‘SH28’作中间砧和作自根砧的苹果根系生长特性比较研究*

史凯林，赵 清，董玥琪，杨文悦，高美娜，朱 杰，徐继忠，李中勇

（1 河北农业大学园艺学院，保定071001）（2 河北省农业特色产业技术指导总站）

矮砧密植已成为世界苹果产业的发展方向[1]。矮化砧木除了可以控制树体生长，另一主要功能就是促使栽培品种早成花、早结果[2]。目前，苹果矮砧利用方式主要是矮化中间砧和矮化自根砧。

对于多年生果树而言，根系的生长状况不但对当年的树体生长具有重要作用，而且为翌年树体的生长提供基础营养[3]。根系生长的好坏，关系到苹果树势的强弱、果实品质、产量，以及树的经济寿命[4]。根系的形态、空间分布都会对树体成花率、坐果率及产量产生重要影响[5]。砧木不同，根系生长发育的特性不同。代永欣等[6]对矮化砧木‘M9T337’根系分布进行研究，发现矮化砧木‘M9T337’根系垂直分布范围为0～40 cm，在水平分布上，根系均匀分布在距离树干50 cm 的范围内。樊雨[7]研究发现，矮化自根砧根系分布随树龄增长，根系根长密度和根表面积密度呈先增大后减小的趋势。张东等[8]采用壕沟法对幼树根系分布特征进行了调查分析，矮化砧木中，M 系砧木根系组成须根居多，而SH 系和青砧系砧木须根较少，且根系分布与早果性密切相关。王颖达等[9]观察岳冠/GM256、岳阳红/GM256、望山红/GM256 3 组矮化自根砧苗木砧穗组合发现，各组合的侧根数均大于5 条/株，其中，岳阳红/MAC9 和望山红/MAC9 组合的苗木侧根数分别为19.1、15.2 条/株，显著高于同品种其余组合。袁继存等[10]研究发现，不同矮化中间砧‘金冠’幼树根系长度、根系表面积、根系体积、根尖数及根系分枝数均存在显著差异。

前人的研究主要是以单一的中间砧或自根砧为研究对象，探讨了根系生长分布规律，缺少针对同一砧木用作中间砧和自根砧根系空间分布规律的比较研究。本研究以嫁接在‘SH28’中间砧和自根砧上的‘天红2 号’为试材，利用微根管技术观测了2 个砧穗组合不同土层根系生长特性及分布特点，以期为生产中合理利用‘SH28’砧木及 实现根系高效管理提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在河北省保定市顺平县神南镇南神南村国家苹果产业技术体系保定综合试验站苹果基地进行。试验园南北行向，行株距4 m×2 m，树形为细长纺锤形。以7 年生天红2 号/SH28/八棱海棠和天红2 号/SH28 为试材，单株小区，3 次重复。

1.2 试验方法

（1）微根管的安装。中间砧树和自根砧树各选3 株长势一致的，每株树在正对中心干的东西两侧距离树干60 cm 处，垂直于行向，与地面呈45°各斜插入1 根微根管，插入长度85 cm。微根管外径70 mm、内径64 mm、长度为1 m，地上部外露15 cm，露出地面的微根管部分用黑色胶布缠绕，顶端加黑色盖子密封防止光线透入，以保证微根管内环境条件与地下土壤环境一致，在管盖外套密封袋防止雨水渗入，最后用土覆盖。

（2）影像采集。2019 年3 月2 日开始，每月2 日利用根系原位扫描仪RootScanner-R 对预埋的微根管进行360°全景扫描，收集根系原位生长图像，11 月2 日土壤结冻后结束。影像收集工作当天完成，带回实验室进行相关分析。

1.3 数据整理分析

将RootScanner-R 采集的图像用RootAnalysis分析软件进行处理，获取的图像进行拼接，得到0～60 cm 土层的完整图片。每张图片根据土壤垂直分布情况分为0～20、20～40、40～60 cm 3 层，对各土层内的活根进行描绘，利用根系分析软件RootAnalysis 统计描绘后的图片的根系长度、表面积、体积、截面积、根条数等参数。

对统计得到的数据进行计算，以单位土壤体积（S×D）为基础计算相关指标，S 代表单个微根管可观察的土壤面积，D 代表微根管可观测的土层厚度，本研究中S＝7π×85 cm2，D＝0.25 cm。

根长密度（mm/cm3）＝L/（S×D）

根表面积密度（mm2/cm3）＝SA/（S×D）

根体积密度（mm3/cm3）＝V/（S×D）

根条数密度（×105/m3）＝TN/（S×D）

单根长（mm）＝总根长密度（mm/cm3）/根条数密度（×105/m3）

L 表示单根微根管根总长，SA 表示单根微根管根总表面积（mm2），V 表示单根微根管根总体积（mm3），TN 表示单根微根管根总条数（×103）。

利用Excel 2016、DPS 7.0 数据分析软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 ‘SH28’作中间砧和作自根砧对根长密度的影响

