阿克蘇地區(qū)紅棗盛果期根系空間分布規(guī)律研究

摘要：通過對紅棗（Ziziphus zizyphus）盛果期根系空間分布規(guī)律進(jìn)行研究，為紅棗田間水肥管理提供理論依據(jù)。采用剖面挖掘和分層取樣法，利用WinRHIZO Pro2010a根系分析系統(tǒng)對漫灌條件下紅棗盛果期吸收根（根徑<2 mm）的空間分布進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，根系在水平方向上（0～450 cm）隨著樹干水平距離的增加而減少，水平距離0～200 cm以內(nèi)是根系分布的主要區(qū)域；根系在垂直方向上（0～170 cm）隨著土層垂直距離的增加先增多后減少，垂直距離0～90 cm以內(nèi)是根系分布的主要區(qū)域。水平距離0～200 cm以內(nèi)、垂直方向0～90 cm以內(nèi)土層是紅棗盛果期田間水肥管理的重要區(qū)域，土壤質(zhì)地條件是影響根系分布的重要因素之一。

關(guān)鍵詞：紅棗（Ziziphus zizyphus）；吸收根；空間分布；根長密度；根表面積密度

中圖分類號：S665.1 ；Q944.54 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）20-4963-04

Studies on Spatial Distribution Characteristics of Root System of Ziziphus zizyphus

at Full Bearing Period in Akesu

LI Hong1，GUO Guang-hua1，2，ZHENG Chao-hui1，YANG Chan-chan1

（1.Xinjiang Academy of Forestry Sciences， Urumqi 830000，China；

2.Forestry and Horticulture College， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052，China）

Abstract： Based on the study of spatial distribution characteristics of root system of Ziziphus zizyphus at full bearing period， the theoretical basis for water and fertilizer management of Ziziphus zizyphus was provided. With profile digging and layered sampling methods， the spatial distribution of absorbing roots （root diameter < 2 mm） of Ziziphus zizyphus at full bearing period was investigated and analyzed under the condition of flood irrigation by using WinRHIZO Pro2010a root analysis system. The results showed that the roots in the rows decreased with the distance increased from the trees in horizontal direction （0～450 cm）. The horizontal direction of 0～200 cm is concentrated region for roots distributing. In vertical direction（0～170 cm）， the roots in the rows first increased and then decreased with increase of depth. The vertical direction of 0～90 cm is concentrated region for roots distributing. The 0～90 cm soil layer in the 0～200 cm from the trees is important for water and fertilizer management in Ziziphus zizyphus at full bearing period. Meanwhile， the soil texture condition was an important factor affecting the spatial distribution of roots.

Key words： Ziziphus zizyphus； absorbing root； spatial distribution； root length density； root surface area density

棗屬（Ziziphus）是鼠李科（Rhamnaceae）50多個屬中最富經(jīng)濟(jì)價值的一個屬[1]。棗（Ziziphus zizyphus）是中國第一大干果樹種和第七大果樹，近年來正在成為中國果樹新的發(fā)展熱點(diǎn)[2]。新疆的紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，種植面積近26.7萬hm2，掛果面積8萬多 hm2，年產(chǎn)量17萬t，位居全國前列[3]。尤其在若羌、阿克蘇等環(huán)塔里木盆地地區(qū)，紅棗成為農(nóng)民增收的一個重要來源。根系作為樹木從外界環(huán)境吸收水分和養(yǎng)分的主要通道，對果園生態(tài)系統(tǒng)各組分養(yǎng)分和水分的競爭起著非常重要的作用[4]。植物對土壤養(yǎng)分和水分的競爭能力在很大程度上取決于植物根系在土壤中的時空分布[5]，定量研究果園生態(tài)系統(tǒng)中果樹根系的空間分布特征，對進(jìn)一步研究果園生態(tài)系統(tǒng)種間關(guān)系和競爭機(jī)制，探討果園的合理密度和水肥管理等具有十分重要的意義。王玉柱[6]用改良壕溝法對兩個杏品種根系分布進(jìn)行觀察，6個剖面的觀察結(jié)果表明：杏根系主要分布在地表下10～90 cm的土層內(nèi)，根系分布的深度和廣度受土壤質(zhì)地影響。張勁松等[7]對太行山低山丘陵區(qū)石榴樹吸水根根系空間分布特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明：在垂直方向上，石榴吸水根根量主要集中于0～80 cm土層內(nèi)，約占總量的91.32%；在水平方向上，主要分布為距果樹行帶0～100 cm范圍內(nèi)，石榴吸水根根量約占總量的76.07%。這與趙領(lǐng)軍等[8]“果樹根系的分布由遺傳決定，但受環(huán)境條件的制約”的研究結(jié)果相吻合。史彥江等[9]曾對棗棉棗糧間作系統(tǒng)根系分布進(jìn)行研究。但對于棗樹純林根系方面的研究鮮有報(bào)道，目前純林棗園占紅棗總面積的絕大多數(shù)，采用剖面挖掘和分層連續(xù)取樣法研究紅棗根系的文獻(xiàn)也鮮見，而分層連續(xù)取樣更能全面、客觀地表現(xiàn)紅棗的根系空間分布規(guī)律。試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上，采用剖面挖掘和分層取樣法，對中齡期紅棗根系空間分布規(guī)律進(jìn)行定量研究。通過對棗樹根系的研究，揭示其根系在漫灌條件下土壤空間的分布規(guī)律，確定施肥、澆水的最佳位置，以期為干旱區(qū)棗園田間水肥管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

