密植苹果根系空间分布特征研究

吉光鹏 张栋海 牛蛉磊 吴玉蓉 常学艳

（新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所 新疆图木舒克 843900）

植物体吸收养分和水分主要靠根系， 植物体根系的时空分布特征决定着其水肥吸收及利用能力[1-2]，乔砧苹果根系分布较深广，随着树龄、生育周期、栽培制度、水肥管理措施不同也呈现不同的分布规律，且乔砧苹果疏导根的占比较高[3]。 作物的根系调查方法主要有塑料管土柱法[4]、排水法[5]、微根管法[6]等，但果树根系的主要调查方法为挖掘法[7-9]。 本研究主要采用剖面挖掘法， 通过对乔砧苹果园2 个关键生育时期根系的空间分布特征开展调查研究， 分析其水平及垂直分布特征， 以期为苹果园科学灌水施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2022 年在第三师图木舒克市44 团9 连密植苹果园进行。 供试材料为5 年生乔化砧木苹果树，品种为烟富8 号，树形为高纺锤形，树高3.2~3.5 m，冠幅3.5~3.8 m，株行距配置4.0 m×1.5 m。 苹果园土壤为沙壤土，土壤容重为1.24 g/cm3，土壤总孔隙度为49.45%，田间持水量为17.92%，pH 8.13，有机质含量为5.89 g/kg，水溶性总盐含量为0.70 g/kg，碱解氮含量为28.25 mg/kg，有效磷含量为10.68 mg/kg，速效钾含量为80.00 mg/kg。

1.2 根系采样方法

采用剖面挖掘和网格取样法分别在3 月下旬、6 月中旬调查乔砧苹果树根系分布特征。 采样方法：根据苹果园株行距配置， 自树干朝垂直行向挖掘长1.8 m、深1.2 m 的剖面的观测沟，将剖面分成20 cm×20 cm 的正方形网格，自剖面向里取带根土样至75 cm，并按照划分的网格分层挖掘根系， 取样土块大小为20 cm×20 cm×75 cm，体积为30 000 cm3，共采集长方土体54 个，将土体样品浸泡、冲洗、分装、编号，获得各土体的根系样品并带至实验室待分析。

1.3 测定分析

将根系样品分别用WinRHIZO 2009a、b、c 根系分析系统进行扫描分析， 获得各取样土体范围内的根长、根表面积、根体积、根干重等数据，并根据以下公式计算根系构型指标值，根表面积密度、根体积密度、根重密度计算公式与根长密度相同（图1）。 根长密度（cm/cm3）=根长/土体体积。

图1 乔砧苹果初果期（上排）和果实膨大期（下排）根系分布特征

试验数据用Excel 2007、Origin 2021 进行统计分析及作图。

2 结果与分析

2.1 乔砧苹果树根系空间分布特征

图2、图3 为2 个生育时期根系构型指标在垂直0~120 cm、 水平0~160 cm 范围内的空间分布特征，总体而言， 苹果果实膨大期根系发育较初果期旺盛很多。 根系集中分布区在垂直方向0~60 cm，水平方向0~80 cm 土体范围内，4 个图形分布特征一致性较强，说明该时期根系的粗根生长较为旺盛，毛细根生长相对较弱。 4 个图形表现为不同的变化规律，根系干重、根体积可以反应出粗根的分布情况，图中干重和体积主要分布在水平0~50 cm、 垂直0~60 cm 范围， 说明这个区域边缘是施肥的关键区域， 不可在该区域开沟施肥， 容易造成粗根损伤。 根长度、 根表面积可以反应出细根数量的多少， 图中水平60~120 cm、垂直60~120 cm 范围内根系分布较少，说明该区域开沟施肥对根系损伤最小。

图2 乔化砧木果树根系3 种关键生育期水平方向分布特征

图3 乔化砧木果树根系3 种关键生育期垂直方向分布

2.2 乔砧苹果树根系水平分布特征

由图2 可知， 初果期根系在水平方向0~160 cm始终呈现单峰递减趋势。 在0~20 cm 内根系生长最为旺盛，根长、根表面积、根干重和根体积均达到最大值。 0~60 cm 为初果期根系在土层分布的主要区域， 根长占总体根长的74.10%， 根表面积占总体表面积的79.61%， 根重占总体根重的81.28%， 根体积占据总根体积的84.30%。 吸收根相比于疏导根在初果期不同水平距离均占根系较大比重， 吸收根占总体根长98.70%， 占总体根表面积77.80%， 占总根体积79.38%。

果实膨大期根系构型特征水平方向具有不同特征，其中根长密度在水平方向呈现出双峰曲线模式。膨大期根系在0~20 cm 生长最为旺盛， 根系水平主要分布区域为0~40 cm 和80~140 cm，分别占根系向构型指标的80%左右。 吸收根不同水平距离均占总根系较大比重， 分别占总根长的97.43%、 总表面积的68.84%和根体积的55.71%。 随着果树生育期的不断推进， 相比于初果期， 果实膨大期全剖面根重密度增加了80.24%， 平均根体积密度增加了76.59%， 平均根表面积密度增加28.37%， 平均根长密度增加6.9%。

2.3 乔砧苹果树根系垂直分布特征

由图3 可知， 初果期根系在垂直距离0~80 cm内均呈现出双峰曲线模式。 根长密度、根表面积密度和根体积密度具有相同规律，2 个峰值主要出现在0~20 cm 和60~80 cm， 而根重密度峰值在20~40 cm和60~80 cm。 果实膨大期则呈现出单峰曲线模式，根长、 根表面积和根体积最大峰值主要出现在20~40 cm， 而根重峰值位于0~20 cm。 随着生育期的推进，膨大期的总根量初果期均有所提升，膨大期平均根长密度初果期提高了15.32%， 平均根表面积密度增加了35.16%，平均根重提升了82.08%，平均根体积增加了64.60%。

对于初果期阶段， 根系的主要分布区域位于0~40 cm 和60~100 cm， 其中根长密度占总根长92.08%，根表面积占总根表面积92.75%，根重密度占总根重78.06%， 根体积密度占总根体积密度92.81%。 膨大期中根系的主要分布区域在0~80 cm范围内，根长密度、根表面积密度、根重密度和根体积密度分别占总根系的79.92%、80.53%、87.44%、82.20%。 相比于初果期，吸收根占总根系的比重有所减低，吸收根占总跟长密度的97.43%，吸收根占总根表面积的68.84%，吸收根占总根体积的44.28%。

3 讨论与结论

5 年生乔砧苹果树根系空间分布及生长发育呈现较强的规律， 果实膨大期各根系构型指标明显高于初果期，初果期集中分布于垂直0~60 cm、水平0~80 cm，果实膨大期水平60~120 cm、垂直60~120 cm根系分布较少，在其他区域分布均较多，因此果树施肥时既要将肥料施于根系能够吸收的土层范围，又要保证尽量少伤害果树根系。 从水平分布看，苹果根系呈现阶梯型分布， 初果期根系构型指标的极大值出现在0~20 cm，果实膨大期分别在0~20 cm 和80~100 cm 出现2 次峰值， 第2 次峰值出现的原因可能是该区域长期为果园机械开沟施肥的区域。 从垂直分布看，初果期根系分别在20~40 cm 和60~80 cm 出现2 次峰值，果实膨大期则在20~40 cm 出现1 次峰值， 但乔砧苹果树根系垂直集中分布区为0~40 cm，可作为灌溉施肥的主要区域，根据节水灌溉的要求，要保证该区域水肥充分供应。