探測、土壤質(zhì)地調(diào)查以及植物根系研究等領域 [12]。探地雷達通過利用高頻脈沖信號傳導、反 射的強弱和位置計算根系分布與結(jié)構(gòu)，具有探測速 度快、無破壞性等優(yōu)點，能夠進行根系形態(tài)繪圖、 根系直徑測量和根系生物量估算等 [13]。在古樹研究 方面，利用探地雷達研究古樹根系分布變化，有利 于提升古樹健康評估水平，具有良好的應用前景。 因此，本研究以廣州市白云區(qū) 44011111322000296 號樸樹 Celtis sinensis 古樹為研究對象，研究立地環(huán) 境改造對古樹生長及根系分布特征的影響，以期為 提升古樹養(yǎng)護復壯技術提供理論支持。

1　材料與方法 

1.1　試驗材料 供試古樹為 44011111322000296 號樸樹，2018 年估測樹齡為 122 年，生長在廣州市白云區(qū)江高鎮(zhèn) 沙龍小學內(nèi)（東經(jīng) 113°11′25′′，北緯 23°19′27′′）； 樹池周長約 6.0 m，樹池周圍地面均為密封硬質(zhì)鋪 裝，其中南側(cè)為水泥硬質(zhì)鋪裝、北側(cè)為塑膠球場 鋪裝。水泥硬質(zhì)鋪裝下面深度 0~50 cm，土壤質(zhì)地 差且含較多石塊，其理化性質(zhì)為：pH 8.2，EC 值 0.12 mS · cm-1，有機質(zhì)含量 20.50 g · kg-1，水解性 氮（N）、有效磷（P）、速效鉀（K）含量分別為 51.44、53.77、97.03 mg · kg-1 。 供試古樹營養(yǎng)基質(zhì)土由園林廢棄物堆肥產(chǎn)品、 有機肥、微生物菌肥、黃泥按照特定的體積比混配 而成，由廣州市林業(yè)和園林科學研究院自主研制， 其基本理化性狀為 pH 6.8，EC 1.35 mS · cm-1，有 機質(zhì)含量 147.76 g · kg-1，水解性 N、有效 P、速效 K 含量分別為 255.20、141.67、494.06 mg · kg-1 。 供試促根劑 pH 5.5~6.5，含有多種促根活性物質(zhì)、 營養(yǎng)元素。供試花崗巖透氣磚的長度、寬度、厚 度分別為 50.0、50.0、5.0 cm，中間有 4 個透氣孔， 透氣孔孔徑為 5.0 cm

1.2　試驗方法 自 2018 年 8 月 17 日起對供試樸樹古樹實施

立地環(huán)境改造措施。首先根據(jù)現(xiàn)場地面鋪裝情況 和古樹樹冠投影區(qū)域，選定樹池南側(cè)水泥地面作 為改造區(qū)域，界定改造面積約 65 m2 ；利用機械設 備挖開古樹改造范圍內(nèi)的水泥硬質(zhì)鋪裝，厚度約 為 20 cm；清理水泥硬質(zhì)鋪裝下層立地土壤，清理 深度約為 50 cm，清理過程中小心避開地下根系， 避免根系受到破壞；使用灰砂磚、水泥、沙等材 料修砌透氣磚支撐基礎，然后均勻回填古樹營養(yǎng) 基質(zhì)土，并充分淋水濕潤，最后在支撐基礎上平 穩(wěn)鋪設供試花崗巖透氣磚，透氣磚水平高度與周 圍地面保持一致。立地環(huán)境改造完成后，每隔 15 天淋施供試促根劑 600 倍稀釋液一次，每次使用 量約 200 L，共淋施 4 次。

1.3　測定項目立地環(huán)境改造后第 1、300、600 天時，采集供試樸樹古樹成熟葉片，采用便攜式葉綠素儀（SPAD-502Plus，日本產(chǎn)）測定葉片 SPAD 值，隨機測定 20 張葉片 SPAD 值并取平均值，共測定 3 次重復；葉片全 N 含量測定采用凱氏定氮法，全 P 含量測定采用鉬銻抗比色法，全 K 含量測定采 用火焰分光光度計法 [16]。第 130 天時樸樹古樹葉 片已全部凋落，無法測定葉片指標。

