關(guān)中平原不同土壤類(lèi)型獼猴桃園根系空間分布特征*

鄒 衡，謝永生,2，駱 漢,2，陳東凱，盛玉章，李 鎮(zhèn)

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌 712100）（2 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所）

獼猴桃營(yíng)養(yǎng)豐富，口感好，因富含維生素C、人體必需的氨基酸和礦物質(zhì)被譽(yù)為“水果之王”[1-2]。獼猴桃原產(chǎn)于我國(guó)，目前國(guó)內(nèi)在陜西、河南、四川、貴州、湖南、江浙一帶，國(guó)外在意大利、新西蘭、智利、希臘、法國(guó)等地均有大規(guī)模種植。雖然我國(guó)獼猴桃種植面積和總產(chǎn)量居世界第一[3]，但管理粗放、過(guò)量使用化肥、基礎(chǔ)研究嚴(yán)重不足[4]等問(wèn)題仍然存在。

根系是果樹(shù)生物量的重要組成部分，構(gòu)成了果樹(shù)樹(shù)體的地下部分，通過(guò)吸收水分、礦質(zhì)養(yǎng)分和合成內(nèi)源激素等方式影響地上部的新梢和葉片生長(zhǎng)、碳素同化、花芽分化、果實(shí)發(fā)育等過(guò)程。根系的生長(zhǎng)發(fā)育與土壤環(huán)境具有一定的相關(guān)性，楊凱等[5]認(rèn)為，果樹(shù)根系分布受植物品種、環(huán)境因素和灌溉方式等諸多因素影響，土壤質(zhì)地是根系生長(zhǎng)的重要影響因素；李宏等[6]研究表明，垂直方向上，根系受土壤質(zhì)地的影響較大，沙壤土豐富則吸收根和輸導(dǎo)根根量較大，吸收根受黏土及沙土的影響較大，輸導(dǎo)根則與之相反。果樹(shù)管理工作中，根系在土壤中的分布狀況是需要考慮的重要因素。目前對(duì)于蘋(píng)果、柑橘、棗等果樹(shù)的根系分布研究較為充分，但是有關(guān)獼猴桃樹(shù)根系生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和分布特性的研究報(bào)道較少。為此，在陜西省關(guān)中平原地區(qū)對(duì)不同土壤類(lèi)型8 年生獼猴桃樹(shù)根系進(jìn)行研究，探討其根系的空間分布差異與特征，以期為合理高效的水肥定位調(diào)控技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

周至縣地處東經(jīng)107°39′～108°31′、北緯33°42′～34°14′，東西長(zhǎng)約64.8 km，南北寬約55.6 km，位于陜西省八百里秦川腹地，關(guān)中平原南部偏西，南依秦嶺，屬西安市管轄郊區(qū)縣，距西安市區(qū)78 km，是獼猴桃最佳適生區(qū)。2017 年，周至縣獼猴桃栽植面積2.82 萬(wàn)hm2，掛果面積達(dá)到2.40 萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量52 萬(wàn)t，占全國(guó)獼猴桃種植總面積的30%。年平均氣溫13.2 ℃，平均年降水量660.1 mm，平均年日照時(shí)數(shù)1 993.7 h，無(wú)霜期210～290 d。佰瑞獼猴桃試驗(yàn)站位于周至縣以東15 km，處于河流低階地，土壤類(lèi)型為斑斑黑油土，成土母質(zhì)受河流及秦嶺北坡山前洪積扇的共同影響，表層0～14 cm為壤質(zhì)黏土，粒狀結(jié)構(gòu)；14～23 cm 為壤質(zhì)黏土，板狀結(jié)構(gòu)，較緊實(shí)；23～97 cm 為粉砂質(zhì)黏土，塊狀結(jié)構(gòu)，較緊實(shí)；97～180 cm 為壤質(zhì)黏土，塊狀結(jié)構(gòu)，較緊實(shí)；180～200 cm 為粉砂質(zhì)黏土，塊狀結(jié)構(gòu)，較緊實(shí)。土壤容重1.37 g/cm3，受地下水的影響，土壤通氣性差，易板結(jié)。

