蘋果根組平衡理論與水肥氣生一體化技術

張世忠，束靖，陳偉，崔冬冬，束懷瑞*

(1.山東農業大學，山東泰安 271018;2.山東農業工程學院，山東濟南 250100；3.山東省果樹研究所，山東泰安 271000)

嚴禁耕地“非農化、非糧化”政策，要求果樹產業繼續堅持“果樹上山下灘，不與糧棉爭地”的方針。“上山下灘”的果園立地條件相對較差，土壤有機質含量普遍較低，大多數果園土壤有機質含量低于0.8%，導致根域環境碳素營養匱乏，是影響蘋果栽培生產的重要因素。

1 根組平衡

蘋果的新生根有兩大類。一類是生長根，其生長旺盛，皮層代謝強，能夠發生次生結構，具有強大的吸收、運輸及代謝功能。另一類是吸收根，一次性生長，沒有次生結構，生長期短，3周左右，具有季節性發生特點。吸收根受有機質誘導，大量代謝細胞分裂素隨蒸騰運送到葉片，提高基部功能葉片壽命，控制秋梢冗余。水肥氣熱穩定的有機質環境，有利于吸收根的發生與功能的維持，而瘠薄土壤條件會導致吸收根功能降低，加速吸收根凋亡。因此，水肥氣熱穩定的有機質豐富充足環境下，斷根后可誘導生長根，生長根不斷發生側根，形成多分枝的、壽命較長的根系構型，產生大量的吸收根，構成根組。

蘋果的新生根系全年有2、3次生長高峰，和樹體的貯藏營養狀況密切相關，幼樹多是2次發根高峰，結果樹多為3次發根高峰。不同發根時期新生根系的形態及功能受根系同化物來源的影響，第1次發根高峰多在萌芽前開始，發根多，主要的碳同化物來源于根的貯藏營養，斷根處會形成粗壯的根組，根組活力旺盛。第2次發根高峰多在春梢停長和花芽分化前，此次發根長勢強、時間短，吸收根壽命短，更新速度快。第3次發根高峰發根時間長，形成的根組發根量大，并受到果實負載量的影響，碳同化物主要來源于葉片光合作用。

根組與地上部枝組相對應，可以階段性大量發生吸收根，是吸收根發生的主要母體。根組整體能夠不斷地自疏與更新，從而維持良好的吸收功能。根據形態，根組可分為兩種類型，一是毛細根組，根組細弱，壽命較短；二是多年毛細根組，一般高有機質條件下誘導，吸收根相對粗壯。喬化砧木容易形成延伸根系，而矮化砧木容易形成毛細根組。

根組與生長根旺長形成的延伸根系相互平衡(圖1)，是調控植株穩產的關鍵。因此，土壤管理的主要目的是土壤環境優化和根組平衡調控。

圖1 毛細根組(左)和延伸根系(右)

2 影響根組平衡的因素

根系的生長發育及延伸根系與根組的平衡，受樹體類型、樹體營養水平、樹齡、果實負載量、砧木與接穗類型、土壤環境等的影響。

2.1 樹體類型

明確蘋果樹體類型是制定果園土壤管理技術的前提。在生產實踐中，由于特定的土壤與氣候因素及技術原因，常見有豐穩樹、大小年樹、旺長樹、小老樹及饑餓樹等五種類型。

豐穩樹，生長發育健康，結構組成合理，根系結構優良，適應性強，抗性強，對技術管理等反應穩定，表現豐產優質。大小年樹，每年產量不穩定，大年花果過量，嚴重降低貯藏營養，激素水平紊亂，限制花芽形成，光合產物分配不均，大年限制根系發生；小年根系生產過量，冗余消耗嚴重，大小年生長節奏及結構成分差異大。旺長樹，多發生在幼樹及生長結果期，枝條直立、營養枝比例大、秋梢長，春梢質量差，冗余消耗大，貯藏水平低，對水肥和修剪等反應敏感，干擾生產較大，成花困難。小老樹，樹齡大、衰老，生長量小，多無秋梢，對施肥修剪技術反應不敏感，不易刺激生長，枝條和根系更新難，在土壤有機質含量低的地方，矮砧果樹發生較多。饑餓樹，多發生在沙地、營養元素缺乏的地方，土壤肥水環境匱乏區域表現饑餓狀態，根系量少，對水肥和修剪等反應敏感。

豐穩樹根系中延伸根系與根組數量比例約為1/10～1/5，延伸根系負責擴展根系范圍，根組負責營養吸收，且多年毛細根組粗壯；如果延伸根系數量增大，則會導致樹體旺長，地上部秋梢比例增加，形成旺長樹；矮砧在瘠薄土壤中，延伸根系弱小，根組擴展范圍小，且多分布于土壤表層，多易形成小老樹。不同樹齡和介質條件下，根組發生也有顯著差異，幼樹吸收根量少，延伸根系占優，毛細根組和根組較弱；隨著樹齡增長，地上部生殖生長占優，根組量大且吸收根、毛細根比例高，延伸根系比例降低。

