秋季斷根和施肥對(duì)蘋果幼樹根系構(gòu)型及生長的影響

周克友,陶 佳,劉璐璐,石 佩,范崇輝

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

秋季斷根和施肥對(duì)蘋果幼樹根系構(gòu)型及生長的影響

周克友1,陶 佳1,劉璐璐2,石 佩2,范崇輝1

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

【目的】 探討秋季斷根、施肥對(duì)蘋果幼樹根系構(gòu)型和生長發(fā)育的影響，為蘋果早豐優(yōu)栽培提供理論依據(jù)。【方法】 于2012-10，以3年生盆栽‘富士’蘋果(Malus×domesticaBorkh.)幼樹為試材，以植株不進(jìn)行任何處理為對(duì)照，設(shè)置斷根、施用氮肥(以下簡稱施肥)和斷根后施用氮肥(以下簡稱斷根施肥)3個(gè)處理，研究不同處理對(duì)蘋果根系長度、根系體積、根長密度、不同直徑根系長度、光合作用及生長情況等的影響?！窘Y(jié)果】 與對(duì)照相比，斷根施肥處理后樹體根系長度、根長密度及根尖數(shù)顯著增加，根系表面積、根系體積顯著減少；直徑≤1.0 mm的根系長度顯著增加，直徑>1.0 mm的根系長度減少。同時(shí)，斷根施肥處理后葉片凈光合速率增加了13.3%，蒸騰速率下降了2.3%，水分利用效率提高了15.2%。另外，斷根施肥處理還減少了長枝數(shù)、根冠比和平均葉面積，增加了短枝數(shù)。斷根處理和施肥處理對(duì)蘋果幼樹根系構(gòu)型、光合作用及生長也有一定影響，但對(duì)多數(shù)指標(biāo)的影響均不如斷根施肥處理顯著?！窘Y(jié)論】 斷根施肥處理可以顯著提高蘋果植株的光合作用，增加細(xì)根的數(shù)量和長度，其對(duì)于抑制營養(yǎng)生長，促進(jìn)生殖生長具有重要作用。

斷根；施肥；蘋果；光合作用；根系構(gòu)型；生長

我國已經(jīng)成為世界上最大的蘋果栽培國[1]。在我國渭北黃土高原蘋果栽培中，果農(nóng)在10月中下旬采收蘋果后秋施基肥，常在樹體兩側(cè)開溝挖槽，切斷部分根系，即對(duì)樹體進(jìn)行斷根處理。據(jù)報(bào)道，斷根能使植物的營養(yǎng)生長受到抑制，對(duì)蘋果的成花具有積極作用[2-3]，于休眠期、盛花期、六月落果期和采收前對(duì)蘋果樹斷根，均能減少莖的粗度和新稍長度，增加葉片N、P、K質(zhì)量分?jǐn)?shù)[4]。斷根還可以增加蘋果果實(shí)的品質(zhì)，提高蘋果果實(shí)可溶性固形物、可滴定酸、維生素C及果皮花青苷含量[5-6]。施肥能促進(jìn)作物植株的營養(yǎng)生長，提高植株干物質(zhì)量、產(chǎn)量、葉片氮及葉綠素含量[7]；改善蘋果葉片質(zhì)量，提高光合作用[8]。氮肥是影響紅富士蘋果產(chǎn)量最關(guān)鍵的因素[9]。但是，施氮肥過多易造成植株徒長[10]。以往的研究多將斷根和施氮肥分開進(jìn)行研究，忽視了兩者的互作效應(yīng)。為此，本研究從實(shí)際出發(fā)，分析斷根和施肥2個(gè)因素對(duì)蘋果樹生長發(fā)育生理的影響，以期為蘋果的合理施肥和優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

本試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)官村蘋果示范園進(jìn)行，該地區(qū)位于N34°18′、E108°02′，海拔 525 m，年均日照時(shí)數(shù) 2 150 h，年平均氣溫12～14 ℃，年平均降水量 621.6 mm[11]。試驗(yàn)材料為3年生‘富士’蘋果(Malus×domesticaBorkh.)盆栽苗，基砧為新疆野蘋果，中間砧為M9。盆為塑料盆，直徑480 mm、深度360 mm。試驗(yàn)材料于2012-03-26栽植。栽植時(shí)，選取生長一致的蘋果苗放入塑料盆中，用基質(zhì)定植?；|(zhì)為園土、珍珠巖、泥炭(三者體積比為1∶1∶1)混合均勻的混合物。

