幼龄期矮砧苹果根系分布及生长发育规律

吉光鹏，周晓通，张栋海，吴玉蓉，牛蛉磊

（新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所，新疆 图木舒克 843900）

根系是植物的“根本”，也是植物吸收水分和养分的重要器官［1］，果园土肥水管理措施都要通过影响根系才能发挥作用［2］，果树获取土壤中的物质和能量均是通过根系得以实现［3］，根长、根表面积、根直径、根体积等根系形态构型指标很大程度上决定着根系吸收水分和养分的能力［4］。矮砧苹果因果品质量高、节约成本等优点，栽培面积逐渐增加至苹果总面积的12%［5］，利用矮化砧或矮化中间砧控制苹果树根系生长是实现苹果矮化栽培的主要途径之一［6］，因此，研究矮砧苹果根系生长及发育规律对指导果园水肥管理具有至关重要的作用。当前，关于果树根系分布规律的研究较多。李宏等［1］对盛果期苹果空间分布规律研究发现，根系区水平分布集中在距离树干0～300 cm 的区域，垂直分布集中在距离地表10～120 cm 土层区域内；李壮等［7］则认为水平方向华红苹果树根系干重集中分布在距离树干0～150 cm 的区域，垂直方向集中分布在距地表0～40 cm 的区域，土层根系干重占总干重的73.92%。宋锋惠等［8］对黑核桃根干重分布进行了探讨，认为水平分布距离树干0～80 cm、垂直分布距离地表0～70 cm是根系集中分布区。张建英等［9］对6 年生绿岭核桃根系研究表明，距离树干0.5～2.5 m、距离地表40～60 cm 的区域是核桃根系分布密集区。袁继存等［10］对6 种矮化中间砧的长富2 号幼树根系形态研究表明，嫁接矮化中间砧GM256 的苹果根系形态指标表现最佳。上述研究重点对盛果期乔砧苹果、核桃等树种的根系空间分布及不同砧木根系形态指标等方面进行了阐述，但关于矮砧苹果根系时空分布的报道较为鲜见。本研究针对矮砧苹果根系生长发育特性，在果树根系生长高峰的花期、膨大期及采收期3个关键时期，调查矮砧密植苹果根系分布的深度、广度和集中分布区，分析苹果根系形态构型指标的垂直、水平分布特征，探明矮砧密植苹果的根系集中分布区及生长发育规律，以期为矮砧密植苹果灌溉湿润区及通过水肥措施调控根系的生长提供科学依据。

表1 矮砧苹果园根系水平、垂直分布的累计占比

表1 试验地土壤物理性质

1 材料与方法

1.1 材料

以3 年生福布拉斯苹果树为研究对象，树形为细长纺锤形，树高2.5～2.7 m，冠幅1.3～1.5 m，砧木为M9T337，株行距3.5 m×1.0 m。苹果园土壤为沙壤土，pH 8.15，有机质9.29 g/kg，水溶性总盐1.78 g/kg，碱解氮94.85 mg/kg，有效磷46.50 mg/kg，速效钾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。春灌前测定土壤物理性质，具体见表1。

1.2 根系采样方法

根据苹果生长发育特性，分别于3 月中下旬、6月中旬、9 月中旬通过剖面挖掘法和网格取样法调查分析根系分布特征及生长发育规律。具体方法：根据苹果园株行距配置，以采集1/4 株果树全部根系为目标，将垂直行向1.6 m 和沿行向0.5 m 范围作为取样区，自树干朝垂直行向挖掘长1.8 m、深1.0 m的剖面作为观测沟，然后将剖面分成10 cm×10 cm大小的正方形网格，自剖面向里取至50 cm，从上到下按照网格分层挖掘根系，取样土块大小为10 cm×10 cm×50 cm（长×宽×深），体积为5 000 cm3，共采集长方土体128 个，将立方土体装袋带至水源处，浸泡、冲洗、分装、编号带回实验室待分析。

1.3 测定分析

将已分装并编号的根系样品分别用加拿大Regent Instruments 公司的WinRHIZO 2009a、b、c 根系分析系统进行扫描分析，获得各取样立方土体范围内的根长、根表面积、根体积、根干重等数据，并根据以下公式计算根长密度（cm/cm3）、根表面积密度（cm2/cm3）、根体积密度（cm3/cm3）、根干重密度（mg/cm3）4 种指标值。

