不同容积半限根栽培‘阳光玫瑰’葡萄根系分布调查

郭彪，蒋雪，覃富强，马广仁，廖原，张延晖，曹雄军，韩佳宇，白先进，王博*

（1.广西大学农学院，广西南宁 530004；2.广西真诚农业有限公司，广西南宁 530105；3.广西农业科学院葡萄与葡萄酒研究所，广西南宁 530007）

果树限根栽培是利用物理或生态的方式将根系控制在一定的容积内，通过控制根系生长来调节地上部的营养生长和生殖生长[1-6]，从而提早成熟、提高果实产量和品质的一种栽培模式[7-8]。限根栽培葡萄地上部新梢和叶片生长受到抑制[9]，地下部出现大量集群根，吸收根更多、更粗壮，不定根持续发生，根系更新加快[10]。同时，限根栽培下树体ABA合成相关基因表达上调，内源ABA水平提高[11]，转色期开始限根栽培植株各器官中的ABA含量均显著高于对照[12]，果实成熟期提早[13]，果实可溶性固形物和果皮花色苷含量等品质显著提高[14-15]。但生产中，限根栽培有时会发生根系水分供应不及时而影响地上部正常生长的情况，这种现象在南方地区的高温季节时有发生，新梢日灼尤为常见。半限根栽培是在限根栽培基础上，为适应不良气候条件，提高其生态适应性而开发的一种新型栽培模式，果树根系一部分生长于底部开放的限根池中，一部分生长于开放区域。一方面限根池内部分根系受到限制，有助于促进树体ABA合成，同时吸收根较为集中，可增强根系吸收能力，提高肥料供应的精准性和效率；另一方面限根池外部根系扩大了根系的吸收范围，增强了根系对于胁迫环境的缓冲能力，具体见图1。

图1 半限根栽培模式Figure 1 Semi-root restriction cultivation patterns

半限根栽培对葡萄的地下部管理不同于传统的露地栽培和限根栽培，了解限根池中和地下开放区域根系的生长和分布规律具有重要意义[16]。正常栽培模式下，葡萄根系一般分布在0～40 cm的土层中，随土层深度的增加根量逐渐减少[17]，主要以直径≤2.0 mm的吸收根和2.0～5.0 mm的侧根为主，直径＞5.0 mm的侧根较少[18-19]。根域限制栽培下葡萄新根粗度变细，长度增加[12]，桃树中根（2～5 mm）和小根（＜2 mm）数量增加[20]。根域限制栽培不同的根域容积也会影响根系体积、数量、分布、结构和根冠比。本调查对不同容积半限根栽培葡萄的根系分布情况进行分析，为葡萄半限根栽培的地下部管理提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料

本调查于2020年7月15日在广西南宁广西真诚农业有限公司武鸣东盟开发区示范基地进行。调查对象为不限根栽培、小容积半限根栽培和大容积半限根栽培的4年生‘阳光玫瑰’葡萄，分别记为CK、T1和T2。其中，不限根栽培模式葡萄植株直接种植于开放的垄沟内；小容积半限根栽培限根池半径50 cm、土层高度30 cm、底部开放；大容积半限根栽培的限根池半径100 cm、土层高度30 cm、底部开放。株行距均为4 m×6 m。

1.2 调查方法

1.2.1 调查方式

每个模式随机选择3株生长状况一致、无病虫害的葡萄树进行调查，在0～30 cm土层、30～60 cm内土层、30～60 cm外土层分别采样。T1、T2植株0～30 cm土层（地表以上限根池内）和30～60 cm内土层（地表以下0～30 cm）的调查单元是以根茎投影为轴的1/8扇形体，根茎下30～60 cm外土层调查单元是以根茎投影为轴的1/8环状体；CK植株根茎下的0～30 cm土层（地表下0～30 cm）和根茎下30～60 cm内土层（地表下30～60 cm）的调查单元为以根茎投影为轴1/8扇形体，根茎下30～60 cm外土层调查单元是以根茎投影为轴的1/8环状体，各调查取样单元参数见表1、图2。

表1 不同调查处理取样单元参数Table 1 Parameters of sampling units for different investigation treatments

图2 各处理调查取样土层示意图Figure 2 Sampling diagram of soil layers survey for each treatment