楊凌區(qū)位于陜西省關(guān)中平原中部，地處東經(jīng)107°59′～108°08′、北緯34°14′～34°20′，獼猴桃墾植歷史悠久。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫12.9 ℃，≥10 ℃年活動(dòng)積溫4 180 ℃，無(wú)霜期221 d，平均年降水量674.3 mm，且分布不勻，夏多冬少，但地下水和地表水資源豐富，地下水位4 m。土壤類(lèi)型為紅油土，該土種母質(zhì)為黃土，0～100 cm為人類(lèi)長(zhǎng)期耕種，施加土糞形成的覆蓋層；100～200 cm 土壤質(zhì)地均一，以粉砂質(zhì)黏壤土為主，土壤容重1.28 g/cm3。

1.2 樣品采集

選取2 個(gè)盛果期獼猴桃園，分別位于周至縣九峰鎮(zhèn)佰瑞獼猴桃試驗(yàn)基地（果園A）及楊凌區(qū)下楊村農(nóng)戶(hù)果園（果園B）。2 個(gè)果園建園均9 年，面積均為1 332 m2，地貌類(lèi)型均為塬面，品種均為徐香，行株距4.0 m×1.5 m，南北走向，生長(zhǎng)健壯，樹(shù)勢(shì)中庸。2 個(gè)果園管理基本一致，采用微噴灌水肥一體化技術(shù)，每年灌溉1～3 次，灌水時(shí)間主要根據(jù)當(dāng)年土壤墑情而定；冬季施基肥，春季萌芽期施高氮肥，膨果期施高鉀肥。果園采取冬季一次性徹底修剪。

對(duì)每個(gè)果園使用“三角形法”各選出3 株樹(shù)，每株樹(shù)選3 個(gè)采樣點(diǎn)，分別位于株間距樹(shù)干75 cm、行間距樹(shù)干30 cm、行間距樹(shù)干100 cm 處。于2020年11 月采集根樣。0～100 cm 內(nèi)用根鉆法采集根樣，每20 cm 采1 個(gè)樣。每層根系樣品分別平鋪在盤(pán)子上，將所有根系挑揀出來(lái)裝入信封，標(biāo)記帶回室內(nèi)充分洗凈，用吸水紙將其表面水分擦拭干后，做好標(biāo)記放入4 ℃的冰柜中冷藏保存。

1.3 根系指標(biāo)的測(cè)定

使用根系掃描儀（EPSON PERFECTION 4490 PHOTO）、WinRHIZO Tron MF 2007b 軟件分析根系的長(zhǎng)度、總根表面積。隨后將每層根樣裝入信封，置入恒溫干燥箱，在105 ℃下進(jìn)行殺青5 min，然后在75 ℃恒溫下烘干36 h，用精度為0.000 1 g 的電子天平進(jìn)行稱(chēng)量，獲得根系干質(zhì)量。再將根系長(zhǎng)度、表面積和干質(zhì)量除以土芯體積，得到每個(gè)樣品的根長(zhǎng)密度、根表面積密度和根系干質(zhì)量密度[7-8]。

根長(zhǎng)密度指單位體積土體的根系長(zhǎng)度，是果樹(shù)健壯生長(zhǎng)的重要指標(biāo)。

RLD＝L/V

RLD為根長(zhǎng)密度（mm/cm3），L為根系長(zhǎng)度（mm），V為土體體積（cm3）。

根表面積密度指單位體積土體的根系表面積，是作物吸收與利用養(yǎng)分能力的重要體現(xiàn)。

RSAD＝A/V

RSAD為根表面積密度（mm2/cm3），A為根系表面積（mm2），V為土體體積（m3）。

根系干質(zhì)量密度指單位體積土體的根系干重，反映植物根系在土壤中的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。

