蘋(píng)果樹(shù)根域土壤理化性質(zhì)對(duì)園藝地布覆蓋的響應(yīng)

李發(fā)康，謝玉琴，薛應(yīng)鈺，李 龍，李小偉

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.臨夏回族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院,甘肅 臨夏 731100)

土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)[1]，土壤養(yǎng)分的高低與作物產(chǎn)量緊密相關(guān)[2-3]。地處甘肅中部的靜寧縣是我國(guó)蘋(píng)果生產(chǎn)大縣，截止目前，全縣果園總面積為6.67萬(wàn)hm2，掛果果園面積達(dá)到4.3萬(wàn)hm2，產(chǎn)量76萬(wàn)t，產(chǎn)值35.5億元[4]。但由于靜寧縣地處黃土高原溝壑地帶，干旱少雨，春旱、伏旱現(xiàn)象發(fā)生普遍[5-6]，加之土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，堿解氮、速效磷和速效鉀等養(yǎng)分都處于中低產(chǎn)園水平[7]，嚴(yán)重限制了靜寧縣蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)果園管理措施的改善以增強(qiáng)土壤肥力是提升蘋(píng)果產(chǎn)量與質(zhì)量的有效途徑之一[8-9]。

地面覆蓋是一項(xiàng)通過(guò)在植物周圍的土壤表面覆蓋有機(jī)或合成覆蓋物，為植物生長(zhǎng)和作物生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件的技術(shù)[10-11]。大量研究表明，果園地面覆蓋可有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增加土壤養(yǎng)分[12-13]，并為害蟲(chóng)天敵提供食物和棲息地[14]，且覆蓋作物對(duì)增加連續(xù)的行間作物產(chǎn)量也有重要作用[15]。果園地面覆蓋措施有秸稈覆蓋、鋸末覆蓋、森林土覆蓋、細(xì)河沙覆蓋、地膜覆蓋、園藝地布覆蓋、生草和麥草覆蓋等[16-19]。其中，園藝地布覆蓋相比其他覆蓋措施具有一次鋪設(shè)、多年受益，保持土壤濕度，避免果園雜草危害，防止水土流失，不斷提高作物產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)[20]。黃萍等[21]研究表明，秋季和初冬覆蓋園藝地布可以顯著提高蘋(píng)果根系硝酸還原酶 (NR) 和一氧化氮合酶 (NOS)活性。陳汝等[22]采用不同覆蓋材料覆蓋‘煙富10’果園后發(fā)現(xiàn)：園藝地布覆蓋果園不僅能夠提高葉片百葉干質(zhì)量和葉綠素含量，還能改善果實(shí)單果質(zhì)量，增加果實(shí)著色指數(shù)、光潔指數(shù)和可溶性固形物含量。

目前，蘋(píng)果園鋪設(shè)園藝地布的技術(shù)在山東、陜西、遼寧和河南等地[23-26]已有研究報(bào)道。但甘肅省靜寧縣由于其獨(dú)特的地理位置和氣候條件，與以上地區(qū)存在很大的區(qū)域差異，目前尚未有該縣蘋(píng)果園鋪設(shè)園藝地布的相關(guān)報(bào)道。因此，本試驗(yàn)于2018年在靜寧縣現(xiàn)代蘋(píng)果高新技術(shù)示范園對(duì)園藝地布覆蓋和清耕2種處理下蘋(píng)果樹(shù)根域土壤理化性質(zhì)在不同生育時(shí)期和不同土層間的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究，分析園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果園土壤理化性質(zhì)的影響，以期為園藝地布覆蓋管理措施在靜寧縣及其周邊地區(qū)的應(yīng)用與推廣提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在靜寧縣現(xiàn)代蘋(píng)果高新技術(shù)示范園進(jìn)行。試驗(yàn)地位于甘肅省平?jīng)鍪徐o寧縣(105°20′-106°05′E，35°01′-35°45′N)，為干旱、半干旱地區(qū)，屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱氣候，光照充足，四季分明，氣候溫和，年均氣溫7.10℃，無(wú)霜期159 d左右，年均日照時(shí)數(shù)2 238 h；自然降水偏少，降水分布時(shí)空不均勻，夏水較多，冬春較少，年均降水量450.80 mm，可靠值383 mm，年蒸發(fā)量1 469 mm。試驗(yàn)地2018年溫度和降水情況見(jiàn)圖1。示范園按照矮砧密植栽植模式，寬行距窄株距種植，樹(shù)形為高紡錘形，株行距1.2 m×3.5 m，留苗密度為2 400株·hm-2，施肥、灌水、病蟲(chóng)害防治均為統(tǒng)一管理。研究對(duì)象為4年生 ‘紅富士’蘋(píng)果樹(shù)。

