蘋果園間作苜蓿綠肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

李楊輝 張朝陽(yáng) 席琳喬* 廖結(jié)安 王 棟 韓 路

（1塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院/塔里木畜牧科技兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

（2塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

（3塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

新疆林果業(yè)種植總面積已達(dá)1.027×106公頃，占全國(guó)林果面積的13%，南疆林果區(qū)面積和產(chǎn)量占全疆的75%以上，形成了以紅棗（Ziziphus jujubaM.）、核桃（Juglans regiaL.）、蘋果（Malus pumilaM.）等為主的特色林果業(yè)［1］，南疆林果區(qū)土壤以棕色荒漠土為主，砂性大、有機(jī)質(zhì)低，制約林果業(yè)的健康發(fā)展。果園種植綠肥和自然生草已廣泛應(yīng)用在土壤管理中，粉碎翻壓后可提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，降低病蟲(chóng)害的發(fā)生率，改善果園小氣候，促進(jìn)樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育，改善果實(shí)著色和品質(zhì)，但在不同的立地條件下，研究結(jié)果也不盡相同［2-5］。近幾年，很多研究者從綠肥種類選擇、應(yīng)用栽培模式、綠肥間作效益等方面對(duì)果園間作綠肥進(jìn)行了大量的研究，取得了許多有價(jià)值的研究成果。果園生草紅富士產(chǎn)量可以提高60.23%，喬納金、金冠和紅富士果實(shí)的單果重比對(duì)照增加28～40 g，果形指數(shù)均較高，大中果型比例提高了11.67%～26.70%，果實(shí)糖酸比40以上［6］。

紫花苜蓿（Medicago.sativaL.）是一種良好的栽培綠肥作物，富含氮素，有較強(qiáng)的富集磷、鉀元素的能力，根系共生根瘤菌促進(jìn)益生菌的增殖。近年來(lái)南疆果園生草技術(shù)逐漸被接受，習(xí)慣種植一年生綠肥，如油菜、蘇丹草、甜菜等［7-8］，種植多年生紫花苜蓿綠肥比較少，認(rèn)可度較低。為明確蘋果園種植苜蓿的生態(tài)效應(yīng)，以阿拉爾市連續(xù)種植了5年苜蓿的蘋果園土壤為試材，探討蘋果園苜蓿生草栽培對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，以期為干旱荒漠區(qū)果園間作苜蓿模式的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在新疆阿拉爾市九團(tuán)二營(yíng)主干型蘋果園，2015年建園，蘋果樹(shù)齡5年，株行距1.5 m×4 m，灌溉方式為春秋季漫灌和生長(zhǎng)期滴灌。試驗(yàn)點(diǎn)綠肥播種前取行間0～60 cm土壤進(jìn)行理化性質(zhì)分析，蘋果園土壤總碳3.39%、全氮0.76%、堿解氮14.20 mg/kg、pH 8.58、總鹽1.55 mg/g、速磷14.90 mg/kg、速鉀150.17 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年春季4月初在蘋果園行間間作紫花苜蓿（M.sativaL.），蘋果樹(shù)行間播種苜蓿8行，行距15 cm，播種量1.2 g/m2（A），以清耕（QG）作為對(duì)照，每小區(qū)10行蘋果3次重復(fù)。生長(zhǎng)季以果樹(shù)為主進(jìn)行田間管理，每年10月初行間增施有機(jī)肥（牛，羊糞）、生物肥。11月初冬灌水，每年5月底、6月底、8月初共放3遍水，每次放水前10天左右施腐植酸水溶性肥，另外每年葉面肥噴施4～5次。6月中旬第一次碎草，7月底第二次碎草，每年碎草3～4次。2019年5月、7月和9月中旬在蘋果樹(shù)行間進(jìn)行土樣采集，土樣取樣采用定點(diǎn)定位分層的取樣方法，分別在行間用土鉆5點(diǎn)取樣，取五行土樣，深度0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，然后裝入鋁盒帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

