秋季断根和施肥对苹果幼树根系构型及生长的影响

周克友,陶 佳,刘璐璐,石 佩,范崇辉

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100)

秋季断根和施肥对苹果幼树根系构型及生长的影响

周克友1,陶 佳1,刘璐璐2,石 佩2,范崇辉1

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100)

【目的】 探讨秋季断根、施肥对苹果幼树根系构型和生长发育的影响，为苹果早丰优栽培提供理论依据。【方法】 于2012-10，以3年生盆栽‘富士’苹果(Malus×domesticaBorkh.)幼树为试材，以植株不进行任何处理为对照，设置断根、施用氮肥(以下简称施肥)和断根后施用氮肥(以下简称断根施肥)3个处理，研究不同处理对苹果根系长度、根系体积、根长密度、不同直径根系长度、光合作用及生长情况等的影响。【结果】 与对照相比，断根施肥处理后树体根系长度、根长密度及根尖数显著增加，根系表面积、根系体积显著减少；直径≤1.0 mm的根系长度显著增加，直径>1.0 mm的根系长度减少。同时，断根施肥处理后叶片净光合速率增加了13.3%，蒸腾速率下降了2.3%，水分利用效率提高了15.2%。另外，断根施肥处理还减少了长枝数、根冠比和平均叶面积，增加了短枝数。断根处理和施肥处理对苹果幼树根系构型、光合作用及生长也有一定影响，但对多数指标的影响均不如断根施肥处理显著。【结论】 断根施肥处理可以显著提高苹果植株的光合作用，增加细根的数量和长度，其对于抑制营养生长，促进生殖生长具有重要作用。

断根；施肥；苹果；光合作用；根系构型；生长

我国已经成为世界上最大的苹果栽培国[1]。在我国渭北黄土高原苹果栽培中，果农在10月中下旬采收苹果后秋施基肥，常在树体两侧开沟挖槽，切断部分根系，即对树体进行断根处理。据报道，断根能使植物的营养生长受到抑制，对苹果的成花具有积极作用[2-3]，于休眠期、盛花期、六月落果期和采收前对苹果树断根，均能减少茎的粗度和新稍长度，增加叶片N、P、K质量分数[4]。断根还可以增加苹果果实的品质，提高苹果果实可溶性固形物、可滴定酸、维生素C及果皮花青苷含量[5-6]。施肥能促进作物植株的营养生长，提高植株干物质量、产量、叶片氮及叶绿素含量[7]；改善苹果叶片质量，提高光合作用[8]。氮肥是影响红富士苹果产量最关键的因素[9]。但是，施氮肥过多易造成植株徒长[10]。以往的研究多将断根和施氮肥分开进行研究，忽视了两者的互作效应。为此，本研究从实际出发，分析断根和施肥2个因素对苹果树生长发育生理的影响，以期为苹果的合理施肥和优质高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

本试验在西北农林科技大学官村苹果示范园进行，该地区位于N34°18′、E108°02′，海拔 525 m，年均日照时数 2 150 h，年平均气温12～14 ℃，年平均降水量 621.6 mm[11]。试验材料为3年生‘富士’苹果(Malus×domesticaBorkh.)盆栽苗，基砧为新疆野苹果，中间砧为M9。盆为塑料盆，直径480 mm、深度360 mm。试验材料于2012-03-26栽植。栽植时，选取生长一致的苹果苗放入塑料盆中，用基质定植。基质为园土、珍珠岩、泥炭(三者体积比为1∶1∶1)混合均匀的混合物。

试验于2012-10-13进行，在处理前1 d采取土样，土壤有机质含量63.2 g/kg，全氮含量1.12 g/kg，碱解氮含量112.57 mg/kg，速效磷含量 12.73 mg/kg，速效钾含量116.2 mg/kg。处理时，首先选取生长一致的24株苹果苗，设4个处理，每处理重复6次，单株小区。具体处理为：Ⅰ.对照(CK)，整个植株不进行任何处理；Ⅱ.断根处理，参照James[4]的方法，在离主干周长2倍距离的两侧用锯条来回划动，深入塑料盆的底部，断掉所遇到的根系，然后用所取出的基质夯实；Ⅲ.施用氮肥处理(施肥处理)，氮肥的施用量参照生产上关中地区N施用量617 kg/hm2[12]，并采用预试验的筛选结果，每株施用15 g NH4NO3，其中10 g NH4NO3为当天施用，另外5 g NH4NO3于第2年树体开花后施用，施用时，将肥料溶于500 mL蒸馏水水，浇灌在树体的周围，然后盖上土；Ⅳ.断根后施用氮肥处理(断根施肥处理)，即断根处理后按照上述方法每株施用15 g NH4NO3。同时，为保持试验一致，对照和断根处理都浇灌500 mL的蒸馏水(于第2年树体开花后进行)。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 根系参数 于2013年11月下旬植株落叶前后，将植株从塑料盆中小心取出，用自来水缓慢洗净，然后将根系放置于根系扫描仪(EPSON,Canada)中扫描，获得的图像用Win RHIZO (2007)根系分析软件分析。根系长度、根系体积、根系表面积、根尖数及不同直径根系长度直接由软件获得。根长密度按照根系长度/实际土壤体积计算。