圖1 2018年試驗(yàn)地氣溫和降水量月變化Fig.1 Monthly change of annual temperature andprecipitation in the test site in 2018

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年2—12月進(jìn)行。設(shè)置園藝地布覆蓋(DB)和清耕(CK)2個(gè)處理，園藝地布覆蓋方式為樹(shù)干兩側(cè)覆蓋0.80 m寬、0.12 mm厚的黑色地布。按隨機(jī)采樣法，在園藝地布覆蓋和清耕處理下各選取3棵果樹(shù)，用土鉆定點(diǎn)采取蘋(píng)果樹(shù)各生育時(shí)期的根域土壤。取樣以同一棵樹(shù)的樹(shù)干為中心，在果樹(shù)投影區(qū)域分東、南、西、北4個(gè)方位，分別采取0～20、20～40、40～60 cm土層的土壤，混合去雜后，標(biāo)記帶回，過(guò)2 mm篩，保存以備用。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

土壤含水量測(cè)定采用烘干法；土壤pH值測(cè)定采用酸度計(jì)法；土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)；土壤堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；土壤速效磷含量測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；土壤速效鉀含量測(cè)定采用醋酸銨浸提-火焰光度法[27]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 21，選擇Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性比較, 采用Microsoft Word 2010軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤含水量的影響

2.1.1 土壤含水量在生育期間的變化 園藝地布覆蓋處理使蘋(píng)果樹(shù)全生育期內(nèi)的土壤含水量提升了0.16%～7.10%，在休眠期和盛花期的提升量均低于3.00%，而在幼果期至果實(shí)成熟期的提升量均高于4.60%。此外，園藝地布覆蓋處理對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤含水量從盛花期至果實(shí)膨大期的變化影響較大，總體呈升高趨勢(shì)，而清耕處理在此生育期間內(nèi)總體呈下降趨勢(shì)(圖2)。

2.1.2 土壤含水量在土層空間的變化 由圖3可知，園藝地布覆蓋處理在休眠期、盛花期和果實(shí)膨大期對(duì)0～20 cm土層土壤含水量的提升作用最強(qiáng)，分別較相應(yīng)的清耕處理提升了2.93%、2.67%和6.83%。在幼果期和果實(shí)成熟期則對(duì)20～40 cm土層提升作用最強(qiáng)，分別提升了7.10%和5.98%。2種處理下，土壤含水量在休眠期和盛花期均隨土層加深而呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，在果實(shí)成熟期均隨土層加深先降低再升高；但在幼果期和果實(shí)膨大期，2種處理下土壤含水量在土層間的變化趨勢(shì)相反，園藝地布覆蓋處理使土壤含水量于幼果期在土層空間的變化由清耕處理下的先降低再升高變?yōu)橄壬咴俳档?，果?shí)膨大期由逐漸升高變?yōu)橄冉档驮偕摺?/p>

2.2 園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤pH的影響

2.2.1 土壤pH值在生育期間的變化 由圖4可知，園藝地布覆蓋處理下，除休眠期40～60 cm土層土壤pH值較清耕處理升高了0.12外，其余生育時(shí)期內(nèi)土壤pH值較清耕處理降低了0.06～0.43。其中，幼果期降低幅度最大，3個(gè)土層降低量均大于0.20，果樹(shù)成熟期20～40 cm和40～60 cm土層降低量較小，分別降低了0.6和0.8。0～20 cm土層內(nèi)，2種處理下土壤pH值在休眠期至幼果期均逐漸降低，果實(shí)膨大期較幼果期顯著升高，至果實(shí)成熟期又顯著降低。20～40 cm和40～60 cm土層內(nèi)，園藝地布覆蓋處理下土壤pH值先降低再升高，幼果期時(shí)土壤pH值最低，而清耕處理下土壤pH值則先升高再降低，在盛花期時(shí)土壤pH值最高。