試驗(yàn)于2012-10-13進(jìn)行，在處理前1 d采取土樣，土壤有機(jī)質(zhì)含量63.2 g/kg，全氮含量1.12 g/kg，堿解氮含量112.57 mg/kg，速效磷含量 12.73 mg/kg，速效鉀含量116.2 mg/kg。處理時(shí)，首先選取生長一致的24株蘋果苗，設(shè)4個(gè)處理，每處理重復(fù)6次，單株小區(qū)。具體處理為：Ⅰ.對(duì)照(CK)，整個(gè)植株不進(jìn)行任何處理；Ⅱ.斷根處理，參照J(rèn)ames[4]的方法，在離主干周長2倍距離的兩側(cè)用鋸條來回劃動(dòng)，深入塑料盆的底部，斷掉所遇到的根系，然后用所取出的基質(zhì)夯實(shí)；Ⅲ.施用氮肥處理(施肥處理)，氮肥的施用量參照生產(chǎn)上關(guān)中地區(qū)N施用量617 kg/hm2[12]，并采用預(yù)試驗(yàn)的篩選結(jié)果，每株施用15 g NH4NO3，其中10 g NH4NO3為當(dāng)天施用，另外5 g NH4NO3于第2年樹體開花后施用，施用時(shí)，將肥料溶于500 mL蒸餾水水，澆灌在樹體的周圍，然后蓋上土；Ⅳ.斷根后施用氮肥處理(斷根施肥處理)，即斷根處理后按照上述方法每株施用15 g NH4NO3。同時(shí)，為保持試驗(yàn)一致，對(duì)照和斷根處理都澆灌500 mL的蒸餾水(于第2年樹體開花后進(jìn)行)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 根系參數(shù) 于2013年11月下旬植株落葉前后，將植株從塑料盆中小心取出，用自來水緩慢洗凈，然后將根系放置于根系掃描儀(EPSON,Canada)中掃描，獲得的圖像用Win RHIZO (2007)根系分析軟件分析。根系長度、根系體積、根系表面積、根尖數(shù)及不同直徑根系長度直接由軟件獲得。根長密度按照根系長度/實(shí)際土壤體積計(jì)算。

1.2.2 光合參數(shù) 于2013-07-03上午09:00-11:00，采用LI-6400(LI-COR，USA)測(cè)定葉片的光合參數(shù)。測(cè)定時(shí)，隨機(jī)選取側(cè)枝頂端以下第4～6片成熟葉進(jìn)行，其中凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、細(xì)胞間隙CO2濃度(Ci)等參數(shù)直接從儀器測(cè)得，而瞬時(shí)水分利用效率(WUE)由Pn/Tr計(jì)算[13]。每處理的每棵樹隨機(jī)選取3片葉測(cè)定3次。

1.2.3 生長指標(biāo) 2013-07-15，選取新梢頂端以下第4-6片成熟葉，直接用SPAD-502Plus便攜式葉綠素儀測(cè)量葉綠素含量(SPAD值)。之后每個(gè)處理取10片成熟葉，用AM300便攜式葉面積儀測(cè)定葉面積。2013年11月下旬待植株落葉后，用軟尺測(cè)定側(cè)枝總生長量，然后統(tǒng)計(jì)長枝、中枝、短枝數(shù)量。2013年11月下旬測(cè)定植株干質(zhì)量，具體方法為：首先將植株連株取出，洗凈后分成地上部及地下根系部分，105 ℃殺青15 min，然后于75 ℃烘干至質(zhì)量恒定，之后求得植株總干質(zhì)量及根冠比。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均用SAS 8.0軟件進(jìn)行方差分析及Duncan’s多重比較，采用Excle軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 斷根和施肥處理對(duì)蘋果幼樹根系構(gòu)型的影響

