分区施用有机肥对苹果树体生长和叶片生理特性的影响

李翠红，张　强，冯毓琴，陈大鹏，张永茂，魏钦平

(1.甘肃省农科院农产品贮藏加工研究所， 甘肃 兰州 730070；2.北京市农林科学院林业果树研究所， 北京 100093)



分区施用有机肥对苹果树体生长和叶片生理特性的影响

李翠红1，张强2，冯毓琴1，陈大鹏1，张永茂1，魏钦平2

(1.甘肃省农科院农产品贮藏加工研究所， 甘肃 兰州 730070；2.北京市农林科学院林业果树研究所， 北京 100093)

摘要：以三年生‘红将军’(Malusdomesticacv.)为试材，砧木为平邑甜茶(MalushupenensisRehd.)，采用分根盆栽法研究1/2根区定量灌水条件下，1/4、2/4和3/4根区分区施用有机肥对树体新梢生长动态、根系生长动态、叶绿素、叶片光合、蒸腾、气孔导度等指标的影响，以期确定苹果树有机肥最佳施用量和施用区域，为改善果园有机肥施用方法和施用量提供理论依据和技术支撑。结果表明：1/4根区施用30%有机肥处理新梢生长量最大，为14.2 cm；2/4根区施用20%有机肥处理的根系生长量最大，在整个生长季根系生长量为230.0 mm，叶绿素含量也显著高于其它处理；1/4施用30%、2/4施用20%或3/4施用10%有机肥处理的净光合速率和气孔导度的日变化和季节变化都显著高于其它处理，而蒸腾速率与其它处理差异不显著。1/4施用30%、2/4施用20%或3/4施用10%有机肥处理不仅能够保证树体正常生长发育，还可以节约有机肥用量、提高土壤的保肥保水效果。

关键词：苹果；分区施肥；有机肥；树体生长；叶片生理特性

苹果是我国的主要果树之一，2014年我国苹果种植面积231.2万hm2，比全国《苹果优势区域布局规划》(2008—2015年)发展目标高出了近33.3万hm2[1]。而我国占总种植面积65%的果园分布在土壤瘠薄的丘陵山区和河滩薄地，这些果园普遍存在土壤有机质含量低、保水力差等问题，严重影响了果树产量和品质的提高。加之种植区域相对集中，果园土壤有机肥源短缺，施肥主要以化学肥料为主等原因，导致果园土壤普遍存在有机质含量低、土壤结构不良、保肥保水力差等土壤质量退化等问题[2-3]。姜远茂等[4]研究得出：山东省果园土壤有机质平均含量仅为0.6%，陕西省苹果园平均含量为1.147%[5-6]，与国外发达国家苹果园土壤2%～3%的有机质含量相比存在较大的差距[7-9]。解决我国果园土壤肥力低、有机质含量少、保水力差、果树水肥需求与供应矛盾问题等是当前果树生产研究的热点和难点问题。我国科研工作者业已做了大量工作，韩晓增等[10]在东北黑土区长期定位试验表明，施用有机肥能提高土壤肥力，表现为增加了土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量；王宏伟、黄爱星等[11-13]对不同种类的研究结果均表明，有机肥的施用都能提高果树的叶重、株高、径围，提高果树的光合作用和蒸腾作用并提高树体对养分的吸收；冯启云等[14]研究认为，配施土杂肥、饼肥和埋草措施可明显提高苹果单位面积的短枝量，增加叶面积系数,有利于树体的生长；大量的科学试验也已证明,有机肥的施用可大幅度提高苹果、梨、大枣、葡萄等果树的产量，同时增加果实中可溶性糖、Vc含量等指标使果实品质得到改善[15-17]。这些研究为果树生产上应用有机肥改良土壤提供了重要的理论依据,但对于有机肥的根系分区适量施用目前缺乏必要的研究。本研究通过连续4 a的根系分区盆栽试验，研究苹果分区施用不同比例有机肥条件下，树体生长、生理特性及其内在联系，探讨调控苹果正常生长的有机肥最佳施用量和施用根域，提出苹果园肥水高效利用技术方案，为生产应用提供理论支撑和技术支持。

1材料与方法

1.1试验材料与内容

以3 a生苹果树为试验材料，将其根系均匀分成4等份，用有机玻璃平均分割4个不渗水的独立小箱，将4等份根系分别载入小箱内，根系施肥区域设置3个水平，分别为1/4、2/4和3/4根区施肥，每一个根区设置有机肥施用比例分别为10%、20%和30%的3个处理(施用有机肥后土壤理化性质和影响水平如表1)。在苹果第一次叶幕形成后，当土壤相对含水量低于60%时灌水，其中1/4处理浇灌施肥根区和其对角区域，2/4处理和3/4处理均浇灌2个对角施肥根区，每个根区每次灌水1 000 mL，每周灌水1次，全年灌水24次，每个处理年灌水量为24 L。肥水处理示意图如图1。