佳木試驗(yàn)站位于阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)，距阿克蘇市30 km。地理位置（北緯41°15′，東經(jīng) 80°32′），海拔1 103 m。基地呈長方形，地勢為北高南低，西高東低，南北長1 600 m，東西寬650 m，面積為104 hm2。研究區(qū)屬大陸性干旱荒漠氣候，降水量稀少，四季分配不均，晝夜溫差大。春季較短，多大風(fēng)降溫天氣，時常有倒春寒發(fā)生。夏季炎熱而干燥，降雨量年際變化大。年均降雨量63.4 mm，年均蒸發(fā)量956.3 mm，年均氣溫10.1 ℃，極端低溫-27.4 ℃，年均日照時數(shù)2 747.7 h，≥10 ℃積溫2 916～3 198 ℃，無霜期185 d。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇 于2012年6～8月，在佳木試驗(yàn)站內(nèi)選擇生長良好、少病蟲害的紅棗果園，土壤質(zhì)地情況為表土60 cm以內(nèi)為沙壤土，60 cm以下為沙土，樹形為疏散分層型，株行距均為5.0 m×6.5 m，南北行向栽植。本試驗(yàn)選擇的紅棗品種是灰棗，砧木為酸棗；同一樣地中紅棗樹齡相同，樹高和冠幅一致。灌溉方式為漫灌，7次/年，每次3 000 m3/hm2。施肥情況：基肥施油渣，0.5～1.0 kg/株，追肥坑施磷酸二銨和尿素（按1∶1混合），0.5 kg/株。中耕情況：每年3次，深度10～15 cm。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在樣地內(nèi)選取基徑為（18.0±0.3） cm的樣株4株，平均樹高為4.37 m，平均冠幅為4.17 m（南北向）×4.33 m（東西向）。根系土樣采集采用剖面挖掘法，分層取樣并假設(shè)棗樹根系以樹干為中心、在各個方向上的分布具有對稱性。具體方法為：從株間方向距樹干20 cm處開始，沿行間方向挖一條長450 cm、寬50 cm、深170 cm的剖面，采用自制的取樣器（長25 cm、寬20 cm、高10 cm）在剖面上，以標(biāo)準(zhǔn)木為中心，正對樹干、垂直于樹行方向，取帶根土樣；水平方向和垂直方向都以見不到根為標(biāo)準(zhǔn)停止取土（本樣地地下水位較高，取土至160 cm見水，未能繼續(xù)向下取土）。具體方法為：在垂直方向上，分別在各采樣點(diǎn)0～160 cm深的土層，每10 cm為一層進(jìn)行取樣，共17層；在水平方向上，以樹干為中心，每隔25 cm取樣，即0～25 cm、25～50 cm、50～75 cm、75～100 cm、100～125 cm、125～150 cm、150～175 cm、175～200 cm、200～225 cm、225～250 cm、250～275 cm、275～300 cm、300～325 cm、325～350 cm、350～375 cm、375～400 cm、400～425 cm、425～450 cm處設(shè)置根系土壤采樣點(diǎn)，共18處。將所取帶根土樣裝入塑料袋，編號帶回。

