果树生产中过量施肥现象^[1] 已严重影响果树产业可持续发展^[2]，提高养分利用率、降低肥料用量成为破解这一问题的重要途径^[3]。根系是吸收养分的主要部位，提高肥料利用率，首先要提高根系吸收能力。果树根系由骨干根和每年新根组成，大部分新根在当年或几年内死亡，一部分具有次生生长的新根转变成骨干根，各级骨干根可以发生新根^[4]。果树幼树定植时根系小，定植后尤其是定植当年新根的生长、发育是根系的基础，对今后根系生长、发育影响很大。根系中新根尤其是白色新根吸收能力强^[5]，新根褐变时间和新根数量^[6] 等因素影响根系养分吸收。新根数量、褐变时间等受土壤硝态氮浓度^[7]、含水量^[8]等根系环境影响。因此，果树定植时通过挖定植沟、定植穴并施有机肥或填有机物料等方式来降低土壤容重、改善土壤的通气、养分等理化性状^[9-10]，给根系创造适宜的生长环境，促进果树根系生长发育^[11]。盆栽平邑甜茶沙土和黏土基质中施羊粪后，主根粗度、长度和侧根数量及根系对矿质养分吸收能力发生变化^[12]。盆栽红富士幼树上的研究结果表明，牛粪有机肥和生物炭混施促进苹果根系生长，提高氮养分利用率^[10]。施有机肥后对根系生长发育的影响，既有土壤养分改变的因素还有土壤通气状况改变的因素。肖元松等^[13]研究发现，根系通过通气方式增氧后可以提高根系总长度、根系数量等构型参数，细根增多，根系趋向于向下生长。盆栽红地球葡萄幼苗加气灌溉条件下，促进根系生长，提高氮素利用率^[14]，可见果树根系在增氧条件下可以生长更好。前人研究多采用盆栽方式模拟大田栽培时定植沟处理，盆栽属于限根栽培，栽植盆置于地面上，盆内土壤通气状况与大田条件下差异大，不能完全模拟大田根系生长情况。另外，受到根系动态无损观测困难的影响，大田根系生长情况文献结论均为阶段性结果，根系发育动态不清楚。微根管法对根扰动较小，通过摄像机及分析软件获得根系的生长和死亡动态，到目前为止，微根管技术已被广泛的应用于植物根系的研究中^[15]。果树定植后根系生长发育是今后根系生长发育的基础，因此定植沟处理对根系生长发育影响研究具有重要意义，但大田栽植条件下这方面的研究尚不多见。基于此，本研究在大田条件下结合微根管技术比较了生产中常用的定植沟处理方式对苹果树根系生长发育的影响，并且通过增氧型袋控缓释肥给苹果树根系增氧，以期找到方便的促进根系生长发育方法。研究结果为生产中通过合理的定植沟处理方式促进根系发育、提高养分高效利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验以一年生威海金苹果品种为试验材料，砧木为平邑甜茶，于 2019 年 3 月—2020 年 11 月在河南省农业高新科技园有限公司果树试验基地内进行。基地土壤为壤土，土壤肥力中等，有机质、矿质态氮、有效磷、速效钾含量分别为 14.27 g/kg、 72.86 mg/kg、44.39 mg/kg、86.92 mg/kg。栽培前一年冬季挖好定植沟，定植沟宽 100 cm、深 60 cm，南北方向，定植沟距离 4 m，挖定植沟时挖出的土放到定植沟一侧。2019 年 3 月 5 日按株距 2 m 定植苹果树。增氧袋控缓释肥肥芯及质量比为尿素∶ 磷酸氢二铵∶硫酸钾∶过氧化钙 =30∶18∶42∶10，利用打有微孔的纸塑材料包裹肥芯，微孔直径 0.1 mm，微孔控制袋内养分和氧气释放，养分和氧气释放时间 270 d 左右，50 g/ 袋。普通袋控缓释肥将肥芯内过氧化钙换成氧化钙，其他保持一致。试验所用鸡粪含有机质 25.5%、氮 1.62%、磷 1.56%、钾 0.73%，玉米秸秆含有机质 14.5%、氮 0.58%、磷 0.23%、钾 1.38%。