2.2.2 土壤pH值在土層空間的變化 由圖5可知，園藝地布覆蓋處理在休眠期至果實(shí)膨大期均以20～40 cm土層的土壤pH值降低幅度最大，降低了0.10～0.28，在果實(shí)成熟期則以0～20 cm土層的土壤pH值降低幅度最大，降低了0.23。園藝地布覆蓋處理下，土壤pH值在休眠期和盛花期時(shí)隨土層加深而升高，與清耕處理相同；在幼果期和果實(shí)膨大期隨土層加深先降低再升高，果實(shí)成熟期隨土層加深先升高再降低，均與清耕處理相反。

注：Ⅰ：休眠期；Ⅱ：盛花期；Ⅲ：幼果期；Ⅳ：果實(shí)膨大期；Ⅴ：果實(shí)成熟期。圖中不同小寫(xiě)字母表示同一土層深度不同生育時(shí)期間的差異顯著(P<0.05)。下同。Note: Ⅰ：Dormancy stage；Ⅱ：Full-bloom stage；Ⅲ：Young fruit stage；Ⅳ：Fruit expansion stage；Ⅴ：Fruit maturity stage. Different lowercase letters indicate significant differences among different growth stages in the same soil depth (P<0.05). The same below.圖2 園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤含水量在生育時(shí)期間變化的影響Fig.2 The effect of black ground fabric mulching on the soil water content in the rootzone of apple trees during different growth stages

2.3 園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤養(yǎng)分含量的影響

2.3.1 土壤養(yǎng)分在生育期間的變化 由表1可知，園藝地布覆蓋處理下，土壤有機(jī)質(zhì)含量在果實(shí)膨大期較清耕處理顯著增加，增加了1.08～4.05 g·kg-1；休眠期和盛花期在0～20 cm土層較清耕處理分別增加了0.79 g·kg-1和5.31 g·kg-1，在40～60 cm土層較清耕處理分別增加了0.05 g·kg-1和0.53 g·kg-1；幼果期的0～20 cm土層和果實(shí)成熟期的20～40 cm土層較清耕處理分別增加了1.39 g·kg-1和1.78 g·kg-1。園藝地布覆蓋處理的堿解氮和速效鉀含量在各生育時(shí)期均較清耕處理有所增加，分別增加了2.10～46.05 mg·kg-1和43.78～182.19 mg·kg-1，且對(duì)速效鉀含量的提升作用以果實(shí)成熟期最明顯，增加量均大于107.00 mg·kg-1。土壤速效磷含量除休眠期40～60 cm土層和盛花期20～40 cm土層分別降低了0.87 mg·kg-1和0.43 mg·kg-1外，其余各生育時(shí)期和土層內(nèi)增加了5.57～57.58 mg·kg-1。以上結(jié)果表明園藝地布覆蓋處理對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤養(yǎng)分含量在各生育時(shí)期均具有一定的提升作用。此外，土壤有機(jī)質(zhì)含量在園藝地布覆蓋處理下，盛花期至果實(shí)成熟期間的變化均與清耕處理相反，0～20 cm和40～60 cm土層有機(jī)質(zhì)含量均在盛花期和果實(shí)膨大期較前一生育時(shí)期提高，幼果期和果實(shí)成熟期均較前一生育時(shí)期降低，20～40 cm土層的含量則在果實(shí)膨大期之前隨生育時(shí)期推進(jìn)逐漸升高；土壤堿解氮含量在2種處理下隨生育時(shí)期的變化規(guī)律相同，0～20 cm土層含量逐漸降低，20～40 cm和40～60 cm土層均在盛花期含量達(dá)到最大后逐漸降低；土壤速效磷含量在2種處理下于0～20 cm和40～60 cm土層內(nèi)生育時(shí)期間的變化規(guī)律相同，但園藝地布覆蓋處理下的變化幅度大于清耕處理。20～40 cm土層內(nèi)，園藝地布覆蓋處理下速效磷含量隨生育時(shí)期先增加后減少，在幼果期含量最高，而清耕處理則在盛花期含量最高，至果實(shí)膨大期逐漸降低，果實(shí)成熟期又升高；土壤速效鉀含量在2種處理下隨生育時(shí)期的變化趨勢(shì)相同，均在盛花期含量降到最低后逐漸升高。