1.2试验设计

1.2.1试验材料供试苹果品种为3 a生‘红将军’(Malusdomesticacv.)，砧木为平邑甜茶(MalushupenensisRehd.)。

1.2.2试验方法将长、宽、高均为40 cm的有机玻璃箱均匀隔成20 cm×20 cm×40 cm的四个小箱，视为苹果幼树的4个根区，分别装入腐熟有机肥占土壤的体积比例为10%、20%和 30%的混合土，然后将大小相对一致的两年生苹果苗根系主根剪除，将侧根四等分分别栽入4个小箱内，并按1 m×1.5 m的株行距将有机玻璃箱埋入土中，每个处理重复10株；全年不施用任何肥料，灌水和其它管理按常规进行。次年春季把有机玻璃箱从土壤中挖出，每个处理选择树体大小、长势、主干高度和粗度、新梢数量等基本一致的6株苹果树为试验材料，单株小区，6次重复。有机玻璃箱外围用10 cm厚泡沫板包紧，防止外界光照、温度等对根系生长的影响，置于避雨棚内，下雨时拉上防雨膜；在苹果第一次叶幕形成后，当土壤相对含水量低于60%时灌水，各个处理均灌2个对角根区(1/4处理灌施肥根区与对角的未施肥根区，2/4和3/4处理均灌对角的施肥根区)，每个小箱每次灌水1 000 mL，其它按正常管理，试验工具和方法如图2。

图2盆栽试验

Fig.2Pot experiment

1.2.3测定指标及方法

(1) 新梢测定：5月中旬到10月下旬，在每株树上选择5个新梢，每10天用卷尺测量新梢长度。

(2) 根系测定：分别于5、6、7、8、9、10月下旬用Canon Power-shot G2相机根系拍照(F/2，1/13s)，Photoshop8.0描根，Sigma-Scan pro 5.0软件计算根系长度。

(3) 叶绿素含量测定：5月中旬到10月下旬，在每株树上选择新梢第5～9片叶，用叶绿素含量测定仪(SPAD)测定叶绿素含量。

(4) 光合、蒸腾、气孔导度测定：从5月中旬开始，一直到10月，每月测定一次。测定时选择晴朗天气，用CI-340型光合仪测定新梢7～9片叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(C)、蒸腾速率(E)等参数，光合日变化每次测定时间为7∶00、9∶00、11∶00、13∶00、15∶00、17∶00，光合季节变化每次测定时间为上午11∶00，每月测定一次。光合测定时光照强度和CO2浓度均为当时的日照强度和CO2浓度。

2结果与分析

2.1分区施用有机肥对苹果树体生长发育的影响

2.1.1新梢生长动态分区施用有机肥对苹果新梢生长的影响如图2所示。1/4根区处理时(图3A)，10%有机肥处理春梢在6月23日停长，20%、30%处理则在7月1日左右开始停长；同时，30%有机肥处理春梢生长量最大，20%处理次之，10%处理则显著低于20%和30%处理。 进入秋梢生长期后，10%有机肥处理秋梢基本停长，而20%、30%有机肥处理秋梢有一定生长。2/4根区处理时(图3B)，在整个生长季，20%有机肥处理新梢生长量最大，且在7月15号以后秋梢迅速生长，显著大于其它处理；其次是10%有机肥处理，30%有机肥处理新梢生长则较为平缓。3/4根区处理时(图3C)，20%有机肥处理春梢生长较为迅速，相对而言，10%、30%有机肥处理新梢生长则比较缓慢，生长量也较小。7月1日前后三个处理的春梢均停止生长，且20%有机肥处理春梢生长量显著高于10%和30%有机肥处理，10%、30%有机肥处理间则没有差异；30%有机肥处理秋梢基本停长，10%、20%处理均有秋梢生长，以20%处理生长量最大。总体来看，1/4根区施用30%比例有机肥、2/4根区施用20%比例有机肥处理时，新梢生长量在整个生育期都较其它处理大，且春秋梢停长期较晚。这说明有机肥施用过少或过多都会抑制新梢生长。

