張守仕　謝克英　常介田　徐明輝　韓芳　柴夢穎　喬寶營

關(guān)鍵詞：葡萄；肥料袋控緩釋；細根；生長

中圖分類號：S663.1 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-9980（2023）01-0088-10

隨著“藥肥雙減”項目的持續(xù)推進，緩釋肥因其養(yǎng)分利用率高、省工等優(yōu)點在水果生產(chǎn)中得到重視。袋控緩釋肥根據(jù)果樹養(yǎng)分需求特點，采用紙塑材料包裹袋內(nèi)肥芯，與顆粒包膜類緩釋肥相比降低了成本，取得了良好效果，在山東、陜西等果品生產(chǎn)大省得到推廣應(yīng)用。張亞飛等研究認為，施用袋控緩釋肥可以提高肥料利用率，提高果實品質(zhì)。研究人員多從緩釋肥養(yǎng)分釋放和土壤養(yǎng)分供應(yīng)角度出發(fā)，與化肥撒施的傳統(tǒng)施肥方法相比，使用緩釋肥后養(yǎng)分釋放慢，土壤養(yǎng)分濃度變化幅度小，從而提高養(yǎng)分利用率。

根系尤其是新生細根是果樹養(yǎng)分最主要的吸收器官。新生細根生長一段時間后會變褐，吸收能力降低，大部分新生細根死亡。能夠進行次生生長的新根變?yōu)槎嗄晟歉筛?，行使固定、養(yǎng)分通道等功能。新根數(shù)量增多，根系變褐時間延長，壽命延長，有利于根系養(yǎng)分吸收。劉照霞等研究煙富3矮化中間砧蘋果萌芽前不同位置施氮對新梢旺長期細根分布、氮素吸收的影響，發(fā)現(xiàn)施氮增加了細根根長密度，施肥位置不同根長密度增加不同，氮素利用率不同。Baldi等研究表明，施用有機肥比撒施氮肥提高了桃細根數(shù)量，延長了褐變時間和細根壽命，根系壽命與土壤硝態(tài)氮含量相關(guān)。有機肥比化肥撒施養(yǎng)分釋放緩慢，土壤養(yǎng)分濃度保持平穩(wěn)。緩釋肥在養(yǎng)分釋放、土壤養(yǎng)分供應(yīng)方面與有機肥類似，但緩釋肥對果樹根系生長、發(fā)育影響的研究尚不多見。因此，研究緩釋肥施肥對根系的生長、發(fā)育的影響，尤其是新根產(chǎn)生、褐變、死亡等動態(tài)變化情況，從根系生長、發(fā)育角度探討?zhàn)B分利用率提高的原因具有重要意義。生產(chǎn)中施肥對果樹地上部生長、發(fā)育的影響研究較多，但是受觀測方法困難的影響，對果樹根系生長、發(fā)育的研究相對較少?，F(xiàn)有研究多采用挖掘法、根鉆法、根窖法等方法研究果樹根系，但這些方法存在根系擾動大、僅是階段結(jié)果、準確度不高等問題。微根管法對根擾動較小，通過預(yù)先埋置在土壤中的攝像機定期拍攝根系圖片及分析軟件獲得根系的生長、發(fā)育動態(tài)及有關(guān)參數(shù)。目前為止，微根管技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于植物根系的研究中，尤其是根系發(fā)生數(shù)量和根系壽命分析方面。因此筆者采用微根管觀察肥料袋控緩釋下葡萄根系細根生長情況，結(jié)合15N同位素示蹤技術(shù)，從細根生長、發(fā)育角度探討肥料袋控緩釋提高葡萄氮肥利用率的原因，以期為葡萄合理施肥提供依據(jù)。

