密植蘋果根系空間分布特征研究

吉光鵬 張棟海 牛蛉磊 吳玉蓉 常學艷

（新疆生產建設兵團第三師農業科學研究所 新疆圖木舒克 843900）

植物體吸收養分和水分主要靠根系， 植物體根系的時空分布特征決定著其水肥吸收及利用能力[1-2]，喬砧蘋果根系分布較深廣，隨著樹齡、生育周期、栽培制度、水肥管理措施不同也呈現不同的分布規律，且喬砧蘋果疏導根的占比較高[3]。 作物的根系調查方法主要有塑料管土柱法[4]、排水法[5]、微根管法[6]等，但果樹根系的主要調查方法為挖掘法[7-9]。 本研究主要采用剖面挖掘法， 通過對喬砧蘋果園2 個關鍵生育時期根系的空間分布特征開展調查研究， 分析其水平及垂直分布特征， 以期為蘋果園科學灌水施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2022 年在第三師圖木舒克市44 團9 連密植蘋果園進行。 供試材料為5 年生喬化砧木蘋果樹，品種為煙富8 號，樹形為高紡錘形，樹高3.2~3.5 m，冠幅3.5~3.8 m，株行距配置4.0 m×1.5 m。 蘋果園土壤為沙壤土，土壤容重為1.24 g/cm3，土壤總孔隙度為49.45%，田間持水量為17.92%，pH 8.13，有機質含量為5.89 g/kg，水溶性總鹽含量為0.70 g/kg，堿解氮含量為28.25 mg/kg，有效磷含量為10.68 mg/kg，速效鉀含量為80.00 mg/kg。

1.2 根系采樣方法

采用剖面挖掘和網格取樣法分別在3 月下旬、6 月中旬調查喬砧蘋果樹根系分布特征。 采樣方法：根據蘋果園株行距配置， 自樹干朝垂直行向挖掘長1.8 m、深1.2 m 的剖面的觀測溝，將剖面分成20 cm×20 cm 的正方形網格，自剖面向里取帶根土樣至75 cm，并按照劃分的網格分層挖掘根系， 取樣土塊大小為20 cm×20 cm×75 cm，體積為30 000 cm3，共采集長方土體54 個，將土體樣品浸泡、沖洗、分裝、編號，獲得各土體的根系樣品并帶至實驗室待分析。

1.3 測定分析

將根系樣品分別用WinRHIZO 2009a、b、c 根系分析系統進行掃描分析， 獲得各取樣土體范圍內的根長、根表面積、根體積、根干重等數據，并根據以下公式計算根系構型指標值，根表面積密度、根體積密度、根重密度計算公式與根長密度相同（圖1）。 根長密度（cm/cm3）=根長/土體體積。

圖1 喬砧蘋果初果期（上排）和果實膨大期（下排）根系分布特征

試驗數據用Excel 2007、Origin 2021 進行統計分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 喬砧蘋果樹根系空間分布特征

圖2、圖3 為2 個生育時期根系構型指標在垂直0~120 cm、 水平0~160 cm 范圍內的空間分布特征，總體而言， 蘋果果實膨大期根系發育較初果期旺盛很多。 根系集中分布區在垂直方向0~60 cm，水平方向0~80 cm 土體范圍內，4 個圖形分布特征一致性較強，說明該時期根系的粗根生長較為旺盛，毛細根生長相對較弱。 4 個圖形表現為不同的變化規律，根系干重、根體積可以反應出粗根的分布情況，圖中干重和體積主要分布在水平0~50 cm、 垂直0~60 cm 范圍， 說明這個區域邊緣是施肥的關鍵區域， 不可在該區域開溝施肥， 容易造成粗根損傷。 根長度、 根表面積可以反應出細根數量的多少， 圖中水平60~120 cm、垂直60~120 cm 范圍內根系分布較少，說明該區域開溝施肥對根系損傷最小。