1.2 试验设计

试验设定植沟施有机肥（OF，充分腐熟鸡粪有机肥）、有机物料（OM，长度≤5 cm 玉米秸秆）、增氧型袋控缓释肥（AB）、有机肥 + 增氧型袋控缓释肥（OFA）、有机物料 + 增氧型袋控缓释肥（OMA）、不添加（对照，CK）6 个处理，每处理重复 5 次，3 株为 1 个小区，各处理完全随机排列。2019 年3月1日定植沟施有机肥、有机物料、有机肥 + 增氧型袋控缓释肥、有机物料 + 增氧型袋控缓释肥处理将有机肥或有机物料与挖出的土混匀后回填，有机肥用量为 49.5 t/hm²，有机物料用量为 59.4 t/hm²，增氧型袋控缓释肥、不添加处理将挖出的土直接回填到定植沟内。增氧型袋控缓释肥、有机肥 + 增氧型袋控缓释肥、有机物料 + 增氧型袋控缓释肥处理苹果树定植后距离树干 20 cm 在东、西、南、北 4 个方向用铁锹撬开 20 cm 深缝隙，将 1 袋增氧型袋控缓释肥放入缝隙内，拔出铁锹，填土并踩实缝隙。施肥后过氧化钙缓慢释放出氧气，起到增氧效果。施有机肥、有机物料、不添加处理按照同样方法施入普通袋控缓释肥。为减少有机肥处理与有机物料处理养分含量的差异，施入有机肥处理补加硫酸钾 300 g/ 株，施入有机物料处理补加尿素 300 g/ 株和磷酸氢二铵 360 g/ 株，分别在 5 月 10 日和 8 月 26 日分 2 次等量均匀撒在树盘下面然后浅翻入土。

1.3 根系生长发育观察

苹果树定植当天每个小区内选 1 株苹果树，在东北方向和东南方向处距离树干 40 cm，与地面呈 45°，入土侧靠近树干方向各埋入一根 80 cm 长微根管，入土一端封闭，另一端外露约 20 cm，外露部分用根管盖子盖住后再用铝箔和黑色塑料袋包裹防止光线等影响根系生长。从 5 月 20 日起每 2 周观察 1 次根系，观察时将 CID 公司 CI-600 根系监测系统扫描头放入根管内，启动软件采集根系图片。采集的图片利用 ROOTSNAP 进行根系图像的分析，获得细根根长、面积、体积、直径等参数，记录根系发生、死亡、褐变时间，计算出根系密度、根系褐变时间、根系寿命和根系周转等参数。根系首次在图像中出现记为根系发生，根系消失或变为黑色或皱缩的定义为根系死亡。根系寿命定义为根系发生到死亡之间的时间，细根年周转率为年细根死亡量与年细根现存量之比。根系密度 = 观测到细根长度 /（观测区域面积 × 观测区域土层厚度），观测区域面积为 21.59 cm×19.57 cm，观测区域土层厚度一般为 0.2～0.3 cm，取 0.25 cm。

2019 年 11 月 20 日采用水枪冲洗根系的方法，每小区从没有埋置根管的 2 株树中选 1 株，将植株根系周围土壤冲走，然后用米尺测量根系长度，量角器测量分枝角度，分枝角度定义为一级根系与垂直向下角度，计数各级侧根数量。带回实验室用 Win RHIZO 根系分析系统测定根系总表面积、根尖数、总体积、分枝数等根系构型参数。1/100 电子天平测量新鲜根系生物量，电热鼓风干燥箱烘干后测量干物质质量。

1.4 土壤养分含量测定

2019 年分别在 5 月 20 日、7 月 20 日、9 月 20 日和 11 月 20 日用不锈钢土钻在树冠外缘取 0～20 和 20～40 cm 土层土样，土样带回实验室冷冻保存，取样结束后进行土壤矿质氮（铵态氮 + 硝态氮）测定。土壤样品过 2 mm 筛，2 mol/L 氯化钾溶液浸提，用 BDFIA8000 流动分析仪相关模块进行铵态氮、硝态氮测试；铵态氮、硝态氮测试结束后，将土壤样品自然风干，土样过 0.85 mm 筛，0.5 mol/L 碳酸氢钠溶液浸提，用 BDFIA8000 流动分析仪相关模块进行有效磷测试；土样过 1 mm 筛，1 mol/L 中性醋酸铵溶液浸提，用上海仪电 FP6410 火焰分光光度计进行速效钾测试。

