阿克苏红富士苹果盛果期根系空间分布规律

李 宏 ，董 华，郭光华 ，杨 婵

（1.新疆林业科学院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆农业大学，新疆 乌鲁木齐 830052；3.新疆师范大学，新疆 乌鲁木齐 830054）

根系是植物吸收养分和水分的重要器官，对树木的生长具有决定性作用[1]；植物对土壤水分和养分的竞争能力在很大程度上取决于植物根系所占据的土壤空间、根系的形态和生理塑性、植物根系在土壤中的时空分布格局等[2-3]。苹果树为乔木, 根系深广[4]。其根系在垂直方向和水平方向的分布都不均匀, 且输导根相对比较粗大,因此一般应采用挖剖面取样法[5-9]。目前，关于苹果根系的研究报道较多，研究内容主要涉及成龄苹果树形改造[10]、果农复合系统[11]、旱作果园深沟施肥[12]及苹果—小麦复合系统中作物根系分布的影响[13]等方面，但尚无对于新疆特色林果中盛果期红富士苹果根系时空分布的研究报道。张劲松对果农复合系统中苹果吸水根的分布进行了研究，结果发现，在垂直方向上，苹果吸水根根量主要集中分布在0～80 cm 的土层内, 约占总量的94.33%[2]。姚立民对建立苹果树根系吸水模型所需要的植株蒸腾量、棵间蒸发量、根系密度、土壤含水量等指标的测定方法进行过探讨[7]。余立华对栗—茶间作模式下茶树根系的基本特性进行了研究，结果发现，栗—茶间作具有较好的生态学基础，是一种可持续发展的茶园经营模式[14]。马华明采用全根法对杜仲根系进行了调查，揭示了杜仲的生长特点[15]。鉴于此，文中以阿克苏地区盛果期红富士苹果（基径18 cm）的根系为研究对象，选用根长密度和根表面积为测量指标，探讨了在漫灌方式下其吸收根（根径＜2 mm）和输导根（根径≥2 mm）的分布特征。通过定量研究苹果树根系的空间全剖面分布特征，揭示出漫灌条件下其根系在土壤空间的分布规律，确定施肥、浇水的最佳位置，以期为干旱气候条件下苹果的水肥管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地所在的佳木试验站位于新疆阿克苏地区温宿县境内，距阿克苏30 km。其地理位置为北纬 80°32′ ，东经 41°15′，海拔 1 103 m。基地呈长方形，地势北高南低、西高东低，南北长1 600 m，东西长650 m，面积为76.7 hm2。研究区属大陆性干旱荒漠气候，昼夜温差大，春季较短，多大风低温天气，时常有倒春寒现象发生，夏季炎热而干燥，各年的降雨量有一定变化。温宿县平原区的年均降雨量63.4 mm，年蒸发量956.3 mm，年均气温10.1 ℃，极端低温－27.4 ℃，年均日照时数2 747.7 h，≥10 ℃的积温2 916～3 198 ℃，无霜期185 d。垂直土壤的质地情况是，距表土50 cm以内为沙壤土，50 cm以下为沙壤土、粘土和沙层。

1.2 研究方法

1.2.1 样地灌溉和施肥情况

2011年7～8月，在佳木试验站内选择生长良好、无病虫害的苹果果园作为研究的试验样地。果树生长处在盛果期，树形为疏散分层型，株行距均为6 m×8 m，东西行向栽植，同一样地中苹果树的树龄相同，树高和冠幅一致。灌溉方式为漫灌，灌溉量为7次/a、200 m3/次，年灌溉定额为1 400 m3。施肥情况是基肥＋追肥，基肥施油渣，0.5～1.0 kg/株；追肥施二胺和尿素（按1：1的比例混合均匀）0.5 kg/株，采用坑施法施肥。每年中耕3次，深度为10～15 cm。

1.2.2 数据采集与处理

在样地内，选取基径为（18.0±0.3） cm的样株，共测4株，树龄均为7 a，平均树高为4 m，平均冠幅为5.6 m（南北）×5.4 m（东西）。采用挖掘剖面法[4-6]采集根系土样，并进行优化分层取样。具体方法是：从样株树干的基部开始，正对树干，由东向西挖一条长5.0 m、深1.7 m的剖面，采用自制的取样器（长25 cm、宽20 cm、高10 cm）取带根土样。在垂直方向上，分别在各采样点0～170 cm深的土层，每10 cm为一层进行取样，即垂直深度挖至170 cm；在水平方向上，以树干为中心，每隔25 cm取样，即水平宽度挖至500 cm。将所取带根土样装入塑料袋封存，编号后带回实验室备用。