1材料和方法

1.1試驗設(shè)計

試驗地點位于河南省大宗水果中牟綜合試驗站內(nèi)，品種為夏黑，避雨栽培，南北行向，株行距為1.5 m×3.0m，定植于2011年3月，單干、單臂“雙十形”樹形。2018年3月初挑選大小均勻一致7年生葡萄樹24株，分為2組，一組15株用于根系觀察試驗，另外9株用于15N示蹤試驗。根系觀察試驗和15N示蹤試驗均設(shè)肥料袋控緩釋施肥（BCRF）、撒施施肥（SA）、不施肥（CK）3個處理，根系觀察試驗每處理5次重復(fù)，¹⁵N示蹤試驗每處理3次重復(fù)，均為單株小區(qū)。

1.2試驗處理與樣品采集

3月20日肥料袋控緩釋施肥處理株施8袋袋控緩釋肥（95 g·袋^-1），每袋內(nèi)含有尿素40 g、二銨14 g、硫酸鉀41 g，挖坑施肥。施肥坑分別沿葡萄架面上最外側(cè)鐵絲位置地面投影往外20 cm處，施肥時鐵鍬入土深20 cm，將鐵鍬略前傾撬開土后將1袋袋控緩釋肥放入底部，抽出鐵鍬，踩實施肥位置。以后每年3月中旬在上一年施肥異側(cè)以同樣量進行施肥。撒施施肥處理分別在相同位置分2次撒施肥料，與袋控緩釋肥等量且配比相同的摻混肥60%在3月份施入，剩余40%在8月下旬施入。不施肥處理只挖土不施肥。施肥后在葡萄植株正東側(cè)距樹干40 cm處埋入70 cm長、外徑70 mm粗微根管。微根管與地面呈450夾角，管口距地5 cm左右，垂直距離40 cm，安裝前管底密封，微根管漏出地面部分先用黑色膠帶包裹，再加一層鋁箔，試驗過程中注意保護微根管，防止擾動。微根管安裝后需要穩(wěn)定一段時間，數(shù)據(jù)采集從2018年6月份開始，生長季內(nèi)觀測周期為2周，分別在每月1日和15日觀察，休眠期觀測周期為4周，只在每月15日觀察。采用CI-600植物根系生長監(jiān)測系統(tǒng)進行根系圖片的采集。根據(jù)微根管編號、觀測層次、取樣時間、細根編號建立細根數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計細根數(shù)量。圖像采集面積為21.59 cmx19.57 cm，利用系統(tǒng)所帶ROOTSNAP根系圖像分析軟件進行根系數(shù)量、壽命分析，白色與褐色細根定義為活根，黑色或皺縮的根和兩次觀測期間消失的根定義為死根。

¹⁵N示蹤試驗處理試材和處理方法與上面相同，袋控緩釋施肥每個肥料袋內(nèi)裝有¹⁵N尿素（上海化工研究院，豐度10.10%）4 g和36 g普通尿素，撒施施肥處理兩次施肥時分別混有2.4 g和1.6g¹⁵N尿素。冬季葡萄植株落葉后對植株進行破壞性取樣，整株解析為細根（直徑<2 mm）、粗根（直徑≥2 mm）、主干、主蔓、1年生枝。樣品洗凈后，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒質(zhì)量，稱量干物質(zhì)質(zhì)量，不銹鋼電磨粉碎后過250μn篩，混勻后裝入自封袋中備用。植株樣品采用Isoprime100型質(zhì)譜儀測定¹⁵N豐度。植物樣品經(jīng)濃硫酸一過氧化氫消煮后，利用BDFIA8000流動注射分析儀銨態(tài)氮模塊測定樣品含氮量。

2018年在3月底、6月初、8月底、11月底用不銹鋼土鉆在葡萄行內(nèi)距離施肥位置20 cm處取土樣，土樣帶回實驗室進行土壤Nmin （NH₄⁺-N+NO₃^--N）測定。土壤樣品過2 mm篩后，用2mol·L^-1KCl溶液浸提后用BDFIA8000流動分析儀銨態(tài)氮、硝態(tài)氮模塊進行測試。

2018年在8月底、11月底在葡萄行內(nèi)距離施肥位置20 cm處用土鉆取土樣，土樣沖洗后保留根系，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法測定細根根系活力。

