根系环境调控对苹果树生长结果的影响

李丽莉 黄君霞 刘 进 杨成发 伊纪红

（1.山东省农业科学院 山东 济南 250100；2.山东省沂源县农村改革发展服务中心 山东 沂源 256100；3.山东省沂源县农业技术服务中心 山东 沂源 256100）

苹果产业是富民振兴产业[1-2]，山东省沂源县红富士苹果从20世纪80年代末开始发展，并以产出的苹果品质优良和风味独特闻名，有“江北第一果”的美誉，有“奥运果”“全运果”“世博果”之称，为当地人民和政府创造了巨大的生态效益和经济价值。但是沂源县果园大部分耕地土壤贫瘠，加上气候的春旱夏涝及长期施用化肥、除草剂、杀虫剂的生产模式，破坏了土壤结构，造成土壤营养元素缺失，土壤出现酸化、板结、通气受阻等问题，土地生产能力下降，果树根系生长环境恶化，苹果树出现生长发育不良、果实产量低、品质变劣、树体死亡等现象，从而严重危害苹果产业的常态化发展[3-4]。因此，探寻根系环境调控的有效措施对未来苹果产业的可持续发展具有重要意义。

随着果园栽培技术的进一步提高，苹果园地面覆盖作为一项重要的技术措施，不仅可以调节地温，而且可以保持土壤水分[5-6]。国内外研究多数集中在覆盖方式对土壤理化性状、树体生长发育和产量等方面，而应用综合技术措施调控根系环境，从而调节红富士苹果枝叶生长和果实品质及产量的研究较少[4]。本研究对23年生苹果树采取施用果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把、树盘覆盖稻草苫子的措施，展开苹果根系环境调控试验，分析不同调控方式对红富士苹果枝叶生长和果实品质及产量的影响，以期筛选出适宜的根系环境调控综合措施，为苹果产业高质量发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于沂源县东里镇墨牛官庄村进行（36.041°N、118.378°E）。栽植果树品种为红富士，树龄23年，土壤为壤土，株行距4 m×4 m，树势中等。土壤理化性状为有机质7.67 g/kg、速效氮27.9 mg/kg、速效钾93.0 mg/kg、速效磷34.6 mg/kg、pH 5.75。

试验材料分别为稻草苫子（宽1.5 m）、果树枝条发酵物、草把（直径10 cm、高25 cm）、腐熟的圈肥。

1.2 试验设计

2017年秋季布置试验。本试验共设置3个处理，T1：秋施基肥时，采取施用果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把的根系环境调控方法；T2：秋施基肥时，采取施用果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把、树盘稻草苫子覆盖的根系环境调控方法；CK：采取放射沟施用腐熟的圈肥8 kg/棵。2017年、2018年、2019年10月底按照试验设计每棵4条放射沟施肥。果树枝条发酵物施用8 kg/棵，放射沟外缘插草把，稻草苫子宽1.5 m，在树两侧各铺一条。每个处理5株，重复3次，共45株，采用随机区组排列。其他时期的田间管理一致。

1.3 试验方法

1.3.1 苹果树生物量的测定2018年、2019年、2020年9月下旬从3个处理、3次重复的苹果树上，在离地面1.5 m高的东、西、南、北4个方向主枝的新梢中部随机选取25片叶片，测定叶绿素含量和百叶鲜重；2018年、2019年、2020年10月下旬从3个处理、3次重复的苹果树上，在离地面1.5 m高的东、西、南、北4个方向主枝上测量平均春梢生长量、平均夏秋梢生长量、长中短果枝比例。

1.3.2 果实质量的测定2018年、2019年、2020年10月下旬从3个处理、3次重复的苹果树上采摘离地面1.5 m高的东、西、南、北4个方向主枝上的果实，每个方向随机采果10个，测定平均单果重、可溶性固形物含量、硬度，计算着色比例和表皮裂纹率。根据平均单果重和果实数量，计算单株产量。

1.3.3 土壤酶活性的测定 土壤酶的测定参考关松萌等[7]的方法，将取回来的土壤晾干，过2 mm筛。脲酶活性测定采用靛酚蓝比色法，中性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法，蔗糖酶活性测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法，过氧化氢酶活性利用高锰酸钾滴定法测定。

