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林农复合起源于20世纪70年代，是一种传统的土地利用方式和生产技术。从世界范围来看，我国林农复合模式发展较早，林农间作面积较大。随着全球环境、人口、资源问题的加重，林农复合系统的发展逐渐引起世界各国的普遍重视[1]。现代林农复合，是在同一土地经营单位上，根据各地的社会经济文化背景和自然条件，利用生态经理学原理将各种生物在时间序列和空间位置上合理组合安排，使其成为相互促进、循环利用、多级生产、连锁反应、稳产高效的人工复合系统[2]。由于林农复合系统可以有效提高土地、光能、生物资源的利用效率，因此对提高我国森林资源、解决林农争地问题具有重要的生态和社会意义。
毛白杨(Populus tomentosa)是我国华北地区速生丰产纸浆林建设的主要树种，在辽宁、河北、山东、山西、河南、陕西等地区广泛种植[3]，在其人工林下进行林农间作已成为培育毛白杨人工速生丰产林的一种重要栽培措施[4]，尤其在毛白杨幼林下间作农作物，是各地区广泛应用的模式。林农间作中的植物通过对光、热、水、养等资源的吸收利用而使其存在着相互作用关系，而这种关系很大程度上离不开地下根系之间的相互作用[5]。根系，尤其是细根(直径 < 2 mm)是植物吸收水分和矿质元素的重要器官，研究根系的空间分布及其在土壤中的生长发育状况，具有十分重要的意义[6]。对于单一生态系统中根系分布特征的研究已有大量报道，例如，对不同林龄胡杨(P. euphratica)克隆繁殖根系分布特征的研究发现，在中龄林内，细根根长密度在0~10 cm垂直土层最大，显著高于其余各层[7]。对荒漠河岸25年生的胡杨根系空间分布特征研究发现，在水平方向上，胡杨根长密度分布呈先增大后减小的抛物线型；在垂直方向上，胡杨根长密度分布呈典型的逐渐减小的指数模型[8]。低覆盖度行带式栽植模式下，赤峰杨(P. × xiaozhuanica)垂直方向上的根长密度主要分布在0~40 cm土层，水平方向上根长密度出现了先增大后减少而后又略有增大的变化趋势[9]。但对于林农复合模式的根系，尤其是毛白杨幼林下不同林农复合模式的根系分布特征，则鲜见报道。毛白杨幼林根系的空间分布决定着其对地下资源(水肥)的利用效果，是保证初始造林成活率和评价造林质量的重要标准。林木活性根在土壤中的空间分布模式在决定最佳种植密度、最佳间作模式等方面具有重要意义[10]。本文通过在1年生毛白杨的2种造林密度下营建不同林农复合模式，研究不同间作模式下毛白杨幼林根系空间分布特征，旨在根据毛白杨幼林根系主要分布区筛选较佳的林农复合模式，揭示毛白杨幼林间作早期根系空间分布格局，为毛白杨幼林下物种合理配置提供理论依据。
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试验地位于山东省聊城市冠县毛白杨国有苗圃(115°22′10″ E，36°30′56″ N)，属温带季风区域大陆性半干旱气候，光照充足，四季分明。年均气温13.3 ℃，年均降水量549.9 mm，年均空气相对湿度66%，年均蒸发量2 234 mm，年均干燥度1.8，年均气压101 200 Pa，年均风速3.4 m/s，年均日照时数4 432.9 h，年均无霜期日数198~227 d。试验地总面积为1 hm2，土壤为沙壤土。
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研究材料为长势一致的1年生‘北林毛白杨雄株1号’，所用花生(Arachis hypogaea)品种是“冀优四”，菠菜(Spinacia oleracea)品种是当地培育的“大叶菠菜”，种子当地购买。花生种植时的肥料是“普利浓”复合肥，全氮-磷-钾含量分别为18%、18%、8%，施肥方式是撒施，菠菜种植不施化肥；从播种到收获：花生灌溉2~3次，菠菜灌溉1~2次，灌溉方式是漫灌。
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于2017年3月在试验地进行造林，试验采用裂区设计，设置2个常见的毛白杨造林密度，株行距分别为2 m×3 m和3 m×4 m。每个造林密度下，间作农作物为花生单作以及花生与菠菜轮作(花生+菠菜)，以幼林常规人工抚育作为对照，共6个处理(表 1)，每个处理设3次重复，每个重复栽植苗木分别为65株(株行距2 m×3 m)和45株(株行距3 m×4 m)。常规抚育选用当地苗圃幼林抚育方式，即造林当年，松土除草4~8次，灌溉3~7次，可根据具体土壤情况和天气情况而定，当年不施肥不修枝，随林龄增加后适当施肥，肥料种类以氮肥为主，磷钾肥配合施用。
表 1 试验设置
Table 1. Test setting
处理编号 Treatment No. 造林密度 Planting density 间作模式 Intercropping pattern 1 毛白杨+花生+菠菜 P. tomentosa + Arachis hypogaea + Spinacia oleracea 2 2 m×3 m 毛白杨+花生 P. tomentosa+ Arachis hypogaea 3 毛白杨 P. tomentosa 4 毛白杨+花生+菠菜 P. tomentosa + Arachis hypogaea + Spinacia oleracea 5 3 m×4 m 毛白杨+花生 P. tomentosa+ Arachis hypogaea 6 毛白杨 P. tomentosa 于2017年5月距树体50 cm左右栽种花生，花生点播密度为25 cm×18 cm，播种量为262.5 kg/hm2。菠菜播种时间是2017年9月，在花生收获完成后，进行整地、浇水、撒播菠菜种子，播种量为3.75 kg/hm2。