1.2.2 根系分布相关参数的测定

采集各土层的葡萄根系，将根系分为3级：小根（直径＜2.0 mm），中根（直径2.0～5.0 mm），大根（直径＞5.0 mm）。

根系长度测定：将各调查单元采集到的根系洗净，在设置比例尺的黑色背景下，固定相机位置对每个调查单元的全部根系进行拍照，通过CAD软件分析照片中根系的总长度，计算各土层圆柱体或环状体内各级根系长度以及各土层单位体积单位冠幅下各级根系长度。

根系鲜质量：采用电子天平测定各土层扇形体/环状体内各级根系鲜质量以及各土层单位体积单位冠幅下各级根系鲜质量。

1.3 数据统计分析

各土层圆柱体或环状体内各级根系长度（m）=各调查单元测定的根系长度之和×8

各土层圆柱体或环状体内各级根系鲜质量（g）=各调查单元测定的根系鲜质量之和×8

根长占比（%）=(各级根长/根总长)×100

根系鲜质量占比（%）=(各级根系鲜质量/根系总鲜质量)×100

根长密度（m·m-3·m-2）=调查单元根长/(调查单元土壤体积×树冠冠幅)

根系质量密度（g·m-3·m-2）=调查单元根系鲜质量/(调查单元土壤体积×树冠冠幅)

其中：树冠冠幅（m2）=主蔓长度×枝条两侧延伸宽度

1/8的扇形体土壤体积（m3）=45/360×π×(调查单元半径)2×调查单元土层厚度

1/8的环状体土壤体积（m3）=45/360×[π×(环状体外圆半径)2×调查单元土层厚度-π×(环状体内圆半径)2×调查单元土层厚度]

数据用SPSS 26.0软件进行分析，使用Origin 2018软件进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式各土层各类根系长度差异

由表2可知，从根系长度在不同土层的分布来看，T1和T2处理直径＜2.0 mm的小根和直径2.0～5.0 mm的中根主要分布在限根池内0～30 cm土层，CK的小根集中分布范围较半限根栽培大，主要分布在0～30 cm和30～60 cm内土层；3种栽培模式下大根在各个土层中的分布均无显著差异。从同一土层中各处理不同根系长度分布的差异可以看出，T1和T2限根池中0～30 cm土层小根及根系总长度均显著高于CK，但限根池中T1的大根生长受到抑制，而T2与CK无显著性差异。整体调查的0～60 cm土层中，T1、T2的小根和中根长度及各级根系总长度均与CK无显著性差异。

表2 不同栽培模式处理各土层各类根系长度差异Table 2 Difference of root length in different soil layers under different cultivation patterns

2.2 不同栽培模式各等级根系长度的比例

由图3可知，3种栽培模式下均以小根长度比例最大，其中CK小根长度比例为62%，显著高于T1的56%。T1和T2的中根长度比例分别为43%和39%，二者无显著性差异，但均显著高于CK。而CK大根长度比例为4%，显著高于T2的3%，二者均显著高于T1的1%。

图3 不同栽培模式各级根系长度所占比例Figure 3 Proportion of root length in different cultivation patterns

2.3 不同栽培模式各土层各类根系鲜质量差异

由表3可知，从根系鲜质量在不同土层的分布来看，T1处理小根和大根主要分布在限根池和30～60 cm内土层中，中根主要分布在30～60 cm内土层中；T2的小根和中根主要分布在限根池内，大根主要分布在30～60 cm内土层；CK的小根在各土层分布没有显著差异，中根和大根均主要分布在30～60 cm内土层。从同一土层中各处理不同根系鲜质量分布差异可以看出，T1和T2限根池内的小根鲜质量和各级根系总鲜质量以及整体调查到的0～60 cm土层中的各级根系总鲜质量均显著高于CK。T2在限根池内的中根鲜质量和整体调查到的0～60 cm土层内的小根以及中根鲜质量均显著高于T1和CK；与CK相比，T1限根池中的0～30 cm土层内大根鲜质量增加，而T2无显著性差异，但T1和T2的0～60 cm土层内的大根鲜质量均显著低于CK。

表3 不同栽培模式处理各土层各类根系鲜质量差异Table 3 Difference of root fresh weight in different soil layers under different cultivation patterns

2.4 不同栽培模式各等级根系鲜质量所占比例

由图4可以看出，T1和T2的小根鲜质量的比例均为40%左右，显著高于CK的19%。T2中根鲜质量比例为38%，显著高于CK的22%和T1的24%。CK大根鲜质量比例为59%，显著高于T1的36%和T2的23%。