根系是植株最為重要的器官，承擔(dān)著吸收養(yǎng)分、水分的功能。而對(duì)根系的評(píng)價(jià)多采用根系長度、根系體積、根長密度等描述根系構(gòu)型的指標(biāo)。由表1可知，斷根和施肥處理對(duì)蘋果幼樹根系構(gòu)型有明顯的影響。斷根施肥處理植株的根系長度比對(duì)照提高了8.7%，且二者差異達(dá)到顯著水平，說明斷根施肥處理增加了植物根系的總長度。斷根施肥處理植株的根系表面積比對(duì)照降低了20.3%，二者差異也達(dá)到顯著水平，說明斷根施肥處理對(duì)于植株根系表面積有顯著的影響，這可能是由于斷根造成了植株粗根長度的減少，導(dǎo)致根系表面積降低。根長密度是以單位土壤體積所具有的根長來確定的，是根系構(gòu)型的重要指標(biāo)[14]。斷根、施肥和斷根施肥處理都增加了植株的根長密度，其中斷根處理的根長密度較對(duì)照高，但二者差異未達(dá)到顯著水平。根系體積與根系表面積變化一致。斷根處理植株的根系體積顯著下降；施肥處理植株的根系體積增加；斷根施肥處理的根系體積比對(duì)照低24.5%，二者差異達(dá)顯著水平，說明施肥也不能彌補(bǔ)斷根所引起的根系體積下降。斷根施肥處理植株根尖數(shù)比對(duì)照高36.2%，二者差異達(dá)到顯著水平，說明斷根施肥處理能增加植物的根尖數(shù)。

表1 斷根和施肥處理對(duì)蘋果幼樹根系構(gòu)型的影響Table 1 Effect of root pruning and fertilization on root architecture of young Fuji trees

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)，下表同。

Note:Different lowercase letters stand for significant difference (P<0.05)，the same below.

斷根和施肥處理對(duì)蘋果幼樹不同直徑根系長度的影響見表2。

表2 斷根和施肥處理對(duì)蘋果幼樹不同直徑根系長度的影響Table 2 Effect of root pruning and fertilization on the lengths of different diameters of young Fuji trees cm

表2顯示，斷根施肥處理會(huì)影響不同直徑的根系長度。在直徑>0～≤1.0 mm根系中，斷根施肥處理的根長比對(duì)照高7.9%，且二者差異顯著，說明斷根施肥處理對(duì)于增加細(xì)根的根長具有一定的作用。在直徑>1.0～≤2.0 mm的根系中，斷根施肥處理的根長比對(duì)照低10.7%，但二者差異未達(dá)到顯著水平。在直徑>2.0～≤4.0 mm的根系中，斷根處理的根長顯著低于對(duì)照，降幅達(dá)23.3%；施肥處理的根長較對(duì)照增加了9.6%，且二者差異不顯著；斷根施肥處理的根長比對(duì)照降低了14.8%，但二者差異未達(dá)到顯著水平，說明斷根處理降低了直徑為>2.0～≤4.0 mm根系的長度，而施肥處理則有助于這部分根系長度的增加。在直徑>4.0 mm的根系中，斷根處理的根系長度顯著降低，與對(duì)照相比，降幅達(dá)52.6%；施肥處理對(duì)直徑>4.0 mm根系長度影響不大，較對(duì)照只增加了1%；斷根施肥處理下直徑>4 mm根系長度比對(duì)照減少了52.1%，且二者差異達(dá)顯著水平。因此，斷根和施肥都能增加細(xì)根(直徑<1.0 mm)的長度。斷根能使直徑較大(直徑>2.0 mm)的根系長度顯著減少，施肥卻能增加這部分根系的長度，但是與斷根處理相比而言，施肥處理僅能起到緩解根系長度減少的作用。

2.2 斷根和施肥對(duì)蘋果幼樹光合作用的影響

圖1顯示，斷根和施肥處理對(duì)蘋果幼苗葉片的光合作用有明顯的影響。斷根處理和施肥處理的凈光合速率略有增加，但與對(duì)照的差異未達(dá)到顯著水平；與對(duì)照相比，斷根施肥處理的凈光合速率顯著提高了13.3%，說明斷根、施肥處理會(huì)增加蘋果幼樹的凈光合速率。斷根處理的氣孔導(dǎo)度比對(duì)照增加了36.3%，且二者差異達(dá)到顯著水平，而施肥處理和斷根施肥處理的氣孔導(dǎo)度與對(duì)照的差異均不顯著。各處理胞間CO2濃度的變化規(guī)律與氣孔導(dǎo)度一致。蒸騰是植物體內(nèi)水分以氣體狀態(tài)向外散失的過程，是植物水分代謝極其重要的環(huán)節(jié)，蒸騰作用的強(qiáng)弱是反映植物水分代謝的重要指標(biāo)[15]。斷根處理和斷根施肥處理的蒸騰速率與對(duì)照差異未達(dá)到顯著水平，施肥處理蒸騰速率顯著低于對(duì)照。斷根、施肥及斷根施肥處理的水分利用效率均顯著高于對(duì)照。