1.4 数据处理

试验数据用Excel 2007 软件、Origin 2021 软件进行统计分析及作图。

2 结果与分析

2.1 矮砧苹果树根系等高线空间分布特征

根系形态构型指标在土壤的空间分布特征如图1 所示。根体积密度分布范围最广，在整体区间（水平距离0～160 cm、垂直距离0～80 cm）内均有分布；其次根表面积密度，分布在土壤空间水平距离0～150 cm、垂直距离0～80 cm 区域内；根长密度分布在土壤水平距离0～140 cm、垂直距离0～70 cm 区域内；根干重密度在整体区间内分布最窄，仅分布在水平距离0～100 cm、垂直距离0～50 cm 区域内。

图1 矮砧苹果树根系等高线空间分布特征

根系最密集的分布区域主要集中在水平距离0～30 cm、垂直距离0～40 cm 区域内，其主要原因是该区域内土壤保水保肥性质较好，利于根系的生长发育。根长密度与根表面积密度分布特征基本保持一致，而根体积密度与其他3 种根系形态构型指标有所不同，在全剖面都有分布，且水平距离150～160 cm 区域有部分集中分布，可能是由于该试验园前茬也是种植乔砧苹果树，果树挖除后仍有树根残留，且细根已腐化，而粗根尚有残留、不易识别，因此取样时有所误差导致。

2.2 矮砧苹果树根系的水平分布特征

矮化砧木果树根系水平分布及生长发育特征如图2 所示。在3 种不同生育时期，采收期果树根干重密度、根长密度及根表面积密度发育最为旺盛。采收期根系在水平距离0～160 cm 区域内呈单峰递减趋势，根系形态构型指标均在水平距离0～10 cm 区域达到峰值，最大根干重密度为0.000 60 mg/cm3，最大根长密度为0.091 cm/cm3，最大根表面积密度为0.032 8 cm2/cm3，最大根体积密度为0.001 0 cm3/cm3。

图2 矮砧苹果树根系在3 种关键生育期水平方向的分布特征

花期和膨大期具有不同的变化特征。其中花期根长密度、根干重密度及根表面积密度在水平方向整体呈单峰递减趋势，且均在0～10 cm 区域内达到峰值，根长密度为0.054 cm/cm3，根干重密度为0.000 36 mg/cm3，根表面积密度为0.0117 cm2/cm3，与花期相比，采收期最大根干重密度在0～10 cm 区域内增加了66.67%，根长密度增加了68.52%，根表面积密度增加了180.3%；膨大期根干重密度在0～160 cm区域内呈单峰递减趋势，在0～10 cm 区域达到峰值0.000 56 mg/cm3，而根长密度、根表面积密度及根体积密度在0～160 cm 区域内呈三峰曲线模式，分别在0～20 cm、60～70 cm及120～130 cm区域内出现峰值，且最大峰值均在0～20 cm 区域内出现，最大根长密度为0.035 cm/cm3，最大根表面积密度为0.006 8 cm2/cm3，最大根体积密度为0.034 5 cm3/cm3。与膨大期相比，采收期最大根长密度增加了160.0%，最大根干重密度增加了7.14%，最大根表面积密度增加了382.4%。

2.3 矮砧苹果树根系的垂直分布特征

矮砧苹果树根系垂直分布及生长特征如图3 所示。开花期在距地表20～30 cm 区域内根系生长发育最旺盛，随着深度的增加根系发育逐步降低，表现为单峰曲线模式。而膨大期及采收期在垂直发育特征中呈双峰曲线模式。第一次峰值在10～20 cm 或20～30 cm 区域内出现，第二次峰值在40～50 cm 或60～70 cm 区域内出现。

图3 矮砧苹果树根系3 种关键生育期垂直方向分布特征

开花期根长密度和根体积密度在3 个生育时期发育最佳，其根长密度最大峰值为0.075 cm/cm3，占总根长密度的49.51%；根体积密度最大峰值为0.074 8 cm3/cm3，占总根体积密度的49.51%。膨大期的根干重密度发育最佳，其最大根干重密度峰值为0.000 35 mg/cm3，占垂直分布总量的39.06%。采收期根表面积密度发育最佳，其最大根表面积密度为0.015 0 cm2/cm3，占采收期总根系表面积密度的25.41%，相较于开花期的最大根表面积密度（0.004 5 cm2/cm3）增加了233.3%，相比于膨大期最大根系表面积密度（0.005 5 cm2/cm3）增加了172.7%。

