阿拉爾墾區(qū)灰棗和酸棗根系分布特征差異研究

盧瑜珺 封明軍 孫鵬程 王新建，2*

（1塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)南疆特色果樹生產(chǎn)工程實驗室，新疆阿拉爾 843300）

棗為鼠李科棗屬植物，是我國特有果樹，已有700多年的種植歷史，種質(zhì)資源豐富[1]。作為我國排名第1位的干果，棗對氣候和土壤條件要求不嚴(yán)，且抗逆性強(qiáng)。因此，棗的種植和分布在我國非常普遍，在干旱地區(qū)和鹽堿地種植，對土壤環(huán)境改良和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有促進(jìn)作用。新疆棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，塔里木盆地的鄰近地區(qū)如若羌、阿克蘇和阿拉爾墾區(qū)近年來一直是紅棗的重要產(chǎn)地，棗產(chǎn)業(yè)對當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的收入具有重要影響[2]。

根系作為樹木從外部環(huán)境中吸收水分和養(yǎng)分的主要通道，在生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分和水分的競爭中發(fā)揮著非常重要的作用。植物水分和土壤養(yǎng)分競爭能力在很大程度上取決于植物根系在土壤中的拓展范圍和生長特點，根的空間分布特征決定土壤植被與環(huán)境之間作用的大小，也是土壤、植物與環(huán)境的聯(lián)系紐帶之一[3]。大量研究證實，根系分布深度直接影響根系土壤部分的生產(chǎn)水平，因為其影響樹木地下營養(yǎng)空間的大小以及對土壤養(yǎng)分和水分的利用。因此，研究灰棗和酸棗根系在土壤中的分布，以確定施肥、灌溉等土壤管理措施的深度和范圍是非常重要的課題。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

調(diào)查地點為阿拉爾市塔里木大學(xué)園藝試驗站、果樹種質(zhì)資源圃。 阿拉爾市（東經(jīng) 80°30'～81°58'，北緯 40°22'～40°57'）位于新疆塔克拉瑪干沙漠西北緣，屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候區(qū)[4]。試驗地土壤為沙壤土，灌溉方式為漫灌。

1.2 試驗材料

供試棗樹為生長健壯、樹勢相近、無病蟲害的酸棗樹及灰棗樹（酸棗嫁接），樹型均為小冠疏層形。

1.3 試驗設(shè)計

酸棗樹主干直徑（離地面30 cm處）8.9 cm，冠幅東西3.1 m、南北3.3 m，樹高3.5 m，樹齡15年。根據(jù)其樹冠枝展方向，在樹冠最外圍東向挖掘南北向剖面，第3條壕溝剖面距離主干1.2 m，第2條壕溝剖面距離主干1.4 m，第1條壕溝剖面距離主干1.7 m，是樹冠最外圍滴水線投影處。

灰棗樹主干直徑（離地30 cm處）19.1 cm，冠幅東西3.7 m、南北3.1 m，樹高4.5 m，樹齡15年。根據(jù)其樹冠枝展方向，在樹冠最外圍北向挖掘東西向剖面，第3條壕溝剖面距離主干0.9 m，第2條壕溝剖面距離主干1.2 m，第1條壕溝剖面距離主干1.7 m，是樹冠最外圍滴水線投影處。

挖掘壕溝剖面時，先用鐵鏟、鋤頭挖掘壕溝，水平方向長100 cm，垂直方向深80 cm，然后用磚刀、鐵鏟修整剖面，再用螺絲刀掘露根系，用螺絲刀打格，采用方格網(wǎng)法使剖面成為10 cm×10 cm的網(wǎng)格，拍照、觀察根系分布情況，用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺測量其分布深度和廣度。根系按直徑大小分為5級：一級，直徑0.5 mm以下的根系；二級，直徑0.5～2.0 mm的根系；三級，直徑2.1～5.0 mm的根系；四級，直徑5.1～10.0 mm的根系；五級，直徑10 mm以上的根系。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗根系垂直分布差異分析

2.1.1 棗不同粗度根系在剖面總根系占比分析。從表1可以看出，在灰棗樹的3個剖面中，根系最多的是第二剖面，即距離主干1.2 m處，樹冠最外緣線內(nèi)0.5 m，這是根系分布最集中的地方。以此剖面為主要觀察面，第二剖面總根數(shù)為155條，為第一剖面總根數(shù)的209%，為第三剖面總根數(shù)的109%。按5級分布標(biāo)準(zhǔn)，一級根系數(shù)量最多，占總根數(shù)的52.9%，二級根系占比34.2%，三級根系占比11.0%，四級根系占比1.3%，五級根系占比0.6%。

