干旱区宽行密株模式下梨树根系空间构型对土壤氮素异质性的响应机制

Wide row and short space matched technology of integral control of water and fertilization is an important measures of precision management and intensive efficiency to pear trees cultivation in arid region, but the changes of root system spatial architecture affected by soil environmental effect and heterogeneous nutrient which caused by new cultivation pattern and technique of fertilization is still lack of profound and systematic research. In order to observe the root of pear tree was responded to nutrient heterogeneity and soil environmental effect under wide row and short space cultivation, scientifically analysis the regulation of root growth dynamics and architecture changes by above factors, this study observe soil physical properties such as temperature and humidity, soil compaction, soil respiration, pH, organic matter, track the dynamic change of root growth，and analysis forms of nitrogen content and root topology analysis in the laboratory with the new pattern pear orchard in arid region of 182mm mean annual precipitation during 4 years, to explore the relationship between soil environmental effect, nitrogen heterogeneity and root architecture in soil. The research results will provide theoretical basis for the reasonable planting density and fertilizer application area in wide row and short space pattern pear orchard of arid region.

“宽行密株”模式和配套的水肥一体化技术是甘肃省干旱、半干旱地区梨树栽培过程中实现集约增效和精准化管理的重要措施。但目前对于栽培模式与肥水施用技术改变引起的土壤环境效应和养分异质性变化规律进而造成根系空间构型的变化方面尚缺乏深入、系统的研究。为探明栽培模式改变对梨园土壤环境效应和土壤氮素异质性分布的影响，科学分析上述因素调控下梨树根系的生长动态和空间构型的变化规律和影响机制，本研究在4 年的田间试验条件下，对年均降雨量182mm的荒漠区“宽行密株”模式梨园（树龄5年生）土壤温度、湿度、紧实度、pH、有机质等土壤理化性质进行测定，对不同土层氮素形态组分和密度进行分析，监测根系生长发育动态，并取样进行空间分布和拓扑分析，明确干旱地区宽行密株栽植模式下梨树根系空间构型对土壤氮素的异质性分布的响应机制。该研究结果将为旱区梨园确定科学合理的栽植密度和施肥区域，实现氮素高效利用提供理论和实践依据。

“宽行密株”模式和配套的水肥一体化技术是甘肃省干旱、半干旱地区梨树栽培过程中实现集约增效和精准化管理的重要措施。但目前对于栽培模式与肥水施用技术改变引起的土壤环境效应和养分异质性变化规律进而造成根系空间构型的变化方面尚缺乏深入、系统的研究。为探明栽培模式改变对梨园土壤环境效应和土壤氮素异质性分布的影响，科学分析上述因素调控下梨树根系的生长动态和空间构型的变化规律和影响机制，本项目组利用多点采集结合原位追踪技术对比分析了不同径级根系的分布与吸收范围和根系对土壤资源的获取与反馈策略，研究结果表明：不同模式下土壤氮素均呈现布高度异质性时空分特征，花期至新梢停张期NH4+和NO3-有明显的积累，不同部位含量均增加，新梢停张期至果实采收期NH4+和NO3-急剧消耗，各部位含量水平为全年最低，栽培密度高时在土壤浅层与近树干处出现氮素的富集斑块，随栽培密度降低，土壤NH4+和NO3-在距树干60cm处形成一条集中分布带，且分布区域向外扩展。另外发现，在群体数量上的差异导致根系功能和结构的显著变化，CP1栽培模式下根系集中分布0~20cm土层，比根长、比根面积和总根体积显著高于CP3模式。CP2模式下20~40cm土层比根长较其它处理提升12.7%~26.8%，比根面积较CP1处理提升82.1%。40~60cm土层CP3处理比根长、比根面积、根长密度较CP1处理增加分别为38.5%、95.5%和175%。分级比较发现，栽培密度由大变小时，直径d>2 mm根系集中分布逐渐减轻，水平分布扩展距离由近到远逐渐减小，且根系垂直与水平分布差异减小。CP1处理下细根（直径≤ 2 mm）分布离散度大，偏向性分布特点突出，垂直分布集中于表层土壤，根长、根表面积和根尖数分别占比均超过50%，根系构型“浅表化”明显，CP2处理细根水平和垂直分布较均衡，但根长和根表面积总均显著减小，吸收能力减弱，CP3处理细根分布明显向深层和离树干较远的区域扩展，根系的吸收能力显著地增强，根系构型适宜。