圖1 斷根和施肥處理后蘋果樹體光合參數(shù)的變化 Ⅰ.對(duì)照；Ⅱ.斷根處理；Ⅲ.施肥處理；Ⅳ.斷根施肥處理Fig.1 Change of photosynthesis after treatment in young Fuji trees Ⅰ.CK;Ⅱ.Root pruning;Ⅲ.Fertilization;Ⅳ.Root pruning and fertilization

2.3 斷根和施肥處理對(duì)蘋果幼樹生長的影響

從表3可以看出，斷根施肥處理的葉綠素含量比對(duì)照高6.9%，且二者差異顯著。施肥后側(cè)枝總生長量較對(duì)照大幅增加，增加比例達(dá)到34.0%，且二者差異達(dá)到顯著水平，說明施肥對(duì)側(cè)枝總生長量的影響很大；斷根施肥處理側(cè)枝總生長量與對(duì)照差異不顯著，這是斷根和施肥共同作用的結(jié)果。斷根處理后植株的長枝和中枝數(shù)減少，短枝數(shù)增加；施肥處理長枝數(shù)增加，短枝和中枝數(shù)減少；斷根施肥處理的長枝數(shù)減少，短枝數(shù)增多，說明斷根可以促進(jìn)短枝的增加，施肥能促進(jìn)長枝的增加，斷根施肥處理中斷根的影響起主導(dǎo)作用。斷根和施肥處理還會(huì)影響植株干質(zhì)量，斷根后植株的干質(zhì)量降低了12.3%；施肥后植株干質(zhì)量增加了16.0%，且與對(duì)照差異均達(dá)到顯著水平；斷根施肥處理植株干質(zhì)量與對(duì)照差異不顯著，說明施肥緩解了斷根引起的植株干質(zhì)量減少。植物的根冠比反映了地上部與地下部的關(guān)系。所有處理的根冠比較對(duì)照明顯下降，其中斷根處理與對(duì)照差異達(dá)顯著水平。斷根處理和斷根施肥處理植株的平均葉面積較對(duì)照明顯下降，但施肥處理植株平均葉面積較對(duì)照顯著增加。

表3 斷根和施肥處理對(duì)蘋果幼樹生長的影響Table 3 Effect of root pruning and fertilization on growth of young Fuji trees

3 討 論

植物根系生長旺盛，對(duì)于植物利用水肥有利，但是過多的器官對(duì)植物可能也是一種浪費(fèi)[16]，斷根可以減少強(qiáng)壯根、促進(jìn)須根的產(chǎn)生[17]，使植株的根系控制在合適的范圍內(nèi)。營養(yǎng)條件也會(huì)影響根系的形態(tài)及構(gòu)型，在缺氮或缺鐵的營養(yǎng)環(huán)境中，幼苗細(xì)根比例增大，根系直徑變小[18]；施用氮肥則能使植株的根長增加。本研究結(jié)果表明，斷根、施肥處理及二者共同作用均會(huì)對(duì)蘋果根系構(gòu)型產(chǎn)生影響，斷根對(duì)于細(xì)根(直徑<1.0 mm)長度影響很小，但增加了根系的根尖數(shù)，這可能是由于斷根后對(duì)根系的發(fā)生產(chǎn)生了影響導(dǎo)致。斷根處理顯著減少了粗根(直徑>2.0 mm)的根長，從而使植株根系表面積和體積顯著減少。施肥處理則顯著增加植物的根系長度，這與前人研究結(jié)果一致[17]。此外，施肥還增加了植株根長密度、表面積和體積。斷根施肥處理既能使植株根系長度增加，又能減少粗根(直徑>1.0 mm)的根長，從而控制根系的體積，這對(duì)于植株保持合理的根冠比，控制根系的冗余，促進(jìn)植物對(duì)水肥的吸收是有利的。