2.1.2根系生长动态分区施用有机肥对根系生长的影响结果见图4。6—10月份，根系生长呈现一定的规律性，表现为6—7月根系生长迅速，8—9月份呈现第二个生长高峰。就各根区处理而言，1/4根区处理下(图4A)，随有机肥施用水平增加，根系长度增加，尤其在7月份后，30%有机肥处理根系生长最快，且各个处理间差异显著。2/4根区处理下(图4B)，10%、20%和30%有机肥处理在6月份根系长度差异不显著，进入7月份后，20%有机肥处理根系生长迅速，且在7—10月间显著高于10%和30%有机肥处理，而10%与30%处理间则差异不显著。3/4根区处理条件下(图4C)，6月份各个有机肥处理间根系长度差异不显著，7—10月间则表现为随有机肥水平增加，根系长度显著降低。

2.2分区施用有机肥对苹果叶片生理指标的影响

2.2.1叶绿素含量变化整个生长季中苹果叶片平均叶绿素含量如图5所示。与不同生育期间变化动态相似，1/4根区处理时随有机肥改良水平增加，叶绿素含量显著增加；2/4根区处理时20%有机肥处理叶绿素含量最高；3/4根区处理叶绿素含量则随有机肥水平增加显著降低。施用10%有机肥时随改良根区增加叶绿素含量显著增加；20%有机肥水平下，1/4、2/4根区处理间叶绿素含量差异不显著，但均高于3/4处理。当施用30%有机肥时，随改良根区增加，叶绿素含量有降低趋势，且1/4根区处理与3/4根区处理间差异显著。这说明土壤养分供应浓度过大会抑制植物叶片叶绿素含量，叶绿素含量影响着光能的吸收和转换。

图31/4(A)、2/4(B)和3/4(C)根区施用

有机肥苹果新梢生长动态

Fig.3Shoot growth rate of apple trees grown at 1/4 (A),

2/4 (B) and 3/4 (C) root-zones with organic fertilizer

2.2.2苹果叶片净光合速率分区施用有机肥对叶片净光合速率日变化和季节变化的影响如图6所示。由图6可见，在一天中，叶片光合速率变化呈现为典型的“双峰”曲线：即随时间增加，净光合速率逐渐增大，到上午11∶00达到最大值，随后出现光合午休现象，下午15∶00出现次高峰，随后光合速率逐渐降低，到17∶00降至最低点。

图5分区施用有机肥苹果叶片叶绿素含量

Fig.5Leaf chlorophyll content of apple trees grown

in loam improved by organic fertilizer

分区施用有机肥显著影响叶片净光合速率日变化(图6)。1/4根区处理条件下(图6A)，随有机肥施用比例增加，叶片净光合速率显著增加；2/4根区处理条件下(图6B)，20%有机肥处理净光合速率最大，30%有机肥处理最低，10%有机肥处理居中，且三个浓度的有机肥处理间差异显著；3/4根区处理时(图6C)，除下午13∶00和17∶00外，随有机肥比例增加，叶片净光合速率显著降低。

从叶片净光合速率季节变化来看(图6)，整个生长季中，不同处理叶片净光合速率呈现相同的变化趋势。1/4根区处理下(图6A)，30%有机肥处理叶片净光合速率显著高于10%有机肥处理，且在8月3日前也显著低于20%有机肥处理。2/4根区处理下(图6B)，20%有机肥处理叶片净光合速率在8月20日前，显著高于10%处理，与30%处理相比则差异不显著；在8月20日之后，则与10%处理差异不显著，但显著高于30%有机肥处理。3/4根区处理条件下(图6C)，以10%有机肥处理净光合速率最高，30%处理最低，且两者间差异显著。

2.2.3苹果叶片蒸腾速率分区施用有机肥对叶片蒸腾速率日变化和季节变化的影响如图7所示。由图可见，叶片蒸腾速率日变化为单峰曲线：随着光照强度增加，蒸腾逐渐增加，最高峰出现在下午13∶00，随后蒸腾速率逐渐下降。

1/4根区处理下(图7A)，叶片蒸腾速率随有机肥比例增加逐渐增大，各测定时间点30%有机肥处理均显著高于10%和20%有机肥处理， 20%有机肥处理在下午13∶00和15∶00也显著高于10%有机肥处理。2/4根区处理下(图7B)，下午13∶00前，20%有机肥处理显著高于30%处理，在随后的测定时间点，20%处理仍最大，但与10%、30%有机肥处理之间差异不显著。3/4根区处理下(图7C)，15∶00前10%有机肥处理显著高于20%和30%处理，随后时间点各个处理间差异不显著。

就蒸腾速率季节变化而言(图7)，1/4根区处理时(图7A)，30%有机肥处理在整个生长季中叶片蒸腾速率最大，10%和20%有机肥处理间则无差异。2/4根区处理时(图7B)，20%有机肥处理蒸腾速率最大，30%处理最小。3/4根区处理时(图7C)，10%、20%、30%有机肥处理间叶片蒸腾速率依次降低，但差异不显著。