圖2 喬化砧木果樹根系3 種關鍵生育期水平方向分布特征

圖3 喬化砧木果樹根系3 種關鍵生育期垂直方向分布

2.2 喬砧蘋果樹根系水平分布特征

由圖2 可知， 初果期根系在水平方向0~160 cm始終呈現單峰遞減趨勢。 在0~20 cm 內根系生長最為旺盛，根長、根表面積、根干重和根體積均達到最大值。 0~60 cm 為初果期根系在土層分布的主要區域， 根長占總體根長的74.10%， 根表面積占總體表面積的79.61%， 根重占總體根重的81.28%， 根體積占據總根體積的84.30%。 吸收根相比于疏導根在初果期不同水平距離均占根系較大比重， 吸收根占總體根長98.70%， 占總體根表面積77.80%， 占總根體積79.38%。

果實膨大期根系構型特征水平方向具有不同特征，其中根長密度在水平方向呈現出雙峰曲線模式。膨大期根系在0~20 cm 生長最為旺盛， 根系水平主要分布區域為0~40 cm 和80~140 cm，分別占根系向構型指標的80%左右。 吸收根不同水平距離均占總根系較大比重， 分別占總根長的97.43%、 總表面積的68.84%和根體積的55.71%。 隨著果樹生育期的不斷推進， 相比于初果期， 果實膨大期全剖面根重密度增加了80.24%， 平均根體積密度增加了76.59%， 平均根表面積密度增加28.37%， 平均根長密度增加6.9%。

2.3 喬砧蘋果樹根系垂直分布特征

由圖3 可知， 初果期根系在垂直距離0~80 cm內均呈現出雙峰曲線模式。 根長密度、根表面積密度和根體積密度具有相同規律，2 個峰值主要出現在0~20 cm 和60~80 cm， 而根重密度峰值在20~40 cm和60~80 cm。 果實膨大期則呈現出單峰曲線模式，根長、 根表面積和根體積最大峰值主要出現在20~40 cm， 而根重峰值位于0~20 cm。 隨著生育期的推進，膨大期的總根量初果期均有所提升，膨大期平均根長密度初果期提高了15.32%， 平均根表面積密度增加了35.16%，平均根重提升了82.08%，平均根體積增加了64.60%。

對于初果期階段， 根系的主要分布區域位于0~40 cm 和60~100 cm， 其中根長密度占總根長92.08%，根表面積占總根表面積92.75%，根重密度占總根重78.06%， 根體積密度占總根體積密度92.81%。 膨大期中根系的主要分布區域在0~80 cm范圍內，根長密度、根表面積密度、根重密度和根體積密度分別占總根系的79.92%、80.53%、87.44%、82.20%。 相比于初果期，吸收根占總根系的比重有所減低，吸收根占總跟長密度的97.43%，吸收根占總根表面積的68.84%，吸收根占總根體積的44.28%。

3 討論與結論

5 年生喬砧蘋果樹根系空間分布及生長發育呈現較強的規律， 果實膨大期各根系構型指標明顯高于初果期，初果期集中分布于垂直0~60 cm、水平0~80 cm，果實膨大期水平60~120 cm、垂直60~120 cm根系分布較少，在其他區域分布均較多，因此果樹施肥時既要將肥料施于根系能夠吸收的土層范圍，又要保證盡量少傷害果樹根系。 從水平分布看，蘋果根系呈現階梯型分布， 初果期根系構型指標的極大值出現在0~20 cm，果實膨大期分別在0~20 cm 和80~100 cm 出現2 次峰值， 第2 次峰值出現的原因可能是該區域長期為果園機械開溝施肥的區域。 從垂直分布看，初果期根系分別在20~40 cm 和60~80 cm 出現2 次峰值，果實膨大期則在20~40 cm 出現1 次峰值， 但喬砧蘋果樹根系垂直集中分布區為0~40 cm，可作為灌溉施肥的主要區域，根據節水灌溉的要求，要保證該區域水肥充分供應。