苹果根组平衡理论与水肥气生一体化技术

张世忠，束靖，陈伟，崔冬冬，束怀瑞*

(1.山东农业大学，山东泰安 271018;2.山东农业工程学院，山东济南 250100；3.山东省果树研究所，山东泰安 271000)

严禁耕地“非农化、非粮化”政策，要求果树产业继续坚持“果树上山下滩，不与粮棉争地”的方针。“上山下滩”的果园立地条件相对较差，土壤有机质含量普遍较低，大多数果园土壤有机质含量低于0.8%，导致根域环境碳素营养匮乏，是影响苹果栽培生产的重要因素。

1 根组平衡

苹果的新生根有两大类。一类是生长根，其生长旺盛，皮层代谢强，能够发生次生结构，具有强大的吸收、运输及代谢功能。另一类是吸收根，一次性生长，没有次生结构，生长期短，3周左右，具有季节性发生特点。吸收根受有机质诱导，大量代谢细胞分裂素随蒸腾运送到叶片，提高基部功能叶片寿命，控制秋梢冗余。水肥气热稳定的有机质环境，有利于吸收根的发生与功能的维持，而瘠薄土壤条件会导致吸收根功能降低，加速吸收根凋亡。因此，水肥气热稳定的有机质丰富充足环境下，断根后可诱导生长根，生长根不断发生侧根，形成多分枝的、寿命较长的根系构型，产生大量的吸收根，构成根组。

苹果的新生根系全年有2、3次生长高峰，和树体的贮藏营养状况密切相关，幼树多是2次发根高峰，结果树多为3次发根高峰。不同发根时期新生根系的形态及功能受根系同化物来源的影响，第1次发根高峰多在萌芽前开始，发根多，主要的碳同化物来源于根的贮藏营养，断根处会形成粗壮的根组，根组活力旺盛。第2次发根高峰多在春梢停长和花芽分化前，此次发根长势强、时间短，吸收根寿命短，更新速度快。第3次发根高峰发根时间长，形成的根组发根量大，并受到果实负载量的影响，碳同化物主要来源于叶片光合作用。

根组与地上部枝组相对应，可以阶段性大量发生吸收根，是吸收根发生的主要母体。根组整体能够不断地自疏与更新，从而维持良好的吸收功能。根据形态，根组可分为两种类型，一是毛细根组，根组细弱，寿命较短；二是多年毛细根组，一般高有机质条件下诱导，吸收根相对粗壮。乔化砧木容易形成延伸根系，而矮化砧木容易形成毛细根组。

根组与生长根旺长形成的延伸根系相互平衡(图1)，是调控植株稳产的关键。因此，土壤管理的主要目的是土壤环境优化和根组平衡调控。

图1 毛细根组(左)和延伸根系(右)

2 影响根组平衡的因素

根系的生长发育及延伸根系与根组的平衡，受树体类型、树体营养水平、树龄、果实负载量、砧木与接穗类型、土壤环境等的影响。

2.1 树体类型

明确苹果树体类型是制定果园土壤管理技术的前提。在生产实践中，由于特定的土壤与气候因素及技术原因，常见有丰稳树、大小年树、旺长树、小老树及饥饿树等五种类型。

丰稳树，生长发育健康，结构组成合理，根系结构优良，适应性强，抗性强，对技术管理等反应稳定，表现丰产优质。大小年树，每年产量不稳定，大年花果过量，严重降低贮藏营养，激素水平紊乱，限制花芽形成，光合产物分配不均，大年限制根系发生；小年根系生产过量，冗余消耗严重，大小年生长节奏及结构成分差异大。旺长树，多发生在幼树及生长结果期，枝条直立、营养枝比例大、秋梢长，春梢质量差，冗余消耗大，贮藏水平低，对水肥和修剪等反应敏感，干扰生产较大，成花困难。小老树，树龄大、衰老，生长量小，多无秋梢，对施肥修剪技术反应不敏感，不易刺激生长，枝条和根系更新难，在土壤有机质含量低的地方，矮砧果树发生较多。饥饿树，多发生在沙地、营养元素缺乏的地方，土壤肥水环境匮乏区域表现饥饿状态，根系量少，对水肥和修剪等反应敏感。

丰稳树根系中延伸根系与根组数量比例约为1/10～1/5，延伸根系负责扩展根系范围，根组负责营养吸收，且多年毛细根组粗壮；如果延伸根系数量增大，则会导致树体旺长，地上部秋梢比例增加，形成旺长树；矮砧在瘠薄土壤中，延伸根系弱小，根组扩展范围小，且多分布于土壤表层，多易形成小老树。不同树龄和介质条件下，根组发生也有显著差异，幼树吸收根量少，延伸根系占优，毛细根组和根组较弱；随着树龄增长，地上部生殖生长占优，根组量大且吸收根、毛细根比例高，延伸根系比例降低。