根系分布情況采用 TRU 樹木雷達掃描儀（美 國 Tree radar 公司生產(chǎn)）測定。TRU 樹木雷達掃 描儀分為 400 MHz 和 900 MHz 2種 規(guī) 格， 分別對應 4 m 探測深度、2 cm 直徑（Φ）根系精度和 1 m 探測深度、1 cm 直徑根系精度。根據(jù)立地生境改造深度，第 1、130、300、600 天時采用 900 MHz，探測 1 cm 直徑根系在深度 0~1.0 m 區(qū)域分 布情況；第 600 天時采用 400 MHz，探測 2 cm 直 徑根系在 0~4 m 深度范圍內(nèi)分布情況。參考蔡施 澤等 [17] 方法，將 TRU 樹木雷達掃描儀以樹干為中心，分別對地面半徑 2.0、3.0、4.0、5.0、5.5 m 的 圓周軌道進行掃描，最大掃描半徑范圍覆蓋立地環(huán) 境改造范圍，掃描過程中記錄掃描線路的編號并將古樹周邊環(huán)境情況繪制平面圖；獲得根系掃描的波 譜圖后將其導入到 TreeWin 根系分析軟件中，通過 人工處理和分析圖像后點選符合根系動態(tài)回波模型 的點；最終通過地理坐標將數(shù)條線路分析結(jié)果整合 獲得完整的古樹根系分布特征圖，并統(tǒng)計出分布深 度、范圍、根系密度和數(shù)量等數(shù)據(jù)指標。

1.4　數(shù)據(jù)處理與分析 采用 IBM SPSS Statistics 21.0 軟件對試驗數(shù)據(jù) 進行統(tǒng)計分析，對不同改造天數(shù)的樸樹古樹葉片 指標進行單因素方差分析，并用 LSD 法進行兩兩 比較；圖形繪制采用 WPS。

2 結(jié)果與分析 

2.1　立地環(huán)境改造對樸樹古樹葉片生長指標的影響 立地環(huán)境改造第 1 天時樸樹古樹長勢衰弱， 枝葉稀疏，由表1可知葉片 SPAD 值為 36.4，全 N、 全 P、 全 K 含量分別為 18.72、1.06、5.04 g · kg-1； 第 300、600 天 時， 葉片數(shù)量明顯增 多，全 N、全 P、全 K 含量均顯著高于第 1 天 （P<0.05）。此外，第 300 天時葉片全 N 含量顯著 高于第 600 天（P<0.05），葉片 SPAD 值、全 K 含 量反而顯著低于第 600 天（P<0.05）。

 2.2　立地環(huán)境改造對樸樹古樹根系數(shù)量的影響 隨著立地環(huán)境改造時間的延長，樸樹古樹直徑 1 cm 的根系數(shù)量呈現(xiàn)明顯增加的趨勢，第 1、130、 300、600 天時探測根系數(shù)量分別為 107、209、 704、1 914 條，可以推測古樹根系恢復生長良好。 從水平分布特征來看，距離樸樹古樹樹干 2.0、3.0、 4.0、5.0、5.5 m 處均有根系分布，第 1 天時 2.0 m 處根系數(shù)量最多，第 130、300、300 天時 5.0 m 處 根系數(shù)量均高于其他水平距離（圖 1）。從垂直分 布特征來看，第 1 天時 50.47% 的根系數(shù)量集中 在土壤深度 20~41 cm 之間，第 130 天時則上升至 95.69%；第 300 天時根系生長深度增加，93.32% 的 根系數(shù)量集中在深度 41 cm 以下，而第 600 天時則有 76.44% 根系分布在 41 cm 以下（圖 2）

此 外， 第 600 天時探測出直徑 2 cm 的 根 系 210 條，其中 55.71% 根系生長在土壤深度 0~ 20 cm 之間，43.81% 生長在深度 41 cm 以下，深 度 20~41 cm 之間僅有 0.48% 根系生長；不同水 平距離根系數(shù)量在 37~47 條之間，分布較為均勻 （表 2-3）