1.5 土壤氧气含量测定

土壤取样的同时，用手持式荧光氧气测量仪 （Fire StingGO₂）测量土壤中的氧气含量。在 0～20 cm 土层取样结束后，用铁锹沿着取样孔中部向外挖掘，扩大孔洞 0～20 cm 土层范围，保留好原来取样孔近树干侧壁，在孔洞底部距离地面 20 cm 处，将固定针状探针与垂直方向呈 45°插入土壤中，读取氧气含量，计算平均值。为保护荧光染料，探针顶端套一个多孔锥形帽。

1.6 数据处理

所有数据和图使用 Excel2019 和 SPSS 19.0 分析，不同处理间差异显著性分析采用 Duncan 新复极差法检验。

2 结果与分析

2.1 定植沟不同处理方式对根系生长的影响

2.1.1 定植沟不同处理方式对根系密度的影响

图1 表明定植沟不同处理方式显著影响根系密度，0～20 cm 土层定植沟各处理均显著高于不添加处理，有机肥处理显著高于增氧型袋控缓释肥处理，有机肥处理和有机物料 + 增氧型袋控缓释肥处理显著高于有机物料处理。20～40 cm 土层有机肥处理和有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理显著高于不添加处理，有机肥处理和有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理显著高于增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理。20～40 cm 土层根系密度明显高于 0～20 cm 土层。

注：图柱上不同小写字母表示同一土层不同处理间在 5% 水平上差异显著。

2.1.2 定植沟不同处理方式对根系生长的影响

定植沟不同处理影响了根系生长，表1 根系总长度和总表面积测定结果表明各处理间差异显著，有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理最高，依次为有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理和有机肥处理、增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理，最小的为对照处理。平均直径对照处理最大，显著高于其他处理，依次为增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理、有机肥处理和有机物料＋增氧型袋控缓释肥，有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理最低。总体积以有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理最高，显著高于其他处理，依次为有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理、有机肥处理、增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理，最小的为对照处理。根尖数、分枝数和交叉数以有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理最高，显著高于其他处理，依次为有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理和有机肥处理、有机物料处理、增氧型袋控缓释肥处理，最小的为对照处理。

图2 中一级和二级侧根数量表明，除有机肥处理外，其他各处理均比对照处理显著提高了一级和二级的侧根数量。

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

注：图柱上不同小写字母表示同一指标不同处理间在 5% 水平上差异显著。

2.1.3 定植沟不同处理方式对根系组成的影响

定植沟不同处理影响了根系组成，<2 mm 根系多归属细根范围，>5 mm 多归属粗根范围，分别具有不同功能。表2 不同直径的根系生物量结果表明，<2 mm 根系生物量以有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理最高，显著高于其他处理，依次为有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理和有机肥处理、增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理，最小的为对照处理。>5 mm 根系以对照处理最高，显著高于其他处理，依次为有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理、有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理、有机物料处理、增氧型袋控缓释肥处理和有机肥处理，最小的为有机肥处理。

2.1.4 定植沟不同处理方式对根系分枝角度的影响

0 °～30°范围根系下扎明显，61°～90°范围根系以水平生长为主。定植沟不同处理影响苹果幼树根系分枝角度，图3 结果表明，0°～30°范围根系比率定植沟各处理均显著高于对照处理，以有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理最高，依次为有机肥＋ 增氧型袋控缓释肥处理、增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理、有机肥处理。61°～90°范围根系比率对照处理最高，显著高于其他处理，依次为有机肥处理、增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理、有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理，最小的为有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理。

注：图柱上不同小写字母表示同一夹角不同处理间在 5% 水平上差异显著。

2.2 定植沟不同处理方式对根系发育的影响

2.2.1 定植沟不同处理方式对根系寿命的影响

两年观测期内，到观测结束时有大量存活根系寿命没法计算，因此考察中值寿命。定植沟不同处理影响苹果幼树根系中值寿命，图4 结果表明，中值寿命以有机肥处理、有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理和有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理最高，其次为增氧型袋控缓释肥处理，有机物料处理和对照处理最低。

2.2.2 定植沟不同处理方式对根系周转的影响

定植沟不同处理影响苹果幼树根系周转，图5 结果表明，对照处理根系周转率最高，显著高于其他处理，其次为有机肥处理，又其次为增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理，有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理和有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理最低。

