幼齡期矮砧蘋(píng)果根系分布及生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律

吉光鵬，周曉通，張棟海，吳玉蓉，牛蛉磊

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆 圖木舒克 843900）

根系是植物的“根本”，也是植物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官［1］，果園土肥水管理措施都要通過(guò)影響根系才能發(fā)揮作用［2］，果樹(shù)獲取土壤中的物質(zhì)和能量均是通過(guò)根系得以實(shí)現(xiàn)［3］，根長(zhǎng)、根表面積、根直徑、根體積等根系形態(tài)構(gòu)型指標(biāo)很大程度上決定著根系吸收水分和養(yǎng)分的能力［4］。矮砧蘋(píng)果因果品質(zhì)量高、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，栽培面積逐漸增加至蘋(píng)果總面積的12%［5］，利用矮化砧或矮化中間砧控制蘋(píng)果樹(shù)根系生長(zhǎng)是實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果矮化栽培的主要途徑之一［6］，因此，研究矮砧蘋(píng)果根系生長(zhǎng)及發(fā)育規(guī)律對(duì)指導(dǎo)果園水肥管理具有至關(guān)重要的作用。當(dāng)前，關(guān)于果樹(shù)根系分布規(guī)律的研究較多。李宏等［1］對(duì)盛果期蘋(píng)果空間分布規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，根系區(qū)水平分布集中在距離樹(shù)干0～300 cm 的區(qū)域，垂直分布集中在距離地表10～120 cm 土層區(qū)域內(nèi)；李壯等［7］則認(rèn)為水平方向華紅蘋(píng)果樹(shù)根系干重集中分布在距離樹(shù)干0～150 cm 的區(qū)域，垂直方向集中分布在距地表0～40 cm 的區(qū)域，土層根系干重占總干重的73.92%。宋鋒惠等［8］對(duì)黑核桃根干重分布進(jìn)行了探討，認(rèn)為水平分布距離樹(shù)干0～80 cm、垂直分布距離地表0～70 cm是根系集中分布區(qū)。張建英等［9］對(duì)6 年生綠嶺核桃根系研究表明，距離樹(shù)干0.5～2.5 m、距離地表40～60 cm 的區(qū)域是核桃根系分布密集區(qū)。袁繼存等［10］對(duì)6 種矮化中間砧的長(zhǎng)富2 號(hào)幼樹(shù)根系形態(tài)研究表明，嫁接矮化中間砧GM256 的蘋(píng)果根系形態(tài)指標(biāo)表現(xiàn)最佳。上述研究重點(diǎn)對(duì)盛果期喬砧蘋(píng)果、核桃等樹(shù)種的根系空間分布及不同砧木根系形態(tài)指標(biāo)等方面進(jìn)行了闡述，但關(guān)于矮砧蘋(píng)果根系時(shí)空分布的報(bào)道較為鮮見(jiàn)。本研究針對(duì)矮砧蘋(píng)果根系生長(zhǎng)發(fā)育特性，在果樹(shù)根系生長(zhǎng)高峰的花期、膨大期及采收期3個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，調(diào)查矮砧密植蘋(píng)果根系分布的深度、廣度和集中分布區(qū)，分析蘋(píng)果根系形態(tài)構(gòu)型指標(biāo)的垂直、水平分布特征，探明矮砧密植蘋(píng)果的根系集中分布區(qū)及生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，以期為矮砧密植蘋(píng)果灌溉濕潤(rùn)區(qū)及通過(guò)水肥措施調(diào)控根系的生長(zhǎng)提供科學(xué)依據(jù)。

表1 矮砧蘋(píng)果園根系水平、垂直分布的累計(jì)占比

表1 試驗(yàn)地土壤物理性質(zhì)

1 材料與方法

1.1 材料

以3 年生福布拉斯蘋(píng)果樹(shù)為研究對(duì)象，樹(shù)形為細(xì)長(zhǎng)紡錘形，樹(shù)高2.5～2.7 m，冠幅1.3～1.5 m，砧木為M9T337，株行距3.5 m×1.0 m。蘋(píng)果園土壤為沙壤土，pH 8.15，有機(jī)質(zhì)9.29 g/kg，水溶性總鹽1.78 g/kg，堿解氮94.85 mg/kg，有效磷46.50 mg/kg，速效鉀101.75 mg/kg。3 月中旬春灌1 次，灌溉方式采用滴灌，全年灌水量2 250 m3/hm2。春灌前測(cè)定土壤物理性質(zhì)，具體見(jiàn)表1。

