不同覆蓋方式對土壤溫濕度及棗樹生理的影響

張露荷,管利兵,黃華梨,張廣忠,王延秀 ,胡秉芬 ,戚建莉,趙 通

(1.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，蘭州 730020；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，蘭州 730070)

紅棗是甘肅沿黃灌區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)樹種，該區(qū)域紅棗園普遍采用清耕制的大水漫灌土壤管理模式。這種粗放、落后的管理模式不僅造成土壤板結(jié)、肥水流失及土壤鹽漬化等一系列土壤退化現(xiàn)象[1-2]，還導(dǎo)致果園產(chǎn)量低、果實(shí)品質(zhì)劣及市場經(jīng)濟(jì)價(jià)值低等一系列問題，嚴(yán)重限制當(dāng)?shù)丶t棗產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此探索適宜的土壤管理模式，改善果園生態(tài)環(huán)境，改良果園土壤狀況，提高棗樹的產(chǎn)量和品質(zhì)已成為該區(qū)域大棗產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級及果園生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展需要重點(diǎn)解決的問題。

地面覆蓋是改善植物根區(qū)土壤小環(huán)境的重要措施，在果樹栽培當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用[3]。目前，覆膜、覆蓋秸稈和果園生草在果園實(shí)際管理中有著廣泛的應(yīng)用。已有的研究證明以上3種覆蓋模式不僅能夠顯著改善果園的土壤溫度、地表空氣濕度，還能有效提高水分的利用效率及果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)[4-5]。從目前有關(guān)覆膜的大量研究來看，關(guān)于甘肅沿黃灌區(qū)棗園土壤覆膜管理的研究成果相對較少。因此，研究甘肅沿黃灌區(qū)不同土壤覆蓋方式對棗園土壤水熱狀況、棗吊生長發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)的影響，對于提高水分利用效率，改善果園生態(tài)環(huán)境，尋找科學(xué)、高效、適用的土壤管理方式具有一定的指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)以甘肅沿黃灌區(qū)棗園為研究區(qū)域，通過探究不同覆蓋處理果園微環(huán)境的變化及對新梢生長、棗吊生長、開花坐果、果實(shí)外觀和內(nèi)在品質(zhì)的影響，旨在探索適宜當(dāng)?shù)氐淖罴淹寥栏采w模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在甘肅省白銀市景泰縣五佛鄉(xiāng)興水村王希祿家棗園中進(jìn)行，試驗(yàn)品種為‘駿棗’，砧木為當(dāng)?shù)亍畧A棗’，栽植密度為2 m×4 m，髙接換優(yōu)3 a生棗樹，果樹30 cm處主干直徑達(dá)到25 cm。五佛鄉(xiāng)地處黃河之濱，四面環(huán)山，年降雨量185 mm，蒸發(fā)量3 038 mm，年平均氣溫10.8 ℃，無霜期160 d，于2016年5-11月進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：玉米秸稈覆蓋(YMG)、覆黑膜(HM)、自然生黑麥草(HMC)及以免耕栽培作為對照(CK)。方法為將當(dāng)?shù)赜衩锥捚戒佊诠麍@土壤表面，覆蓋厚度為20 cm，第1次覆秸稈要用土或石塊壓一下，防止風(fēng)刮或失火。覆膜為全園覆蓋，膜邊用土壓蓋，地膜采用厚度為0.012 mm，寬度為120 cm的規(guī)格。每個(gè)處理重復(fù)3次。黑麥草為全園種植，黑麥草籽種植密度為35 g·m-2。所有試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)分布，水肥管理、病蟲害防治均相同。2016年5月9日澆水，5月10日種黑麥草，5月11日覆玉米稈和覆黑膜。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 棗園微環(huán)境 土壤溫度：從6月8日開始，每10 d用曲管地溫計(jì)測定土壤溫度，測量深度分為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm，測定時(shí)間為8:00-18:00，每2 h測定1次；連續(xù)測定3個(gè)月，求平均值。

地表空氣相對濕度的測定：從6月8日開始，用?，攦x表公司生產(chǎn)的AR827型溫濕度計(jì)每10 d 實(shí)時(shí)測定濕度日變化，從8:00-18:00，每隔2 h記錄1次數(shù)據(jù)；溫濕度計(jì)靠樹體主干緊貼地面直立放置 。

1.3.2 葉片光合作用 各處理于2016年6月中旬選3株樹，每株分別在樹冠東、西、南、北4個(gè)方向的外圍(距樹干大于0.6 m) 第1層主枝選取生長勢好且長勢一致的新梢的第7、8片無機(jī)械損傷、無病蟲害的2片葉作為測定葉片，測量時(shí)盡量保持葉片原來的位置和角度；每株測定8片。連續(xù)測定6-9月4個(gè)月；利用LI-6400便攜式光合測定分析儀(美國Li-COR公司生產(chǎn))于晴天9:00-11:00對凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)和蒸騰速率(Tr)進(jìn)行測定。