1.2.3 測定方法 將每一個帶根土樣經(jīng)破碎過篩仔細(xì)挑揀活根，浸泡、沖洗、清潔根系表面泥土之后，用吸水紙吸取根系表面的水，在烘箱內(nèi)烘干至恒重，然后用WinRHIZO Pro2010a根系分析系統(tǒng)（加拿大Regent Instruments公司生產(chǎn)）掃描、分析。結(jié)果可得出各徑級根長密度和根表面積密度等指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根長密度和根表面積密度是反映根系生長的重要指標(biāo)。

根長密度=根長/容器體積，單位為mm/cm3。

根表面積密度=根表面積/容器體積，單位為mm2/cm3。

式中，容器體積為5 000 cm3。數(shù)據(jù)分析采用Excel 2003、DPS 6.5和Surfer 8.0等軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系在土壤中的空間分布

紅棗吸收根的根長密度和根表面積密度在土壤中的空間分布情況見圖1和圖2。從圖1和圖2可知，吸收根在整個區(qū)間內(nèi)（水平距離0～450 cm，垂直距離0～170 cm的土層）均有分布，根系根長密度、根表面積密度最密集的區(qū)域在水平距離0～200 cm、垂直距離0～70 cm的區(qū)域。主要是因?yàn)樵囼?yàn)地土壤質(zhì)地條件在0～60 cm以內(nèi)為沙壤土，沙壤土的保水保肥性較好，利于根系的生長發(fā)育，從而導(dǎo)致了在這一區(qū)域吸收根數(shù)量也較多。因此，土壤質(zhì)地條件是影響吸收根分布的一個重要因素。

2.2 根系水平分布與垂直分布特征

2.2.1 根系水平分布特征 根系水平分布特征見圖3、圖4。從圖3、圖4可以看出，紅棗根系隨著距樹干距離的增加而逐漸變小。根系水平分布比例見表1，由表1可知，0～25 cm、25～50 cm、50～75 cm的根長密度占整個根系的相對比例均高于8.29%，根表面積密度占整個根系的相對比例均高于9.34%，明顯高于其他區(qū)域。75～250 cm之間各25 cm區(qū)域內(nèi)根長密度、根表面積密度占整個根系的相對比例處于3.76%～6.42%，相對比較穩(wěn)定；250 cm～450 cm之間各25 cm區(qū)域內(nèi)根長密度、根表面積密度占整個根系的相對比例處于0.31%～2.56%，根系分布比較少；以累計(jì)比例80%作為一個衡量基準(zhǔn)，根長密度、根表面積密度均在水平距離200 cm時的累積比例達(dá)到了80.66%和82.20%；水平距離0～200 cm以內(nèi)的區(qū)域是根系分布的主要區(qū)域。

2.2.2 根系垂直分布特征 根系垂直分布特征見圖5、圖6。從圖5、圖6可以看出：紅棗根系隨著土層垂直距離的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。主要原因是表土0～10 cm內(nèi)為中耕層，該區(qū)域內(nèi)根系受到破壞。根系垂直分布比例見表2，由表2可知，各土層根系垂直方向根量分布的相對比例分別在10～20 cm達(dá)到最大值，該區(qū)域內(nèi)根長密度、根表面積密度的相對比例分別占全根的23.74%、23.33%。0～60 cm各土層范圍內(nèi)根長密度、表面積密度占整個根系的相對比例處于5.06%～23.74%，明顯高于其他區(qū)域。60～170 cm之間各土層區(qū)域內(nèi)根長密度、根表面積密度占整個根系的相對比例處于0.65%～4.52%，根系分布相對較少。以80%作為一個衡量基準(zhǔn)，根長密度、根表面積密度均在土層深90 cm時的累積比例超過了80%，分別為81.55%和80.36%。垂直方向0～90 cm以內(nèi)的土層是根系分布的主要區(qū)域。這與0～60 cm以內(nèi)為沙壤土，沙壤土的保水保肥性較好，利于根系的生長發(fā)育有關(guān)。

2.3 根系生長與水平距離、垂直距離的關(guān)系

對樣株距離樹干水平距離0～450 cm、土層垂直距離0～160 cm的根長密度（RLD）和根表面積密度（RSD）與水平距離（D）、垂直距離（Z）的關(guān)系進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析，分析前對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到以下結(jié)果：