1.2 根系采樣方法

根據(jù)蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育特性，分別于3 月中下旬、6月中旬、9 月中旬通過(guò)剖面挖掘法和網(wǎng)格取樣法調(diào)查分析根系分布特征及生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律。具體方法：根據(jù)蘋(píng)果園株行距配置，以采集1/4 株果樹(shù)全部根系為目標(biāo)，將垂直行向1.6 m 和沿行向0.5 m 范圍作為取樣區(qū)，自樹(shù)干朝垂直行向挖掘長(zhǎng)1.8 m、深1.0 m的剖面作為觀測(cè)溝，然后將剖面分成10 cm×10 cm大小的正方形網(wǎng)格，自剖面向里取至50 cm，從上到下按照網(wǎng)格分層挖掘根系，取樣土塊大小為10 cm×10 cm×50 cm（長(zhǎng)×寬×深），體積為5 000 cm3，共采集長(zhǎng)方土體128 個(gè)，將立方土體裝袋帶至水源處，浸泡、沖洗、分裝、編號(hào)帶回實(shí)驗(yàn)室待分析。

1.3 測(cè)定分析

將已分裝并編號(hào)的根系樣品分別用加拿大Regent Instruments 公司的WinRHIZO 2009a、b、c 根系分析系統(tǒng)進(jìn)行掃描分析，獲得各取樣立方土體范圍內(nèi)的根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根干重等數(shù)據(jù)，并根據(jù)以下公式計(jì)算根長(zhǎng)密度（cm/cm3）、根表面積密度（cm2/cm3）、根體積密度（cm3/cm3）、根干重密度（mg/cm3）4 種指標(biāo)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007 軟件、Origin 2021 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 矮砧蘋(píng)果樹(shù)根系等高線空間分布特征

根系形態(tài)構(gòu)型指標(biāo)在土壤的空間分布特征如圖1 所示。根體積密度分布范圍最廣，在整體區(qū)間（水平距離0～160 cm、垂直距離0～80 cm）內(nèi)均有分布；其次根表面積密度，分布在土壤空間水平距離0～150 cm、垂直距離0～80 cm 區(qū)域內(nèi)；根長(zhǎng)密度分布在土壤水平距離0～140 cm、垂直距離0～70 cm 區(qū)域內(nèi)；根干重密度在整體區(qū)間內(nèi)分布最窄，僅分布在水平距離0～100 cm、垂直距離0～50 cm 區(qū)域內(nèi)。

圖1 矮砧蘋(píng)果樹(shù)根系等高線空間分布特征

根系最密集的分布區(qū)域主要集中在水平距離0～30 cm、垂直距離0～40 cm 區(qū)域內(nèi)，其主要原因是該區(qū)域內(nèi)土壤保水保肥性質(zhì)較好，利于根系的生長(zhǎng)發(fā)育。根長(zhǎng)密度與根表面積密度分布特征基本保持一致，而根體積密度與其他3 種根系形態(tài)構(gòu)型指標(biāo)有所不同，在全剖面都有分布，且水平距離150～160 cm 區(qū)域有部分集中分布，可能是由于該試驗(yàn)園前茬也是種植喬砧蘋(píng)果樹(shù)，果樹(shù)挖除后仍有樹(shù)根殘留，且細(xì)根已腐化，而粗根尚有殘留、不易識(shí)別，因此取樣時(shí)有所誤差導(dǎo)致。

2.2 矮砧蘋(píng)果樹(shù)根系的水平分布特征

矮化砧木果樹(shù)根系水平分布及生長(zhǎng)發(fā)育特征如圖2 所示。在3 種不同生育時(shí)期，采收期果樹(shù)根干重密度、根長(zhǎng)密度及根表面積密度發(fā)育最為旺盛。采收期根系在水平距離0～160 cm 區(qū)域內(nèi)呈單峰遞減趨勢(shì)，根系形態(tài)構(gòu)型指標(biāo)均在水平距離0～10 cm 區(qū)域達(dá)到峰值，最大根干重密度為0.000 60 mg/cm3，最大根長(zhǎng)密度為0.091 cm/cm3，最大根表面積密度為0.032 8 cm2/cm3，最大根體積密度為0.001 0 cm3/cm3。