图4 不同栽培模式各级根系鲜质量所占比例Figure 4 Proportion of root fresh weight in different patterns

2.5 不同栽培模式各土层各类根系根长密度差异

由表4可知，从根长密度在不同土层的分布来看，T1和T2处理小根、中根根长密度以及各级根系总根长密度在限根池内最高，T1大根根长密度在限根池内和30～60 cm内土层均较高，T2大根根长密度在30～60 cm内土层最高；CK的中根根长密度和各级根系总根长密度在0～30 cm土层最高，其小根和大根根长密度在30～60 cm内土层最高。从同一土层中各处理不同根长密度分布的差异可以看出，T1各土层各级根系根长密度和各级根系总根长密度均在3个处理中最高。限根池内以及整体调查到的0～60 cm土层，T2的小根、中根和各级根系总根长密度与CK无显著性差异。

表4 不同栽培模式各土层各类根系根长密度差异Table 4 Difference of root length density at all levels in different soil layers under different cultivation patterns

2.6 不同栽培模式各土层各类根系质量密度差异

由表5可知，从同一处理根系质量密度在不同土层的差异来看，T1的小根和大根质量密度在限根池和30～60 cm内土层均较高，中根以及各级根系总质量密度在30～60 cm内土层最高；T2的小根、中根以及各级根系总质量密度在限根池内最高，而大根质量密度在30～60 cm内土层最高；CK小根质量密度在0～30 cm土层和30～60 cm内土层均较高，中根、大根和各级根系总质量密度在30～60 cm内土层最高。从同一土层中各处理不同根系质量密度的差异可以看出，T1除限根池内中根质量密度显著低于T2外，在其他各土层内各级根系质量密度和各级根系总质量密度均显著高于T2和CK。限根池内和整体调查到的0～60 cm土层T2的小根、中根和各级根系总质量密度均显著高于CK。

3 讨论与结论

根系在空间胁迫下，限制了骨干根系的生长，促进了吸收根的发生，提高了根系吸收养分和水分的能力[21-25]。随根域容积缩小，根系密度增加，细根增多[26-27]。根域限制通过调控VvTAR2等生长素合成相关基因和VvAUX1等IAA极性运输相关基因表达丰度来影响根系中生长素的合成和运输，进而改变根系构型，促进新根发生[10]。本调查显示，从各类根系总量来看，大容积半限根栽培限根池内的小根鲜质量以及各级根系总鲜质量最大，同时两个容积半限根栽培限根池内小根的长度、鲜质量以及各级根系的总长度、总鲜质量均显著高于常规栽培。说明半限根栽培模式的限根池对葡萄根系的胁迫效果与根域限制一致，都显著提高了根系总量及小根数量。从各类根系的根长密度和质量密度情况来看，小容积半限根栽培促进了新根发生，各类根系及根系总量增多，大容积半限根栽培小根和中根的生长也得到了促进。

在葡萄常规栽培中，根系主要分布在0～60 cm的土层中，水平分布主要集中在100 cm以内[28-29]。马文娟等[17]研究发现，葡萄根系垂直方向分布大部分集中在0～40 cm土层中，以小根最多，达到56.9%～58.5%[30]。从调查到的各类根系长度和鲜质量总量在各土层分布情况来看，对于起主要吸收功能的小根分布来说，半限根栽培的小根主要分布在限根池中，常规栽培的小根在3个土层均有较多分布；3种栽培模式的中根长度均主要在0～30 cm土层中，大根长度在3个土层中无显著性差异。从各类根系的根长密度和质量密度情况来看，小容积半限根栽培各类根系分布较集中。根系长度和根系鲜质量可以较直观地反映出根系发生的数量和粗度，本调查中3种栽培模式的各级根系均表现出随着土层深度加深而根系粗度变粗的趋势。

根系分布情况表明，小容积半限根栽培和大容积半限根栽培的吸收根均主要集中分布在限根池中，便于肥水以及根系管理。从根系密度分布情况可以看出，大容积半限根栽培根域容积较大，其根系密度低于小容积半限根栽培，土壤改良以及肥料供应成本高于小容积半限根栽培；而小容积半限根栽培根域容积小，根系密度更大，吸收根分布更为集中，更能提高肥水利用率，减少肥料用量，在节约肥水供应的同时仍可保证葡萄正常生长，故生产中半限根栽培推荐采用1 m左右直径的小容积较好。