1.2.2 光合参数 于2013-07-03上午09:00-11:00，采用LI-6400(LI-COR，USA)测定叶片的光合参数。测定时，随机选取侧枝顶端以下第4～6片成熟叶进行，其中净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、细胞间隙CO2浓度(Ci)等参数直接从仪器测得，而瞬时水分利用效率(WUE)由Pn/Tr计算[13]。每处理的每棵树随机选取3片叶测定3次。

1.2.3 生长指标 2013-07-15，选取新梢顶端以下第4-6片成熟叶，直接用SPAD-502Plus便携式叶绿素仪测量叶绿素含量(SPAD值)。之后每个处理取10片成熟叶，用AM300便携式叶面积仪测定叶面积。2013年11月下旬待植株落叶后，用软尺测定侧枝总生长量，然后统计长枝、中枝、短枝数量。2013年11月下旬测定植株干质量，具体方法为：首先将植株连株取出，洗净后分成地上部及地下根系部分，105 ℃杀青15 min，然后于75 ℃烘干至质量恒定，之后求得植株总干质量及根冠比。

1.3 数据处理

数据均用SAS 8.0软件进行方差分析及Duncan’s多重比较，采用Excle软件绘图。

2 结果与分析

2.1 断根和施肥处理对苹果幼树根系构型的影响

根系是植株最为重要的器官，承担着吸收养分、水分的功能。而对根系的评价多采用根系长度、根系体积、根长密度等描述根系构型的指标。由表1可知，断根和施肥处理对苹果幼树根系构型有明显的影响。断根施肥处理植株的根系长度比对照提高了8.7%，且二者差异达到显著水平，说明断根施肥处理增加了植物根系的总长度。断根施肥处理植株的根系表面积比对照降低了20.3%，二者差异也达到显著水平，说明断根施肥处理对于植株根系表面积有显著的影响，这可能是由于断根造成了植株粗根长度的减少，导致根系表面积降低。根长密度是以单位土壤体积所具有的根长来确定的，是根系构型的重要指标[14]。断根、施肥和断根施肥处理都增加了植株的根长密度，其中断根处理的根长密度较对照高，但二者差异未达到显著水平。根系体积与根系表面积变化一致。断根处理植株的根系体积显著下降；施肥处理植株的根系体积增加；断根施肥处理的根系体积比对照低24.5%，二者差异达显著水平，说明施肥也不能弥补断根所引起的根系体积下降。断根施肥处理植株根尖数比对照高36.2%，二者差异达到显著水平，说明断根施肥处理能增加植物的根尖数。

表1 断根和施肥处理对苹果幼树根系构型的影响Table 1 Effect of root pruning and fertilization on root architecture of young Fuji trees

注：同列数据后标不同小写字母者表示差异显著(P<0.05)，下表同。

Note:Different lowercase letters stand for significant difference (P<0.05)，the same below.

断根和施肥处理对苹果幼树不同直径根系长度的影响见表2。

表2 断根和施肥处理对苹果幼树不同直径根系长度的影响Table 2 Effect of root pruning and fertilization on the lengths of different diameters of young Fuji trees cm