圖2 矮砧蘋(píng)果樹(shù)根系在3 種關(guān)鍵生育期水平方向的分布特征

花期和膨大期具有不同的變化特征。其中花期根長(zhǎng)密度、根干重密度及根表面積密度在水平方向整體呈單峰遞減趨勢(shì)，且均在0～10 cm 區(qū)域內(nèi)達(dá)到峰值，根長(zhǎng)密度為0.054 cm/cm3，根干重密度為0.000 36 mg/cm3，根表面積密度為0.0117 cm2/cm3，與花期相比，采收期最大根干重密度在0～10 cm 區(qū)域內(nèi)增加了66.67%，根長(zhǎng)密度增加了68.52%，根表面積密度增加了180.3%；膨大期根干重密度在0～160 cm區(qū)域內(nèi)呈單峰遞減趨勢(shì)，在0～10 cm 區(qū)域達(dá)到峰值0.000 56 mg/cm3，而根長(zhǎng)密度、根表面積密度及根體積密度在0～160 cm 區(qū)域內(nèi)呈三峰曲線模式，分別在0～20 cm、60～70 cm及120～130 cm區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)峰值，且最大峰值均在0～20 cm 區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，最大根長(zhǎng)密度為0.035 cm/cm3，最大根表面積密度為0.006 8 cm2/cm3，最大根體積密度為0.034 5 cm3/cm3。與膨大期相比，采收期最大根長(zhǎng)密度增加了160.0%，最大根干重密度增加了7.14%，最大根表面積密度增加了382.4%。

2.3 矮砧蘋(píng)果樹(shù)根系的垂直分布特征

矮砧蘋(píng)果樹(shù)根系垂直分布及生長(zhǎng)特征如圖3 所示。開(kāi)花期在距地表20～30 cm 區(qū)域內(nèi)根系生長(zhǎng)發(fā)育最旺盛，隨著深度的增加根系發(fā)育逐步降低，表現(xiàn)為單峰曲線模式。而膨大期及采收期在垂直發(fā)育特征中呈雙峰曲線模式。第一次峰值在10～20 cm 或20～30 cm 區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，第二次峰值在40～50 cm 或60～70 cm 區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)。

圖3 矮砧蘋(píng)果樹(shù)根系3 種關(guān)鍵生育期垂直方向分布特征

開(kāi)花期根長(zhǎng)密度和根體積密度在3 個(gè)生育時(shí)期發(fā)育最佳，其根長(zhǎng)密度最大峰值為0.075 cm/cm3，占總根長(zhǎng)密度的49.51%；根體積密度最大峰值為0.074 8 cm3/cm3，占總根體積密度的49.51%。膨大期的根干重密度發(fā)育最佳，其最大根干重密度峰值為0.000 35 mg/cm3，占垂直分布總量的39.06%。采收期根表面積密度發(fā)育最佳，其最大根表面積密度為0.015 0 cm2/cm3，占采收期總根系表面積密度的25.41%，相較于開(kāi)花期的最大根表面積密度（0.004 5 cm2/cm3）增加了233.3%，相比于膨大期最大根系表面積密度（0.005 5 cm2/cm3）增加了172.7%。

2.4 矮砧蘋(píng)果園根系構(gòu)型指標(biāo)的累計(jì)占比

根長(zhǎng)密度和根表面積密度是衡量根系空間分布特征的主要構(gòu)型參數(shù)［11］，因此，計(jì)算根長(zhǎng)密度、根表面積密度的累計(jì)占比，以根系構(gòu)型參數(shù)達(dá)80%的土層作為根系集中分布層。由表1 可知，矮砧蘋(píng)果花期根長(zhǎng)密度及根表面積密度水平集中分布層均在0～70 cm 區(qū)域，分別達(dá)到總根系的82.7%和83.7%，其中0～10 cm 區(qū)域所占比例最高，分別達(dá)17.8%、22.2%，垂直集中分布層均在0～40 cm 區(qū)域，分別達(dá)到總根系的83.1%和82.7%，其中20～30 cm 區(qū)域所占比例最高，分別達(dá)49.5%、53.8%；果實(shí)膨大期根長(zhǎng)密度及根表面積密度表現(xiàn)與花期有所不同，水平集中分布層在0～130 cm 區(qū)域，垂直集中分布層均在0～40 cm 區(qū)域，但根長(zhǎng)密度的最大占比范圍沒(méi)有變化，說(shuō)明此時(shí)期根系有向外、向表層生長(zhǎng)的趨勢(shì)，因此水肥及田間管理要盡量少傷根，且需通過(guò)灌水引導(dǎo)根系向下生長(zhǎng)以增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)及抗逆性；果實(shí)采收期根長(zhǎng)密度水平分布于0～80 cm 區(qū)域的累計(jì)占比達(dá)82.3%，垂直分布于0～50 cm 區(qū)域的累計(jì)占比達(dá)83.2%，根表面積密度分布與之有相同的規(guī)律，水平分布于0～10 cm 區(qū)域的占比最大，但垂直分布于10～30 cm 及40～50 cm 區(qū)域的占比較大，結(jié)合此時(shí)期水肥管理措施，秋施基肥時(shí)盡量深施至40 cm 以下，且需要適當(dāng)加大灌水量。