RDMD＝M/V

RDMD為根系干質(zhì)量密度（g/m3），M為根系干重（g），V為土體體積（m3）。

本研究中根鉆土芯采出的土體體積V為127 cm3。

1.4 數(shù)據(jù)處理

獼猴桃樹(shù)根系水平方向變化的方差分析使用SPSS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（SPSS v.18.0）進(jìn)行，采用Duncan’s 新復(fù)極差多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析。采用Origin 2018 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 獼猴桃根系垂直分布特征

圖1 顯示了不同土壤類(lèi)型條件下，獼猴桃樹(shù)根長(zhǎng)密度、根表面積密度以及根系干質(zhì)量密度隨土層深度的變化。從圖1 可以看出，在試驗(yàn)土層（0～100 cm）內(nèi)，果園A 這3 項(xiàng)指標(biāo)隨土層深度的增加總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。在果園A，獼猴桃根系分布集中區(qū)出現(xiàn)在20～40 cm 土層，根長(zhǎng)密度、根表面積密度和根系干質(zhì)量密度在這一土層達(dá)到峰值，根系干質(zhì)量密度占總根量的46.8%。其次集中分布在2 個(gè)區(qū)域，一個(gè)為0～20 cm 土層，另一個(gè)為40～60 cm 土層，這2 個(gè)土層根系干質(zhì)量密度接近，均占總根量的23.5%，而40～60 cm 土層的根長(zhǎng)密度（0.12 mm/cm3）比0～20 cm 土層（0.08 mm/cm3）增加了50.0%，原因是40～60 cm 土層內(nèi)細(xì)根數(shù)量所占比例增加。

圖1 不同果園獼猴桃根系垂直分布情況

果園B 的根長(zhǎng)密度隨土層深度增加呈先減少后增加的趨勢(shì)，根表面積密度和根系干質(zhì)量密度都是先增加后減少（圖1）。根長(zhǎng)密度在0～20 cm 土層達(dá)到峰值，為0.09 mm/cm3，在60～80 cm 土層最低，為0.01 mm/cm3，較峰值減少了88.9%，在80～100 cm土層有所增加但變化并不顯著（P＞0.05）。根系生物量主要集中在20～40 cm 土層（1 641.36 g/m3）和40～60 cm 土層（1 676.58 g/m3），這2 個(gè)土層根系干質(zhì)量密度占比達(dá)到了87.9%，在60～100 cm 土層只有極少分布。根長(zhǎng)密度和根系干質(zhì)量密度在0～60 cm 土層的垂直變化趨勢(shì)相反，說(shuō)明在0～60 cm隨土層深度增加，粗根數(shù)量逐漸增多。

由圖1 可知，果園A 獼猴桃樹(shù)根系垂直分布主要集中在20～40 cm 土層，根長(zhǎng)密度、根表面積密度和根系干質(zhì)量密度最高，說(shuō)明這一土層是根系生長(zhǎng)密集區(qū)，也是根系從土壤吸收水分、養(yǎng)分的主要區(qū)域；果園B 獼猴桃樹(shù)根系垂直分布主要集中在20～60 cm 土層，并且在40～60 cm 土層根系干質(zhì)量密度明顯較果園A 增大。產(chǎn)生這種根系分布的原因可能與土壤類(lèi)型不同有關(guān)，在一定程度上黏重土壤會(huì)阻礙根系生長(zhǎng)。果園A 土壤類(lèi)型是以黏土為主的斑斑黑油土，果園B 是以壤土為主的紅油土，果園A 根長(zhǎng)密度和根表面積密度這2 項(xiàng)指標(biāo)基本高于果園B，表明果園A 根系對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的吸收能力優(yōu)于果園B，但是果園B 根系干質(zhì)量密度比果園A 高16.2%，根系下扎能力更強(qiáng)，表明果園B 根系生物量更大，在垂直范圍的分布情況更為良好。

