不同容積半限根栽培‘陽光玫瑰’葡萄根系分布調查

郭彪，蔣雪，覃富強，馬廣仁，廖原，張延暉，曹雄軍，韓佳宇，白先進，王博*

（1.廣西大學農學院，廣西南寧 530004；2.廣西真誠農業有限公司，廣西南寧 530105；3.廣西農業科學院葡萄與葡萄酒研究所，廣西南寧 530007）

果樹限根栽培是利用物理或生態的方式將根系控制在一定的容積內，通過控制根系生長來調節地上部的營養生長和生殖生長[1-6]，從而提早成熟、提高果實產量和品質的一種栽培模式[7-8]。限根栽培葡萄地上部新梢和葉片生長受到抑制[9]，地下部出現大量集群根，吸收根更多、更粗壯，不定根持續發生，根系更新加快[10]。同時，限根栽培下樹體ABA合成相關基因表達上調，內源ABA水平提高[11]，轉色期開始限根栽培植株各器官中的ABA含量均顯著高于對照[12]，果實成熟期提早[13]，果實可溶性固形物和果皮花色苷含量等品質顯著提高[14-15]。但生產中，限根栽培有時會發生根系水分供應不及時而影響地上部正常生長的情況，這種現象在南方地區的高溫季節時有發生，新梢日灼尤為常見。半限根栽培是在限根栽培基礎上，為適應不良氣候條件，提高其生態適應性而開發的一種新型栽培模式，果樹根系一部分生長于底部開放的限根池中，一部分生長于開放區域。一方面限根池內部分根系受到限制，有助于促進樹體ABA合成，同時吸收根較為集中，可增強根系吸收能力，提高肥料供應的精準性和效率；另一方面限根池外部根系擴大了根系的吸收范圍，增強了根系對于脅迫環境的緩沖能力，具體見圖1。

圖1 半限根栽培模式Figure 1 Semi-root restriction cultivation patterns

半限根栽培對葡萄的地下部管理不同于傳統的露地栽培和限根栽培，了解限根池中和地下開放區域根系的生長和分布規律具有重要意義[16]。正常栽培模式下，葡萄根系一般分布在0～40 cm的土層中，隨土層深度的增加根量逐漸減少[17]，主要以直徑≤2.0 mm的吸收根和2.0～5.0 mm的側根為主，直徑＞5.0 mm的側根較少[18-19]。根域限制栽培下葡萄新根粗度變細，長度增加[12]，桃樹中根（2～5 mm）和小根（＜2 mm）數量增加[20]。根域限制栽培不同的根域容積也會影響根系體積、數量、分布、結構和根冠比。本調查對不同容積半限根栽培葡萄的根系分布情況進行分析，為葡萄半限根栽培的地下部管理提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料

本調查于2020年7月15日在廣西南寧廣西真誠農業有限公司武鳴東盟開發區示范基地進行。調查對象為不限根栽培、小容積半限根栽培和大容積半限根栽培的4年生‘陽光玫瑰’葡萄，分別記為CK、T1和T2。其中，不限根栽培模式葡萄植株直接種植于開放的壟溝內；小容積半限根栽培限根池半徑50 cm、土層高度30 cm、底部開放；大容積半限根栽培的限根池半徑100 cm、土層高度30 cm、底部開放。株行距均為4 m×6 m。

1.2 調查方法

1.2.1 調查方式

每個模式隨機選擇3株生長狀況一致、無病蟲害的葡萄樹進行調查，在0～30 cm土層、30～60 cm內土層、30～60 cm外土層分別采樣。T1、T2植株0～30 cm土層（地表以上限根池內）和30～60 cm內土層（地表以下0～30 cm）的調查單元是以根莖投影為軸的1/8扇形體，根莖下30～60 cm外土層調查單元是以根莖投影為軸的1/8環狀體；CK植株根莖下的0～30 cm土層（地表下0～30 cm）和根莖下30～60 cm內土層（地表下30～60 cm）的調查單元為以根莖投影為軸1/8扇形體，根莖下30～60 cm外土層調查單元是以根莖投影為軸的1/8環狀體，各調查取樣單元參數見表1、圖2。

表1 不同調查處理取樣單元參數Table 1 Parameters of sampling units for different investigation treatments

圖2 各處理調查取樣土層示意圖Figure 2 Sampling diagram of soil layers survey for each treatment