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明，矮砧密植蘋(píng)果園根系分布于水平方向0～160 cm、垂直方向0～80 cm，該區(qū)域?yàn)楦捣植嫉闹匾獏^(qū)域，是田間水肥管理的核心區(qū)域。范偉國(guó)［12］的研究表明蘋(píng)果砧木實(shí)生苗在完全營(yíng)養(yǎng)液中根構(gòu)型以側(cè)根集中分布在主根區(qū)中上部為主，營(yíng)養(yǎng)及灌水對(duì)根系分布有顯著的影響。李宏等［11］對(duì)新疆阿克蘇地區(qū)中齡期紅富士蘋(píng)果樹(shù)的根系分布進(jìn)行研究，紅富士蘋(píng)果樹(shù)的根系在土壤中的水平和垂直方向均有較廣分布，水平方向根長(zhǎng)密度和根表面積密度均表現(xiàn)出單峰形空間分布規(guī)律，根系水平分布的密集區(qū)在距樹(shù)干0～125 cm 區(qū)域；垂直方向根分布呈雙峰形分布規(guī)律，根長(zhǎng)密度和根表面積密度集中分布在0～80 cm 區(qū)域。矮砧密植蘋(píng)果園根系在不同生育時(shí)期表現(xiàn)出不同的分布規(guī)律，其中開(kāi)花期表現(xiàn)為集中分布于水平方向0～70 cm 區(qū)域，垂直方向0～40 cm 區(qū)域；果實(shí)膨大期則表現(xiàn)出水平分布范圍寬但垂直分布范圍淺的規(guī)律；果實(shí)成熟期水平方向集中分布層與開(kāi)花期較為一致，但垂直方向分布則表現(xiàn)為根系向深層生長(zhǎng)的趨勢(shì)。

根系形態(tài)構(gòu)型指標(biāo)也表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，其中根干重密度分布范圍小，根體積密度分布范圍廣，根長(zhǎng)密度、根表面積密度分布適中，因此采用WinRHIZO 2009a 軟件進(jìn)行根系測(cè)定分析時(shí)，根長(zhǎng)密度和根表面積密度可以作為主要的測(cè)試和衡量指標(biāo)，以80%作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，不同的樹(shù)種根系分布之間存在差異。張勁松等［13］對(duì)蘋(píng)果-小麥復(fù)合系統(tǒng)果樹(shù)吸水根分布特征研究表明，蘋(píng)果吸水根根量主要分布在垂直方向0～80 cm，占總量的94.33%。樊雨［14］對(duì)M9T337 矮化自根砧富士蘋(píng)果根系研究發(fā)現(xiàn)，三年生蘋(píng)果樹(shù)根系主要分布于水平向距樹(shù)干65 cm 以內(nèi)和垂直向60 cm 以內(nèi)，五年生和七年生蘋(píng)果樹(shù)則超過(guò)水平向65 cm 和垂直向80 cm，這與本研究的矮砧蘋(píng)果根系分布特征有所不同。

不同生育期施肥、灌溉方式及灌溉量對(duì)根系的影響較大，蘋(píng)果園采用滴灌+冬春灌管理方式，果實(shí)膨大期滴灌灌水量小、蒸發(fā)量大會(huì)導(dǎo)致水分只能浸潤(rùn)表層土壤，花期則經(jīng)過(guò)整個(gè)冬天的休眠，根系因低溫等因素造成了部分死亡，采收期對(duì)根系的生長(zhǎng)不存在或僅有較少的不利因素。矮砧密植蘋(píng)果園不同生育時(shí)期根系生長(zhǎng)發(fā)育也表現(xiàn)出不同的特征，其中采收期根系生長(zhǎng)最為旺盛，此時(shí)新梢停止生長(zhǎng)，果實(shí)成熟，樹(shù)體生長(zhǎng)耗水量不大，應(yīng)適當(dāng)控制灌水，提高果實(shí)品質(zhì)。開(kāi)花期次之，開(kāi)花期樹(shù)體處于正常生長(zhǎng)狀態(tài)，耗水強(qiáng)度明顯增大，萌芽前已進(jìn)行春灌，能夠滿足蘋(píng)果樹(shù)生長(zhǎng)需要，因此，花期可以適當(dāng)控制灌水。果實(shí)膨大期根系生長(zhǎng)最弱，但是此時(shí)正值高溫，土壤蒸發(fā)量大，是樹(shù)體需水量最大的時(shí)期，耗水量大，應(yīng)根據(jù)土壤墑情適當(dāng)增加灌水頻次和灌水量。