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于2017年11月中旬采用根钻法取样根，根钻内径为10 cm。每个处理取3株标准木，沿树体行间水平方向每隔30 cm取样，2个造林密度的林分均取到150 cm处，垂直方向从地表向下每20 cm取根样，取到80 cm处(图 1), 共计1 080个根样。根样取回后用水浸泡、冲洗，过约0.8 mm的筛网使根与大部分土壤、杂质分离，然后在清水中仔细挑选出毛白杨根系和其他农作物根系，再利用镊子和网勺捡取毛白杨根系，将获得的根样装入自封袋中，标记后放于-18 ℃冰柜内保存[11]。扫描时先放于常温环境，解冻后用解剖针和镊子将毛白杨幼林根系在根盘展开，再放入Epson V19根系扫描仪扫描获取根系图像(系统中根系分析径阶范围设为0~0.2、0.2~0.5、0.5~1.0、1.0~2.0、＞2.0 mm)，并用Win-RHIZO-EC(Regent公司，加拿大)软件进行根系图像分析[12]。然后将根样在80 ℃烘箱内烘干至恒质量，冷却后，用精度为0.001 g的电子天平称质量。将扫描获得的细根根长和称质量获得的细根根系生物量除以所取样土体积即为细根根长密度(FRLD)和细根根质量密度(FRBD)，单位分别为cm/dm3和g/dm3。此外，本研究采用传统的细根分类标准[13]，将直径≤2 mm的根系归为细根。
图 1 根系取样示意图
Figure 1. Schematic of root sampling
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用Excel 2016软件和SPSS 19.0软件对FRLD和FRBD进行数据统计与方差分析，将变异来源分为主区部分和副区部分。在进行F测验时，主区因素的F值是由主区误差均方作分母求得，副区因素和交互项的F值由副区误差均方作分母求得[14]，如果交互作用显著(P < 0.05)，进行同一主区处理中不同副区处理间的比较、同一副区处理中不同主区处理间的比较以及处理组合间的比较，如果交互作用不显著，则分别进行主、副区处理间的比较[15]。分析前，数据经Kolmogorov-Smirnov test和Levene test检验，若不满足正态分布和方差齐性等方差分析的前提条件，则对其进行数据转化。如转化后的数据仍不满足条件，采用非参数检验法(Kruskal-Wallis test)检验。若满足正态分布和方差齐性等方差分析前提条件，用Duncan法进行多重比较。
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由表 2可知，造林1年后，不同造林密度对2年生毛白杨FRLD和FRBD的影响不显著(P＞0.05)。2 m×3 m和3 m×4 m造林密度的毛白杨FRLD分别为873.243 cm/dm3和701.792 cm/dm3；FRBD分别为0.884 g/dm3和0.820 g/dm3。造林1年后的不同间作模式对2年生毛白杨FRLD和FRBD均有显著影响(P＜0.05)，其中毛白杨+花生+菠菜和毛白杨+花生2种间作模式中的毛白杨FRLD分别为1 020.01 cm/dm3和862.602 cm/dm3，显著高于常规抚育中毛白杨的FRLD(494.429 cm/dm3)；毛白杨+花生+菠菜和毛白杨+花生2种间作模式FRBD分别为1.644 g/dm3和1.744 g/dm3，显著高于常规抚育下的FRBD(0.860 g/dm3)，2种间作模式的毛白杨FRLD和FRBD未表现出显著性差异(P＞0.05)。造林1年后的不同造林密度和不同间作模式的交互作用对2年生毛白杨FRLD和FRBD未表现出显著影响(P＞0.05)。
表 2 造林密度和间作模式对毛白杨细根根长密度(FRLD)和细根根质量密度(FRBD)方差分析
Table 2. Analysis of variance of P. tomentosa fine root length density(FRLD) and fine root biomass density (FRBD) influenced by planting density and intercropping patterns
主因子
Main factor细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)P 细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)P 造林密度 Planting density 0.112 0.112 5 2 m×3 m 873.243 0.884 3 m×4 m 701.792 0.820 间作模式 Intercropping pattern 0.003** 0.004** 毛白杨+花生+菠菜
P. tomentosa + Arachis hypogaea + Spinacia oleracea1 020.010a 1.644a 毛白杨+花生 P. tomentosa+Arachis hypogaea 862.602a 1.744a 毛白杨 P. tomentosa 494.429b 0.860b 造林密度×间作模式 Planting density×Intercropping pattern 0.585 0.881 注：**表示差异极显著(P＜0.01)，同列不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)。
Notes：** indicates extremely significant difference(P＜0.01), different letters in the same column indicate significant difference(P＜0.05). -