2.2.4苹果叶片气孔导度 分区施用有机肥不同处理条件下，叶片气孔导度日变化与气孔导度的变化相似，也为单峰曲线，最小值出现在上午7∶00，最大值出现在下午13∶00(图8)。1/4根区处理下(图8A)，随有机肥施用比例增加，叶片气孔导度逐渐增大，且30%有机肥处理显著高于10%有机肥处理，除上午11∶00和下午13∶00外也显著高于20%处理；同时，各测定时间点20%有机肥处理的气孔导度也显著高于10%有机肥处理。2/4根区处理下(图8B)，20%有机肥处理显著高于30%处理，但与10%处理差异不显著。3/4根区处理下(图8C)，10%有机肥处理显著高于20%(下午15∶00除外)和30%处理，与此同时，20%有机肥处理也显著高于30%处理。

图6苹果1/4、2/4和3/4根区施用有机肥对叶片净光合速率日变化(A1，B1，C1)和季节变化(A2，B2，C2)的影响

Fig.6Effects of 1/4, 2/4 and 3/4 root-zones improved by organic fertilizer on daily(A1, B1, C1)

and seasonal(A2, B2, C2) changes of net photosynthesis of apple trees

就气孔导度季节变化而言，当1/4根区处理下(图8A)，30%有机肥处理在整个生长季中叶片气孔导度最大，10%和20%有机肥处理间则无差异。2/4根区处理时(图8B)，20%有机肥处理气孔导度最大，30%处理最小。3/4根区处理时(图8C)，10%、20%、30%有机肥处理间叶片气孔导度依次降低。

3结论与讨论

苹果园土壤的高肥力对于保障果树生产的可持续性十分重要，因此，苹果生产中的有机肥投入是必不可少的。与粮食作物不同，苹果局部施肥即可以满足苹果根系吸收水分和养分的功能。围绕着植物局部施肥，国内外作了许多研究，习金根等[18]研究表明，部分根系施肥对剑麻幼苗植株和根系的生长有一定的促进作用；原丽娜等[19]认为部分根域施肥可改善玉米生理特性，提高产量；黄绍文等[20]研究表明部分根域施肥可提高肥料利用率。这些研究主要围绕着大田作物进行，并且通过局部施肥的方法，得到了一些重要的研究结论，但对于果树而言，则缺少必要的研究。与此同时，果树是多年生植物，根域面积大，生长期需要大量的养分供应。传统的改良方法(如穴施、放射状施肥等)无法准确进行定量研究。本研究中，把长×宽×高分别为40 cm×40 cm×40 cm的有机玻璃箱平均分割成彼此独立且不渗水的4个小箱，外围用10 cm厚泡沫板包紧，防止外界光照、温度等对根系生长的影响。这样可以将果树根域分割，研究分区施肥对生长及肥水高效利用的影响，突破了传统的果树局部施肥研究方法，为减少肥水投入、提高肥水利用效率提供理论依据。

3.1分区施用有机肥对树体生长的影响

就苹果树而言，春秋梢的及时停长，新梢长度和叶面积的降低，不仅减少蒸发面积降低植株耗水量，同时可以改善果园通风透光条件，防止树冠郁闭，具有节水和提高果实品质的双重效应。果树施用有机肥能够促进梨树新梢生长，显著增加株高、干粗度、单叶面积及单位叶面积上干物质质量[15-16]。苹果的新梢和根系生长量并非随着有机肥施用量的增加呈线性提高，这与刘长虹等[2]、秦岭等[17]在苹果，李晓华[21]在玉米，Dave[22]在草坪上的研究结果基本一致。本研究中，1/4根区施用10%有机肥秋梢基本停长，30%有机肥处理秋梢生长量约为春梢生长量的1/3。2/4根区施用20%有机肥春秋梢生长量适中，30%有机肥处理春梢生长量不足。3/4根区施用30%有机肥秋梢基本停长，10%有机肥处理新梢生长节奏正常。这说明低肥处理条件下新梢生长量小主要是由于土壤养分供应相对较低引起，而高肥处理下新梢生长量小则主要是土壤养分供应浓度过大而导致的抑制作用。不同有机肥处理下，1/4根域用30%有机肥, 2/4根域用20%有机肥，3/4根域用10%有机肥改良均显著提高了根系生长量，有利于养分吸收。这说明根系生长量与地上部新梢生长一致。