表2显示，断根施肥处理会影响不同直径的根系长度。在直径>0～≤1.0 mm根系中，断根施肥处理的根长比对照高7.9%，且二者差异显著，说明断根施肥处理对于增加细根的根长具有一定的作用。在直径>1.0～≤2.0 mm的根系中，断根施肥处理的根长比对照低10.7%，但二者差异未达到显著水平。在直径>2.0～≤4.0 mm的根系中，断根处理的根长显著低于对照，降幅达23.3%；施肥处理的根长较对照增加了9.6%，且二者差异不显著；断根施肥处理的根长比对照降低了14.8%，但二者差异未达到显著水平，说明断根处理降低了直径为>2.0～≤4.0 mm根系的长度，而施肥处理则有助于这部分根系长度的增加。在直径>4.0 mm的根系中，断根处理的根系长度显著降低，与对照相比，降幅达52.6%；施肥处理对直径>4.0 mm根系长度影响不大，较对照只增加了1%；断根施肥处理下直径>4 mm根系长度比对照减少了52.1%，且二者差异达显著水平。因此，断根和施肥都能增加细根(直径<1.0 mm)的长度。断根能使直径较大(直径>2.0 mm)的根系长度显著减少，施肥却能增加这部分根系的长度，但是与断根处理相比而言，施肥处理仅能起到缓解根系长度减少的作用。

2.2 断根和施肥对苹果幼树光合作用的影响

图1显示，断根和施肥处理对苹果幼苗叶片的光合作用有明显的影响。断根处理和施肥处理的净光合速率略有增加，但与对照的差异未达到显著水平；与对照相比，断根施肥处理的净光合速率显著提高了13.3%，说明断根、施肥处理会增加苹果幼树的净光合速率。断根处理的气孔导度比对照增加了36.3%，且二者差异达到显著水平，而施肥处理和断根施肥处理的气孔导度与对照的差异均不显著。各处理胞间CO2浓度的变化规律与气孔导度一致。蒸腾是植物体内水分以气体状态向外散失的过程，是植物水分代谢极其重要的环节，蒸腾作用的强弱是反映植物水分代谢的重要指标[15]。断根处理和断根施肥处理的蒸腾速率与对照差异未达到显著水平，施肥处理蒸腾速率显著低于对照。断根、施肥及断根施肥处理的水分利用效率均显著高于对照。

图1 断根和施肥处理后苹果树体光合参数的变化 Ⅰ.对照；Ⅱ.断根处理；Ⅲ.施肥处理；Ⅳ.断根施肥处理Fig.1 Change of photosynthesis after treatment in young Fuji trees Ⅰ.CK;Ⅱ.Root pruning;Ⅲ.Fertilization;Ⅳ.Root pruning and fertilization

2.3 断根和施肥处理对苹果幼树生长的影响

从表3可以看出，断根施肥处理的叶绿素含量比对照高6.9%，且二者差异显著。施肥后侧枝总生长量较对照大幅增加，增加比例达到34.0%，且二者差异达到显著水平，说明施肥对侧枝总生长量的影响很大；断根施肥处理侧枝总生长量与对照差异不显著，这是断根和施肥共同作用的结果。断根处理后植株的长枝和中枝数减少，短枝数增加；施肥处理长枝数增加，短枝和中枝数减少；断根施肥处理的长枝数减少，短枝数增多，说明断根可以促进短枝的增加，施肥能促进长枝的增加，断根施肥处理中断根的影响起主导作用。断根和施肥处理还会影响植株干质量，断根后植株的干质量降低了12.3%；施肥后植株干质量增加了16.0%，且与对照差异均达到显著水平；断根施肥处理植株干质量与对照差异不显著，说明施肥缓解了断根引起的植株干质量减少。植物的根冠比反映了地上部与地下部的关系。所有处理的根冠比较对照明显下降，其中断根处理与对照差异达显著水平。断根处理和断根施肥处理植株的平均叶面积较对照明显下降，但施肥处理植株平均叶面积较对照显著增加。

表3 断根和施肥处理对苹果幼树生长的影响Table 3 Effect of root pruning and fertilization on growth of young Fuji trees

3 讨 论

植物根系生长旺盛，对于植物利用水肥有利，但是过多的器官对植物可能也是一种浪费[16]，断根可以减少强壮根、促进须根的产生[17]，使植株的根系控制在合适的范围内。营养条件也会影响根系的形态及构型，在缺氮或缺铁的营养环境中，幼苗细根比例增大，根系直径变小[18]；施用氮肥则能使植株的根长增加。本研究结果表明，断根、施肥处理及二者共同作用均会对苹果根系构型产生影响，断根对于细根(直径<1.0 mm)长度影响很小，但增加了根系的根尖数，这可能是由于断根后对根系的发生产生了影响导致。断根处理显著减少了粗根(直径>2.0 mm)的根长，从而使植株根系表面积和体积显著减少。施肥处理则显著增加植物的根系长度，这与前人研究结果一致[17]。此外，施肥还增加了植株根长密度、表面积和体积。断根施肥处理既能使植株根系长度增加，又能减少粗根(直径>1.0 mm)的根长，从而控制根系的体积，这对于植株保持合理的根冠比，控制根系的冗余，促进植物对水肥的吸收是有利的。