2种造林密度下，2年生毛白杨FRLD和FRBD在不同的径向距离分布不同，在距树干0~150 cm区域内，2种密度的毛白杨FRLD和FRBD均随径向距离的增加而递减。2 m×3 m造林密度下，FRLD和FRBD在距树干0~30 cm径向范围内分布相对集中，分别为565.900 cm/dm3和0.520 g/dm3，约占径向分布总体的64.80%和58.67%，且与其他分布距离差异性显著(P＜0.05)；在距树干30~120 cm的径向范围内，FRLD和FRBD无显著变化(P＞0.05)，且两者均保持在相对较低的水平；距树干120~150 cm范围内的FRLD和FRBD分布最少，约占径向分布总体的6.07%和7.23%。3 m×4 m造林密度下，FRLD和FRBD的主要分布区也主要集中在距树干0~30 cm径向范围内，分别为466.532 cm/dm3和0.444 g/dm3，约占径向分布总体的66.48%和54.15%，且与其他距离差异显著(P＜0.05)；在距树干30~90 cm范围内，FRLD和FRBD无显著变化(P＞0.05)且保持在相对较低水平；距树干120~150 cm范围内的细根根系分布最少，约占径向分布总体的3.69%和3.41%(表 3)。
表 3 不同密度下毛白杨细根的水平分布
Table 3. Horizontal distribution of fine roots of P. tomentosa under different densities
径向距离
Radial
distance/cm造林密度 Planting density 2 m×3 m 3 m×4 m 细根根长密度
FRLD/
(cm·dm-3)比例
Proportion/
%细根根质量密度
FRBD/
(g·dm-3)比例
Proportion/
%细根根长密度
FRLD/
(cm·dm-3)比例
Proportion/
%细根根质量密度
FRBD/
(g·dm-3)比例
Proportion/
%0~30 565.900 a 64.80 0.520 a 58.67 466.532 a 66.48 0.444 a 54.15 30~60 126.656 b 14.50 0.156 b 17.82 105.300 b 15.00 0.180 b 21.95 60~90 56.404 bc 6.46 0.064 b 7.04 62.360 bc 8.89 0.100 bc 12.20 90~120 71.240 bc 8.16 0.080 b 9.23 41.696 bc 5.94 0.068 c 8.29 120~150 53.040 c 6.07 0.064 b 7.23 25.904 c 3.69 0.028 c 3.41 注：同列不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)，根据Kruskal-Wallis test法检验。下同。
Notes：different letters in the same column indicate significant difference(P＜0.05), according to Kruskal-Wallis test. The same below.2种造林密度下，2年生毛白杨FRLD和FRBD在不同土层深度有相近的分布趋势。土层深度0~20 cm和20~40 cm的FRLD、FRBD差异不显著(P＞0.05)，但均显著高于40~60 cm和60~80 cm土层深度(P＜0.05)，但后两者之间差异不显著(P＞0.05)。FRLD和FRBD集中分布在0~20 cm和20~40 cm，两个范围内FRLD和FRBD的总和在2 m×3 m造林密度下分别占总量的81.03%和78.17%，在3 m×4 m造林密度下分别占总量的83.16%和80.91%；细根在40~60 cm和60~80 cm的土层深度分布相对较少，两个分布范围内FRLD和FRBD的总和在2 m×3 m造林密度下分别占总体的18.97%和21.83%，在3 m×4 m造林密度下分别占总体的16.84%和19.09%(表 4)。综合表 3、表 4可知，2种密度下，2年生毛白杨细根均主要分布于水平方向0~30 cm，垂直方向0~20 cm和20~40 cm的范围内。
表 4 不同密度下毛白杨细根的垂直分布
Table 4. Vertical distribution of fine roots of P. tomentosa under different densities
土层深度
Soil depth/
cm造林密度Planting density 2 m×3 m 3 m×4 m 细根根长密度
FRLD/
(cm·dm-3)比例
Proportion/
%细根根质量密度
FRBD/
(g·dm-3)比例
Proportion/
%细根根长密度
FRLD/
(cm·dm-3)比例
Proportion/
%细根根质量密度
FRBD/
(g·dm-3)比例
Proportion/
%0~20 385.972 a 44.20 0.346 a 39.16 292.437 a 41.67 0.352 a 42.94 20~40 321.614 a 36.83 0.345 a 39.01 291.174 a 41.49 0.311 a 37.97 40~60 115.533 b 13.24 0.114 b 12.92 88.847 b 12.66 0.120 b 14.60 60~80 50.124 b 5.73 0.079 b 8.90 29.335 b 4.18 0.037 b 4.49 -