2.2 獼猴桃根系徑向分布特征

圖2 顯示了果園A 和果園B 不同水平距離內(nèi)根系的生長(zhǎng)狀況。果園A 根長(zhǎng)密度、根表面積密度和根系干質(zhì)量密度變化趨勢(shì)基本相同，隨著水平距離的增加，根系先增加后減少。對(duì)于果園A 在距離樹(shù)干水平距離30、75、100 cm 處的總根量比較為75 cm＞30 cm＞100 cm，這3 項(xiàng)指標(biāo)都是在株間75 cm 處達(dá)到峰值，根長(zhǎng)密度達(dá)到0.16 mm/cm3，占總根量的64.0%，根表面積密度為5.27 mm2/cm3，占總根量的63.8%，根系干質(zhì)量密度為1 241.67 g/m3，占總根量的63.7%。

圖2 不同果園獼猴桃根系水平分布情況

果園B 的根長(zhǎng)密度隨著水平距離增加，變化并不顯著，根表面積密度和根系干質(zhì)量密度均是從近處到遠(yuǎn)處呈一直下降趨勢(shì)（圖2）。果園B 在不同水平距離的總根量比較依次為30 cm＞75 cm＞100 cm。在行間距離樹(shù)干30 cm 處，根長(zhǎng)密度為0.05 mm/cm3，比果園A 低37.5%；根表面積密度為2.8 mm2/cm3，比果園A 高12.0%；而根系干質(zhì)量密度為1 614.26 g/m3，比果園A 高173.8%，說(shuō)明果園B 在行間30 cm 的根系生物量大，粗根的分布較為密集。在株間75 cm 處，果園B 根系的分布有所減少，3項(xiàng)指標(biāo)均明顯低于果園A。在行間100 cm 處，果園B 根長(zhǎng)密度比果園A 高237.3%，根表面積密度比果園A 高113.3%，而根系干質(zhì)量密度比果園A 低42.2%。

2.3 獼猴桃根系總體分布規(guī)律

圖3 顯示了果園A 不同徑向距離下根系的垂直分布情況。從圖3 可以看出，果園A 在不同水平距離的根系垂直分布總體呈現(xiàn)單峰曲線(xiàn)分布，根長(zhǎng)密度、根表面積密度和根系干質(zhì)量密度隨土層加深都是先增加后減少。在土壤表層（0～20 cm 深度）根系能延伸至水平距離75 cm 處，在20～60 cm 深度有少量根系能水平伸展至100 cm，而60 cm 深度以下區(qū)域，僅有株間的根系能水平延伸至75 cm 處，行間的根系在該區(qū)域幾乎沒(méi)有分布。

圖3 果園A 獼猴桃根系分布情況

圖4 顯示了果園B 不同徑向距離下根系的垂直 分布情況。從圖4 可以看出，果園B 的根系在土壤表層（0～20 cm 深度）可以延伸至距離樹(shù)干100 cm處，根長(zhǎng)密度在行間100 cm 達(dá)到0.15 mm/cm3，相對(duì)于行間30 cm升幅達(dá)到665.4%，相對(duì)于株間75 cm升幅為51.2%，然而行間100 cm 根系干質(zhì)量密度小于前2 個(gè)距離，說(shuō)明生長(zhǎng)到距離樹(shù)干100 cm 處的根系是以細(xì)根和須根為主。在根系主要的垂直分布區(qū)（20～60 cm 深度），根長(zhǎng)密度、根表面積密度和根系干質(zhì)量密度都是隨徑向距離的增加而減少。相比果園A，在60～100 cm 的深層土壤，果園B 根系在行間分布范圍明顯更廣，在徑向100 cm 仍然分布著部分根系，盡管根系干質(zhì)量密度僅占總根量的1.6%，說(shuō)明此區(qū)域內(nèi)分布以須根為主。

