生草對(duì)南疆溫室桃園土壤理化性狀的影響

楊夢(mèng)宇，張 琦，3，袁振楊，陳 俊

（1.塔里木大學(xué) 植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.南疆特色果樹(shù)高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300）

桃為薔薇科（Rosaceae）李屬（Prunus）落葉小喬木，是原產(chǎn)于中國(guó)的重要的落葉果樹(shù)［1］。桃果實(shí)酸甜可口、質(zhì)地細(xì)膩、香氣濃郁是人們喜愛(ài)的果品。新疆有豐富的水、土、光、熱資源，適宜設(shè)施果樹(shù)的發(fā)展［2］。果園生草是一種現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展的先進(jìn)果園土壤管理模式［3］。中國(guó)已在蘋果園［4］、梨園［5］、桃園［6］、葡萄園［7］中得到廣泛應(yīng)用。生草可以減少土壤板結(jié)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤蓄水能力，增強(qiáng)土壤肥力，改善土壤環(huán)境，促進(jìn)果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育［8］。研究發(fā)現(xiàn)，生草覆蓋后的桃園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、全氮、全鉀含量顯著提升［9］；土壤微生物多樣性增加，土壤體積質(zhì)量顯著降低［10］，土壤排水能力和含水量顯著增加，桃園林下生草栽培顯著提高了表層粒徑＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，增加土壤入滲能力和抗侵蝕能力。付學(xué)琴等［11］研究表明，蜜橘園生草能提高土壤酶活性，土壤脲酶和蛋白酶活性提高明顯，促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化。李承想等［12］研究表明棗園生草能減緩地表溫度變化幅度，增加土壤蓄水能力，為微生物活動(dòng)創(chuàng)造良好環(huán)境，有利用植物生長(zhǎng)。但溫室果樹(shù)生草較少，溫室桃園生草的研究更是鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究以‘中農(nóng)金輝’桃樹(shù)為試驗(yàn)材料，研究溫室桃園生草對(duì)土壤環(huán)境和養(yǎng)分的影響，為改進(jìn)南疆溫室桃園土壤管理方式提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在兵團(tuán)第三師53團(tuán)3連的日光溫室進(jìn)行。日光溫室坐北朝南，東西走向，長(zhǎng)75m，跨度10m，脊高4.7m，下挖80cm，骨架為立柱焊接鋼架結(jié)構(gòu)；后墻及東西山墻采用磚混結(jié)構(gòu)，后墻及東西山墻外基部堆土寬3m，上部寬90cm，覆蓋普通棚膜，棉被保溫。供試桃樹(shù)品種為‘中農(nóng)金輝’，2015年春季定植，株行距0.8m×2m，樹(shù)齡4a，樹(shù)形為主干形。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年11月中旬溫室扣棚升溫，采用行間種植生草模式，生草條帶長(zhǎng)9 m 寬1.5 m，12月上旬播種，人工撒播。試驗(yàn)共設(shè)清耕（對(duì)照，CK）、白三葉草（T1）、小黑麥（T2）3個(gè)處理。各小區(qū)管理措施一致，3月24日在小黑麥抽穗前進(jìn)行刈割深翻用作綠肥。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤溫度和濕度 2018-04-28各小區(qū)對(duì)角線選擇樣點(diǎn)，用直角地溫計(jì)測(cè)定每個(gè)試驗(yàn)區(qū)0～5cm、5～10cm、10～15cm、15～20cm、20～25cm 土層的溫度，每2h記載10：00-20：00的地溫。2 月1 日、3 月24 日、4 月29 日、5 月17日、7月6日，共5 次采集土樣，測(cè)定0～20cm、20～40cm 土壤含水量，各處理隨機(jī)取樣5個(gè)點(diǎn)，采用烘干法［13］測(cè)定。

1.3.2 土壤體積質(zhì)量和孔隙度 2018-05-17采用環(huán)刀法［14］，各處理取樣5 個(gè)點(diǎn)，測(cè)定0～20 cm、20～40cm 土壤體積質(zhì)量和孔隙度。