1.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

新根中值壽命采用SPSS 19.0軟件生存分析進行計算，指存活率為50%時對應(yīng)的生存時間。新根年周轉(zhuǎn)率為年新根死亡量與年新根現(xiàn)存量之比。

Ndff（%）指植株器官從肥料中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻率，它反映了植株器官對肥料15N的吸收征調(diào)能力，計算公式：

Ndff（%）=[樣品中的¹⁵N豐度（%）-自然豐度（0.366%）]／[肥料中¹⁵N的豐度（%）-自然豐度（0.366%）]×100;

總N量（g）=干物質(zhì)質(zhì)量（g）×N濃度；

吸收¹⁵N量（mg）=總N量（g）×Ndff（%）×1000;

氮肥利用率（%）=Ndff（%）×植株總N量（g）/施¹⁵N量（g）×100。

文中所有數(shù)據(jù)和圖使用Excel 2019和SPSS19.0軟件分析和制作，不同處理間差異性分析采用Duncan新復(fù)極差法檢驗。

2結(jié)果與分析

2.1肥料袋控緩釋對土壤Nmin的影響

土壤Nmin可以被根系直接吸收，包括NH₄⁺-N和NO₃^--N。表1采樣結(jié)果表明，土壤NH₄⁺-N含量處于較低水平，0～20 cm土層撒施施肥處理NH₄⁺-N含量變化劇烈，袋控緩釋處理NH₄⁺-N含量變化較小，第4次取樣時袋控緩釋處理高于撒施處理。>20～40 cm土層，各采樣期土壤NH₄⁺-N含量袋控緩釋處理均顯著高于撒施處理，且均維持在較高水平。表2結(jié)果表明，撒施處理每次施肥后土壤NO₃^--N含量迅速提高，隨著時間延長迅速降低。袋控緩釋處理前2次采樣低于肥料撒施處理，后2次采樣均高于肥料撒施處理，并且維持在較高水平。

2.2肥料袋控緩釋對葡萄細根生長的影響

表3結(jié)果表明，試驗觀察到的葡萄細根數(shù)量以肥料袋控緩釋處理最多，其次為撒施處理，不施肥處理最少，分別為603條、413條和326條。2018年各個觀測期內(nèi)各處理之間差異顯著，2019年肥料袋控緩釋處理和撒施處理顯著高于不施肥處理，2020年肥料袋控緩釋處理顯著高于撒施處理和不施肥處理。圖1顯示，2018年各處理在8月份有1次生長高峰，2019年和2020年在3月份有1次生長高峰，2019年在8月份有1次生長高峰，2020年7月份有1次生長高峰，7月或8月生長高峰葡萄新根數(shù)量高于3月。

2.3肥料袋控緩釋對葡萄細根變褐和壽命的影響

葡萄新根顏色的變化反映了葡萄根系呼吸、吸收能力的變化。圖2結(jié)果表明，不施肥處理平均根系褐變時間為46 d，撒施處理為63 d，肥料袋控緩釋處理為71 d，肥料袋控緩釋處理顯著高于撒施和不施肥處理。

圖3根系中值壽命計算結(jié)果表明，肥料袋控緩釋處理為238 d，撒施處理為196 d，不施肥處理為140 d，肥料袋控緩釋處理顯著延長了根系中值壽命。

2.4肥料袋控緩釋對葡萄細根現(xiàn)存量和周轉(zhuǎn)率的影響

試驗觀察期內(nèi)，根系現(xiàn)存量肥料袋控緩釋處理顯著高于肥料撒施處理和不施肥處理（圖4），2018年為241條，2019年、2020年分別為79條和69條，2018年肥料撒施處理和不施肥處理差異顯著，2019年、2020年肥料撒施處理和不施肥處理差異不顯著，數(shù)量均在60條以下。