不同间作模式下，距树干0~150 cm区域内，2年生毛白杨的FRLD和FRBD随径向距离的增加而呈递减趋势。毛白杨+花生+菠菜、毛白杨+花生、常规抚育3种模式下细根在径向距离0~30 cm处分布均相对集中，FRLD分别为706.948 cm/dm3、577.677 cm/dm3和283.736 cm/dm3，占总体分布的69.31%、66.97%和57.39%；FRBD分别为1.007 g/dm3、0.983 g/dm3和0.525 g/dm3，约占总体分布的61.22%、56.36%和61.05%。不同模式下FRLD和FRBD在径向距离0~30 cm的分布显著高于30~60 cm、60~90 cm、90~120 cm和120~150 cm距离的分布(P＜0.05)。3种模式的细根在120~150 cm分布最少(表 5)。
表 5 不同种植模式下毛白杨细根的水平分布
Table 5. Horizontal distribution of fine roots of P. tomentosa under different cropping patterns
径向距离
Radial
distance/cm间作模式 Intercropping pattern 毛白杨+花生+菠菜
P. tomentosa + Arachis hypogaea +
Spinacia oleracea毛白杨+花生
P. tomentosa + Arachis hypogaea毛白杨
P. tomentosa细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)0~30 706.948 a 1.007 a 577.677 a 0.983 a 283.736 a 0.525 a 30~60 127.882 b 0.280 b 102.732 b 0.363 b 109.116 b 0.140 b 60~90 70.726 bc 0.140 bc 69.400 bc 0.176 bc 38.803 bc 0.069 bc 90~120 69.823 bc 0.141 bc 66.779 bc 0.146 bc 32.391 c 0.062 c 120~150 44.631 c 0.077 c 46.014 c 0.076 c 30.384 c 0.064 c 不同间作模式下，2年生毛白杨的FRLD和FRBD在不同的土层深度分布趋势相近，在0~20 cm和20~40 cm两层FRLD和FRBD分布最集中，两者差异不显著，但均明显高于60~80 cm土层(P＜0.05)(表 6)。
表 6 不同种植模式下毛白杨细根的垂直分布
Table 6. Vertical distribution of fine roots in P. tomentosa under different cropping patterns
土层深度
Soil
depth/cm间作模式 Intercropping pattern 毛白杨+花生+菠菜
P. tomentosa + Arachis hypogaea +
Spinacia oleracea毛白杨+花生
P. tomentosa + Arachis hypogaea毛白杨
P. tomentosa细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)0~20 435.575 a 0.694 a 338.610 a 0.628 ab 229.332 a 0.382 a 20~40 432.240 a 0.616 a 359.574 a 0.781 a 161.069 ab 0.297 ab 40~60 104.072 b 0.208 b 125.285 b 0.238 b 72.210 bc 0.121 bc 60~80 48.124 c 0.126 c 39.133 c 0.097 c 31.818 c 0.060 c -
毛白杨FRLD在水平方向和垂直方向不同复合模式之间同层比较结果如图 2所示，在水平方向FRLD集中分布区为0~30 cm，毛白杨+花生+菠菜和毛白杨+花生2种模式的FRLD显著高于常规抚育模式(P＜0.05)。垂直方向FRLD集中分布区为0~20 cm和20~40 cm，毛白杨+花生+菠菜模式均显著高于常规抚育模式下的FRLD，毛白杨+花生模式在垂向20~40 cm范围内显著高于常规抚育(P＜0.05)，3种模式在水平和垂直方向上的FRLD非集中分布区差异均不显著。
图 2 细根根长密度同层比较
Figure 2. Comparison of fine root length density in the same layer
毛白杨FRBD在水平方向和垂直方向不同复合模式之间同层比较结果如图 3所示，水平方向0~30 cm内, 毛白杨+花生+菠菜和毛白杨+花生2种模式FRBD均显著高于常规抚育模式；在其他根系非集中分布区差异不显著。垂向细根集中分布区0~20 cm和20~40 cm内，毛白杨+花生+菠菜模式FRBD均显著高于常规抚育模式，毛白杨+花生模式在垂向20~40 cm显著高于常规抚育模式，3种模式在垂向的FRBD非集中分布区差异不显著。
图 3 细根根质量密度同层比较
Figure 3. Comparison of fine root biomass density in the same layer