注：圖中不同小寫(xiě)字母表示同一處理不同土層深度間差異顯著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant differences among different soil depths under the same treatment (P<0.05). The same below.圖3 園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤含水量在土層空間變化的影響Fig.3 The effect of black ground fabric mulching on the spatial variation of soil water content in the root zone of apple trees

圖4 園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤pH在生育時(shí)期間變化的影響Fig.4 The effect of black ground fabric mulching on soil pH in the root zone of apple trees during different growth stages

圖5 園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤pH在土層空間變化的影響Fig.5 The effect of black ground fabric mulching on the spatial variation of soil pH in the root zone of apple trees

2.3.2 土壤養(yǎng)分在土層空間的變化 由表1可知，園藝地布覆蓋處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升作用在土層間總體以0～20 cm土層最明顯，增加量均在0.79 g·kg-1以上，但在果實(shí)成熟期僅對(duì)20～40 cm土層具有提升作用，提升了1.78 g·kg-1。地布覆蓋處理對(duì)土壤速效磷含量的提升作用在土層間總體也以0～20 cm土層最明顯，增加量均大于21.60 mg·kg-1；但在果實(shí)膨大期對(duì)20～40 cm土層提升作用最明顯，提升了21.97 mg·kg-1。該處理對(duì)土壤速效鉀含量的提升作用在土層間以20～40 cm土層最明顯，增加量均大于97.00 mg·kg-1；其對(duì)土壤堿解氮含量的提升則無(wú)明顯規(guī)律。此外，園藝地布覆蓋處理下，土壤養(yǎng)分含量在土層空間的變化與清耕處理類似，總體呈隨土層加深而降低的變化趨勢(shì)。但土壤堿解氮含量在盛花期時(shí)以20～40 cm土層含量最高，為136.29 mg·kg-1，而清耕處理下以20～40 cm土層最低，為95.38 mg·kg-1；土壤速效磷含量在盛花期隨土層加深而降低，而清耕處理下20～40 cm土層的含量為30.73 mg·kg-1，顯著大于另外2個(gè)土層。

3 討 論

蘋(píng)果樹(shù)覆蓋作為現(xiàn)代果業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)高效、節(jié)水的栽培措施已在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用[28]。本研究表明，蘋(píng)果園覆蓋園藝地布可以有效提升蘋(píng)果樹(shù)全生育期內(nèi)0～60 cm土層的土壤含水量。這與鄭悅等[29]研究結(jié)果類似，主要是因?yàn)榈夭急韺佑屑?xì)密的小孔，有利于雨水下滲[30]，且園藝地布覆蓋可以降低土壤溫度，減小溫度日較差，蒸發(fā)損失少，而更有利于土壤水分的保持[31]。本研究還發(fā)現(xiàn)園藝地布覆蓋對(duì)土壤含水量在幼果期至果實(shí)膨大期的提升作用要高于休眠期和盛花期，對(duì)0～40 cm土層含水量的提升作用總體上要優(yōu)于40～60 cm土層。這是由于果園土壤含水量與土壤結(jié)構(gòu)、降雨和蒸散發(fā)的關(guān)系密切[32];幼果期至果實(shí)成熟期的降水量要高于休眠期至盛花期，土壤水分得到了更多的供給，而清耕處理隨溫度升高，蒸發(fā)量增大。降雨雖然能夠補(bǔ)給土壤表層的含水量，但對(duì)深層土壤含水量影響較小。此外，園藝地布覆蓋處理的土壤含水量于幼果期和果實(shí)膨大期在土層空間的變化與清耕處理相反，可能是園藝地布覆蓋處理在幼果期至果實(shí)膨大期改變了土壤結(jié)構(gòu)而造成土壤含水量的空間異質(zhì)性[22]，但其相關(guān)機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。