圖4 果園B 獼猴桃根系分布情況

綜上所述，在這2 個(gè)果園中，果園A 的根系在株間分布更為密集，原因是株間位于獼猴桃樹(shù)定植帶內(nèi)，經(jīng)過(guò)翻耕等措施營(yíng)造適宜根系生長(zhǎng)的環(huán)境，而根系在行間自然土壤內(nèi)的延伸能力低于在定植帶內(nèi)，相比之下，果園B 根系更多集中在行間。從總體來(lái)說(shuō)，根系的徑向分布距離集中在距離樹(shù)干100 cm 以?xún)?nèi)，在100 cm 水平距離處的根量已極為稀少并且以細(xì)根和須根為主。結(jié)合根系垂直和徑向2 種分布可以發(fā)現(xiàn)，果園A 根系主要分布在水平距離100 cm、深度40 cm 內(nèi)，果園B 的根系在水平范圍的分布與果園A 接近，在垂直范圍的分布較果園A 深度更大，根系主要分布在水平距離75 cm、深度60 cm 內(nèi)。

3 討論

3.1 果樹(shù)根系空間分布特征

果樹(shù)的根系有一集中分布層，在該空間內(nèi)，土壤水、肥、氣、熱等諸因素適宜而穩(wěn)定[9]?？挡┪牡萚10]的研究認(rèn)為特定土層的累積根系生物量在一定程度上能夠代表植物從土壤中獲取水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力大小。馬理輝等[11]的研究指出植物根系主要集中在上層土壤中。還有很多的研究顯示30～100 cm 土層為主要的根系分布區(qū)[12-13]。在本研究中，果園A 的0～40 cm 土層根系干質(zhì)量密度占總根量的70.3%，其中20～40 cm 土層根量占比為46.8%，0～20 cm 土層根量占比為23.5%，與王建等[14]對(duì)陜西省秦嶺北麓的獼猴桃園根系分布研究結(jié)果類(lèi)似；果園B 根系則集中分布在20～60 cm 土層，占總根量的87.9%。可以看出，在不同地區(qū)獼猴桃根系總體分布在0～60 cm 土層，該土層也是根系吸收水分和養(yǎng)分的主要區(qū)域。果園B 在40～60 cm 土層根量較果園A 偏多，土壤環(huán)境異質(zhì)性為造成這種根系分布空間異質(zhì)性的主要原因[15]。獼猴桃根系在土質(zhì)疏松、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好的園地上生長(zhǎng)范圍廣、生長(zhǎng)量大；在土質(zhì)較硬的情況下分布范圍淺、總根量少[14]。

在根系的水平分布區(qū)，果園A 獼猴桃樹(shù)根系在株間75 cm 分布較為密集，行間30 cm 的根量并未顯著（P＞0.05）少于株間75 cm，而行間100 cm 的根量顯著少于前2 個(gè)距離；果園B 的根系分布在行間30 cm 最為密集，株間75 cm 次之，行間100 cm最少。因此，根系分布區(qū)應(yīng)位于離樹(shù)干100 cm 徑向范圍內(nèi)，大致在75 cm 以?xún)?nèi)密集，與范崇輝等[15]研究表明距樹(shù)干20～70 cm 水平范圍土壤內(nèi)是獼猴桃根系分布密集區(qū)的結(jié)論類(lèi)似。

3.2 土壤類(lèi)型對(duì)根系分布的影響

Valentine 等[16]、Bengough 等[17]認(rèn)為，植物根系生長(zhǎng)與土壤性質(zhì)有關(guān)，土壤緊實(shí)不利于根系伸長(zhǎng)和生長(zhǎng)，尤其是耕地根系受土壤強(qiáng)度影響更大。在本研究中，果園A 土壤類(lèi)型是以黏土為主的斑斑黑油土，結(jié)構(gòu)緊實(shí)，土壤容重在1.3～1.4 g/cm3；果園B是以壤土為主的紅油土，土壤容重在1.2～1.3 g/cm3。不同類(lèi)型土壤形成的最大穿透阻力值不同，不同植物根系為了伸長(zhǎng)應(yīng)對(duì)土壤強(qiáng)度做出的響應(yīng)也各不相同，大、小麥根系是優(yōu)先選擇向土壤疏松的部分?jǐn)U展，而玉米和大豆是優(yōu)先選擇天然或人工大孔或致密土層中阻力最小的地方作為根系伸長(zhǎng)的途徑[18-21]。