2018年、2020年各處理間根系周轉(zhuǎn)率存在顯著差異（表4），各年內(nèi)數(shù)據(jù)均以肥料袋控緩釋處理最低。2019年撒施處理和不施肥處理間差異不顯著，但顯著高于肥料袋控緩釋處理。

2.5肥料袋控緩釋對葡萄細根根系活力的影響

根系活力反映了細根吸收能力，8月底數(shù)據(jù)表明肥料袋控緩釋處理根系活力達54.36 mg·g^-1·h^-1，顯著高于撒施處理和不施肥處理，分別為37.48和35.69mg·g^-1·h^-1，肥料袋控緩釋處理顯著高于撒施處理和不施肥處理。11月底的結(jié)果表明，各處理間根系活力均處于較低狀態(tài)，各處理間差異不顯著（圖5）。

2.6肥料袋控緩釋對葡萄氮養(yǎng)分吸收的影響

落葉后采樣時，各處理間器官生物量當(dāng)年生器官細根和1年生枝差異顯著，多年生器官如粗根、主干、主蔓處理間差異不顯著（表5）。各器官氮濃度肥料袋控緩釋處理均顯著高于肥料撒施處理。Ndff（%）表示來源于肥料的氮占總氮的比率，Ndff（g）表示器官中的氮來自肥料的具體質(zhì)量，肥料袋控緩釋施肥處理Ndff（%）和Ndff（g）各部位顯著高于肥料撒施處理。氮素利用率肥料袋控緩釋處理達到16.69%，顯著高于撒施施肥處理的8.38%。

3討論

果園土壤中NH₄⁺-N和NO₃^-N含量低，果樹生長過程中所需氮素需要施肥進行補充。傳統(tǒng)施肥中果農(nóng)片面追求高產(chǎn)，肥料用量過高，造成果實風(fēng)味變差、不耐貯運等問題。更嚴重的是大量肥料隨灌溉水進入土壤深層，揮發(fā)進入大氣，造成環(huán)境問題。為解決這些問題，不同類型的緩釋肥在果樹生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用。緩釋肥養(yǎng)分釋放緩慢，可以在控釋期內(nèi)穩(wěn)定供應(yīng)養(yǎng)分，因此土壤養(yǎng)分相對穩(wěn)定，試驗中Nmin結(jié)果與沙建川等結(jié)果一致。本試驗中袋控緩釋肥在微孔袋的控制下，養(yǎng)分緩慢釋放。傳統(tǒng)肥料撒施可以迅速提高土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量，因此3月30日和6月1日兩次取樣時，撒施施肥處理顯著高于袋控緩釋肥處理。受土壤淋溶、硝化、反硝化等過程影響，土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量下降也很快，肥料袋控緩釋處理土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量不高，但波動較小。試驗地區(qū)8月份雨水多，施入肥料容易溶解并被降雨淋溶到土壤深處，袋控緩釋肥袋內(nèi)肥芯不受降雨影響，因此，8月30日取樣時撒施施肥處理顯著低于袋控緩釋肥處理。