1.3.3 樹體生長發(fā)育 各處理選3株樹，新梢、棗吊和花蕾發(fā)育觀測從6月上旬開始，在每棵樹東、西、南、北4個(gè)方向分上下兩層選取8個(gè)新梢(避免用內(nèi)膛徒長枝)進(jìn)行測定，用標(biāo)簽牌依次標(biāo)上序號，用鋼卷尺每 15 d 測 1 次新梢長度；每棵樹不同方向相對同一位置選取 8 個(gè)棗吊并掛標(biāo)簽牌，每隔 15 d 測定其長度；記錄所選棗吊的花蕾總花數(shù)、花蕾開花數(shù)和最終幼果坐果數(shù)。

1.3.4 棗果品質(zhì) 10月初待果實(shí)成熟時(shí)，每種處理按照從下而上分別采摘樹冠下層、中層、上層的棗果，每層采摘的數(shù)量大體相同；采摘時(shí)盡量包含當(dāng)年生枝和二次生枝棗果，包含木質(zhì)化棗吊和非木質(zhì)化棗吊上的棗果，每個(gè)處理采摘100顆，帶回甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)的測定。用電子天平分別稱單果質(zhì)量、果核質(zhì)量；可食率=果肉質(zhì)量/果實(shí)質(zhì)量×100%；用游標(biāo)卡尺分別測定棗果的縱橫徑、果核的縱橫徑、果肉厚度，果形指數(shù)=果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑，核形指數(shù)=果核縱徑/果核橫徑；可溶性糖用蒽酮比色法進(jìn)行測定[6]；可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)用氫氧化鈉滴定法測定[6]；可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)用考馬斯亮藍(lán)法測定[6]；維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)用2,6-二氯酚靛酚法進(jìn)行測定[6]；用刀片將棗果肉削到干凈的培養(yǎng)皿中，用電子天平稱果肉的濕質(zhì)量，將削好的果肉和培養(yǎng)皿整體放入烘箱中，在85 ℃的環(huán)境下烘24 h，取出后冷卻至室溫，稱其干質(zhì)量；棗果含水量=1-干質(zhì)量/濕質(zhì)量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖，用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和差異顯著分析(P≤0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對棗園微環(huán)境的影響

2.1.1 不同覆蓋方式對不同土層溫度的影響 從圖1可以看出，同一層土壤溫度在不同處理下的變化趨勢不同。與免耕區(qū)相比，表層5 cm處，所有處理均降低了土壤溫度，其中生草區(qū)降溫幅度最為顯著，達(dá)5.06 ℃，而覆蓋黑膜處理降溫效果最弱。在10 cm土層處，覆蓋玉米秸稈和生草處理均降低了土壤溫度，但是隨著土壤深度的增加，降溫效應(yīng)逐漸減少。與此相反，覆蓋黑膜處理增加了土壤溫度，并且隨著土層深度的增加，增溫現(xiàn)象更加明顯。究其原因可能是3種處理均能形成土壤和大氣的隔離層，試驗(yàn)進(jìn)行期間能夠減弱太陽的輻射。表層土壤溫度由于太陽輻射的減弱而降低。但是覆蓋黑膜處理阻止了土壤和大氣之間的水熱交換，導(dǎo)致深層土壤溫度增加，而覆蓋玉米秸稈和生草處理減弱了太陽輻射，減少了進(jìn)入土壤中的熱量，降低了深層土壤溫度。

2.1.2 不同覆蓋方式對棗園地表空氣相對濕度的影響 由表1可以看出，4種處理6-8月份的地表空氣平均相對濕度變化總趨勢基本一致，即平均地表相對濕度呈上升趨勢，6月份地表空氣相對濕度最大的是覆蓋黑膜處理，為43.78%，比免耕高14.78%，差異性顯著。6月份地表空氣相對濕度各處理從大到小依次是HM>HMC>YMG>CK；7月份果園地表空氣相對濕度最高的是覆黑膜處理，為56.42%，顯著高于免耕；8月份地表空氣相對濕度均顯著高于免耕，覆蓋黑膜高達(dá)60.04%，比免耕高18.70%。

YMG.玉米秸稈覆蓋 Maize stalk multching; HMC.自然生黑麥草 Natural grown ryegrass; HM.覆黑膜 Black film covering; CK.免耕栽培 Zero-tillage cultivation；誤差線為標(biāo)準(zhǔn)差，不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同 Error bars represent standard deviation,different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.The same below