不同樹體根組調控的技術層面，旺長樹補充根系碳素營養，以控制根系旺盛生長，促進吸收根組的形成。小老樹則可以斷根施加氮肥，大量誘導生長根的發生，實現根冠比分配的增加，促進延伸根系。饑餓樹以局部改良增加有機質，同時配合斷根水、氮誘導，誘導延伸根系形成根組，增加根系對養分的吸收、轉運。大小年樹，根據當年的花量和果量，水、氮誘導及有機質誘導并配合適當的果量調整，增加樹體貯藏營養及對環境的適宜閾值。

2.2 貯藏營養

上述的五類樹中，將后四類樹改造成豐穩樹的核心是提高植株的貯藏營養水平，促使貯藏營養合理分配。提高光合產生的碳水化合物和含氮有機化合物等貯藏營養水平極為關鍵，主要在光合制造產物的分配調控，限制冗余消耗。

貯藏營養可通過技術的實施使其增產和合理分配。營養分配包括水平分配和垂直分配，垂直分配有整體性特征，直立枝條回運距離遠；而水平分配有局部性放射式特點，旺長樹拉枝成花就是根據這個原理。提高貯藏營養水平的技術包括植株結構調整、新梢直立、開張角度、控制秋梢過量和調整外運。

2.3 土壤環境

透氣性。土壤氧氣濃度在10%左右時，根系正常呼吸代謝，維持生命功能；氧氣含量過高時，會導致根系氧化脅迫，抑制根系生長；氧氣低于5%時，根系呼吸代謝受到抑制，新生根生長受到抑制。80 cm以下土層中，透氣性很差，妨礙根系向下擴展，特別是細根的形成。因此，表層土易形成根組，中層及深層土壤形成延伸根系。

營養水平。根域環境的碳氮營養水平對根組的形成至關重要，有機質可以誘導吸收根的大量發生，形成根組。生產中主要通過有機肥，特別是羊糞，能在吸收根和根際大量形成細胞分裂素，對促進根組形成和大量吸收根周期性發生具有重要作用。生物稻殼炭等生物炭基肥能夠持續有效的增加土壤透氣性，誘導根組的形成。磚面、木板等可以通過界面效應，影響根系構型，形成側根多且短，形成吸收、代謝旺盛的根組結構。氮肥則可以誘導生長根的大量發生，形成的根系粗壯且分支少，有利于根系的延伸。磷、鉀能促進吸收根的發育，微量元素有利于根系正常生長發育和土壤微生態代謝。有機肥、生物炭基肥等能夠作為無機營養的優良載體，有效地保持無機營養，同時為根系提供穩定的氣熱環境。微生物肥利用優良載體和微生物代謝，為根系生長提供豐富的生長促進類次生代謝物等。

水分。根的生長以土壤相對含水量60%～80%為宜，新根發生多，細根長而分支少，根系吸收力強，壽命長。土壤相對含水量低于45%時，根系生長受到嚴重抑制。夏季降雨多，地下水位升高，土壤通氣不良，會嚴重影響根系呼吸代謝，造成大量吸收根組的凋亡。

3 水肥氣生一體化技術

充分考慮到氣、肥、水等技術措施的兩面性，在“穴貯肥水”、“三層節水”等土壤管理模式的基礎上，本團隊總結提出了水肥氣生一體化技術，即表層自然生草或者農作物秸稈綠色覆蓋，有效地保護土壤表層溫度的穩定；中層單側開溝局部優化，行間交替開溝，每個施肥溝維持3～5年；將漫灌、滴灌等水平灌溉形式改為垂直灌溉，滴灌口處打孔，利用生物炭基肥和有機肥的水分快速滲透的特點，保證水分的快速垂直滲透；結合微生物肥，有效改善土壤環境的微生態。局部改良的無機營養、有機肥及微生物肥結合后，改善20%左右的根系環境的微生態水平。該技術的核心是利用有機質的通氣及無機營養的保持效果，對土壤進行局部改良，將水平灌溉提升為垂直灌溉，消除了土壤管理過程中水肥的負面效應。

表層綠色有機覆蓋，以農作物秸稈覆蓋、自然生草為主，投入成本低；中層單側開溝局部優化，一次施肥，且農家肥或者有機肥為主，保證肥效，防止高溫多雨夏季的降解，可以保持3～5年的肥料效果，節肥約30% ；簡易滴灌系統與穴貯肥水結合，實現根區水分的垂直供應，節水約40%。

水肥氣生一體化技術利用穴貯肥水技術，將水平灌溉改為垂直灌溉，通氣狀況較好，吸收根組的壽命和根組活力提高了20%～50%。無機肥利用有機肥的良好載體作用，能夠實現有機營養與無機營養的耦合，防止無機營養流失的同時，防止了氮肥對于生長根的誘導效果，有效的控制了旺盛生長根及延伸根系的數量，秋梢旺長比例降低約30%，飽滿花芽增加20%～50%，果實品質提升約20%。