1.3 土樣測(cè)定與分析方法

1.3.1 方法

土壤基本理化性質(zhì):土壤pH采用水土比2.5∶1（pH計(jì)法），土壤總碳和全氮含量采用杜馬斯燃燒法測(cè)定，堿解氮用堿解擴(kuò)散法-標(biāo)準(zhǔn)酸滴定，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法，微量元素采用原子吸收法測(cè)定［9］。在土壤理化實(shí)驗(yàn)室用馬爾文激光粒度儀（MALVERN2000）測(cè)定各層土壤顆粒組成，粒度測(cè)定范圍為0.2～2 000 μm。用烘干稱重法測(cè)定0～20 cm土層土壤的質(zhì)量含水量。根據(jù)此模型計(jì)算分形維數(shù)［10］，公式為:D=3-lg［V（r＜Ri）/Vr］/lg（Ri/Rmax），式中：D是土壤顆粒分形維數(shù)；V（r＜Ri）為小于某一粒徑Ri的土壤顆粒累積體積；Vr為土壤顆?？傮w積；Ri是特征尺度，Rmax為最大粒徑。通過(guò)對(duì)于某一土壤各級(jí)粒徑的土壤含量進(jìn)行整理,并以lg（V（r＜Ri）/Vr）為縱坐標(biāo)，lg（Ri/Rmax）為橫坐標(biāo)作圖，得到直線的斜率為3-D，即可得到土壤分形維數(shù)D。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)均用EXCEL2016和SPSS21.0軟件分析、統(tǒng)計(jì)，做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 蘋果園間作苜蓿對(duì)土壤粒徑分布及其分形維數(shù)的影響

由表1可知，蘋果園下種植紫花苜蓿綠肥和清耕對(duì)土壤的分形維數(shù)均為2.60。果園間作苜蓿綠肥后20～40 cm土層2～20 μm土壤粒徑體積從27.6%提高到30.4%，明顯提高0～60 cm土層20～50 μm土壤粒徑體積百分比；降低0～40 cm土層＞50 μm土壤粒徑體積百分比；＜2 μm土壤無(wú)顯著差異，因苜蓿根系主要分布在0～40 cm，其根系的穿插、分泌有機(jī)酸等作用能夠熟化土壤和增加土壤團(tuán)聚體。

表1 蘋果園間作苜蓿綠肥土壤粒徑分布及其分形特征

表2 土壤粒徑分形維數(shù)D與各顆粒含量R的相關(guān)性分析

由表2可見(jiàn)，20 μm粒徑是荒漠土壤分形維數(shù)的臨界粒徑，因?yàn)椋?0 μm粒徑的顆粒體積含量越高，分形維數(shù)D越大；＞20 μm粒徑的顆粒體積含量越高，分形維數(shù)越小。土壤體積分形維數(shù)和土壤的細(xì)顆粒（＜0 μm）體積含量呈正相關(guān)（P＜0.01）其中與＜2 μm土壤顆粒含量的相關(guān)性最高（r=0.987 0）。

2.1.2 蘋果園間作苜蓿對(duì)pH的影響

由圖1可知，種植苜蓿綠肥能夠顯著降低土壤的pH值，降幅范圍為0.04～0.38；0～20 cm土壤的pH降低作用明顯高于20～40 cm和40～60 cm。從季節(jié)性變化來(lái)看，pH值呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，5月、7月和9月份苜蓿綠肥顯著低于清耕（P＜0.05），5月份降低幅度最大達(dá)0.38。蘋果園苜蓿綠肥翻壓后在分解過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較多的小分子有機(jī)酸，降低土壤pH值，有利于果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育。

圖1 不同月份不同處理下的土壤pH

2.1.3 蘋果園間作苜蓿對(duì)土壤全鹽的影響

由圖2可知，蘋果園種植苜蓿綠肥后，土壤含鹽量0～20 cm ＜20～40 cm＜ 40～60 cm，種植苜蓿綠肥引起土壤全鹽含量的增加（8.24%～117.65%），5月差異顯著（P＜0.05），7月和9月差異不顯著。從時(shí)間來(lái)看，7月土壤全鹽最高，其次為9月和5月。

