幼齡期矮砧蘋果根系分布及生長發育規律

吉光鵬，周曉通，張棟海，吳玉蓉，牛蛉磊

（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）

根系是植物的“根本”，也是植物吸收水分和養分的重要器官［1］，果園土肥水管理措施都要通過影響根系才能發揮作用［2］，果樹獲取土壤中的物質和能量均是通過根系得以實現［3］，根長、根表面積、根直徑、根體積等根系形態構型指標很大程度上決定著根系吸收水分和養分的能力［4］。矮砧蘋果因果品質量高、節約成本等優點，栽培面積逐漸增加至蘋果總面積的12%［5］，利用矮化砧或矮化中間砧控制蘋果樹根系生長是實現蘋果矮化栽培的主要途徑之一［6］，因此，研究矮砧蘋果根系生長及發育規律對指導果園水肥管理具有至關重要的作用。當前，關于果樹根系分布規律的研究較多。李宏等［1］對盛果期蘋果空間分布規律研究發現，根系區水平分布集中在距離樹干0～300 cm 的區域，垂直分布集中在距離地表10～120 cm 土層區域內；李壯等［7］則認為水平方向華紅蘋果樹根系干重集中分布在距離樹干0～150 cm 的區域，垂直方向集中分布在距地表0～40 cm 的區域，土層根系干重占總干重的73.92%。宋鋒惠等［8］對黑核桃根干重分布進行了探討，認為水平分布距離樹干0～80 cm、垂直分布距離地表0～70 cm是根系集中分布區。張建英等［9］對6 年生綠嶺核桃根系研究表明，距離樹干0.5～2.5 m、距離地表40～60 cm 的區域是核桃根系分布密集區。袁繼存等［10］對6 種矮化中間砧的長富2 號幼樹根系形態研究表明，嫁接矮化中間砧GM256 的蘋果根系形態指標表現最佳。上述研究重點對盛果期喬砧蘋果、核桃等樹種的根系空間分布及不同砧木根系形態指標等方面進行了闡述，但關于矮砧蘋果根系時空分布的報道較為鮮見。本研究針對矮砧蘋果根系生長發育特性，在果樹根系生長高峰的花期、膨大期及采收期3個關鍵時期，調查矮砧密植蘋果根系分布的深度、廣度和集中分布區，分析蘋果根系形態構型指標的垂直、水平分布特征，探明矮砧密植蘋果的根系集中分布區及生長發育規律，以期為矮砧密植蘋果灌溉濕潤區及通過水肥措施調控根系的生長提供科學依據。

表1 矮砧蘋果園根系水平、垂直分布的累計占比

表1 試驗地土壤物理性質

1 材料與方法

1.1 材料

以3 年生福布拉斯蘋果樹為研究對象，樹形為細長紡錘形，樹高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。蘋果園土壤為沙壤土，pH 8.15，有機質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。春灌前測定土壤物理性質，具體見表1。

1.2 根系采樣方法

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

1.3 測定分析

將已分裝并編號的根系樣品分別用加拿大Regent Instruments 公司的WinRHIZO 2009a、b、c 根系分析系統進行掃描分析，獲得各取樣立方土體范圍內的根長、根表面積、根體積、根干重等數據，并根據以下公式計算根長密度（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 種指標值。

1.4 數據處理

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

2 結果與分析

2.1 矮砧蘋果樹根系等高線空間分布特征

根系形態構型指標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，在整體區間（水平距離0～160 cm、垂直距離0～80 cm）內均有分布；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 區域內；根長密度分布在土壤水平距離0～140 cm、垂直距離0～70 cm 區域內；根干重密度在整體區間內分布最窄，僅分布在水平距離0～100 cm、垂直距離0～50 cm 區域內。

圖1 矮砧蘋果樹根系等高線空間分布特征

根系最密集的分布區域主要集中在水平距離0～30 cm、垂直距離0～40 cm 區域內，其主要原因是該區域內土壤保水保肥性質較好，利于根系的生長發育。根長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 種根系形態構型指標有所不同，在全剖面都有分布，且水平距離150～160 cm 區域有部分集中分布，可能是由于該試驗園前茬也是種植喬砧蘋果樹，果樹挖除后仍有樹根殘留，且細根已腐化，而粗根尚有殘留、不易識別，因此取樣時有所誤差導致。

2.2 矮砧蘋果樹根系的水平分布特征

矮化砧木果樹根系水平分布及生長發育特征如圖2 所示。在3 種不同生育時期，采收期果樹根干重密度、根長密度及根表面積密度發育最為旺盛。采收期根系在水平距離0～160 cm 區域內呈單峰遞減趨勢，根系形態構型指標均在水平距離0～10 cm 區域達到峰值，最大根干重密度為0.000 60 mg/cm3，最大根長密度為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 矮砧蘋果樹根系在3 種關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，且均在0～10 cm 區域內達到峰值，根長密度為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 區域內增加了66.67%，根長密度增加了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區域內呈單峰遞減趨勢，在0～10 cm 區域達到峰值0.000 56 mg/cm3，而根長密度、根表面積密度及根體積密度在0～160 cm 區域內呈三峰曲線模式，分別在0～20 cm、60～70 cm及120～130 cm區域內出現峰值，且最大峰值均在0～20 cm 區域內出現，最大根長密度為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 矮砧蘋果樹根系的垂直分布特征