1.3.3 土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分 2018-05-17 每樣地內(nèi)分0～20cm、20～40cm 兩層取5個(gè)點(diǎn)的土樣，按照層次進(jìn)行混均，按四分法保留約1.0 kg。土樣經(jīng)風(fēng)干后，碾碎過(guò)1mm 篩，密封袋中保存，待測(cè)。參照鮑士旦［15］方法測(cè)定：土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳測(cè)定用重鉻酸鉀外加熱法；全氮測(cè)定用凱氏定氮法；堿解氮測(cè)定用堿解擴(kuò)散法；全磷和速效磷測(cè)定用鉬銻抗比色法；全鉀和速效鉀測(cè)定用火焰光度法。

分別于1月1日、3月24日、4月28日、7月6日共4次采集土樣，測(cè)定0～20cm、20～40cm土壤pH 和水溶性總鹽含量，土壤pH 采用電位法測(cè)定，土壤水溶性總鹽含量采用殘?jiān)娓?質(zhì)量法［15］測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖，用DPS 7.05進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生草對(duì)溫室桃園土壤溫度日變化的影響

由圖1可知，溫室桃小黑麥、三葉草、清耕處理土壤溫度日變化趨勢(shì)相似；0～5cm、5～10 cm、10～15cm、15～20cm 土層溫度表現(xiàn)隨時(shí)間推移逐漸升高，16：00達(dá)到峰值，隨后逐漸下降；20～25cm 土層變化平緩，18：00 達(dá)到高峰。不同土層小黑麥、三葉草、清耕處理溫度存在差異；0～5cm、5～10cm、10～15cm、15～20cm、20～25cm 土 層 溫 度 分 別 為22.1 ℃、21.7 ℃、21.1 ℃、20.6 ℃和20.5 ℃。隨 著 土 層 深 度 的 增加，土壤溫度逐漸遞減；與清耕相比，生草區(qū)溫度變化趨勢(shì)減小。0～5cm 和5～10cm 清耕區(qū)土層溫度上升比生草區(qū)快，最大溫差都出現(xiàn)在12：00，0～5cm 和5～10cm 三葉草和小黑麥與清耕 在12：00 溫 差 分 別 為1.8 ℃、1.4 ℃和2.0 ℃、1.6 ℃，清耕溫度幅度變化比生草區(qū)大。溫度下降時(shí)，三葉草區(qū)土壤溫度高于小黑麥區(qū)和清耕區(qū)。生草區(qū)10～15cm 和15～20cm 土層溫度小于清耕區(qū)，其中小黑麥土層溫度高于三葉草，20～25cm 土層溫度變化差異不大。

圖1 生草處理不同土層土壤溫度Fig.1 Soil temperature of different soil layers treated with raw grass

2.2 生草對(duì)溫室桃園土壤含水量的影響

從圖2可以看出，溫室桃生長(zhǎng)季不同土層土壤含水量變化表現(xiàn)高-低-高-低變化趨勢(shì)，不同時(shí)期三葉草、小黑麥、清耕處理土壤含水量有所不同。2月1日和3月24日不同土層清耕的土壤含水量顯著高于三葉草處理與小黑麥處理。4月29日三葉草和小黑麥處理0～20cm 土壤含水量分別比清耕高0.28%和1.34%，但差異不顯著。5月17日三葉草處理和小黑麥處理與清耕區(qū)呈顯著性差異，20～40cm 土壤含水量分別比清耕高1.45%和0.44%。7月6日生草處理含水量高于清耕。生草有利于緩解夏季干旱，提高土壤蓄水保墑能力。

圖2 生草處理0～20cm 和20～40cm 土壤含水量Fig.2 Soil moisture content of 0-20cm and 20-40cm in raw grass treatment