2.3　立地環(huán)境改造對樸樹古樹根系密度的影響 隨著改造時間的延長，樸樹古樹直徑 1 cm 的 根系密度同樣呈現(xiàn)增加的趨勢，第 1、130、300、 600 天時根系密度分別為 2.48、18.42、73.23、72.27條 · m-1。從水平分布特征來看，第 1、130、300、 600 天時水平距離 2.0 m 處根系密度最大，分別 為 1.84、4.09、25.72、17.24 條 · m-1（圖 3）；第 1、 130 天時土壤深度 20~41 cm 范圍內(nèi)根系密度最大， 第 300、600 天時則是深度 41 cm 以下根系密度最 大，其中第 300 天時深度 41 cm 以下根系密度達到 69.02 條 · m-1（圖 4）。此外，第 600 天時直徑 2 cm 的根系密度為 8.30 條 · m-1，其中土壤深度 0~20 cm 根系密度為 4.48 條 · m-1，深度 41 cm 以下為 3.79 條 · m-1，深度 20~41 cm 為 0.03 條 · m-1；不同水平 距離根系密度在 1.15~2.50 條 · m-1 之間（表 2-3）。

3　結(jié)論與討論 

一般認為，古樹對于所處的立地環(huán)境有較強 的適應能力，然而生長衰弱的古樹受不良立地環(huán) 境的影響較大，因此實施古樹養(yǎng)護與復壯需要重 視立地環(huán)境改造 [18]。古樹立地環(huán)境改造技術措施 因樹而異、因地而異，趙亞洲等 [19] 提出了從外部 城市生態(tài)環(huán)境、古樹根部微環(huán)境、古樹根系周圍 硬質(zhì)鋪裝 3 個方面重點改善頤和園古樹立地環(huán)境。 從硬質(zhì)鋪裝的影響來看，密封性較大的硬質(zhì)鋪裝 往往削弱了植物根系吸收利用水分和養(yǎng)分的效率， 同時會引起立地土壤物理性質(zhì)變差，從而不利于 植物的生長。實施硬質(zhì)鋪裝改造一般選擇透氣透 水鋪裝材料，例如北京市古樹硬質(zhì)鋪裝常用的材 料包括燒制的青磚、生態(tài)磚、倒梯形磚、帶孔水 泥磚等 [9]。王瑛 [10] 對比了青磚、透氣磚、植草磚 作為古樹鋪裝材料的效果，結(jié)果顯示透氣磚鋪裝 具有改善土壤容重、增加通氣孔隙度的作用，同 時發(fā)現(xiàn)敲除水泥混凝土越厚、面積越大，對古樹 復壯效果越明顯。同樣地，上海市銀杏 Ginkgo biloba、廣玉蘭 Magnolia grandiflora、香樟 Cinnamomum camphor 等古樹周圍鋪設透氣磚，其葉面積、新發(fā)枝條長度、葉綠素含量、葉片干重和鮮重等 生長量較前期均有不同程度的增加，地下透水透 氣性能得到改善 [7]。本研究將 44011111322000296 號樸樹古樹周圍水泥硬質(zhì)鋪裝更換為帶透氣孔的 花崗巖，具有透氣透水、堅固耐用等優(yōu)點，有助 于改善古樹根系對水分和養(yǎng)分的吸收利用，促進 古樹整體長勢恢復。