1.3.4 土壤速效养分含量的测定 土壤速效钾含量的测定，称取风干土，加入中性醋酸铵溶液，震荡30 min后过滤，与钾标准溶液一起在火焰光度计上测定。土壤速效磷含量的测定，称取风干土，加入碳酸氢钠溶液，震荡30 min后过滤，吸取滤液后加入蒸馏水和钼锑抗试剂后摇晃，静置30 min后比色。

1.3.5 土壤微生物数量的测定 土壤微生物（细菌、真菌和放线菌）的测定参考程丽娟和薛泉宏[8]涂布平板法。真菌采用PDA培养基进行涂布，在28℃培养箱培养3 d后进行计数；细菌采用LB固体培养基进行涂布，在37℃培养箱培养，1 d后进行计数；放线菌采用高氏I号培养基进行涂布，在28℃培养箱培养，5 d后进行计数。

1.4 数据分析

试验数据利用Microsoft Excel 2010和Graphpad Prism进行计算作图，通过SPSS 23.0进行比较均值、单因素方差分析（One-way ANOVA），采用邓肯氏新复极差法进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对红富士枝叶生长的影响

由表1可知，果树枝条发酵物加放射沟外缘插草把处理（T1）和果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把加树盘稻草苫子覆盖处理（T2），均可以促进红富士枝叶的生长，其中以T2处理效果最优。在2018年，与对照相比，T1处理叶绿素含量、百叶鲜重、春梢生长量分别增加18.9%、24.4%、76.2%；T2处理分别增加75.5%、48.8%、18.3%；在枝条生长上，春梢生长量明显大于夏秋梢生长量。试验3年后，在2020年，与对照相比，T1处理叶绿素含量、百叶鲜重、春梢生长量分别增加75.5%、48.2%、23.6%；T2处理分别增加17.0%、84.3%、43.0%。

表1 根系环境调控对红富士枝叶生长的影响

2.2 不同处理对红富士果实品质和产量的影响

由图1可知，苹果园根际环境进行果树枝条发酵物加放射沟外缘插草把处理（T1）和果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把加树盘稻草苫子覆盖处理（T2）均可显著提高红富士果实的单果重、可溶性固形物含量，T1和T2的提升效果显著高于对照处理，T2处理的效果又显著好于T1处理。在试验3年后，T2处理的平均单果重和可溶性固形物含量与T1、CK处理差异显著，其中在单果重上，T2处理是T1处理的1.15倍，是CK处理的1.28倍；在可溶性固形物含量上，T2处理比T1和CK处理分别提升50.7%和90.1%。

由表2可知，在2018年、2019年和2020年，T1、T2处理的果实产量、硬度、全红果比例均显著高于对照（CK）处理，并且明显改善了果面表皮裂纹现象。3个处理的果实产量以T2处理最高，其次是T1处理，CK产量最低；T2处理的果实产量分别比CK增加了16.4%、14.5%和25.0%；T1处理分别比CK增加了8.1%、5.7%和12.6%。在果面表皮裂纹比例上，2019年果皮裂纹比例最低，2020年果皮裂纹比列最高；在2020年，CK处理的果实表皮裂纹比例分别是T1和T2的1.32倍、2.55倍。

表2 根系环境调控对红富士果实产量和品质的影响

2.3 不同处理对果园土壤酶活性的影响

由表3可知，苹果园进行根际环境处理均能显著提高土壤中相关酶的活性。T1、T2处理土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性与对照相比均显著提升，增加了土壤酶活性，T1处理过氧化氢酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶的活性分别比CK提高了13.9%、7.8%、17.7%、20.5%，T2处理分别增加了17.9%、14.3%、28.3%、39.4%。T2处理4种土壤酶活性均显著高于T1。

表3 不同处理对土壤酶活性的影响

2.4 不同处理对土壤速效养分含量的影响

在2020年8月对土壤进行取样，施用果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把、树盘覆盖稻草苫子的根系环境调控技术措施可以显著促进土壤速效磷、速效钾含量的提升（图2）。土壤速效磷含量排序为T2>T1>CK。利用火焰分光光度计对土壤中的速效钾进行检测发现，T1、T2处理与对照相比，土壤中的速效钾含量均得到提高。T1处理与对照相比速效钾含量提高了16.4%，T2处理与对照相比速效钾含量提高了32.3%，以T2处理速效钾含量最高。