注：图柱上不同小写字母表示不同处理间在 5% 水平上差异显著。

2.3 定植沟不同处理方式对土壤养分的影响

2.3.1 定植沟不同处理方式对土壤矿质氮含量的影响

由表3 结果可见，对照处理定植区域土壤矿质氮含量较低，其他处理显著提高了土壤矿质氮含量。5 月 20 日、9 月 20 日取样时有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理显著高于增氧型袋控缓释肥处理、有机肥处理、有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理。有机肥处理、有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理、增氧型袋控缓释肥处理土壤矿质氮含量保持稳定，取样期内变异小。

注：同一土层同列不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.3.2 定植沟不同处理方式对土壤有效磷含量的影响

由表4 结果可见，对照处理定植区域土壤有效磷含量较低，其他处理显著提高了土壤有效磷含量。5 月 20 日取样时有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理显著高于增氧型袋控缓释肥处理、有机肥处理、有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理。9 月 20 日取样时有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理显著高于有机肥处理、有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理。有机肥处理、有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理、增氧型袋控缓释肥处理土壤有效磷含量保持稳定，取样期内变异小。

2.3.3 定植沟不同处理方式对土壤速效钾含量的影响

由表5 结果可见，对照处理定植区域土壤速效钾含量较低，其他处理显著提高了土壤速效钾含量。5 月 20 日取样时有机肥处理和有机肥＋增氧型袋控缓释肥处理显著高于增氧型袋控缓释肥处理，有机物料 ＋增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理。有机物料处理、有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理、增氧型袋控缓释肥处理土壤速效钾含量保持稳定，取样期内变异小。

2.4 定植沟不同处理方式对土壤氧气含量的影响

定植沟不同处理影响土壤氧气含量，由表6 结果表明，除 11 月 20 日外，对照处理和有机肥处理土壤氧气含量均显著低于其他处理。取样期内有机物料＋增氧型袋控缓释肥处理显著高于其他处理，增氧型袋控缓释肥处理和有机物料处理均显著高于有机肥处理和对照处理。定植沟不同处理中，有机肥处理增氧效果显著低于其他几个处理，说明有机肥处理增氧效果低于有机物料处理和增氧型袋控缓释肥处理。

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

3 讨论

果树根系可以分为骨干根和新根，新定植幼树因起苗、栽植前处理仅剩骨干根，这部分骨干根在苗圃内形成。果树成活后骨干根上开始萌发新根。果树新根的生长、发育受定植后根域环境影响，生产中采取各种措施促进根系生长^[9，16]。本试验中定植沟处理后 0～20 cm 土层根系密度显著提高，20～40 cm 土层有机肥处理和有机肥 +增氧型袋控缓释肥处理根系密度显著提高。增氧型袋控缓释肥处理、有机物料处理和有机物料 + 增氧型袋控缓释肥处理根系密度与对照处理差异不显著，说明有机肥显著提高了根系密度，这与王芬等^[10]结果一致。有机物料在土壤中可以缓慢转化成有机肥，但其养分含量比有机肥低，本试验中其对根系密度影响小，这与范学山等^[17]使用梨树修剪堆肥的结果不一致，原因与本试验采用微根管观察根系密度而其采用挖掘法观察有关。本试验根系冲洗后生长参数结果说明定植沟处理后降低了根系直径，增加了根系数量，提高了根系长度、表面积和体积等参数，这与田孝志等^[18]使用稻壳炭在苹果根系方面的研究结果一致。有机肥和有机物料具有疏松多孔的特点，施用后降低土壤容重，促进根系生长^[19]。几种处理中有机肥 +增氧型袋控缓释肥处理和有机肥处理及有机物料 +增氧型袋控缓释肥处理提高效果最好，说明有机肥有利于细根生长，根系组成 <2 mm 根系干物质量结果进一步证明了这一结果。

一级、二级侧根根系直径大，作为果树的骨干根，有机肥处理对这2个级次侧根影响较小，有机物料处理和有机物料 + 增氧型袋控缓释肥处理及增氧型袋控缓释肥处理促进一级、二级侧根数量增多效果最好，说明有机物料和增氧袋控缓释肥趋向于促进骨干根生长。有机物料直接施入土壤后降低了土壤容重，形成了较多土壤孔隙，增加了与大气联通的通道，具有增氧的效果^[16]，增氧袋控缓释肥可以缓慢释放氧气，也具有增氧的效果^[20]。肖元松等^[13]认为根系通过通气增氧后根系趋向于垂直生长，即促进根系下扎，降低了根系平均直径，本试验结果表明定植沟处理后降低了水平方向根数量，提高了垂直方向根系数量，有机物料 + 增氧袋控缓释肥处理效果最好，结论与其一致。