将带根土样倒入0.1 mm筛进行浸泡、冲洗，然后用加拿大Regent Instruments公司生产的WinRHIZO Pro2010a根系分析系统扫描、分析。分析过程中需输入测定的根系径级分类标准，按吸收根（根径＜2 mm）和输导根（根径≥2 mm）2个标准分级。根据分析结果可以得出各径级根长和根系表面积等指标值，再按下列计算公式可以求出根长密度和根表面积密度等项指标值。

根长密度（mm·cm-3）＝根长/容器体积（5 000 cm3）；

根表面积密度（mm2·cm-3，以下简称根表面积）＝根表面积/容器体积（5 000 cm3）；

相对比例＝各区段内根长密度或根表面积/总根长密度或总根表面积×100%；

累计比例＝各区段范围前面的所有累积根长密度或累积根表面积/总根长密度或总根表面积×100%。

采用Excel 2003和Surfer 8.0等软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 根系的水平分布特征

对距苹果树干不同距离处的根长密度和根系表面积进行平均计算求得其均值，得出的根长密度和根表面积水平分布图分别如图1与图2所示。在水平方向上，苹果吸收根与输导根根量主要集中分布在0～300 cm的范围内，吸收根根长密度和根表面积累比例都大于80%。吸收根根长密度和根表面积均表现出“双峰型”的分布规律，吸收根根长密度最大值分别出现在0～25、100～125和125～150 cm处，相对比例都为9.8%，而根表面积最大值出现在0～25 cm处。输导根根长密度和根表面积都表现出“双峰型”的分布规律，即0～50和100～150 cm输导根根长密度和根表面积（0～500 cm）表现出随土层深度增加先增多后减少的分布趋势，输导根的根长密度与根表面积最大值都出现在0～25 cm处。

图1 根长密度的水平分布图Fig.1 Horizontal distribution of root length density

图2 根表面积的水平分布图Fig.2 Horizontal distribution of root surface area

苹果根系水平分布的相对百分比和累积百分比如表1所示。在吸收根方面，根长密度在水平距离0～300 cm达到了80.1%，根表面积在水平距离0～300 cm达到了82.4%，而输导根的根长密度在水平距离0～225 cm达到了80.1%，根表面积在水平距离0～175 cm达到了82.5%，表明输导根的分布范围较吸收根小约100 cm。说明在水平距离0～300 cm范围内是根系分布的重要区域。

表1 根系的水平分布百分比Table 1 Ratios of horizontal distribution of root system %

2.2 根系的垂直分布特征

对不同水平距离处垂直方向上相应土层苹果根长密度和根表面积进行平均计算求其均值，可得出如图3、图4所示的根长密度和根表面积垂直分布图。在垂直方向上，苹果吸收根与输导根根量主要集中在0～120 cm土层内，根长密度和根表面积累计比例都大于80%，0～50 cm土层内的根量最大，50～140 cm土层范围内的根量相差不多，分布相对比较均匀，140 cm以下的土层范围内的根量明显呈逐渐降低趋势。综合表现为：吸收根与输导根根长密度和根表面积（0～170 cm）表现出随土层深度增加先增多后减少的分布趋势，吸收根和输导根都表现出“单峰型”的分布规律，吸收根根长密度和根表面积最大值出现在30～40 cm处，输导根的根长密度与根表面积最大值都出现在40～50 cm处。

图3 根长密度的垂直分布图Fig.3 Vertical distribution of root length density

图4 根表面积的垂直分布图Fig.4 Vertical distribution of root surface area

苹果根系垂直分布的相对百分比和累积百分比如表2所示。吸收根的根长密度和根表面积在深度为0～110 cm的土层中方分别达到了83.7%和82%，而输导根的根长密度和根表面积在0～120 cm的土层中分别达到了91.8%和 81.9%，说明在土层深度为0～120 cm的范围内是根系分布的重要区域。