1.2.2 根系分布相關參數的測定

采集各土層的葡萄根系，將根系分為3級：小根（直徑＜2.0 mm），中根（直徑2.0～5.0 mm），大根（直徑＞5.0 mm）。

根系長度測定：將各調查單元采集到的根系洗凈，在設置比例尺的黑色背景下，固定相機位置對每個調查單元的全部根系進行拍照，通過CAD軟件分析照片中根系的總長度，計算各土層圓柱體或環狀體內各級根系長度以及各土層單位體積單位冠幅下各級根系長度。

根系鮮質量：采用電子天平測定各土層扇形體/環狀體內各級根系鮮質量以及各土層單位體積單位冠幅下各級根系鮮質量。

1.3 數據統計分析

各土層圓柱體或環狀體內各級根系長度（m）=各調查單元測定的根系長度之和×8

各土層圓柱體或環狀體內各級根系鮮質量（g）=各調查單元測定的根系鮮質量之和×8

根長占比（%）=(各級根長/根總長)×100

根系鮮質量占比（%）=(各級根系鮮質量/根系總鮮質量)×100

根長密度（m·m-3·m-2）=調查單元根長/(調查單元土壤體積×樹冠冠幅)

根系質量密度（g·m-3·m-2）=調查單元根系鮮質量/(調查單元土壤體積×樹冠冠幅)

其中：樹冠冠幅（m2）=主蔓長度×枝條兩側延伸寬度

1/8的扇形體土壤體積（m3）=45/360×π×(調查單元半徑)2×調查單元土層厚度

1/8的環狀體土壤體積（m3）=45/360×[π×(環狀體外圓半徑)2×調查單元土層厚度-π×(環狀體內圓半徑)2×調查單元土層厚度]

數據用SPSS 26.0軟件進行分析，使用Origin 2018軟件進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 不同栽培模式各土層各類根系長度差異

由表2可知，從根系長度在不同土層的分布來看，T1和T2處理直徑＜2.0 mm的小根和直徑2.0～5.0 mm的中根主要分布在限根池內0～30 cm土層，CK的小根集中分布范圍較半限根栽培大，主要分布在0～30 cm和30～60 cm內土層；3種栽培模式下大根在各個土層中的分布均無顯著差異。從同一土層中各處理不同根系長度分布的差異可以看出，T1和T2限根池中0～30 cm土層小根及根系總長度均顯著高于CK，但限根池中T1的大根生長受到抑制，而T2與CK無顯著性差異。整體調查的0～60 cm土層中，T1、T2的小根和中根長度及各級根系總長度均與CK無顯著性差異。

表2 不同栽培模式處理各土層各類根系長度差異Table 2 Difference of root length in different soil layers under different cultivation patterns

2.2 不同栽培模式各等級根系長度的比例

由圖3可知，3種栽培模式下均以小根長度比例最大，其中CK小根長度比例為62%，顯著高于T1的56%。T1和T2的中根長度比例分別為43%和39%，二者無顯著性差異，但均顯著高于CK。而CK大根長度比例為4%，顯著高于T2的3%，二者均顯著高于T1的1%。

圖3 不同栽培模式各級根系長度所占比例Figure 3 Proportion of root length in different cultivation patterns

2.3 不同栽培模式各土層各類根系鮮質量差異

由表3可知，從根系鮮質量在不同土層的分布來看，T1處理小根和大根主要分布在限根池和30～60 cm內土層中，中根主要分布在30～60 cm內土層中；T2的小根和中根主要分布在限根池內，大根主要分布在30～60 cm內土層；CK的小根在各土層分布沒有顯著差異，中根和大根均主要分布在30～60 cm內土層。從同一土層中各處理不同根系鮮質量分布差異可以看出，T1和T2限根池內的小根鮮質量和各級根系總鮮質量以及整體調查到的0～60 cm土層中的各級根系總鮮質量均顯著高于CK。T2在限根池內的中根鮮質量和整體調查到的0～60 cm土層內的小根以及中根鮮質量均顯著高于T1和CK；與CK相比，T1限根池中的0～30 cm土層內大根鮮質量增加，而T2無顯著性差異，但T1和T2的0～60 cm土層內的大根鮮質量均顯著低于CK。

表3 不同栽培模式處理各土層各類根系鮮質量差異Table 3 Difference of root fresh weight in different soil layers under different cultivation patterns

2.4 不同栽培模式各等級根系鮮質量所占比例

由圖4可以看出，T1和T2的小根鮮質量的比例均為40%左右，顯著高于CK的19%。T2中根鮮質量比例為38%，顯著高于CK的22%和T1的24%。CK大根鮮質量比例為59%，顯著高于T1的36%和T2的23%。