由图1 可知，在0～20 cm 土层，3 月2 日、4月2 日、6 月2 日以及7 月2 日中间砧处理的根长密度显著高于自根砧处理；在20～40 cm 土层，4月2 日至8 月2 日连续5 次观测到2 个处理的根长密度差异显著；在40～60 cm 土层，4 月2 日至6月2 日连续3 次观测到2 个处理的根长密度差异显著，均为中间砧处理的根长密度高于自根砧处理。

图1 ‘SH28’作中间砧和作自根砧不同土层根长密度的年变化

2 个处理的根长密度在0～20 cm 土层均有3 个峰值，二者的根长密度均在5 月2 日达到年发生最大值，分别为6.85、4.38 mm/cm3；20～40 cm 土层内中间砧处理的根长密度有2 个峰值，自根砧处理的根长密度有3 个峰值，二者根长密度的年最大值分别为5.11、1.76 mm/cm3；40～60 cm 土层内2 个处理的根长密度均有2 个峰值，中间砧处理的根长密度在4 月2 日达到全年最大值，为3.10 mm/cm3，自根砧处理的根长密度比中间砧处理晚1 个月达到根长密度的最大值，为1.16 mm/cm3（图1）。

2.2 ‘SH28’作中间砧和作自根砧对根表面积密度的影响

由图2 可知，在0～20 cm 土层，2 个处理的根表面积密度差异均不显著；在20～40 cm 土层，2个处理的根表面积密度在3 月2 日、4 月2 日、5月2 日以及8 月2 日差异显著；在40～60 cm 土层，2 个处理的根表面积密度在4 月2 日以及6 月2 日差异显著，均表现为中间砧处理大于自根砧处理。

图2 ‘SH28’作中间砧和作自根砧不同土层根表面积密度的年变化

在0～20 cm 和40～60 cm 土层，2 个处理的根表面积密度均呈双峰曲线。在0～20 cm 土层，中间砧处理根表面积密度的年最大值为17.82 mm2/cm3，高于自根砧处理81.95%；在20～40 cm 土层内，中间砧处理的根表面积密度呈双峰曲线，最大值为10.62 mm2/cm3，自根砧处理的根表面积密度呈三峰曲线，最大峰值为3.21 mm2/cm3；在40～60 cm 土层，中间砧处理的根表面积密度在4 月2 日达到峰值，为8.47 mm2/cm3，自根砧处理的根表面积密度在5 月2 日达到峰值，为3.96 mm2/cm3（图2）。

2.3 ‘SH28’作中间砧和作自根砧对根体积密度的影响

由图3 可知，在0～20、40～60 cm 土层，2 个处理的根体积密度差异均不显著，20～40 cm 土层3月2 日至5 月2 日连续3 次观测到中间砧处理的根体积密度显著高于自根砧处理。

图3 ‘SH28’作中间砧和作自根砧不同土层根体积密度的年变化

在0～20 cm 土层，中间砧处理的根体积密度大致呈双峰曲线，5 月2 日达到根体积密度的年发生最大值，为5.89 mm3/cm3；自根砧处理的根体积密度在年周期内呈先增加后减小的趋势，6 月2 日达到全年最高峰，为3.10 mm3/cm3。在20～40 cm 土层，中间砧处理的根体积密度呈双峰曲线，4 月2日达到最大值，为3.37 mm3/cm3，第2 次峰值出现在9 月2 日，为第1 次峰值的56.31%；自根砧处理根体积密度在年周期内呈先减小再增加后减小的趋势，8 月2 日达到全年最大值，为1.06 mm3/cm3。在40～60 cm 土层，2 个处理的根体积密度均呈双峰曲线，在5 月2 日达到根体积密度的最大值，中间砧处理根体积密度的峰值为2.64 mm3/cm3，自根砧处理根体积密度的峰值为1.41 mm3/cm3（图3）。

2.4 ‘SH28’作中间砧和作自根砧对根条数密度的影响

由图4 可知，在20～40 cm 土层，3 月2 日至8月2 日连续6 次的观测结果以及10 月2 日观测到的结果均表现为中间砧处理的根条数密度显著高于自根砧处理；在40～60 cm 土层，3 月2 日至8月2 日连续6 次观测到中间砧处理的根条数密度显著高于自根砧处理。

