覆秸稈配施肥對(duì)土壤含水量及杏扁葉片光合特性的影響

陳雪峰，景晨娟，王 端，劉志琨，武曉紅

（河北省農(nóng)林科學(xué)院石家莊果樹研究所，河北石家莊050061）

杏扁是我國(guó)特有的樹種，是普通杏和西伯利亞杏的自然雜交種[1]，其具有耐寒、抗旱、喜光、耐瘠薄的特點(diǎn)，可適應(yīng)高海拔地區(qū)無(wú)霜期短的氣候[2]。河北省杏扁種植主要集中在張家口市南部的涿鹿、懷來(lái)、蔚縣、懷安、陽(yáng)原等5個(gè)縣[3]，而氣候更加寒冷的北部地區(qū)，雖然存在有大量的野山杏資源，但是鮮有杏扁栽培。為引進(jìn)杏扁產(chǎn)業(yè)，提升張家口市北部縣區(qū)農(nóng)業(yè)種植效益，2017年以崇禮區(qū)為試點(diǎn)進(jìn)行了引種示范，由野山杏改接杏扁超過(guò)3.33 hm2，由于山坡地土層薄、土壤貧瘠、無(wú)灌溉條件，水肥矛盾成為限制杏扁生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素。因此，積極探索適宜杏扁生長(zhǎng)的水肥利用措施，對(duì)于當(dāng)?shù)匦颖猱a(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

有機(jī)物料覆蓋是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廣泛推廣的一種果園耕作技術(shù)，其可提高土壤保水能力[4-5]，優(yōu)化土壤溫度變化[6]；覆蓋材料腐解后還可提高土壤中氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)含量[7]，提升養(yǎng)分利用效率[8-9]，改善土壤物理性狀[10]，進(jìn)而改善葉片光合結(jié)構(gòu)，提高葉片光合能力[11]，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育[12]。周江濤等[13]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物料覆蓋增加了土壤含水量，優(yōu)化了土壤溫度變化，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加了土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量。呂三三等[14]研究表明，果園覆草和施用氮肥復(fù)合處理可顯著提高葉片光合效能，有效促進(jìn)蘋果樹生長(zhǎng)。王榮莉等[15]研究發(fā)現(xiàn)，樹盤覆蓋可有效提升果園土壤含水量、降低土壤容重，從而提升蘋果葉綠素含量，增加光合效率。目前，果園覆蓋在蘋果、梨[16]、桃[17]等樹種上的研究較多，但在高寒山區(qū)杏扁上的應(yīng)用研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)通過(guò)秸稈覆蓋配施化肥處理，研究其對(duì)杏扁葉片顯微結(jié)構(gòu)及光合能力的影響，以期為張家口市北部高寒山區(qū)發(fā)展杏扁產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年6月至2020年7月在張家口市崇禮區(qū)朝陽(yáng)村杏扁基地進(jìn)行。朝陽(yáng)村屬于典型的壩上壩下連接帶高寒山區(qū)氣候，年平均氣溫0.1～2.0℃，年均降水量460～530mm，年均無(wú)霜期90～95d[18]，海拔1470m。試驗(yàn)地為山坡地，pH值為7.0，土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為硝態(tài)氮6mg/kg、速效磷9mg/kg、速效鉀215mg/kg，土層深度30～40 cm。

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料為野山杏改接而成的優(yōu)一杏扁，其中，野山杏樹齡為7 a，優(yōu)一杏扁樹齡為3 a。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)以覆秸稈配施肥作為處理，以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理即地面不覆蓋不施肥為對(duì)照。其中，覆蓋秸稈為當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物莜麥秸稈。2019年6月，以樹干為中心覆蓋秸稈，覆蓋面積1 m2，厚度20 cm，配施尿素0.5 kg/株（以加速秸稈腐解）；2019年8月追施復(fù)合肥（氮磷鉀15%∶10%∶17%）0.5 kg/株；2020年4月追施尿素0.5 kg/株。以3株為一個(gè)小區(qū)，重復(fù)5次，其他管理?xiàng)l件一致。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤養(yǎng)分含量測(cè)定 pH值采用pH計(jì)測(cè)定；土壤鮮樣用1 mol/L氯化鉀溶液以土液比1∶5浸提，采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定硝態(tài)氮含量；風(fēng)干土樣用0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提，采用鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷含量；風(fēng)干土樣用1 mol/L的乙酸銨溶液浸提，采用火焰光度計(jì)法測(cè)定速效鉀含量。