圖2 不同月份不同處理下的土壤全鹽

2.2 果園間作苜蓿綠肥對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由表3可見(jiàn)，果園種植苜蓿綠肥翻壓能夠提高土壤的總碳（3.39%～8.53%）和全氮含量（4.55%～18.99%），7月份提高效果最明顯，其次為5月份和9月份。但行間間作苜蓿土壤NH3-N含量低于清耕，且隨土層增加呈降低趨勢(shì)。苜蓿綠肥速效磷和速效鉀含量5月份高于清耕，7月份和9月份低于清耕。苜蓿綠肥Cu、Zn、Fe和Mn含量低于清耕，但是差異不顯著。苜蓿綠肥Ca含量高于清耕（P＜0.05）。苜蓿綠肥Mg含量5月高于清耕，7月和9月低于清耕。苜蓿綠肥能夠提高（Ca+Mg）/K的比率，9月＞7月＞5月，其中9月和7月與清耕5月差異顯著（P＜0.05），種植苜蓿綠肥可以減少K，Ca和Mg之間的拮抗，保持土壤養(yǎng)分更好的平衡。

表3 苜蓿綠肥對(duì)土壤養(yǎng)分和礦質(zhì)元素動(dòng)態(tài)測(cè)定結(jié)果

2.3 相關(guān)性分析

pH與TS、AP顯著負(fù)相關(guān)，與Ca極顯著負(fù)相關(guān)，與NH3-N顯著正相關(guān)。TS與NH3-N、AK顯著負(fù)相關(guān)，與TC極顯著負(fù)相關(guān)，與Ca極顯著正相關(guān)，與Mg顯著正相關(guān)。TC與TN、AK極顯著正相關(guān)，與NH3-N和Fe顯著正相關(guān)。NH3-N與AK顯著正相關(guān)，與AP極顯著負(fù)相關(guān)，與Ca顯著負(fù)相關(guān)。Zn與AP極顯著正相關(guān)，與Cu、Fe和Mn顯著正相關(guān)。AP與Cu顯著正相關(guān)。Fe與Mn極顯著正相關(guān)，與Mg顯著負(fù)相關(guān)。Ca與Mg顯著正相關(guān)。

表4 土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

3 討論

不同的土地利用方式是影響土壤顆粒分形特征的重要因子，土壤分形維數(shù)不僅很好地反映了土壤中不同粒徑的顆粒損失狀況，還可以體現(xiàn)間作不同綠肥對(duì)土壤的改良作用［11］。茶園種植綠肥能夠提高土壤的分形維數(shù)，減少砂礫的體積比35.41%和66.04%，提高粉粒和黏粒的體積比，鼠茅草優(yōu)于黑麥草［12］。連續(xù)種植綠肥有利于土壤水穩(wěn)性大聚體的形成，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體＞5 mm粒級(jí)的增加有利于水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的積累［13］。本次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)果園種植綠肥對(duì)果園土壤分形維數(shù)沒(méi)有改變，苜蓿綠肥能夠增加粉粒和粘粒的體積，減少砂礫的體積，可能苜蓿綠肥作物的根系分布、生物量相關(guān)，根系的活動(dòng)以及根系分泌物、根際微生物、根瘤菌等都會(huì)不同程度影響土壤團(tuán)聚體的形成與結(jié)構(gòu)。

對(duì)施用有機(jī)物后作物生長(zhǎng)的某一特定時(shí)期土壤pH的變化，結(jié)論不盡一致，有增加的，也有降低的報(bào)道，造成這種差異的原因可能與綠肥翻壓量、種類以及觀測(cè)土壤pH有關(guān)。在中性至微酸性土壤上，綠肥翻壓量越大，土壤pH降低越明顯，翻壓20 000～30 000 kg/hm2綠肥，可以降低土壤 pH 0.1～0.6［14］，本次試驗(yàn)在荒漠堿性土壤蘋果園種植苜蓿綠肥，能夠降低土壤的pH值，pH與NH3-N變化趨勢(shì)一致，顯著正相關(guān)（P＜0.05）。在酸性土壤上種植綠肥可以提高pH，種植3種綠肥能提高茶園土壤pH，其中白三葉（Trifolium repensL.）pH提高10%［15］；3種豆科植物提高茶園土壤pH，pH的增幅與植物物料所含灰化堿的大小相一致［16］。