果樹根系比農(nóng)作物分布稀疏，不利于養(yǎng)分吸收、利用。白色細根吸收能力強，從提高肥料利用率角度考慮，應(yīng)該提高細根數(shù)量和延長細根壽命。黨祝慶等在桃幼樹上研究表明，有機肥、化肥配施比單施化肥有利于誘發(fā)細根，增加根系生物量，提高氮素利用率。Baldi等采用微根管原位觀測技術(shù)研究了有機肥對桃樹根系發(fā)生、生長的影響，認為施有機肥通過改變土壤NO₃^--N含量，比化肥撒施提高了細根發(fā)生數(shù)量。本試驗結(jié)果表明，肥料袋控緩釋施肥處理細根發(fā)生數(shù)量最多，這與桃樹上采用挖掘法得到的結(jié)果一致。果園施有機肥條件下，土壤養(yǎng)分濃度相對穩(wěn)定。本試驗中肥料袋控緩釋施肥處理比撒施施肥處理土壤養(yǎng)分穩(wěn)定，說明細根增多、細根變褐的時間和壽命延長與肥料袋控緩釋施肥土壤養(yǎng)分穩(wěn)定有關(guān)。葡萄年生長周期內(nèi)3月和7月或8月是細根產(chǎn)生的1個高峰，但各年份之間在時間上有差異，這與Centinari等在葡萄上、An等在蘋果上的觀察結(jié)果一致。另外細根產(chǎn)生還受溫度、水分、土層等其他因素影響，各年份間這些因素差異大。細根產(chǎn)生年份間變化較大，2018年細根產(chǎn)生多，2019年和2020年細根產(chǎn)生較少。有研究表明，細根產(chǎn)生和微根管安裝有關(guān)，為避免微根管安裝的影響，本試驗將觀察時間比微根管埋置時間推后3個月，但仍然影響安裝根管當(dāng)年的新根數(shù)量，該方法應(yīng)用中延長觀測時間結(jié)果更為準確。細根產(chǎn)生數(shù)量后兩年顯著低于第1年的原因可能是隨著時間的延長同一部位產(chǎn)生新根的能力逐漸變?nèi)?，新根發(fā)生受到影響。

細根數(shù)量增多，壽命延長，從而提高了根系現(xiàn)存量。試驗中細根年死亡量與細根現(xiàn)存量的比值表示新根周轉(zhuǎn)率，試驗中肥料袋控緩釋施肥處理根系現(xiàn)存量顯著高于其他處理，細根周轉(zhuǎn)率顯著低于其他處理。肥料撒施處理根系因施肥后短期土壤養(yǎng)分濃度迅速上升，土壤養(yǎng)分濃度不適宜，會造成較多細根死亡，后期脫肥造成土壤養(yǎng)分濃度低，因此造成細根現(xiàn)存量降低，細根周轉(zhuǎn)率顯著提高。羅飛雄等研究蘋果不同砧木對細根周轉(zhuǎn)率影響，結(jié)果表明矮化自根砧細根死亡高峰提前，細根壽命短導(dǎo)致矮化自根砧新根的年周轉(zhuǎn)率高于喬化砧。本試驗肥料撒施處理和不施肥處理細根壽命顯著低于肥料袋控緩釋施肥處理，因此細根年周轉(zhuǎn)率高于肥料袋控緩釋施肥處理。

根系活力表征根系吸收能力，于坤等在葡萄上的研究表明，葡萄一側(cè)地下穴貯滴灌施肥或一側(cè)地面滴灌施肥處理提高了20～60 cm土層深度處根系的根系活力。滴灌施肥提高了土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量，本試驗中肥料袋控緩釋處理根系活力能夠在8月份維持較高水平，結(jié)果與其一致。進入休眠期后僅維持微弱吸收能力，11月下旬取樣結(jié)果表明各處理根系活力都處于較低水平。

本試驗¹⁵N示蹤試驗結(jié)果表明，肥料袋控緩釋施肥處理顯著提高了各器官氮含量和Ndff（%），促進了葡萄氮素養(yǎng)分吸收。這與肥料袋控緩釋施肥在蘋果上的結(jié)果一致。滴灌施肥因其土壤養(yǎng)分濃度高且變化小，可以提高葡萄氮素利用率，肥料袋控緩釋具有相似效果。本試驗對根系生長、發(fā)育觀測結(jié)果表明，氮素養(yǎng)分吸收率提高的原因除土壤氮素養(yǎng)分穩(wěn)定供應(yīng)外，肥料袋控緩釋施肥對根系發(fā)生、生長的改變也是一個重要因素。

4結(jié)論

肥料袋控緩釋處理生長季內(nèi)土壤Nmin含量波動小，保持穩(wěn)定，顯著增加了葡萄細根數(shù)量，延長了細根變褐時間以及細根壽命，降低了葡萄根系細根年周轉(zhuǎn)率，提高了生長季根系活力，提高了葡萄氮素利用率。