不同树体根组调控的技术层面，旺长树补充根系碳素营养，以控制根系旺盛生长，促进吸收根组的形成。小老树则可以断根施加氮肥，大量诱导生长根的发生，实现根冠比分配的增加，促进延伸根系。饥饿树以局部改良增加有机质，同时配合断根水、氮诱导，诱导延伸根系形成根组，增加根系对养分的吸收、转运。大小年树，根据当年的花量和果量，水、氮诱导及有机质诱导并配合适当的果量调整，增加树体贮藏营养及对环境的适宜阈值。

2.2 贮藏营养

上述的五类树中，将后四类树改造成丰稳树的核心是提高植株的贮藏营养水平，促使贮藏营养合理分配。提高光合产生的碳水化合物和含氮有机化合物等贮藏营养水平极为关键，主要在光合制造产物的分配调控，限制冗余消耗。

贮藏营养可通过技术的实施使其增产和合理分配。营养分配包括水平分配和垂直分配，垂直分配有整体性特征，直立枝条回运距离远；而水平分配有局部性放射式特点，旺长树拉枝成花就是根据这个原理。提高贮藏营养水平的技术包括植株结构调整、新梢直立、开张角度、控制秋梢过量和调整外运。

2.3 土壤环境

透气性。土壤氧气浓度在10%左右时，根系正常呼吸代谢，维持生命功能；氧气含量过高时，会导致根系氧化胁迫，抑制根系生长；氧气低于5%时，根系呼吸代谢受到抑制，新生根生长受到抑制。80 cm以下土层中，透气性很差，妨碍根系向下扩展，特别是细根的形成。因此，表层土易形成根组，中层及深层土壤形成延伸根系。

营养水平。根域环境的碳氮营养水平对根组的形成至关重要，有机质可以诱导吸收根的大量发生，形成根组。生产中主要通过有机肥，特别是羊粪，能在吸收根和根际大量形成细胞分裂素，对促进根组形成和大量吸收根周期性发生具有重要作用。生物稻壳炭等生物炭基肥能够持续有效的增加土壤透气性，诱导根组的形成。砖面、木板等可以通过界面效应，影响根系构型，形成侧根多且短，形成吸收、代谢旺盛的根组结构。氮肥则可以诱导生长根的大量发生，形成的根系粗壮且分支少，有利于根系的延伸。磷、钾能促进吸收根的发育，微量元素有利于根系正常生长发育和土壤微生态代谢。有机肥、生物炭基肥等能够作为无机营养的优良载体，有效地保持无机营养，同时为根系提供稳定的气热环境。微生物肥利用优良载体和微生物代谢，为根系生长提供丰富的生长促进类次生代谢物等。

水分。根的生长以土壤相对含水量60%～80%为宜，新根发生多，细根长而分支少，根系吸收力强，寿命长。土壤相对含水量低于45%时，根系生长受到严重抑制。夏季降雨多，地下水位升高，土壤通气不良，会严重影响根系呼吸代谢，造成大量吸收根组的凋亡。

3 水肥气生一体化技术

充分考虑到气、肥、水等技术措施的两面性，在“穴贮肥水”、“三层节水”等土壤管理模式的基础上，本团队总结提出了水肥气生一体化技术，即表层自然生草或者农作物秸秆绿色覆盖，有效地保护土壤表层温度的稳定；中层单侧开沟局部优化，行间交替开沟，每个施肥沟维持3～5年；将漫灌、滴灌等水平灌溉形式改为垂直灌溉，滴灌口处打孔，利用生物炭基肥和有机肥的水分快速渗透的特点，保证水分的快速垂直渗透；结合微生物肥，有效改善土壤环境的微生态。局部改良的无机营养、有机肥及微生物肥结合后，改善20%左右的根系环境的微生态水平。该技术的核心是利用有机质的通气及无机营养的保持效果，对土壤进行局部改良，将水平灌溉提升为垂直灌溉，消除了土壤管理过程中水肥的负面效应。

表层绿色有机覆盖，以农作物秸秆覆盖、自然生草为主，投入成本低；中层单侧开沟局部优化，一次施肥，且农家肥或者有机肥为主，保证肥效，防止高温多雨夏季的降解，可以保持3～5年的肥料效果，节肥约30% ；简易滴灌系统与穴贮肥水结合，实现根区水分的垂直供应，节水约40%。

水肥气生一体化技术利用穴贮肥水技术，将水平灌溉改为垂直灌溉，通气状况较好，吸收根组的寿命和根组活力提高了20%～50%。无机肥利用有机肥的良好载体作用，能够实现有机营养与无机营养的耦合，防止无机营养流失的同时，防止了氮肥对于生长根的诱导效果，有效的控制了旺盛生长根及延伸根系的数量，秋梢旺长比例降低约30%，饱满花芽增加20%～50%，果实品质提升约20%。