圖4 不同栽培模式各級根系鮮質量所占比例Figure 4 Proportion of root fresh weight in different patterns

2.5 不同栽培模式各土層各類根系根長密度差異

由表4可知，從根長密度在不同土層的分布來看，T1和T2處理小根、中根根長密度以及各級根系總根長密度在限根池內最高，T1大根根長密度在限根池內和30～60 cm內土層均較高，T2大根根長密度在30～60 cm內土層最高；CK的中根根長密度和各級根系總根長密度在0～30 cm土層最高，其小根和大根根長密度在30～60 cm內土層最高。從同一土層中各處理不同根長密度分布的差異可以看出，T1各土層各級根系根長密度和各級根系總根長密度均在3個處理中最高。限根池內以及整體調查到的0～60 cm土層，T2的小根、中根和各級根系總根長密度與CK無顯著性差異。

表4 不同栽培模式各土層各類根系根長密度差異Table 4 Difference of root length density at all levels in different soil layers under different cultivation patterns

2.6 不同栽培模式各土層各類根系質量密度差異

由表5可知，從同一處理根系質量密度在不同土層的差異來看，T1的小根和大根質量密度在限根池和30～60 cm內土層均較高，中根以及各級根系總質量密度在30～60 cm內土層最高；T2的小根、中根以及各級根系總質量密度在限根池內最高，而大根質量密度在30～60 cm內土層最高；CK小根質量密度在0～30 cm土層和30～60 cm內土層均較高，中根、大根和各級根系總質量密度在30～60 cm內土層最高。從同一土層中各處理不同根系質量密度的差異可以看出，T1除限根池內中根質量密度顯著低于T2外，在其他各土層內各級根系質量密度和各級根系總質量密度均顯著高于T2和CK。限根池內和整體調查到的0～60 cm土層T2的小根、中根和各級根系總質量密度均顯著高于CK。

3 討論與結論

根系在空間脅迫下，限制了骨干根系的生長，促進了吸收根的發生，提高了根系吸收養分和水分的能力[21-25]。隨根域容積縮小，根系密度增加，細根增多[26-27]。根域限制通過調控VvTAR2等生長素合成相關基因和VvAUX1等IAA極性運輸相關基因表達豐度來影響根系中生長素的合成和運輸，進而改變根系構型，促進新根發生[10]。本調查顯示，從各類根系總量來看，大容積半限根栽培限根池內的小根鮮質量以及各級根系總鮮質量最大，同時兩個容積半限根栽培限根池內小根的長度、鮮質量以及各級根系的總長度、總鮮質量均顯著高于常規栽培。說明半限根栽培模式的限根池對葡萄根系的脅迫效果與根域限制一致，都顯著提高了根系總量及小根數量。從各類根系的根長密度和質量密度情況來看，小容積半限根栽培促進了新根發生，各類根系及根系總量增多，大容積半限根栽培小根和中根的生長也得到了促進。

在葡萄常規栽培中，根系主要分布在0～60 cm的土層中，水平分布主要集中在100 cm以內[28-29]。馬文娟等[17]研究發現，葡萄根系垂直方向分布大部分集中在0～40 cm土層中，以小根最多，達到56.9%～58.5%[30]。從調查到的各類根系長度和鮮質量總量在各土層分布情況來看，對于起主要吸收功能的小根分布來說，半限根栽培的小根主要分布在限根池中，常規栽培的小根在3個土層均有較多分布；3種栽培模式的中根長度均主要在0～30 cm土層中，大根長度在3個土層中無顯著性差異。從各類根系的根長密度和質量密度情況來看，小容積半限根栽培各類根系分布較集中。根系長度和根系鮮質量可以較直觀地反映出根系發生的數量和粗度，本調查中3種栽培模式的各級根系均表現出隨著土層深度加深而根系粗度變粗的趨勢。

根系分布情況表明，小容積半限根栽培和大容積半限根栽培的吸收根均主要集中分布在限根池中，便于肥水以及根系管理。從根系密度分布情況可以看出，大容積半限根栽培根域容積較大，其根系密度低于小容積半限根栽培，土壤改良以及肥料供應成本高于小容積半限根栽培；而小容積半限根栽培根域容積小，根系密度更大，吸收根分布更為集中，更能提高肥水利用率，減少肥料用量，在節約肥水供應的同時仍可保證葡萄正常生長，故生產中半限根栽培推薦采用1 m左右直徑的小容積較好。