RLD=1.709 648 - 0.014 287 Z - 0.006 883 D+0.000 031Z2+0.000 007D2+0.000 025Z×D（r=0.6 885，P<0.01）

RSD=2.978 433-0.024 020Z-0.012 229D+0.00 005Z2+0.000 013D2+0.00 004 Z×D（r=0.6 091，P<0.01）

上述回歸方程的相關(guān)系數(shù)均在0.60以上，且都達(dá)到極顯著水平。從上式可以看出，水平距離（D）前的回歸系數(shù)絕對值均大于垂直距離（Z），說明水平距離對于根系分布特征的解釋率要高于垂直距離，即水平距離的重要性比垂直距離大。這與不同生長時期的生長特性有關(guān)，由于根系生長具有向水、向肥性，幼齡期棗樹生長較快，根系多以縱向生長為主，以汲取更多的營養(yǎng)、水分；而本試驗(yàn)棗樹樣株設(shè)在成齡期，生長速度趨緩，根系則以水平方向生長為主。

3 小結(jié)與討論

以80%作為一個衡量基準(zhǔn)，本試驗(yàn)結(jié)果與王世偉[10]核桃小麥間作系統(tǒng)中核桃根系分布、陳高安等[11]杏樹小麥間作系統(tǒng)中杏樹根系分布存在一定差異，除了“2.3”分析的原因外，還與果樹品種有關(guān)，核桃、杏樹屬于深根系樹種，而紅棗是淺根系樹種[12]；張勁松等[13]研究發(fā)現(xiàn)石榴根系水平方向分布距離、垂直方向分布深度均小于紅棗，這除了因?yàn)閮烧咄临|(zhì)條件不同之外（石榴試驗(yàn)區(qū)土壤以石灰?guī)r風(fēng)化母質(zhì)淋溶性褐土為主， 土層厚度50～80 cm，而紅棗試驗(yàn)地表土60 cm以內(nèi)為沙壤土，60 cm以下為沙土），還因?yàn)槭駥儆诠嗄?，而紅棗屬于喬木，喬木根系比灌木發(fā)達(dá)。由于試驗(yàn)地地下水位較高，本試驗(yàn)挖根深度達(dá)到160 cm見水，停止下挖，建議后續(xù)試驗(yàn)樣地地下水位要低一點(diǎn)，這樣才能保證垂直方向挖到?jīng)]有根的位置。

水平距離0～200 cm以內(nèi)、垂直方向0～90 cm以內(nèi)土層的根長密度、表面積密度占全根的累計(jì)比例均在80%以上，是根系分布的主要區(qū)域。該區(qū)域是田間水肥管理的重要區(qū)域，可為棗園田間管理提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曲澤洲.我國古代的棗樹栽培[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1963，2（2）：1-8.

[2] 劉孟軍.棗屬植物分類學(xué)研究進(jìn)展[J].園藝學(xué)報(bào)，1999，26（5）：302-308.

[3] 漆聯(lián)全.新疆紅棗高產(chǎn)栽培技術(shù)[M].烏魯木齊：新疆科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[4] 云 雷，畢華興，馬雯靜.晉西黃土區(qū)核桃花生復(fù)合系統(tǒng)核桃根系空間分布特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，38（7）：67-70.

[5] BRENDA B C，ROBERT B J. Plant competition underground[J].Annual Reviews of Ecology and Systematics，1997，28：545-570.

[6] 王玉柱.杏樹根系分布的觀察[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，1993，8（4）：83-86.

[7] 張勁松，孟 平.石榴樹吸水根根系空間分布特征[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2004，28（4）：89-91.

[8] 趙領(lǐng)軍，張麗軍，趙善倉.果樹根系與水分關(guān)系[J].河北果樹，2007（1）：1-4.

[9] 史彥江，俞 濤，哈地爾·依沙克，等.棗糧（棉）間作系統(tǒng)棗樹根系空間分布特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39（10）：59-60.

[10] 王世偉.環(huán)塔里木盆地核桃與糧棉間作系統(tǒng)的光環(huán)境和根系分布特征研究[D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[11] 陳高安，潘 存，王世偉.間作條件下杏樹吸收根空間分布特征[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，48（5）：821-825.

[12] 王文全，賈渝彬，臀麗敏.毛白楊根系分布的研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，20（1）：25-26

[13] 張勁松，孟 平，尹昌君.果農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)中果樹根系空間分布特征[J].林業(yè)科學(xué)，2002，15（5）：537-541.