土壤水溶性鹽是鹽堿土的一個(gè)重要屬性，也是限制植物生長(zhǎng)的障礙因素。綠肥植物對(duì)土壤鹽分有吸收和體內(nèi)累積作用，土壤中部分鹽分被耐鹽植物吸收后，通過(guò)收割帶去鹽分，生物量越大，帶走土壤表層鹽分越多［17］。本次研究發(fā)現(xiàn)蘋果園種植綠肥對(duì)土壤的鹽分有增加趨勢(shì)，且0～20 cm差異顯著（P＜0.05），可能是苜蓿綠肥中能夠積累一定的鹽分，植株翻壓還田導(dǎo)致0～60 cm鹽分增加，綠肥植物與根系對(duì)土壤的穿插和擠壓作用，改善了土壤的結(jié)構(gòu)，使土壤疏松，增加了團(tuán)聚體含量，能促進(jìn)鹽分的淋溶，可能在干旱地區(qū)蒸騰作用大于淋溶作用。土壤含鹽量的季節(jié)性存在差異，這可能與蒸發(fā)量和土壤含水量有一定關(guān)系。

在果樹(shù)生命周期的各個(gè)階段，土壤N、P、K等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的穩(wěn)定供應(yīng)是保證果樹(shù)正常生長(zhǎng)發(fā)育的前提。果園生草提高果園土壤有機(jī)質(zhì)，增加果園土壤礦質(zhì)養(yǎng)分含量，活化土壤礦質(zhì)元素的能力，不同的草種之間存在差異，葡萄園行間種植白三葉（T.repensL.）和紫花苜蓿（M.sativaL.）堿解N、全N、速效K含量升高，種植高羊茅（Festuca arundinaceaSchreb.）速效P的含量提高［18］。在梨園種植白三葉（T.repensL.）土壤堿解N含量較高、種植多年生黑麥草（Lolium perenneL.）速效K含量較高?；瘕埞麍@生草，種植紫花苜蓿（M.sativaL.）、百喜草（Paspalum natatuFlugge）和柱花草（Stylosanthes guianensis（Aubl）Sw.）均可使土壤全N、堿解N含量明顯增加，且種植紫花苜蓿和百喜草后土壤有效磷和速效鉀含量明顯增加，但種植柱花草后土壤有效P和速效K明顯減少。蘋果園間作紫花苜?？梢愿纳铺O果園生態(tài)系統(tǒng)［19］和生物結(jié)構(gòu)組成［20］；庫(kù)爾勒香梨套種苜蓿能顯著提高果園土壤的有效養(yǎng)分和微量元素含量，0～60 cm土層有機(jī)質(zhì)、堿解氮以及有效鉀含量得到提高，0～90 cm土層苜蓿套種果園土壤的有效鐵、有效鋅和有效銅含量顯著高于清耕果園土壤［21］。本次研究苜蓿綠肥翻壓之后，能夠提高有機(jī)質(zhì)和全氮的含量，苜蓿綠肥能夠活化礦物元素，5月份高于清耕，7和9月低于清耕，可能是苜蓿綠肥生長(zhǎng)從土壤中吸收了部分礦質(zhì)元素，導(dǎo)致土壤的含量降低，但是能夠在9月到第二年5月腐解礦化之后釋放出來(lái)。紫花苜蓿綠肥間作園顯著提升礦質(zhì)元素，可能苜蓿根系具有根瘤，分泌物有機(jī)酸等有關(guān)，特別是Ca的顯著增加，能減輕蘋果苦痘病的發(fā)病率［22］。

4 結(jié)論

（1）在干旱荒漠地區(qū)果園種植苜蓿綠肥能夠降低土壤 pH值，pH與 Ca顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與NH3-N顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

（2）果園種植苜蓿綠肥能夠提高土壤的總碳3.39%～8.53%，全氮含量4.55%～18.99%。

（3）果園種植苜蓿綠肥能夠活化K、P、Cu、Zn、Fe、Mn礦質(zhì)元素，顯著提高土壤Ca的含量和（Ca+Mg）/K的比率，能夠增強(qiáng)養(yǎng)分的平衡能力。