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林木细根的生长和分布与树龄、树种特性、土壤水分、土壤养分、土壤紧实度及地下水位等有关[16]，土壤资源有效性在空间分布上的差异及其他外界环境条件影响着细根的生长与分布[17-20]。本研究发现，造林1年后的不同造林密度对2年生毛白杨单株细根的根长密度和根质量密度未表现出显著影响。造林密度对细根根系影响的研究存在争论[21]，谷加存等[22]对4种造林密度下的5年生水曲柳(Fraxinus mandschurica)的细根现存量和生产量进行研究，发现水曲柳单株根系生物量随造林密度的减小而显著增加，林分根系总生物量随造林密度的减小而显著减小。朱宾良等[23]对3种造林密度下的6年生尾巨桉(Eucalyptus urophglla × E. grandis)的根系生物量进行研究，发现林分细根根系总生物量随密度的增加而减小。本研究中，造林1年后的不同造林密度对2年生毛白杨单株细根的根长密度和根质量密度均未表现出显著影响，可能是幼林尚未郁闭，细根系发育不完全，密度效应尚未表现，还需后期继续观察，研究造林密度对毛白杨幼龄林根系分布的最佳时期一般选择在3年生到5年生较好[12, 16, 24]。本研究中，造林1年后的不同间作模式对2年生毛白杨单株细根的根长密度和根质量密度有显著影响。通过分析细根根长密度和根质量密度水平和垂直方向的根系集中区，发现2年生毛白杨细根根长密度和根质量密度在不同造林密度和不同间作模式下水平方向均集中分布于距树干径向距离0~30 cm范围内，垂直方向均集中分布于0~20 cm和20~40 cm土层深度。水平方向上，郭从俭等[25]对楸树(Catalpa bungei)幼林根系调查研究发现，2年生林木单株根系水平方向主要分布范围为0~20 cm以内，与本研究结论基本一致。闫小莉等[16]采用根钻法对水肥耦合条件下5年生欧美108杨(Populus × euramericana cv. ‘Guariento’)幼林地表土层细根形态及分布进行了系统研究，发现水肥作用没有改变欧美杨幼林细根在0~30 cm土层范围内的垂直分布格局，与本研究2年生毛白杨林木根系在2种造林密度和不同间作模式下垂直方向均分布在0~20 cm和20~40 cm的结论基本一致。在水平和垂直方向上，单位体积的细根生物量和根长表现出相似的分布特征，这与李盼盼等[26]有关细根生物量和根长等分布特征的研究结果一致。
本研究通过分析造林1年后不同间作模式下2年生毛白杨细根在相同土层的根系分布，发现毛白杨+花生+菠菜和毛白杨+花生2种间作模式的毛白杨单株细根的根长密度和根质量密度均显著高于常规抚育模式，2种间作模式之间细根根系差异性不大，说明造林1年后的2年生毛白杨幼龄林间作模式较常规抚育均有利于林木根系的生长。对不同模式在根系集中分布区同层比较也得出相同的结论，进一步证明了2年生毛白杨林下间作有利于林木根系的生长。姜岳忠等[27]对毛白杨幼林间作效应研究发现，经幼林间作处理的毛白杨幼林其胸径、树高、冠幅、全株叶面积、枝条数、平均枝长均比不间作处理有提高，有利于毛白杨林木的生长。王来等[28]对核桃(Juglans regia)-小麦(Triticum aestivuw)等复合系统的研究发现，在垂向0~30 cm土层深度，复合系统核桃的平均根长大于核桃单作，但马长明[10]和何春霞[29]认为间作条件下单株核桃根长密度小于核桃单作，与本研究结果不一致。原因可能是何春霞和马长明都是以7年生和8年生核桃根系为研究对象，在根系主要分布区与间作农作物的根系之间竞争激烈，核桃根系为避开强势竞争者在垂向上细根分布有下移现象[29]，也可能是林下间作整地时有部分表层细根损失。而本研究以2年生毛白杨幼林为研究对象，林分尚未郁闭，细根根系发育不完全，农作物种植范围距毛白杨林木行间隔为50 cm左右，林木细根主要集中分布于水平0~30 cm，垂向0~20 cm和20~40 cm，与农作物根系竞争作用不强，林下整地不会影响毛白杨主要细根根系分布区，而栽植农作物期间进行的施肥、灌溉措施虽在0~50 cm以外的范围内进行，但通过漫灌、土壤渗透等方式可能会直接影响到林木主要根系的生长。另外，在非根系集中区进行的松土、除草、铺盖地膜、保墒等措施，可能会对林木周边起到保温、保湿、改善土壤状况的作用，从而间接地促进了林木根系的生长，具体的原因需进一步研究证实。
本研究在1年生的毛白杨幼林下间作不同模式的农作物, 与常规抚育模式下对幼林进行施肥、灌溉、松土、除草等抚育措施相比较，认为毛白杨幼林间作农作物在造林1年后可以促进林木根系的生长，是基于间作了豆科植物并有明显的水、肥投入，但如果间作不同的农作物品种或者在间作时没有水、肥投入，尚需进一步探讨。就当地情况而言，在造林1年的毛白杨幼林下间作农作物的同时对毛白杨林分进行一定程度的水、肥投入，并在对农作物进行田间管理时改善林分的土壤状况，从而促进林木根系的发展，是值得推崇的一种林农复合模式。
Effects of different agro-forestry models on seedling root system of Populus tomentosa after one year of afforestation
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摘要:
目的林农复合经营是解决林农争地的有效途径，本文为探究新品种毛白杨幼林根系在造林1年后不同林农复合模式下的分布情况，研究了毛白杨幼林间作条件下细根根长密度(FRLD)和细根根质量密度(FRBD)在不同造林密度和间作模式下的空间分布，旨在筛选较佳的林农复合模式，为毛白杨幼林林下物种合理配置提供理论依据。 方法本研究以1年生‘北林雄株1号’为试验材料，采用裂区试验设计，主区设置2个毛白杨常见造林密度：2 m×3 m和3 m×4 m，副区设置2个当地常见的林下间作模式：毛白杨+花生+菠菜(花生、菠菜轮作)、毛白杨+花生，以幼林常规抚育模式作为对照，共6个处理，每个处理设3次重复。造林1年后，每个处理及对照组选取3株标准木，沿树体行间水平方向每隔30 cm取根样，取到150 cm处；垂直方向从地表向下每20 cm取根样，取到80 cm处，共取根样1 080个。通过对毛白杨FRLD和FRBD的分析，研究不同林农复合模式对2年生毛白杨幼林根系的影响。 结果造林1年后，不同造林密度对2年生毛白杨单株的FRLD和FRBD未表现出显著影响(P＞0.05)，后期还需继续观测；造林1年后的不同间作模式对2年生毛白杨FRLD和FRBD均有显著影响(P＜0.05)，两者的交互作用对毛白杨的FRLD和FRBD无显著影响。不同林农复合模式在水平和垂直方向的细根集中分布区相同。