3.2分区施用有机肥对叶片光合作用的影响

光合作用是一个十分复杂的过程，植物叶片的净光合速率及蒸腾速率与自身因素如叶绿素含量、叶片厚度、叶片成熟度密切相关，又受光照强度、气温等外界因子影响[23-24]。金剑等[25]研究的结果表明，增施有机肥的处理的光合速率高于不施有机肥的无机肥处理，且光合速率衰减率较小，表现出良好的产量潜力。张依章等[26]的研究指出，不同有机肥处理下，叶片光合速率、气孔导度各有不同，三者之间有很好的平衡关系。其中，深层施肥处理植株生长后期能够维持较高的光合速率，但气孔导度却有所降低，有效地减少了水分散失。本试验中，在生长初期叶片叶绿素含量很低，则光合速率也极低，随着季节的推进6—7月叶片叶绿素含量增加最快，8—9月较慢，这与秦玲[17]的研究结果一致。但不同的有机肥水平对叶片叶绿素的影响作用较小。分区施用有机肥直接或间接影响光合作用，一般光合速率和气孔导度高，蒸腾作用与之相反。而蒸腾速率日变化在不同的测定日期出现了相反的变化趋势，这与当时的气象条件有着密切关系。施用有机肥可以提高果树叶绿素含量，增加比叶重，从而促进光合作用的进行。

图8苹果1/4、2/4和3/4根区施用有机肥对叶片气孔日变化(A1，B1，C1)和季节变化(A2，B2，C2)的影响

Fig.8Effects of 1/4, 2/4 and 3/4 root-zones improved by organic fertilizer on daily(A1, B1, C1)

and seasonal(A2, B2, C2) changes of stomatal conductance of apple trees

综上所述，苹果根系1/4区域施用30%、2/4区域施用20%和3/4区域施用10%有机肥既能保障树体正常生长发育，提高土壤保肥保水能力，而且可以节约有机肥用量，降低生产成本，提高生产效率。

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Effects of organic fertilization within partial root on the growth and leaf physiological characteristics of apple trees

LI Cui-hong1, ZHANG Qiang2, FENG Yu-qin1, CHEN Da-peng1, ZHANG Yong-mao1, WEI Qin-ping2

(1.AgriculturalProductStorageandProcessingResearchInstitute,LanzhouGansu730070,China;2.InstituteofForestryandPomology,BeijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,Beijing100093,China)

Keywords:apple tree; partial; organic fertilizer; growth; leaf physiological characteristics

Abstract：To confirm the usage amount and application area of organic fertilizer, the effects of fertilization at 1/4, 2/4 and 3/4 partial root zones were investigated on the growth of new shoots, root growth dynamics, chlorophyll and net photosynthetic rate (Pn) and transpiration rate (Tr) and stomatal conductance (Gs). The experimental material were three-year old roots of potted Red General trees (Malusdomesticacv.), and rootstock wereMalushupenensisRehd. This study may provide theoretical basis and technological support for the improvement of organic fertilization methods and consumption in apple orchard. The length of new shoots at 1/4 partial root zone with 30% application of organic fertilizer was 14.2 cm, reaching the longest. When applied at 2/4 partial root zone with 20% application organic fertilizer, the biomass of root was the biggest, and root length was 230.0 mm throughout the growing season. Meanwhile, the chlorophyll concentration at 2/4 partial zone was significant higher than that at 1/4 and 3/4 zones. Diurnal changes and seasonal changes of net photosynthetic rate (Pn) and stomatal conductance (Gs), which were investigated under the treatments at 1/4 partial root zone with 30%, 2/4 partial root zone with 20%, and 3/4 partial root zone with 10% application organic fertilizer, were obviously higher than those by other treatments. However, the transpiration rate (Tr) did not show significant change by all treatments. Applications at 1/4, 2/4 and 3/4 partial root zones with 30%, 20% and 10% organic fertilizer, respectively, can maintain the natural growth rate of apple trees through saving the consumption of organic fertilizer, and preserving soil moisture and fertility.

文章编号：1000-7601(2016)03-0023-08

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.04

收稿日期：2015-05-25

基金项目：国家级星火计划重大项目(2013GA860001)；甘肃省科技重大专项计划(1203NKDA016)；现代农业产业技术体系建设专项(CARS-28)

作者简介：李翠红(1981—)，女，甘肃兰州人，硕士，主要从事果树生理生态研究。 E-mail：slc258@163.com。 通信作者：魏钦平(1962—)，男，研究员，主要从事果树栽培研究。 E-mail：qpwei@sina.com。 张永茂(1957—)，男，研究员，主要从事果树栽培研究。 E-mail：zhangym57@126.com。

中图分类号：S147.24; S661.1

文献标志码：A