根系的萌發(fā)和衰老對古樹的生長發(fā)育具有重 要的意義，研究根系生長狀況有利于評估古樹生 長健康。除了硬質(zhì)鋪裝的影響，植物根系分布與 土壤環(huán)境因子也存在密切聯(lián)系，例如土壤水分、 養(yǎng)分、容重等對根系生長影響較大 [20-21]。土壤養(yǎng) 分資源相對匱乏的土層，植物根系生物量、根長 密度較低 [22]。調(diào)查顯示，大多數(shù)古樹普遍存在 立地土壤酸堿度失衡、容重偏大、有機質(zhì)含量 低、養(yǎng)分不足等問題 [23-24]，而古樹周圍被密封硬 質(zhì)鋪裝覆蓋后，土壤通氣性變差、容重增加，在 一定程度上加劇了古樹根系退化 [3]。因此，土壤 改良也是古樹立地環(huán)境改造的重要內(nèi)容之一，配 比合理的改良基質(zhì)能夠促進根系的萌發(fā) [25]。本 研究自主研制的營養(yǎng)基質(zhì)土理化性質(zhì)適宜，為 44011111322000296 號樸樹根系恢復生長提供了良 好的介質(zhì)，古樹養(yǎng)分吸收狀況也得到改善，改造 后第 300、600 天葉片 SPAD、全 N、全 P、全 K 含量顯著增加（P<0.05）。此外，研究表明土壤環(huán) 境具有高度的異質(zhì)性，直接影響著根系分布空間 異質(zhì)性的產(chǎn)生，而根系適應土壤空間異質(zhì)性的策 略是調(diào)整根系密度和根系生物量等根系特征 [25]。 然而，營養(yǎng)基質(zhì)土如何影響古樹新生根系生長及 分布仍有待進一步研究。

  古樹根系觀測往往存在較大的難度，傳統(tǒng)的挖土取樣方法往往容易對根系造成一定的破壞，利用 探地雷達探測根系情況，不僅可以降低根系損傷， 而且數(shù)據(jù)采集非常有效。古樹根系的直徑越大，其 被探測的可能性也越大 [15]。陳志華 [27] 利用探地雷 達研究了上海地區(qū)銀杏、香樟、廣玉蘭等古樹粗根 系分布特征及影響因素，結(jié)果顯示根系根部主要受 到古樹年齡、立地條件的影響。不同古樹樹種的根 系在縱向、水平分布中存在差異，而表層硬質(zhì)地 面使得古樹根系深層延伸受阻、淺層根系密度變 大，嚴重可致根系退化 [17]。本研究結(jié)果顯示供試 44011111322000296 號樸樹長勢衰弱，尤其是根系 生長和分布受到限制，改造第 1 天時探測直徑 1 cm根系總數(shù)量僅為 107 條、根系密度為 2.48 條 · m-1 ， 且主要集中在土壤深度 20~41 cm 范圍內(nèi)，根系生 長表現(xiàn)出衰退的趨勢。因此，實施古樹復壯需要重 點改善退化根系生長，古樹經(jīng)過復壯后根系密度更 大、分布范圍也可以得到延伸 [14]。本研究樸樹古 樹經(jīng)過立地環(huán)境改造后，根系數(shù)量和密度均呈現(xiàn) 明顯增加的趨勢，第 130 天后水平距離 5.0 m 處根 系數(shù)量最多，根系水平延伸范圍增加；同時，第 130 天時 95.69% 根系數(shù)量集中在深度 20~41 cm 之 間，至第 300 天時 93.32% 的根系數(shù)量集中在深度 41 cm 以下，根系深層延伸趨勢明顯?？偟膩砜?， 44011111322000296 號樸樹古樹經(jīng)過立地環(huán)境改造 后，根系恢復生長良好。此外，研究發(fā)現(xiàn)植物細根 和根毛對于水分和養(yǎng)分的吸收量占根系總吸收量的 75% 以上，是根系功能的主要執(zhí)行部位，目前已成 為根系研究的重點和熱點 [21]。然而，探地雷達受分 辨率的限制，只能探測直徑超過 0.5 cm 的粗根，無 法對細根和根毛進行探測，同時黏土、高含水量土 壤以及陡坡立地等也會對探測結(jié)果產(chǎn)生干擾，從而 降低探測準確性 [12]。為更好地研究古樹復壯前后根 系分布特征的變化，后續(xù)應結(jié)合探地雷達以及適用 于細根觀測的方法例如微視窗法等，全面評估不同 直徑根系的分布特征以及生物量等指標。

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來源：葉少萍，張俊濤，曹芳怡，鄭富海，王永躍.立地環(huán)境改造對古樹根系分布特征的影響[J].農(nóng)林與環(huán)境科學.