2.3 生草對(duì)溫室桃園土壤pH 的影響

從圖3可以看出，溫室桃土壤pH 呈逐漸升高趨勢(shì)，種植小黑麥?zhǔn)雇寥纏H 提升，種植三葉草降低土壤pH。1月1日生草處理0～20cm 土壤pH 無(wú)顯著性差異；20～40cm 土層種植三葉草和小黑麥土壤pH 比清耕高0.20，且差異顯著。3月24日0～20cm 土壤小黑麥與清耕pH 無(wú)顯著差異，顯著高于三葉草處理；小黑麥處理20～40 cm 土壤pH 顯著高于三葉草處理和清耕處理，且分別高0.25和0.03。4月28日和7月6日小黑麥處理pH 均顯著高于三葉草區(qū)和清耕處理。

圖3 生草處理0～20cm 和20～40cm 土壤pHFig.3 0-20cm and 20-40cm soil pH in row grass treatment

2.4 生草對(duì)溫室桃園土壤水溶性總鹽含量的影響

從圖4可以看出，生草能顯著降低溫室桃不同土層土壤鹽分含量。1月1日三葉草處理和小黑麥處理0～20cm 土壤水溶性總鹽含量與清耕處理呈顯著性差異，分別比清耕低2.11g／kg和1.62g／kg，降幅為51.97%和39.90%。3 月24日三葉草處理和小黑麥處理20～40cm 土壤水溶性總鹽含量與清耕處理呈顯著性差異，分別比清耕低1.58g／kg和2.33g／kg，降幅為37.79%。4月28日和7月6日三葉草和小黑麥處理水溶性總鹽含量均顯著低于清耕處理。

圖4 生草處理0～20cm 和20～40cm 土壤水溶性總鹽含量Fig.4 Total salt content of 0-20cm and 20-40cm soil in raw grass treatment

2.5 生草對(duì)溫室桃園土壤體積質(zhì)量及孔隙度的影響

從表1可以看出，溫室桃生草對(duì)土壤體積質(zhì)量和總孔隙度有顯著影響，生草能夠降低土壤體積質(zhì)量，增加土壤孔隙度。小黑麥處理和三葉草處理0～20cm 土壤體積質(zhì)量分別比清耕降低0.19g／cm3和0.14g／cm3，總孔隙度分別增大3.04%和4.43%。不同深度生草處理土壤的通氣孔隙度均顯著低于清耕，持水孔隙度和水氣比均顯著高于清耕。與清耕相比，三葉草處理和小黑麥處理0～20cm 土壤水氣比分別增大0.59和0.31，20～40cm 增大1.02和0.37。生草有利于改善土壤通透性，利于果樹(shù)根系發(fā)展。

表1 生草處理土壤體積質(zhì)量及孔隙度Table 1 Soil volume mass and porosity in raw grass treatment

2.6 生草對(duì)溫室桃園土壤養(yǎng)分的影響

從表2可以看出，生草對(duì)不同土層有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和養(yǎng)分有顯著影響。土壤垂直剖面上，不同土層三葉草區(qū)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響均達(dá)顯著水平。與清耕相比，三葉草處理和小黑麥處理0～20cm 土壤速效氮均提高20.56%和16.82%，速效磷均提高67.25%和28.27%。三葉草對(duì)土壤全氮、全磷、全鉀提高效果明顯，分別比清耕高0.26g／kg、0.12g／kg 和6.84g／kg。小黑麥處理20～40cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量和有機(jī)碳含量最高，比清耕高1.82g／kg和1.05g／kg。生草能增加土壤養(yǎng)分，利于土壤碳庫(kù)養(yǎng)分積累。

3 討 論

南疆地區(qū)設(shè)施果樹(shù)發(fā)展規(guī)模小，栽培技術(shù)相對(duì)落后，土壤管理主要采取清耕方式；再加上盲目施肥，管理不科學(xué)，導(dǎo)致土壤板結(jié)、土壤養(yǎng)分大量流失。因此，研究生草對(duì)南疆溫室土壤環(huán)境和養(yǎng)分的影響，對(duì)改進(jìn)南疆溫室土壤管理方式有重要意義。生草能降低土層的土壤溫度，在高溫季節(jié)下降的更為明顯；也能降低表層土壤溫度變幅，增加深層土壤溫度［16-17］。本研究中生草能增加土壤植被覆蓋度，在溫度上升時(shí)，減緩熱量向深層次傳遞，使得地表溫度升高緩慢；在溫度下降時(shí)，生草能有效減緩地表溫度下降，起到保溫的功效。