断根会导致苹果根系长度和数量减少，打破树体根冠的营养平衡，植物断根以后，根系会重新生长，使得根系暂时成为生长的中心[19]。苹果断根以后，由于根系遭到破坏，植物利用水分、营养的能力减弱，会导致光合作用暂时减弱，但随后恢复，并且恢复后的光合强度要高于未断根处理[16，20]。植物施用氮肥后，植株叶绿素含量增加，光合能力提高，蒸腾速率下降[21]。同时，施用氮肥，也会造成植株的徒长，根冠比降低[22]。本试验发现，植物断根后净光合速率增加，蒸腾速率降低，水分利用效率提高；而施用氮肥也能提高净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度，降低蒸腾速率，这些与前人研究结果相一致[8]。本研究中，断根后进行施肥，植物的净光合速率、水分利用效率均显著增加，这是断根和施肥共同促进的结果。所以，生产上秋季断根后施用氮肥，对于植物来年的光合作用是有利的。

断根后徒长枝受到强烈抑制，萌发产生了更多的短枝，这对于促进富士苹果的成花十分必要[11]。但是也过分地抑制了植株的营养生长[20]。本研究中，施肥虽然显著提高了树体的平均叶面积，促进了植株的生长，但同时也会导致植株长枝数增多，短枝数减少，对于富士苹果成花不利。而断根和施用氮肥共同作用使植株既保持了应有的侧枝总生长量，又控制了枝条徒长，促进了短枝的形成。因此，生产上将断根和施肥相结合，对于控制苹果营养生长及促进生殖生长有重要意义。因此，这一措施在渭北黄土高原苹果产区具有广阔的应用前景。但是随着果园劳动力的紧缺和劳动成本的增加，这一方式又与时代发展需要的省力化栽培有很大矛盾。若借助于国外机械化断根[4]并结合注射施肥的方法，将对渭北黄土高原苹果的优质高效生产具有重要的意义。

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Effects of root pruning in autumn and fertilization on root architecture and growth of young Fuji apple trees in Weibei Loess Plateau

ZHOU Ke-you1,TAO Jia1,LIU Lu-lu2,SHI Pei2,FAN Chong-hui1

(CollegeofHorticulture,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 The influence of root pruning in autumn and fertilization on physiology and growth of apple trees was investigated to provide basis for good quality and efficient production of apple. 【Method】 In October 2012,3 years old potted Fuji apple (Malus×domesticaBorkh.) trees were used as the experiment materials.Plants without any treatment were set as control,while other plants were set to root pruning,nitrogen fertilization (hereinafter referred to as fertilization) and fertilization after root pruning (root pruning and fertilization),respectively.Then the effects on photosynthesis,root length,root volume,root length density,root length of different diameters,and growth were analyzed.【Result】 Root pruning and fertilization integrated treatment increased root length,root length density,and the number of root tips significantly,while decreased root surface area and root volume significantly.The root length with diameter of ≤1.0 mm increased significantly,while the root length with diameter of >1.0 mm decreased.Simultaneously,root pruning and fertilization integrated treatment increased net photosynthesis by 13.3%,decreased transpiration rate by 2.3%,and improved water use efficiency by 15.2%.Root pruning and fertilization treatment also reduced the number of long branches,the ratio of root to shoot and the average leaf area,while increased the number of spur.Separate root pruning and fertilization treatments also had an impact on root configuration,photosynthesis and growth of young apple tree,but the impact was not as significant as integrated root pruning and fertilization treatment.【Conclusion】 Root pruning and fertilization treatment could significantly improve the photosynthesis of plants,decrease the root system redundancy,and increase the number and length of fine roots.Root pruning and fertilization treatment also played an important role in inhibiting vegetative growth and promoting reproductive growth.

root pruning;fertilization;apple trees;photosynthesis;root architecture;growth

2014-02-21

国家苹果产业技术体系项目(CARS-28)

周克友(1988-),男,重庆奉节人,在读硕士,主要从事果树生理研究。E-mail：keyou070301@126.com

时间:2015-06-30 13:47

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.08.010

范崇辉(1956-)，男，陕西礼泉人 ，教授 ，主要从事果树生理生态研究。

S661.1

A

1671-9387(2015)08-0147-06

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150630.1347.010.html