表1 灰棗各級根數(shù)及其比例

從表2可以看出，酸棗樹的3個剖面中，根系最多的是第二剖面，即距離主干1.4 m處，樹冠最外緣線內(nèi)0.3 m，這是根系分布最集中的地方。以此剖面為主要觀察面，第二剖面總根數(shù)為178條，為第一剖面總根數(shù)的101%，為第三剖面總根數(shù)的131%。按5級分布標(biāo)準(zhǔn)，一級根系數(shù)量最多，占總根數(shù)的47.8%，二級根系占比42.7%，三級根系占比6.2%，四級根系占比2.2%，五級根系占比1.1%

表2 酸棗各級根數(shù)及其比例

2.1.2 不同深度土壤棗根系分布數(shù)量比較。從圖1可以看出：灰棗根系分布于調(diào)查區(qū)域（0～80 cm）各個土層，分布比例較高的區(qū)域為20～30 cm土層且明顯高于其他土層；密集分布區(qū)域在10～50 cm土層，此土層根系占整個垂直方向的85%，根系在此區(qū)域大量發(fā)生。

從圖2可以看出：酸棗根系在垂直方向0～80 cm范圍內(nèi)均有分布，在0～60 cm土層占比集中（密集分布在0～40 cm區(qū)域），占整個垂直方向的80%，為根系的主要生長區(qū)域。

2.1.3 不同深度土壤根系級別分布分析。從圖3可以看出，灰棗一級根系在0～80 cm土層均有分布，且30～50 cm土層占比顯著高于其他土層，10～50 cm土層為根系分布相對密集區(qū)域，占整個垂直方向的72.01%。二級根系在垂直方向0～80 cm范圍內(nèi)均有分布，在30～60 cm土層占比最大（為65.2%），在10～30 cm和60～80 cm范圍分別占在整個垂直方向的19.8%和15.0%。垂直方向上三級根系分布較少，40～60 cm土層所占比例顯著高于其他土層。四級根系在垂直剖面0～80 cm范圍內(nèi)僅有少量分布，70～80 cm土層是集中分布區(qū)。五級根系在垂直剖面0～80 cm范圍內(nèi)極少，主要分布在70～80 cm土層。

從圖4可以看出，在垂直剖面上，酸棗一級根系分布于調(diào)查范圍內(nèi)各土層，且0～40 cm土層占比顯著高于其他土層，占整個垂直方向的73%；二級根系在垂直剖面0～80 cm范圍內(nèi)均有分布，在0～40 cm土層占比最大（為72.5%），在0～50 cm和60～80 cm范圍分別占在整個垂直方向的78.7%和21.3%；三級根系在垂直剖面0～80 cm范圍內(nèi)分布較少，20～30 cm土層為相對密集的區(qū)域，占整個垂直方向的48.3%；四級根系在垂直剖面0～80 cm范圍內(nèi)僅有少量分布，20～40cm是分布區(qū)；五級根系在垂直剖面0～80cm范圍內(nèi)分布極少。

2.2 棗根系的水平分布差異分析

據(jù)觀察，灰棗和酸棗根系在水平分布上有很大差異?；覘椄翟谒椒较蛘{(diào)查范圍（0～100 cm）內(nèi)均有分布，且與樹干距離越遠(yuǎn)越稀疏，30～80 cm為密集分布區(qū)域，水平方向超過50%的根系分布在此區(qū)域，達(dá)到60%。酸棗根系在水平方向上0～100 cm均有分布，最密集的區(qū)域是10～70 cm，占比超過整個水平方向的75%，0～10、70～100 cm根系分布均勻。

2.2.1 灰棗根系水平分布分析。從圖5可以看出，水平方向上0～100 cm范圍內(nèi)，灰棗一級根系分布較均勻，其中50～80 cm土層根系相對較為密集，占比51.6%；二級根系于水平方向上分布在各個調(diào)查土層范圍內(nèi)，最密集區(qū)域位于10～60 cm土層，占整個水平方向的62.66%；三級根系在水平方向0～90 cm范圍內(nèi)均有分布，整體上距離樹干越遠(yuǎn)根系分布越稀疏，三級根系在50～70 cm土層分布密度最高，這一區(qū)域是三級根系的主要生長區(qū)域；四級根系在水平方向上0～100 cm范圍內(nèi)僅有少量分布；水平方向上0～100 cm范圍內(nèi)五級根系極少。

2.2.2 酸棗根系水平分布分析。從圖6可以看出，在水平方向上，酸棗一級根系在0～100 cm范圍內(nèi)均有分布，占52.3%，其中0～20 cm、40～50 cm和60～70 cm土層的根系較密；二級根系在0～100 cm范圍內(nèi)均有分布，其中最密集的區(qū)域依然是20～90 cm范圍內(nèi)，占整個水平方向的71.4%，在10～20 cm和90～100 cm范圍分別占整個垂直方向的12.7%和15.9%；三級根系在水平方向0～100 cm范圍內(nèi)均有分布，其中20～40 cm土層密度最大，占整個水平方向的35.69%；四級、五級根系在水平方向0～100 cm范圍內(nèi)僅有少量分布。