1.4.2 土壤含水量測(cè)定 2020年6月11日開始采集土樣，7—9月，分別選取雨后第3天采集土樣，共采集4次。取樣點(diǎn)距杏扁植株30 cm，取0～20 cm土層，采用三點(diǎn)取樣法，采集土樣混勻后及時(shí)測(cè)定土壤濕質(zhì)量，之后采用105℃烘箱法測(cè)定土壤質(zhì)量含水量。

1.4.3 葉片顯微結(jié)構(gòu)分析 于2020年7月4日每株樹取樹冠外圍功能葉片5片，在每片葉靠近中部葉脈位置取1 cm2樣品，采用FAA固定，脫水、包埋、切片、染色后，在顯微鏡下觀察并拍照。利用Image pro plus 6.0軟件測(cè)定葉片、柵欄組織及海綿組織的厚度，并計(jì)算柵欄組織厚度/海綿組織厚度的值。

1.4.4 葉片光合色素含量及光合參數(shù)測(cè)定 光合色素提取參照秦玲等[19]的方法進(jìn)行，其含量采用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定；光合生理參數(shù)等指標(biāo)采用美國(guó)Li-cor公司的Li-6400便攜式光合儀進(jìn)行測(cè)定。

1.4.5 葉片及果實(shí)生理指標(biāo)測(cè)定 葉片長(zhǎng)度、寬度、葉面積使用Image pro plus 6.0軟件進(jìn)行測(cè)定；果實(shí)相關(guān)生理指標(biāo)使用游標(biāo)卡尺及十分之一天平進(jìn)行測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 25.0進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆秸稈配施肥對(duì)土壤含水量的影響

從表1可以看出，覆秸稈配施肥處理能顯著提高土壤含水量，其中，5、6月張家口地區(qū)降雨量較少，至6月11日已是連續(xù)10d沒(méi)有降雨，其土壤含水量覆秸稈配施肥處理顯著高于對(duì)照（P＜0.05）；7—9月張家口地區(qū)進(jìn)入了雨季，降雨量增加，7月18日、8月14日、9月21日均為該地降雨后第3天取樣，其土壤含水量覆秸稈配施肥處理均顯著高于對(duì)照（P＜0.05），8月14日覆秸稈配施肥處理土壤含水量最高，達(dá)到25.2%。說(shuō)明覆蓋處理各個(gè)時(shí)期均能提高土壤含水量，保持水分。

2.2 覆秸稈配施肥對(duì)杏扁葉片顯微結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)石蠟切片觀察杏扁葉片可知（圖1），其厚度主要由上表皮、柵欄組織、海綿組織和下表皮構(gòu)成。

由表2可知，與對(duì)照相比，覆秸稈配施肥處理葉片厚度顯著增加了16.8%（P＜0.05）；柵欄組織厚度由79.20μm增加到110.05μm，增幅為39.0%，且差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）；海綿組織厚度增幅為12.9%，但二者差異不顯著；柵欄組織/海綿組織的值增加21.2%，且差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。表明覆秸稈配施肥處理顯著增加了葉片厚度，且厚度的增加主要來(lái)源于柵欄組織。

表2 覆秸稈配施肥對(duì)杏扁葉片顯微結(jié)構(gòu)的影響

2.3 覆秸稈配施肥對(duì)杏扁葉片光合色素含量的影響

由圖2可知，覆秸稈配施肥處理可顯著改變?nèi)~片顏色，使葉片由對(duì)照的淺綠色變?yōu)樯罹G色。

進(jìn)一步分析其葉片葉綠素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表3），覆秸稈配施肥處理葉片的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量較對(duì)照分別增加了64.4%、44.3%和56.8%，且差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）；葉綠素a/葉綠素b的值也有升高趨勢(shì)，但二者差異不顯著。覆秸稈配施肥處理可使杏扁葉片顏色變深，葉綠素含量升高，有利于光合效率的提升。

表3 覆秸稈配施肥對(duì)杏扁葉片光合色素含量的影響

2.4 覆秸稈配施肥對(duì)杏扁葉片光合生理參數(shù)的影響

從表4可以看出，與對(duì)照相比，覆秸稈配施肥處理可顯著提升杏扁葉片的凈光合速率及水分利用效率（P＜0.05），增幅分別為21.2%和22.0%；可顯著降低胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度（P＜0.05），二者降幅均為18.2%；蒸騰速率下降了2.0%，但二者差異不顯著。綜合來(lái)看，覆秸稈配施肥處理可顯著提高杏扁葉片的光合效率，提高葉片對(duì)CO2的同化能力及水分利用效率。