從2 個(gè)地區(qū)獼猴桃園根系垂直分布情況來(lái)看，果園A 根系集中在20～40 cm 土層，在40～60 cm土層雖然也存在部分根系，但是粗根比例下降，以細(xì)根為主；果園B 在40～60 cm 土層根系干質(zhì)量密度達(dá)到峰值，占總根量的44.4%，有大量粗根分布在這一土層。劉晚茍等[22]研究結(jié)果表明，土壤容重會(huì)影響野生香根草幼苗根系的空間分布，且高土壤容重會(huì)抑制根系向下延伸的能力發(fā)揮。有研究表明在土壤中直徑更大的根比直徑更小的根更容易穿透土層[23]。本研究中果園B 的粗根垂直分布深于果園A，原因是較低的土壤容重有利于根系向土壤深層生長(zhǎng)，也說(shuō)明周至地區(qū)黏重的土質(zhì)在一定程度上降低了根系尤其是主根下扎的能力，根系無(wú)法穿透強(qiáng)土層進(jìn)入底土。還有研究表明，黏質(zhì)土壤的穿透阻力嚴(yán)重限制了根系的生長(zhǎng)，并使大部分根系集中分布在土壤表層[24]。在根系主要徑向分布范圍（0～100 cm）內(nèi)，果園A 根系在更廣水平范圍內(nèi)分布，在0～40 cm 淺層土壤雖然根系的干質(zhì)量密度較小，但是根長(zhǎng)、根表面積大于果園B 的根系，原因是在緊實(shí)土壤中根系彎曲可利用土壤剖面中出現(xiàn)的裂隙和強(qiáng)度相對(duì)較弱的土壤區(qū)域[25-26]。這種根系分布更有利于植株利用遠(yuǎn)距離土壤水分，提高水分利用效率，與柯大釗[27]對(duì)不同土質(zhì)下紅香酥梨根系分布的研究結(jié)果類(lèi)似。

綜合分析，植被根系分布的差異性是植被適應(yīng)環(huán)境條件產(chǎn)生的必然結(jié)果，土壤環(huán)境條件變化通過(guò)改變根系分布情況從而會(huì)在一定程度上影響根系吸收能力[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，獼猴桃根系在黏重土壤中的分布呈現(xiàn)出表層化、細(xì)根化的特征，是其為了提高水分和養(yǎng)分吸收能力的演化，盡管根系淺表化也會(huì)使根系面臨更不穩(wěn)定的土壤表層環(huán)境（溫度、濕度等）的影響。因此，針對(duì)不同土壤采取不同的管理和改良措施，改變土壤環(huán)境，改善根系生長(zhǎng)的微環(huán)境，是促進(jìn)根叢構(gòu)建和提高根系吸收能力的關(guān)鍵，從而達(dá)到獼猴桃園高效和豐產(chǎn)的目標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）果園A 和果園B 根系分布的垂直變化總體都呈現(xiàn)單峰曲線(xiàn)。果園A 根系分布的徑向變化為株間75 cm＞行間30 cm＞行間100 cm；果園B 根長(zhǎng)密度隨徑向距離變化不顯著，根表面積密度和根系干質(zhì)量密度均隨徑向距離增大而減少。

（2）受土壤類(lèi)型差異的影響，果園A 表層根系的徑向分布范圍大于果園B，形成更大的根長(zhǎng)密度和根表面積密度；果園B 根系在土層垂直分布范圍深于果園A，形成更大的根系干質(zhì)量密度。