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，灰棗80%左右的根系主要分布在地面以下10～50 cm的土層中，為細(xì)小根，較少中根（5.1～10.0 mm）；0～10 cm土層有少量草根，未見根系；隨著土層深度的增加，根系的分布量逐漸減少，60～80 cm的土層中主要分布少量0.5～5.0 mm粗的根系，有少量10 mm以上粗大根系。而酸棗80%左右的根系則主要集中在0～60 cm土層，密集分布區(qū)為0～40 cm，且有較多5.1～10.0 mm的中根出現(xiàn)，60～80 cm土層僅有極少粗根。

根的分布模式對理解樹的動態(tài)發(fā)展具有重要作用。根的分布隨樹齡的不同而存在差異，其變化主要是指根的生物量分配在垂直方向和水平方向的變化。在根進(jìn)化過程中，養(yǎng)分和空間的利用主要表現(xiàn)在根的結(jié)構(gòu)上，垂直結(jié)構(gòu)表現(xiàn)在層次結(jié)構(gòu)上，水平結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在根的階段性層次上[5]。棗樹根系在土壤中也表現(xiàn)出明顯的層次結(jié)構(gòu)，地表以下10 cm左右為根系分布不穩(wěn)定層，雨季分布量較多，其他時期分布量較少，地表以下10～40 cm為根系密集層，60 cm以下土層僅有少部分根系發(fā)生。許多研究表明，由于表層效應(yīng)，表層的吸收根生成量遠(yuǎn)高于20～40 cm土層。優(yōu)化土壤表層環(huán)境，確保一定量的根系穩(wěn)定存在，同時減少消耗量，對于穩(wěn)定高效地發(fā)揮根系功能是非常重要的。雖然在深厚的土壤中只有很小比例的根存在，但是其對樹木水分的吸收起著重要的作用[6]。為了在干旱脅迫下最大限度地利用水分，以最小的耗水量達(dá)到最大的產(chǎn)量，耐旱品種優(yōu)化根系結(jié)構(gòu)，增加了根系在中下層的空間分布。棗樹根系隨距樹干距離的增加而逐漸變得稀疏，隨土層深度的增加呈先增加后減少的趨勢。宋鋒惠等[7]認(rèn)為，不同樹種的果樹，根系分布規(guī)律也不同，但總的來說，無論在水平還是垂直方向，根系都集中分布在一定區(qū)域，且均隨水平距離或垂直距離的增加呈遞減趨勢。李 宏等[8]研究表明，紅棗根系水平分布于0～250 cm范圍內(nèi)，垂直分布于0～110 cm范圍內(nèi)。苗平生等[9]對油梨樹根系分布觀察發(fā)現(xiàn)，水平分布最遠(yuǎn)達(dá)樹冠外源，垂直分布可達(dá)1 m以下的土層。杜玉虎等[10]研究表明：稀植梨園淺層（0～20 cm）土壤疏松肥沃，淺層吸收根大于下層；而密植梨園由于疏導(dǎo)根過多，使吸收根活動空間減小，故吸收根表層沒有下層多（20～40 cm），本研究結(jié)果與其相似。李 楠等[11]對庫爾勒香梨根系分布特征研究發(fā)現(xiàn)，庫爾勒香梨根系生物量、根長密度和表面積在水平方向上隨距離的增加而減小，但在垂直方向上表現(xiàn)分層的特征，本研究結(jié)果與其存在差異。

根的空間分布特征決定了植被土壤環(huán)境和作用的大小，其分布特征對土壤環(huán)境與復(fù)雜的地上部分的生長有重要影響，同時又受土壤生態(tài)環(huán)境條件的影響，是植物與環(huán)境的聯(lián)系紐帶，其中受水分和通氣狀況的影響尤為強(qiáng)烈[12]。根系不僅能將地面上巨大的林冠和樹干固定在土壤上，還能吸收土壤中的水分和養(yǎng)分，為樹木地上部的生長和生命活動提供必要的物質(zhì)和能量，形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，這是根系從前期對空間和養(yǎng)分的低需求向后期對養(yǎng)分和空間的高利用的轉(zhuǎn)變。

因此，生產(chǎn)中應(yīng)在根系生長建立期對根苗采取翻耕土壤的措施，改善土壤環(huán)境，在相對應(yīng)的生長期采取合理的灌溉和施肥措施增加根的深度和寬度，擴(kuò)大根系生長范圍，以便吸收更多的養(yǎng)分和水分。