水平方向上，毛白杨+花生+菠菜、毛白杨+花生、常规抚育3种不同模式下有超过56.36%的FRLD和FRBD分布于0~30 cm土层范围内；垂直方向上，在0~20 cm和20~40 cm土层范围内FRLD和FRBD约占测量总体的78.95%以上。对3种模式在水平和垂直方向上的FRLD和FRBD进行多重比较，发现毛白杨+花生+菠菜和毛白杨+花生2种模式在水平和垂直方向的FRLD和FRBD均高于毛白杨幼林常规抚育模式。 结论不同林农复合模式下，2年生毛白杨幼林根系水平方向主要分布于0~30 cm，垂直方向主要分布于0~20 cm和20~40 cm，毛白杨幼林间作农作物在造林1年后可以促进林木根系的生长。 Abstract:ObjectiveAgro-forestry is an effective way to solve the dispute between forest land and agricultural land. In order to explore the distribution of the new roots of Populus tomentosa in the forest-agricultural compound model after one year of afforestation, the spatial distribution of fine root length density (FRLD) and fine root biomass density (FRBD) under different afforestation densities and intercropping patterns under intercropping conditions of P. tomentosa were studied. The purpose of this study was to screen a better intercropping pattern and provide a theoretical basis for the rational allocation of species under young P. tomentosa forests. Method1-year-old 'Beilin Xiongzhu No 1', a new variety of P. tomentosa was used as the experimental material. The split-plot experimental design was used, the main area was set with two common plantation space of 2 m×3 m and 3 m×4 m, two common intercropping modes were set in the sub-zone, P. tomentosa + peanut + spinach (peanut, spinach rotation), P. tomentosa + peanut, with one conventional tending of plantation as control, a total of 6 treatments, repeated 3 times. After 1 year of outplanting, three standard saplings were selected for each treatment, root samples were taken at intervals of 30 cm along the horizontal direction between rows of trees, both planting densities were taken at 150 cm, root samples were taken at intervals of 20 cm from the surface to 80 cm in the vertical direction, a total of 1 080 root samples were taken. By analyzing the FRLD and FRBD of P. tomentosa saplings, the effects of different agro-forestry patterns on the root system of P. tomentosa saplings were studied. ResultThe planting space had no significant effects on the total average fine root length density (FRLD) and fine root biomass density (FRBD) after one year of afforestation, need to continue observation later. However, different intercropping patterns had significant effects on the FRLD and FRBD of 2-year-old P. tomentosa saplings(P < 0.05), the interaction between them had no significant effects on FRLD and FRBD. Different agro-forestry patterns were similar in the fine root distribution areas in horizontal and vertical directions. In the horizontal