土壤表层温度、湿度、透气性等土壤物理特性参数变化剧烈，根系寿命往往低于深层土壤根系^[21]，定植沟通过施有机肥、有机物料及增氧等措施，有利于根系下扎，从而提高了根系寿命。Baldi 等^[7]研究发现有机肥相比化肥可以延长根系中值寿命、根系褐变时间，降低根系周转，主要因为有机肥比化肥养分供应稳定、平稳。有机肥、有机物料富含腐殖酸、富里酸等有机物，这些物质有利于根系发生和根系寿命延长^[22]。本试验中根系发育的2 个参数根系中值寿命和周转率结果表明，有机肥处理有利于提高根系寿命，降低根系周转，结果与其一致。前人研究表明，不同有机肥处理根系寿命不同，牛粪有机肥寿命显著低于堆肥有机肥，并且堆肥有机肥新根发生主要在 21～40 cm 土层，牛粪有机肥新根发生主要在 61～80 cm 土层，21～40 cm 土层根系寿命大于 61～80 cm 土层^[23]。牛粪有机肥孔隙多于堆肥有机肥，孔隙促进了根系透气，但提高根系寿命的效果不如堆肥有机肥。本试验中有机物料和增氧袋控缓释肥提高根系寿命的效果显著低于有机肥处理。

土壤施有机肥或有机物料后均可提高土壤养分含量^[24]，且保持养分浓度较为稳定。缓释肥料养分释放慢，土壤养分含量变化小^[25]，本试验中各处理土壤矿质氮、有效磷、速效钾结果与之一致。土壤养分浓度稳定状态下有利于提高根系寿命^[26]，这也进一步解释了为什么定植沟各处理根系寿命均高于对照处理。5 月 10 日和 8 月 26 日有机物料和有机肥处理分别补加了氮、磷肥料和钾肥料，因此造成这2个处理短期内矿质氮、有效磷和速效钾含量升高，但增氧型袋控缓释肥处理在采样期内均维持在较高且稳定的水平。不考虑补加氮、磷元素肥料和钾元素肥料，有机肥处理和有机物料处理均能保持较高且稳定的水平。有机物料经过一段时间转化成有机肥，缓慢释放各种养分，土壤养分浓度保持稳定。

土壤施有机肥、有机物料后增加了土壤孔隙度，有利于根系生长和根系功能发挥^[27]。土壤氧气结果表明，有机物料处理、有机肥处理和增氧型袋控缓释肥处理及其各个组合处理提高了土壤氧气含量，有机物料和增氧型袋控缓释肥处理提高土壤氧气含量的效果最好。增氧型袋控缓释肥肥芯内有过氧化钙，遇水后释放出氧气，卢蕾^[28]采用过氧化钙给平邑甜茶幼苗根区增氧，得到良好效果，且根系总长度、根系表面积、根系体积、根系平均直径、根尖数等提高，本试验中除根系直径外其他结果一致。根系直径结果不一致可能与试材不同有关，平邑甜茶幼苗、嫁接苗对氧气需求可能不同。另外嫁接后改变了地上部和地下部养分含量、水分交流，根系生长发生变化值得今后研究。平邑甜茶采用增氧灌溉后，土壤氧气浓度提高，根系长度、根系表面积、根尖数提高^[29]，土壤氧气浓度改变影响根系生长。纪拓等^[30]用过氧化钙和还原性铁粉控制根系分布区氧气浓度，发现根区氧气浓度下降后根系长度、根系表面积、根系分叉数、根系分形维数、根系活力、植株干物质积累量及根冠比显著下降，根区增氧后促进幼苗根系生长发育。本试验中定植沟不同处理不同程度提高了根区氧气浓度，从而影响了根系的生长发育。

4 结论

定植沟采用有机肥、有机物料、增氧型袋控缓释肥以及组合处理后，均可以一定程度上提高土壤氧气含量，保持土壤养分浓度稳定，显著提高根系密度，根系长度、根系表面积、根系体积、根尖数、分支数和交叉数等参数，降低了根系粗度，提高了根系下扎的能力，延长了根系中值寿命，降低了根系周转，有机肥 + 增氧型袋控缓释肥处理效果最好。有机肥处理对土壤氧气含量影响小于有机物料处理，对细根根系影响更大。有机物料处理和增氧型袋控缓释肥处理对根系生长、发育影响相似，且2个处理对粗根影响更大。

参考文献