2.2 不同覆蓋方式對葉片光合生理學(xué)參數(shù)的影響

從圖2可以看出，不同處理下，葉片光合生理學(xué)參數(shù)的響應(yīng)也不盡相同。與免耕區(qū)相比，所有處理均顯著增加了7、8月的棗樹凈光合速率和蒸騰速率，增幅大小為HM>YMG>HMC。在8月份，棗樹的凈光合速率和蒸騰速率均達(dá)到最大值，然而在9月份，二者均達(dá)到最小值。與此不同，覆蓋黑膜處理顯著增加了棗樹的氣孔導(dǎo)度，但是覆蓋玉米秸稈和種植黑麥草處理沒有出現(xiàn)顯著性差異。同樣，3種處理的胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)均未表現(xiàn)出顯著差異。

表1 不同覆蓋方式對果園空氣濕度的影響Table 1 Effect of different mulching on ochard air humidity %

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

Note: Different lowercase letters within the same column of the same index indicate that significant difference at 0.05 level.The same below.

圖2 不同覆蓋方式對葉片光合生理學(xué)參數(shù)的影響Fig.2 Effect of different mulching on photosynthetic physiological parameters of leaf

圖3 不同覆蓋方式對樹體生長發(fā)育的影響Fig.3 The effect of different mulching on growth and development of jujube tree

2.3 不同覆蓋方式對樹體生長發(fā)育的影響

由圖3可知，生長速率在6月25日mass fraction 以后逐漸下降，7月10日mass fraction 以后基本停止生長。與此相似，棗吊在觀測期內(nèi)隨著物候期的推進(jìn)在不斷的生長，但生長速率在7月10日mass fraction 之后才逐漸下降。棗吊上花蕾的開花數(shù)在6月25日均達(dá)到最大值，所以6月25日左右為開花盛期；7月10日為開花末期；6月25日YMG、HM、HMC和CK的開花數(shù)分別為18.73、28.38、18.06和25.85。

在3種不同的處理下，每吊花數(shù)均顯著少于CK，每吊總花數(shù)從大到小是CK、HM、YMG和HMC，分別是56.20、49.15、47.83和43.20(表2)。與此相反，3種處理顯著增加了棗吊的坐果率，YMG、HM、HMC和CK的坐果率分別是8.89%、8.73%、9.44%和7.56%。而每吊坐果數(shù)則沒有顯著性差異。

2.4 不同覆蓋方式對棗果品質(zhì)的影響

如表3所示，果園生黑麥草處理下的單果質(zhì)量顯著高于免耕空白對照，而覆蓋黑膜處理和覆蓋玉米秸稈處理下的單果質(zhì)量卻顯著低于對照。與此不同，相對于對照，3種處理均顯著增加了棗果的制干率和核型指數(shù)。但不同處理后的果肉厚度、果形指數(shù)、果核質(zhì)量和可食率均無顯著性差異。

表2 不同覆蓋方式對棗樹開花坐果率的影響Table 2 Effect of different mulching on flowering fruit rate of jujube

表3 不同覆蓋方式對棗果實(shí)外觀品質(zhì)的影響Table 3 The effect of different mulching on jujube fruit external quality

如表4所示，與免耕區(qū)相比，果園生草、覆蓋玉米秸稈和覆黑膜下的棗果含水率分別顯著下降了1.67%、2.27%和6.03%。而紅棗中維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對照，分別增加了12.02%、1.66%、10.60%。果園種植黑麥草處理顯著提高了果實(shí)中可溶性糖和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但是覆蓋玉米秸稈和覆黑膜下的棗果相比于對照則沒有顯著性差別。同樣，3種處理均沒有顯著改變棗果中可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表4 不同覆蓋方式對棗果內(nèi)在品質(zhì)的影響Table 4 The effect of different mulchingonjujube fruit internal quality