矮砧蘋果樹根系垂直分布及生長特征如圖3 所示。開花期在距地表20～30 cm 區域內根系生長發育最旺盛，隨著深度的增加根系發育逐步降低，表現為單峰曲線模式。而膨大期及采收期在垂直發育特征中呈雙峰曲線模式。第一次峰值在10～20 cm 或20～30 cm 區域內出現，第二次峰值在40～50 cm 或60～70 cm 區域內出現。

圖3 矮砧蘋果樹根系3 種關鍵生育期垂直方向分布特征

開花期根長密度和根體積密度在3 個生育時期發育最佳，其根長密度最大峰值為0.075 cm/cm3，占總根長密度的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 矮砧蘋果園根系構型指標的累計占比

根長密度和根表面積密度是衡量根系空間分布特征的主要構型參數［11］，因此，計算根長密度、根表面積密度的累計占比，以根系構型參數達80%的土層作為根系集中分布層。由表1 可知，矮砧蘋果花期根長密度及根表面積密度水平集中分布層均在0～70 cm 區域，分別達到總根系的82.7%和83.7%，其中0～10 cm 區域所占比例最高，分別達17.8%、22.2%，垂直集中分布層均在0～40 cm 區域，分別達到總根系的83.1%和82.7%，其中20～30 cm 區域所占比例最高，分別達49.5%、53.8%；果實膨大期根長密度及根表面積密度表現與花期有所不同，水平集中分布層在0～130 cm 區域，垂直集中分布層均在0～40 cm 區域，但根長密度的最大占比范圍沒有變化，說明此時期根系有向外、向表層生長的趨勢，因此水肥及田間管理要盡量少傷根，且需通過灌水引導根系向下生長以增強樹勢及抗逆性；果實采收期根長密度水平分布于0～80 cm 區域的累計占比達82.3%，垂直分布于0～50 cm 區域的累計占比達83.2%，根表面積密度分布與之有相同的規律，水平分布于0～10 cm 區域的占比最大，但垂直分布于10～30 cm 及40～50 cm 區域的占比較大，結合此時期水肥管理措施，秋施基肥時盡量深施至40 cm 以下，且需要適當加大灌水量。

3 小結與討論

本研究結果表明，矮砧密植蘋果園根系分布于水平方向0～160 cm、垂直方向0～80 cm，該區域為根系分布的重要區域，是田間水肥管理的核心區域。范偉國［12］的研究表明蘋果砧木實生苗在完全營養液中根構型以側根集中分布在主根區中上部為主，營養及灌水對根系分布有顯著的影響。李宏等［11］對新疆阿克蘇地區中齡期紅富士蘋果樹的根系分布進行研究，紅富士蘋果樹的根系在土壤中的水平和垂直方向均有較廣分布，水平方向根長密度和根表面積密度均表現出單峰形空間分布規律，根系水平分布的密集區在距樹干0～125 cm 區域；垂直方向根分布呈雙峰形分布規律，根長密度和根表面積密度集中分布在0～80 cm 區域。矮砧密植蘋果園根系在不同生育時期表現出不同的分布規律，其中開花期表現為集中分布于水平方向0～70 cm 區域，垂直方向0～40 cm 區域；果實膨大期則表現出水平分布范圍寬但垂直分布范圍淺的規律；果實成熟期水平方向集中分布層與開花期較為一致，但垂直方向分布則表現為根系向深層生長的趨勢。

根系形態構型指標也表現出不同的變化規律，其中根干重密度分布范圍小，根體積密度分布范圍廣，根長密度、根表面積密度分布適中，因此采用WinRHIZO 2009a 軟件進行根系測定分析時，根長密度和根表面積密度可以作為主要的測試和衡量指標，以80%作為衡量標準，不同的樹種根系分布之間存在差異。張勁松等［13］對蘋果-小麥復合系統果樹吸水根分布特征研究表明，蘋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M9T337 矮化自根砧富士蘋果根系研究發現，三年生蘋果樹根系主要分布于水平向距樹干65 cm 以內和垂直向60 cm 以內，五年生和七年生蘋果樹則超過水平向65 cm 和垂直向80 cm，這與本研究的矮砧蘋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根系的影響較大，蘋果園采用滴灌+冬春灌管理方式，果實膨大期滴灌灌水量小、蒸發量大會導致水分只能浸潤表層土壤，花期則經過整個冬天的休眠，根系因低溫等因素造成了部分死亡，采收期對根系的生長不存在或僅有較少的不利因素。矮砧密植蘋果園不同生育時期根系生長發育也表現出不同的特征，其中采收期根系生長最為旺盛，此時新梢停止生長，果實成熟，樹體生長耗水量不大，應適當控制灌水，提高果實品質。開花期次之，開花期樹體處于正常生長狀態，耗水強度明顯增大，萌芽前已進行春灌，能夠滿足蘋果樹生長需要，因此，花期可以適當控制灌水。果實膨大期根系生長最弱，但是此時正值高溫，土壤蒸發量大，是樹體需水量最大的時期，耗水量大，應根據土壤墑情適當增加灌水頻次和灌水量。