direction, more than 56.36% of the FRLD and FRBD of P. tomentosa + peanut + spinach, P. tomentosa + peanut and conventional tending accounted for 0-30 cm. FRLD and FRBD in vertical direction accounted for more than 78.95% of 0-80 cm in 0-20 cm and 20-40 cm soil layer. After comparing the three models in horizontal and vertical directions, The FRLD and FRBD in both the horizontal and vertical directions of P. tomentosa + peanut + spinach and P. tomentosa + peanut were higher than the conventional tending of P. tomentosa saplings. ConclusionIt is concluded that under the different intercropping patterns, the horizontal distribution of FRLD and FRBD was mainly in 0-30 cm, and the vertical distribution is mainly in 0-20 cm and 20-40 cm, the intercropping of agricultural crops after planting could promote the root growth of P. tomentosa trees after one year of afforestation. -
图 2 细根根长密度同层比较
不同小写字母表示相同土层不同复合模式之间差异显著(P＜0.05)，根据Duncan法检验。下同。
Figure 2. Comparison of fine root length density in the same layer
Different letters in the figure indicate significant difference between different intercropping patterns of the same soil layer(P < 0.05), according to Duncan test. The same below.
表 1 试验设置
Table 1. Test setting
处理编号 Treatment No. 造林密度 Planting density 间作模式 Intercropping pattern 1 毛白杨+花生+菠菜 P. tomentosa + Arachis hypogaea + Spinacia oleracea 2 2 m×3 m 毛白杨+花生 P. tomentosa+ Arachis hypogaea 3 毛白杨 P. tomentosa 4 毛白杨+花生+菠菜 P. tomentosa + Arachis hypogaea + Spinacia oleracea 5 3 m×4 m 毛白杨+花生 P. tomentosa+ Arachis hypogaea 6 毛白杨 P. tomentosa 
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表 2 造林密度和间作模式对毛白杨细根根长密度(FRLD)和细根根质量密度(FRBD)方差分析
Table 2. Analysis of variance of P. tomentosa fine root length density(FRLD) and fine root biomass density (FRBD) influenced by planting density and intercropping patterns
主因子
Main factor细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)P 细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)P 造林密度 Planting density 0.112 0.112 5 2 m×3 m 873.243 0.884 3 m×4 m 701.792 0.820 间作模式 Intercropping pattern 0.003** 0.004** 毛白杨+花生+菠菜
P. tomentosa + Arachis hypogaea + Spinacia oleracea1 020.010a 1.644a 毛白杨+花生 P. tomentosa+Arachis hypogaea 862.602a 1.744a 毛白杨 P. tomentosa 494.429b 0.860b 造林密度×间作模式 Planting density×Intercropping pattern 0.585 0.881 注：**表示差异极显著(P＜0.01)，同列不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)。
Notes：** indicates extremely significant difference(P＜0.01), different letters in the same column indicate significant difference(P＜0.05).