3 討 論

本研究表明，對果園進(jìn)行覆膜、覆蓋秸稈和果園生草3種處理后，均對土壤微環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。對果園進(jìn)行覆蓋和生草后，提高果園的相對濕度，但只有覆蓋黑膜處理增加顯著。然而土壤溫度對3種處理表現(xiàn)出不同的趨勢。除覆蓋黑膜增加了深層土壤溫度外，其他2種處理均降低了土壤溫度，但隨著土壤深度的加深，降溫和增溫幅度均有所減少。這樣現(xiàn)象的產(chǎn)生，有研究認(rèn)為覆蓋以后形成的隔離層，具有反射作用和隔離作用，能夠阻止環(huán)境條件進(jìn)入土壤層，也會(huì)阻止土壤層的水熱氣等流動(dòng)到大氣中去，這樣勢必會(huì)形成2個(gè)相對獨(dú)立的生態(tài)環(huán)境，果園的空氣相對濕度主要是通過阻止或者加速土壤水分的蒸發(fā)作用來實(shí)現(xiàn)的[7]。類似的研究在蘋果園、玉米地、梨園等均有實(shí)際應(yīng)用，且降溫效果明顯[8-10]，極大緩解了夏季極端高溫對樹體表層根系的傷害[11,14-15]。但關(guān)于覆蓋地膜提高了土壤溫度的研究也有相關(guān)報(bào)道[9,16]；歸其原因，果園和農(nóng)田相比有其獨(dú)特性，前人研究表明與免耕對照相比，果園覆蓋秸稈和果園生草后在地表上形成一層與大氣熱交換的障礙層，不但減少了到達(dá)地面的太陽輻射，而且減少了土壤熱量向大氣中散發(fā)，同時(shí)吸收長波輻射，吸收和轉(zhuǎn)化部分太陽能[12]，但隨著土層的加深，覆蓋對土壤溫度的調(diào)節(jié)作用減小[13]。覆膜顯著增加果園地表相對濕度，有利于果園空間的熱容量增加，減緩氣溫急劇升高，減輕果實(shí)的灼傷，有利于果園果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

果樹的表觀變量和生理生態(tài)指標(biāo)也是影響果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素之一。本研究表明，不同土壤覆蓋方式對果肉厚度、果形指數(shù)、果核質(zhì)量及可食率的影響不顯著，但卻顯著提高了七八月份果樹的凈光合速率和葉片蒸騰速率。覆蓋黑麥草處理下果實(shí)的可溶性糖、維生素C和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于免耕空白對照。相關(guān)研究表明，果園相對濕度對蘋果的光合作用有明顯的影響，果園空氣相對濕度太低，蒸騰作用就增強(qiáng)，光合速率就會(huì)降低；反之，呼吸作用加強(qiáng)，影響碳水化合物的積累[17]。侯方舟等[18]研究表明地膜覆蓋相較于無覆蓋和稻草覆蓋處理，能更好地積蓄熱量，起到很好的保溫作用，而稻草覆蓋有平抑地溫、減小穴內(nèi)溫度波動(dòng)的作用，覆蓋栽培能增強(qiáng)烤煙生長關(guān)鍵時(shí)期的光合特性，以稻草覆蓋效果最佳；覆蓋栽培相較于裸栽有效提高了株高、葉數(shù)和葉面積等指標(biāo)。覆草改善了蘋果樹的生長和果實(shí)品質(zhì)[19]。趙鵬等[20]研究表明覆蓋秸稈和枝條可以增加梨的可溶性糖和可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。侯建安[21]研究表明，覆蓋地膜配以適當(dāng)施肥，可以增加棗樹葉片光合作用，促進(jìn)果實(shí)生長，改善品質(zhì)，尤其能顯著提高果實(shí)總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)。與免耕對照相比，果園生黑麥草、覆膜和覆玉米稈能顯著增加果園相對濕度，提高果樹的光合速率。與覆蓋黑膜相比，果園生黑麥草處理雖然具有較低的光合速率，但是由于其較低的葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度使果樹的呼吸作用減弱，因而增加了果實(shí)中可溶性糖、維生素C和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的累積量。周婷婷等[22]研究表明，旋耕秸稈覆蓋處理紅棗單果質(zhì)量大，然而本研究中覆蓋黑膜處理和覆蓋玉米秸稈處理下的單果質(zhì)量顯著低于免耕空白對照，這一結(jié)果應(yīng)該是由本試驗(yàn)取樣問題所導(dǎo)致的。

4 結(jié) 論

綜上所述，6-8月份，覆蓋玉米秸稈、黑膜和種植黑麥草能不同程度地改變0～25 cm的土溫，表層土溫變化幅度最為明顯，隨著土層的加深，變化幅度減少；不同覆蓋方式不同程度地增強(qiáng)了同一層次土壤溫度的相對穩(wěn)定性。人工種植黑麥草后不同深度地溫的穩(wěn)定性最大。甘肅沿黃灌區(qū)棗園覆蓋黑麥草、黑膜和玉米稈在夏秋季生長期能顯著改善果園地表相對濕度，有利于果實(shí)的生長發(fā)育和品質(zhì)的改善。土壤不同覆蓋方式均能提高地表空氣相對濕度、凈光合速率、坐果率、棗果制干率；以覆蓋黑膜提高空氣相對濕度和凈光合速率的幅度最大，以種植黑麥草提高坐果率和制干率的幅度最大。土壤不同覆蓋方式均能提高果實(shí)維生素C和可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)；棗園種植黑麥草能顯著增加果實(shí)的單果質(zhì)量和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。綜合以上因素，甘肅沿黃灌區(qū)棗樹生產(chǎn)上推薦以生黑麥草作為土壤覆蓋方式。