斷根會(huì)導(dǎo)致蘋果根系長度和數(shù)量減少，打破樹體根冠的營養(yǎng)平衡，植物斷根以后，根系會(huì)重新生長，使得根系暫時(shí)成為生長的中心[19]。蘋果斷根以后，由于根系遭到破壞，植物利用水分、營養(yǎng)的能力減弱，會(huì)導(dǎo)致光合作用暫時(shí)減弱，但隨后恢復(fù)，并且恢復(fù)后的光合強(qiáng)度要高于未斷根處理[16，20]。植物施用氮肥后，植株葉綠素含量增加，光合能力提高，蒸騰速率下降[21]。同時(shí)，施用氮肥，也會(huì)造成植株的徒長，根冠比降低[22]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，植物斷根后凈光合速率增加，蒸騰速率降低，水分利用效率提高；而施用氮肥也能提高凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度，降低蒸騰速率，這些與前人研究結(jié)果相一致[8]。本研究中，斷根后進(jìn)行施肥，植物的凈光合速率、水分利用效率均顯著增加，這是斷根和施肥共同促進(jìn)的結(jié)果。所以，生產(chǎn)上秋季斷根后施用氮肥，對(duì)于植物來年的光合作用是有利的。

斷根后徒長枝受到強(qiáng)烈抑制，萌發(fā)產(chǎn)生了更多的短枝，這對(duì)于促進(jìn)富士蘋果的成花十分必要[11]。但是也過分地抑制了植株的營養(yǎng)生長[20]。本研究中，施肥雖然顯著提高了樹體的平均葉面積，促進(jìn)了植株的生長，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致植株長枝數(shù)增多，短枝數(shù)減少，對(duì)于富士蘋果成花不利。而斷根和施用氮肥共同作用使植株既保持了應(yīng)有的側(cè)枝總生長量，又控制了枝條徒長，促進(jìn)了短枝的形成。因此，生產(chǎn)上將斷根和施肥相結(jié)合，對(duì)于控制蘋果營養(yǎng)生長及促進(jìn)生殖生長有重要意義。因此，這一措施在渭北黃土高原蘋果產(chǎn)區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。但是隨著果園勞動(dòng)力的緊缺和勞動(dòng)成本的增加，這一方式又與時(shí)代發(fā)展需要的省力化栽培有很大矛盾。若借助于國外機(jī)械化斷根[4]并結(jié)合注射施肥的方法，將對(duì)渭北黃土高原蘋果的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)具有重要的意義。

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Effects of root pruning in autumn and fertilization on root architecture and growth of young Fuji apple trees in Weibei Loess Plateau

ZHOU Ke-you1,TAO Jia1,LIU Lu-lu2,SHI Pei2,FAN Chong-hui1

(CollegeofHorticulture,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 The influence of root pruning in autumn and fertilization on physiology and growth of apple trees was investigated to provide basis for good quality and efficient production of apple. 【Method】 In October 2012,3 years old potted Fuji apple (Malus×domesticaBorkh.) trees were used as the experiment materials.Plants without any treatment were set as control,while other plants were set to root pruning,nitrogen fertilization (hereinafter referred to as fertilization) and fertilization after root pruning (root pruning and fertilization),respectively.Then the effects on photosynthesis,root length,root volume,root length density,root length of different diameters,and growth were analyzed.【Result】 Root pruning and fertilization integrated treatment increased root length,root length density,and the number of root tips significantly,while decreased root surface area and root volume significantly.The root length with diameter of ≤1.0 mm increased significantly,while the root length with diameter of >1.0 mm decreased.Simultaneously,root pruning and fertilization integrated treatment increased net photosynthesis by 13.3%,decreased transpiration rate by 2.3%,and improved water use efficiency by 15.2%.Root pruning and fertilization treatment also reduced the number of long branches,the ratio of root to shoot and the average leaf area,while increased the number of spur.Separate root pruning and fertilization treatments also had an impact on root configuration,photosynthesis and growth of young apple tree,but the impact was not as significant as integrated root pruning and fertilization treatment.【Conclusion】 Root pruning and fertilization treatment could significantly improve the photosynthesis of plants,decrease the root system redundancy,and increase the number and length of fine roots.Root pruning and fertilization treatment also played an important role in inhibiting vegetative growth and promoting reproductive growth.

root pruning;fertilization;apple trees;photosynthesis;root architecture;growth

2014-02-21

國家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-28)

周克友(1988-),男,重慶奉節(jié)人,在讀碩士,主要從事果樹生理研究。E-mail：keyou070301@126.com

時(shí)間:2015-06-30 13:47

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.08.010

范崇輝(1956-)，男，陜西禮泉人 ，教授 ，主要從事果樹生理生態(tài)研究。

S661.1

A

1671-9387(2015)08-0147-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150630.1347.010.html