2.5 不同处理对土壤微生物数量的影响

由表4可知，苹果园根际环境采用果树枝条发酵物加放射沟外缘插草把处理（T1）和果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把加树盘稻草苫子覆盖处理（T2）与对照处理的土壤微生物群落存在显著差异。与对照相比，T1、T2处理能增加土壤中细菌、放线菌的含量，降低真菌的数量，细菌数量提升18.8%、23.3%，放线菌数量提升19.7%、12.5%，真菌数量降低82.5%、45.1%。在真菌含量上排序为CK>T2>T1，在细菌含量上排序为T2>T1>CK，在放线菌含量上排序为T1>T2>CK。

表4 不同处理对土壤微生物数量的影响

3 讨论

根系是植物的主要器官，其作用是汲取植株生长的必要营养及水分。本试验结果表明，根际环境进行处理，对苹果树的枝叶生长、光合作用、果实产量和品质均有良好的促进作用，这也与张超[9]、周江涛[10]等分别利用覆盖物对果园进行处理所得结果一致。果树枝条发酵物加放射沟外缘插草把处理和树枝条发酵物、放射沟外缘插草把加树盘稻草苫子覆盖处理一方面能协调土壤温度的稳定，夏季高温时减少土壤水分大量蒸发，缓冲高温给果树生长带来的伤害[11]，早春时可延迟苹果树的萌芽，避免“倒春寒”的危害，达到高温时“降温”和低温时“保温”，从而促进根系发育和树体的正常生长[12]，减少了果实表皮裂纹的产生，提高了苹果的单果重和果实可溶性固形物含量；另一方面有机物料的覆盖能为根系创造一个良好的土壤环境，起到蓄水保墒、调节微域生态环境的作用，促进果树吸收根和细根总量增加，提高叶片质量与光合特性[13-14]。

土壤属于复杂系统，微生物数量、土壤物理性状、营养状况均能影响土壤健康状况。土壤理化性状也是影响植株生长的重要因素之一，随着果树种植年限的增长，土壤养分失衡、速效养分降低、土壤板结及盐类积聚等现象频频发生，从而显著影响苹果树根系吸收养分和水分，生长势、抗逆性、果实品质和产量均下降。分析土壤中速效钾和速效磷含量得出，果树枝条发酵物加放射沟外缘插草把处理和树枝条发酵物、放射沟外缘插草把加树盘稻草苫子覆盖处理能显著改善土壤保水保肥能力，有效缓解土壤养分失衡状况，促进土壤中速效磷、速效钾含量的提升。土壤根际环境的处理能促进土壤速效钾含量上升，优化土壤物理环境结构，从而为苹果树根系的健康发展提供优良的土壤环境。李传友[15]、殷丽琼[16]等分别对苹果园和茶园土壤进行残枝、秸秆覆盖，结果表明，经残枝或秸秆覆盖土壤后，能修复土壤物理结构，提高土壤肥力，增加有机质、速效磷和速效钾含量。

土壤酶类主要来自土壤微生物和植物根系的分泌物，其活性能够反应土壤理化性质的变化[17]。前人研究发现，地面的覆盖能提高土壤酶活性，这也与本研究结果一致，果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把、树盘覆盖稻草苫子的根系环境调控处理技术提高了土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶的活性。通过果园地面覆盖，能够改变果园土壤单一环境，提高土壤的保肥性和缓冲性，从而促进土壤生物和微生物活动[18-19]。陈月星[20]等研究发现，在果园进行作物秸秆覆盖措施，能丰富土壤微生物群落结构，促进细菌的生长和繁殖。在本研究中，苹果园根际环境进行果树枝条发酵物加放射沟外缘插草把处理（T1）和果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把加树盘稻草苫子覆盖处理（T2）与对照处理的土壤微生物群落存在显著差异，与对照相比，T1、T2处理后能增加土壤中细菌、放线菌的含量，降低真菌的数量，这也与陈月星[20]、关秋竹[21]等的研究结果相似。

4 结论

对23年生红富士苹果树连续3年采取施用果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把、树盘覆盖稻草苫子的根系环境调控技术措施，可有效缓解因气候春旱夏涝和化肥过量施用导致的土壤酸化、板结、通气受阻现象，优化土壤微生物群落结构，增加土壤速效养分，提升土壤酶活性，从而进一步促进果树生物量、果实产量和品质的提升，以果树枝条发酵物、放射沟外缘插草把加树盘稻草苫子覆盖处理效果更显著。