图4 ‘SH28’作中间砧和作自根砧不同土层根条数密度的年变化

在0～20 cm 土层，中间砧和自根砧处理的根条数密度均于5 月2 日达到全年最大值，中间砧处理根条数密度最大值为3.95×105条/m3，为自根砧处理根条数密度的1.68 倍。在20～40 cm 土层，2 个处理的根条数密度均呈三峰曲线，根条数密度均在4 月2 日出现全年最大值，峰值分别为3.47×105、1.11×105条/m3。在40～60 cm 土层，中间砧和自根砧处理的根条数密度均呈双峰曲线，中间砧处理根条数密度的最大值出现在4 月2 日，峰值为1.75×105条/m3，自根砧处理根条数密度的最大值出现在5月2 日，峰值为5.39×104条/m3（图4）。

2.5 ‘SH28’作中间砧和作自根砧对单根长度的影响

由图5 可知，在0～20 cm 土层，中间砧和自根砧处理的根系均有3 次快速伸长期，均在3—4 月、6—7 月及9—10 月，6—7 月根系生长最迅速，自根砧处理根系的日生长量是中间砧处理根系日生长量的3.24 倍。在20～40 cm 土层，中间砧处理根系日生长量在5—6 月最大，为0.10 mm/d，自根砧处理根系日生长量在9—10 月最大，为0.25 mm/d。在40～60 cm 土层，2 个处理根系均有2 次迅速生长期，中间砧处理的根系在5—6 月生长迅速，自根砧处理的根系在7—8 月生长迅速，自根砧处理根系的最大日生长量是中间砧处理的1.69 倍。

图5 ‘SH28’作中间砧和作自根砧不同土层单根长度的年变化

3 讨论与结论

果树根系无自然休眠期，只要条件合适，全年都可以生长。史幼珠等[11]发现，果树根系随着春梢生长而增加，5 月中下旬可达高峰，于秋季出现第2 次高峰，春季高峰大于秋季高峰。曲泽洲等[12]对‘金冠’苹果的研究表明，根系1 年有3 次生长高峰，第1 次在4 月上旬至5 月中旬，第2 次在6 月上旬至7 月上旬，即从新梢停长到果实迅速生长和花芽分化之前，第3 次在9 月中旬至11 月中旬，即果实采收后，贮藏营养回流。根系的活动全年都在进行，不同的树种、物候期变化、地上部生长发育状况、立地条件、栽培措施等都会影响根系的生长量和生长强度[13]。

本研究表明，‘SH28’中间砧和自根砧处理的根系春季生长最为旺盛，秋季生长量小于春季，根长密度、根表面积密度、根体积密度、根条数密度均在春季出现全年最大值，这与前人研究结果一致。果树根系在地温3～5 ℃时即可开始生长，保定地区4—5 月地温逐渐回升到果树根系生长的适宜温度，此期根系生长量最大，根长密度、根表面积密度、根体积密度、根条数密度迅速升高至年发生最大值。罗飞雄等[14]利用微根管技术对4～5 年生不同砧穗组合苹果树的细根发生动态进行了研究，结果表明，乔化砧处理的新生根根长密度最大，自根砧处理的新生根根长密度最小，中间砧处理的新生根根长密度处于二者之间。Hou 等[15]发现，中间砧可以使基砧八棱海棠的年总根长密度降低40.10%，达到或接近矮化自根砧的水平。本研究中，‘SH28’作中间砧的处理是以八棱海棠为基砧，中间砧虽降低了根系的生长量，但在不同土层内，‘SH28’中间砧处理的根长密度、根表面积密度、根体积密度、根条数密度均大于‘SH28’自根砧处理，与前人研究结果一致。

苹果根群垂直分布主要集中在0～60 cm 土层中，占根系总量的96%以上[16]。郝仲勇等[17]对7 年生‘富士’苹果树根长密度与根质量密度分布的研究结果表明，根系随着深度和树干距离的增大而减少。本研究中，‘SH28’中间砧和自根砧处理的根长密度、根表面积密度、根体积密度、根条数密度均随土层的加深表现逐渐递减的趋势，与前人研究结果一致。安海山观测到富士/SH40 有44.08%的细根分布在表层土壤中，37.38%分布在深层土壤中，表现为以‘M9’作自根砧和乔化砧木八棱海棠根群分布形态的中间类型[18]。

本研究中，‘SH28’中间砧处理的根系主要集中在0～40 cm 土层，根系量达79.90%，‘SH28’自根砧处理有54.05%的根系分布在0～20 cm 土层，比相应土层中间砧处理的根系量高20.08%，在0～40 cm 土层，自根砧处理的根系量占0～60 cm 土层内根系总量的83.12%。‘SH28’自根砧的根系分布相对较浅，其原因主要是矮化自根砧苹果苗木根系无主根，侧根集中分布于砧木中下部，水平根分布多而广[19]。深根性是多因子控制的复杂性状，受根角度、最大单根长度、土壤水分和养分以及遗传背景因素的影响[18]。本研究中2 个处理的水肥条件一致，中间砧根系分布更深可能是由八棱海棠自身的遗传因素所导致。