表2 生草處理土壤養(yǎng)分含量Table 2 Nutrient content of raw grass treated soil

孫霞等［18］指出生草后0～20cm 和20～40 cm 土壤含水量分別比清耕高28.10% 和30.61%，與本研究結(jié)果基本一致，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是牧草生長(zhǎng)覆蓋在地表，能減少土壤水分蒸發(fā)散失，從而提高了土壤含水量，提高土壤蓄水保墑能力。

劉偉等［19］研究表明隨著生草年限的增加，土壤pH 有降低趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明種植小黑麥增加0～20cm 和20～40cm 土壤pH，而種植三葉草降低pH，與劉偉等［19］結(jié)論不一致。分析認(rèn)為小黑麥深翻用作綠肥后，導(dǎo)致大量外源有機(jī)碳輸入，從而改變了土壤pH。生草能降低土壤鹽分［20］，在荒漠鹽漬化程度高的地區(qū)，具有一定的聚鹽作用，形成了一定的“鹽島”效應(yīng)［21］。本研究結(jié)果表明生草能降低不同土層水溶性總鹽含量，能有效改良鹽堿土。究其原因可能是因?yàn)槿~草可以吸收土壤中的鹽分，對(duì)土壤中鹽分有一定降解能力。

不同類型生草試驗(yàn)表明，生草能顯著降低土壤體積質(zhì)量和孔隙度［22-23］。本研究中，種植三葉草和小黑麥均能顯著降低土壤體積質(zhì)量，增加土壤總孔隙度，與已有結(jié)果研究一致。土壤是一個(gè)復(fù)雜的有機(jī)系統(tǒng)，不同生草條件和管理方式會(huì)影響土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝，影響土壤肥力的生物因子也往往不盡相同。龐建光等［24］研究表明毛葉苕子及自然生草與清耕相比，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量顯著提高，其中毛葉苕子6a的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全鉀升幅最高?；葜衩返龋?5］研究表明葡萄園行間種植白三葉草和紫花苜蓿使0～40cm 土層土壤堿解氮、全氮、速效鉀含量顯著升高。本研究也發(fā)現(xiàn)生草能顯著提高不同土層土壤有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分的含量。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是生草后根茬和根系分泌物增加了豐富的外源碳，導(dǎo)致土壤肥力的變化。

孫計(jì)平等［26］研究發(fā)現(xiàn)梨園種植黑麥與常規(guī)相比，能增加有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷的含量，微量元素含量也有所提高，隨著生草年限的增加養(yǎng)分含量增加效果明顯。李艷麗等［27］研究發(fā)現(xiàn)行間種植三葉草后增加了土壤含水量，降低土壤體積質(zhì)量，顯著增加有機(jī)質(zhì)和速效磷的含量。本研究結(jié)果表明，行間種植三葉草和小黑麥均能提高土壤養(yǎng)分含量，其中三葉草處理的土壤養(yǎng)分含量高于小黑麥處理。一方面可能是由于三葉草根系具有固氮能力，增加土壤腐殖質(zhì)的原因，另一方面可能是由于小黑麥抽穗前刈割深翻用作綠肥時(shí)在土壤中分解腐熟不充分所致。

綜上所述，溫室生草能增加土壤地表覆蓋，有效減緩?fù)寥罍囟茸兓?；減少地表土層水分蒸散，增加土壤含水量。生草能調(diào)節(jié)土壤pH，降低土壤水溶性總鹽含量，對(duì)土壤鹽離子有一定降解效應(yīng)。生草降低土壤體積分?jǐn)?shù)，增加土壤總孔隙度，使土壤結(jié)構(gòu)和通透性得到改善，對(duì)積累土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分效果顯著，本試驗(yàn)探索生草對(duì)南疆溫室桃園土壤理化性狀的影響，為改進(jìn)南疆溫室果園土壤管理方式和促進(jìn)溫室桃栽培優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)，因此建議南疆地區(qū)溫室桃園可大面積推廣生草覆蓋模式。