表2 根系的垂直分布百分比Table 2 Ratios of vertical distribution of root system %

2.3 根系在土壤中的空间分布

2.3.1 根长密度在土壤中的空间分布

用Surfer8.0软件对苹果吸收根和输导根的根长密度在土壤中的空间分布情况进行分析，可得出如图5与图6所示的苹果吸收根和输导根的根长密度在土壤中的空间分布情况。从图5中可以看出，吸收根在整个区间（水平距离0～500 cm；垂直距离0～170 cm土层）内均有分布，根系最密集的区域在土层深度0～50 cm、水平距离100～150 cm的土层范围内，这主要是因为试验地土壤质地条件在50 cm以上为沙壤土，有利于细根的生长发育。而输导根则不同，输导根根系最密集的分布区域在土层深度110～150 cm、水平距离200～250 cm的土层范围内，最密集根长密度为0.24 cm·cm-3。小于此区域的吸收根根长密度0.64 cm·cm-3，因吸收根根长密度数据值明显都大于输导根根长密度，两个图的标尺不同，会有一些差异。可以看出，苹果根系的分布是扇形分布，越靠近苹果主干，根系越多。随着水平距离和土层深度的增加，吸收根根量大于输导根根量。

图5 根长密度（吸收根）在土壤空间XZ平面上的投影Fig.5 Projection of absorbing root length density in soil space XZ plane

图6 根长密度（输导根）在土壤空间XZ平面上的投影Fig.6 Projection of conducting root length density in soil space XZ plane

2.3.2 根表面积在土壤中的空间分布

用Surfer8.0软件对苹果吸收根和输导根的根表面积在土壤中的空间分布情况进行分析，可得出如图7与图8所示的苹果吸收根和输导根的根表面积在土壤中的空间分布情况。吸收根的根系表面积分布情况大体与其根长密度相同，而输导根的根系表面积分布范围相对其根长密度要窄一些，这主要是由于两种测度指标的计算方法不同造成的。WinRHIZO Pro2010a根系分析系统在计算根表面积时，由于吸收根(根径＜2 mm)比较细，变化区间窄，在计算根表面积时的误差较小，而在计算输导根(根径≥2 mm)时的误差就显得较大，最终导致了输导根的根表面积与根长密度不一致现象的产生。但根系的总体分布特点是扇形分布，越靠近苹果主干，根系越多。随着水平距离和土层深度的增加，吸收根根量大于输导根根量。

图7 根表面积（吸收根）在土壤空间XZ平面上的投影Fig.7 Projection of absorbing root surface area in soil space XZ plane

图8 根表面积（输导根）在土壤空间XZ平面上的投影Fig.8 Projection of conducting root surface area in soil space XZ plane

3 结论与讨论

在水平方向上，苹果吸收根与输导根根量主要集中分布在0～300 cm的土层内，吸收根和输导根根长密度在水平距离0～300 cm和0～225 cm处均达到了80%以上，说明在水平距离0～300 cm范围内是根系分布的重要区域。在垂直方向上，吸收根和输导根根长密度和根表面积在土层深度为0～110 和0～120 cm的区域均达到了80%以上，说明在土层深度为0～120 cm的范围内是根系分布的重要区域。总之，在水平方向上距离树干0～300 cm范围内、深度为0～120 cm的土层是苹果田间水肥管理的重要区域，这一研究结果可为改进田间水分与养分管理措施提供理论依据。

盛果期苹果的根系分布为扇形分布，越靠近苹果主干，根系越多。随着水平距离和土层深度的增加，吸收根根量大于输导根根量。在垂直方向上，吸收根和输导根的根表面积和根长密度的分布特征基本一致，在图3与图4中0～120 cm的土层内，吸收根和输导根都表现出“单峰型”的分布规律，峰值位于40 cm范围内，主要原因在垂直剖面0～50 cm处为沙壤土，50 cm以下为沙壤土、粘土和沙层。 图3根长密度垂直分布与图4根表面积垂直分布数据60、70、80 cm处均低于50与90 cm的垂直分布，原因是60～80 cm范围内出现了部分沙层和粘土，而50与90 cm的垂直分布的沙壤土较多。因此，土壤质地条件是影响根系分布的一个重要因素。在水平方向上，苹果吸收根与输导根根长密度和根表面积表现出“双峰型”的分布规律，其峰值分布位于0～25 cm和125～150 cm处，主要原因是水平距离50～100 cm范围内进行了挖沟施肥，死根较多，则根量较少，低于25～50 cm与100～125 cm处水平分布的根量。另外，水平方向上吸收根和输导根的根表面积与根长密度不同，这主要是由WinRHIZO Pro2010a根系分析系统在计算表面积时的误差所造成的。

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