表1 園藝地布覆蓋對(duì)蘋(píng)果樹(shù)根域土壤養(yǎng)分的影響

酸堿度是土壤的基本化學(xué)性質(zhì)之一，也是一項(xiàng)重要的土壤肥力指標(biāo)[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，清耕處理下，靜寧縣蘋(píng)果園土壤pH值在8.00以上，屬過(guò)堿土壤，會(huì)造成果樹(shù)生長(zhǎng)受抑甚至死亡[34]。園藝地布覆蓋處理對(duì)蘋(píng)果園土壤pH值具有一定的降低作用，主要因?yàn)檎舭l(fā)量大于降水量是土壤鹽堿化的重要原因之一[35]，而園藝地布覆蓋后能夠減少土壤水分蒸發(fā)，提升土壤含水量，使得土壤鋁的有效性增加，促進(jìn)了交換酸的產(chǎn)生，進(jìn)而降低了蘋(píng)果園土壤pH值[36]。

土壤養(yǎng)分的數(shù)量和質(zhì)量是土壤肥力的重要特征[37]。本研究發(fā)現(xiàn)，靜寧縣蘋(píng)果園覆蓋園藝地布對(duì)果樹(shù)全生育期內(nèi)0～60 cm土層土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量具有顯著的提升作用(僅0～20 cm土層果樹(shù)休眠期至果實(shí)膨大期、20～40 cm土層果樹(shù)成熟期和40～60 cm土層休眠期、盛花期和果實(shí)膨大期土壤有機(jī)質(zhì)以及休眠期40～60 cm土層和盛花期20～40 cm土層土壤速效磷含量除外)，這與曹欣冉[38]的研究結(jié)果類似。究其原因，土壤有機(jī)質(zhì)由腐殖質(zhì)和土壤有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化而形成[39]，園藝地布覆蓋增加了表層土中有機(jī)物質(zhì)量的積累，同時(shí)又給微生物提供了旺盛活動(dòng)的適宜條件，促進(jìn)了微生物分解進(jìn)程及腐殖質(zhì)的形成；有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物(有機(jī)酸)及其最終產(chǎn)物(CO2)都能增加土壤溶液的酸度，酸度的增加對(duì)某些固定磷的化合物具有一定的溶解力，并能削弱粘土礦物對(duì)K的固定作用，從而提高了土壤中固定態(tài)P、K的有效性[40]。且園藝地布覆蓋能夠增加土壤含水量、降低土壤pH值和溫度，有效削弱了氨的揮發(fā)損失[41]。本研究還發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量總體上隨土層加深而減少，這是由于0～20 cm土層土壤經(jīng)常受到翻耕，該耕作深度在改善土壤物理性質(zhì)的基礎(chǔ)上，更有利于有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分的積累，但造成了對(duì)應(yīng)深度下層土壤壓實(shí)的情況，因而呈現(xiàn)出表層土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，0～60 cm隨土層加深而逐漸降低的趨勢(shì)[12]，進(jìn)而造成土壤速效養(yǎng)分含量減少。

綜上所述，蘋(píng)果園覆蓋園藝地布可以有效提升土壤水分、養(yǎng)分含量，降低土壤pH值。但有關(guān)其對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響機(jī)制、對(duì)土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的影響及其對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)和果園產(chǎn)量的影響還有待進(jìn)一步研究。此外，覆蓋園藝地布能否對(duì)土壤水分、養(yǎng)分含量的提升形成長(zhǎng)期效應(yīng)以及是否會(huì)持續(xù)降低土壤pH值、造成土壤酸化等問(wèn)題需開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

4 結(jié) 論

蘋(píng)果園覆蓋園藝地布對(duì)土壤理化性質(zhì)影響較大，與清耕處理相比，覆蓋顯著提升了0～60 cm土層果樹(shù)全生育期土壤含水量，降低了土壤pH值，使0～60 cm土層土壤呈弱堿性；提升了0～20 cm土層果樹(shù)休眠期至果實(shí)膨大期、20～40 cm土層成熟期及40～60 cm土層盛花期和果實(shí)膨大期土壤有機(jī)質(zhì)含量；且除休眠期40～60 cm土層和盛花期20～40 cm土層的土壤速效磷含量較清耕處理有所降低外，土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量在0～60 cm土層蘋(píng)果樹(shù)全生育時(shí)期均顯著提高。表明園藝地布覆蓋果園在增強(qiáng)土壤保水能力、緩解土壤鹽堿化和提升土壤養(yǎng)分方面具有較好的效果。