2.4 矮砧苹果园根系构型指标的累计占比

根长密度和根表面积密度是衡量根系空间分布特征的主要构型参数［11］，因此，计算根长密度、根表面积密度的累计占比，以根系构型参数达80%的土层作为根系集中分布层。由表1 可知，矮砧苹果花期根长密度及根表面积密度水平集中分布层均在0～70 cm 区域，分别达到总根系的82.7%和83.7%，其中0～10 cm 区域所占比例最高，分别达17.8%、22.2%，垂直集中分布层均在0～40 cm 区域，分别达到总根系的83.1%和82.7%，其中20～30 cm 区域所占比例最高，分别达49.5%、53.8%；果实膨大期根长密度及根表面积密度表现与花期有所不同，水平集中分布层在0～130 cm 区域，垂直集中分布层均在0～40 cm 区域，但根长密度的最大占比范围没有变化，说明此时期根系有向外、向表层生长的趋势，因此水肥及田间管理要尽量少伤根，且需通过灌水引导根系向下生长以增强树势及抗逆性；果实采收期根长密度水平分布于0～80 cm 区域的累计占比达82.3%，垂直分布于0～50 cm 区域的累计占比达83.2%，根表面积密度分布与之有相同的规律，水平分布于0～10 cm 区域的占比最大，但垂直分布于10～30 cm 及40～50 cm 区域的占比较大，结合此时期水肥管理措施，秋施基肥时尽量深施至40 cm 以下，且需要适当加大灌水量。

3 小结与讨论

本研究结果表明，矮砧密植苹果园根系分布于水平方向0～160 cm、垂直方向0～80 cm，该区域为根系分布的重要区域，是田间水肥管理的核心区域。范伟国［12］的研究表明苹果砧木实生苗在完全营养液中根构型以侧根集中分布在主根区中上部为主，营养及灌水对根系分布有显著的影响。李宏等［11］对新疆阿克苏地区中龄期红富士苹果树的根系分布进行研究，红富士苹果树的根系在土壤中的水平和垂直方向均有较广分布，水平方向根长密度和根表面积密度均表现出单峰形空间分布规律，根系水平分布的密集区在距树干0～125 cm 区域；垂直方向根分布呈双峰形分布规律，根长密度和根表面积密度集中分布在0～80 cm 区域。矮砧密植苹果园根系在不同生育时期表现出不同的分布规律，其中开花期表现为集中分布于水平方向0～70 cm 区域，垂直方向0～40 cm 区域；果实膨大期则表现出水平分布范围宽但垂直分布范围浅的规律；果实成熟期水平方向集中分布层与开花期较为一致，但垂直方向分布则表现为根系向深层生长的趋势。

根系形态构型指标也表现出不同的变化规律，其中根干重密度分布范围小，根体积密度分布范围广，根长密度、根表面积密度分布适中，因此采用WinRHIZO 2009a 软件进行根系测定分析时，根长密度和根表面积密度可以作为主要的测试和衡量指标，以80%作为衡量标准，不同的树种根系分布之间存在差异。张劲松等［13］对苹果-小麦复合系统果树吸水根分布特征研究表明，苹果吸水根根量主要分布在垂直方向0～80 cm，占总量的94.33%。樊雨［14］对M9T337 矮化自根砧富士苹果根系研究发现，三年生苹果树根系主要分布于水平向距树干65 cm 以内和垂直向60 cm 以内，五年生和七年生苹果树则超过水平向65 cm 和垂直向80 cm，这与本研究的矮砧苹果根系分布特征有所不同。

不同生育期施肥、灌溉方式及灌溉量对根系的影响较大，苹果园采用滴灌+冬春灌管理方式，果实膨大期滴灌灌水量小、蒸发量大会导致水分只能浸润表层土壤，花期则经过整个冬天的休眠，根系因低温等因素造成了部分死亡，采收期对根系的生长不存在或仅有较少的不利因素。矮砧密植苹果园不同生育时期根系生长发育也表现出不同的特征，其中采收期根系生长最为旺盛，此时新梢停止生长，果实成熟，树体生长耗水量不大，应适当控制灌水，提高果实品质。开花期次之，开花期树体处于正常生长状态，耗水强度明显增大，萌芽前已进行春灌，能够满足苹果树生长需要，因此，花期可以适当控制灌水。果实膨大期根系生长最弱，但是此时正值高温，土壤蒸发量大，是树体需水量最大的时期，耗水量大，应根据土壤墒情适当增加灌水频次和灌水量。