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表 3 不同密度下毛白杨细根的水平分布
Table 3. Horizontal distribution of fine roots of P. tomentosa under different densities
径向距离
Radial
distance/cm造林密度 Planting density 2 m×3 m 3 m×4 m 细根根长密度
FRLD/
(cm·dm-3)比例
Proportion/
%细根根质量密度
FRBD/
(g·dm-3)比例
Proportion/
%细根根长密度
FRLD/
(cm·dm-3)比例
Proportion/
%细根根质量密度
FRBD/
(g·dm-3)比例
Proportion/
%0~30 565.900 a 64.80 0.520 a 58.67 466.532 a 66.48 0.444 a 54.15 30~60 126.656 b 14.50 0.156 b 17.82 105.300 b 15.00 0.180 b 21.95 60~90 56.404 bc 6.46 0.064 b 7.04 62.360 bc 8.89 0.100 bc 12.20 90~120 71.240 bc 8.16 0.080 b 9.23 41.696 bc 5.94 0.068 c 8.29 120~150 53.040 c 6.07 0.064 b 7.23 25.904 c 3.69 0.028 c 3.41 注：同列不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)，根据Kruskal-Wallis test法检验。下同。
Notes：different letters in the same column indicate significant difference(P＜0.05), according to Kruskal-Wallis test. The same below.
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表 4 不同密度下毛白杨细根的垂直分布
Table 4. Vertical distribution of fine roots of P. tomentosa under different densities
土层深度
Soil depth/
cm造林密度Planting density 2 m×3 m 3 m×4 m 细根根长密度
FRLD/
(cm·dm-3)比例
Proportion/
%细根根质量密度
FRBD/
(g·dm-3)比例
Proportion/
%细根根长密度
FRLD/
(cm·dm-3)比例
Proportion/
%细根根质量密度
FRBD/
(g·dm-3)比例
Proportion/
%0~20 385.972 a 44.20 0.346 a 39.16 292.437 a 41.67 0.352 a 42.94 20~40 321.614 a 36.83 0.345 a 39.01 291.174 a 41.49 0.311 a 37.97 40~60 115.533 b 13.24 0.114 b 12.92 88.847 b 12.66 0.120 b 14.60 60~80 50.124 b 5.73 0.079 b 8.90 29.335 b 4.18 0.037 b 4.49
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表 5 不同种植模式下毛白杨细根的水平分布
Table 5. Horizontal distribution of fine roots of P. tomentosa under different cropping patterns
径向距离
Radial
distance/cm间作模式 Intercropping pattern 毛白杨+花生+菠菜
P. tomentosa + Arachis hypogaea +
Spinacia oleracea毛白杨+花生
P. tomentosa + Arachis hypogaea毛白杨
P. tomentosa细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)0~30 706.948 a 1.007 a 577.677 a 0.983 a 283.736 a 0.525 a 30~60 127.882 b 0.280 b 102.732 b 0.363 b 109.116 b 0.140 b 60~90 70.726 bc 0.140 bc 69.400 bc 0.176 bc 38.803 bc 0.069 bc 90~120 69.823 bc 0.141 bc 66.779 bc 0.146 bc 32.391 c 0.062 c 120~150 44.631 c 0.077 c 46.014 c 0.076 c 30.384 c 0.064 c
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表 6 不同种植模式下毛白杨细根的垂直分布
Table 6. Vertical distribution of fine roots in P. tomentosa under different cropping patterns
土层深度
Soil
depth/cm间作模式 Intercropping pattern 毛白杨+花生+菠菜
P. tomentosa + Arachis hypogaea +
Spinacia oleracea毛白杨+花生
P. tomentosa + Arachis hypogaea毛白杨
P. tomentosa细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)细根根长密度
FRLD/(cm·dm-3)细根根质量密度
FRBD/(g·dm-3)0~20 435.575 a 0.694 a 338.610 a 0.628 ab 229.332 a 0.382 a 20~40 432.240 a 0.616 a 359.574 a 0.781 a 161.069 ab 0.297 ab 40~60 104.072 b 0.208 b 125.285 b 0.238 b 72.210 bc 0.121 bc 60~80 48.124 c 0.126 c 39.133 c 0.097 c 31.818 c 0.060 c
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