表4 覆秸稈配施肥對(duì)杏扁葉片光合生理參數(shù)的影響

2.5 覆秸稈配施肥對(duì)杏扁葉片及果實(shí)生長(zhǎng)的影響

從表5可以看出，與對(duì)照相比，覆秸稈配施肥處理可顯著提高杏扁葉片長(zhǎng)度、葉片寬度、葉面積、葉比質(zhì)量（P＜0.05），增幅分別為22.6%、25.2%、49.8%、23.8%；可顯著增加果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、鮮果質(zhì)量和鮮核質(zhì)量（P＜0.05）（圖3），增幅分別為22.5%、18.5%、77.3%和51.0%。表明通過(guò)秸稈覆蓋增施化肥的措施能有效改善高寒山區(qū)坡地杏扁葉片形態(tài)，顯著增加有效光合面積，促進(jìn)果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育，提高鮮核產(chǎn)量。由于覆秸稈配施肥處理對(duì)杏扁果實(shí)質(zhì)量的提升幅度高于果核，導(dǎo)致其出核率較對(duì)照顯著下降（P＜0.05），下降了12.5%。因此，還需進(jìn)一步探索合理的施肥量，避免“只長(zhǎng)肉不長(zhǎng)核”現(xiàn)象的發(fā)生。

表5 覆秸稈配施肥對(duì)杏扁葉片及果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

3 結(jié)論與討論

張家口市北部高寒山區(qū)坡地不具備灌溉條件，僅能依靠自然降雨，且土壤十分貧瘠，這成為限制其農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。為提升坡地杏扁產(chǎn)量，采取輕簡(jiǎn)化的保水保肥措施，具有十分重要的意義。本研究結(jié)果表明，覆秸稈配施肥處理能顯著提高不同時(shí)期土壤水分含量。這是因?yàn)榻斩捀采w能防止降雨產(chǎn)生徑流，促進(jìn)雨水的下滲；同時(shí)，秸稈覆蓋還能提高土壤孔隙度，顯著改善土壤持水性[20]。另有研究表明，覆蓋層對(duì)水汽擴(kuò)散具有阻滯作用，能夠延緩水分子由土壤向大氣傳輸?shù)乃俾蔥21]。這使得相同時(shí)間內(nèi)覆蓋物層下土壤水分蒸發(fā)量處于較低的水平，保墑防旱效果良好，可以緩解杏扁生長(zhǎng)發(fā)育面臨的水分矛盾。

覆蓋物料的礦化腐爛可釋放大量的氮、磷、鉀、硫等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，可促進(jìn)土壤耕作層團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤肥力，有利于根系的吸收運(yùn)輸，從而保證了地上部的生長(zhǎng)發(fā)育[22]。劉小勇等[23]研究表明，覆蓋當(dāng)年新鮮麥草可顯著促進(jìn)梨樹葉片柵欄組織生長(zhǎng)，處理間海綿組織差異不顯著。葉綠體作為光合作用的主要場(chǎng)所，集中分布于葉片柵欄組織細(xì)胞中，而高度發(fā)達(dá)的柵欄組織既可避免干旱地區(qū)強(qiáng)烈光照對(duì)葉肉細(xì)胞的灼傷，又可以有效利用衍射光進(jìn)行光合作用，提高光能利用效率[24]。本研究結(jié)果表明，果園覆秸稈配施肥處理后，土壤肥力得到改善，地上部生長(zhǎng)發(fā)育所需養(yǎng)分得到保證，葉片大而肥厚，凈光合速率提升21.2%，為產(chǎn)量的形成和品質(zhì)的提高奠定了基礎(chǔ)。這與前人的研究結(jié)果一致[25-26]。

周江濤等[27]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)地布覆蓋、地布覆蓋＋保水劑和地布覆蓋＋埋枝條的方式均能提高蘋果單果質(zhì)量。張超等[28]研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋措施下，土壤中水分、速效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著提高，使蘋果各生育階段均得到更為充足、持續(xù)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)而提高蘋果產(chǎn)量，同時(shí)改善果實(shí)品質(zhì)。本研究結(jié)果表明，覆秸稈配施肥處理能顯著提高單果鮮質(zhì)量和單核鮮質(zhì)量，雖然覆蓋配施肥處理可以提高杏核產(chǎn)量及品質(zhì)，但出核率有所下降，未見(jiàn)前人有類似報(bào)道。造成此結(jié)果的原因可能是因?yàn)楦采w配施肥處理顯著改善了土壤肥力、水分條件，植株生長(zhǎng)旺盛，果實(shí)發(fā)育較大，采收時(shí)果實(shí)仍含有較高水分，使得果肉占比較高。因此，后續(xù)研究仍需探索出核率下降的確切原因，以提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

本試驗(yàn)通過(guò)在高寒山區(qū)的坡地進(jìn)行莜麥秸稈覆蓋配施化肥處理，結(jié)果顯示，明顯改善了土壤理化性質(zhì)，提高了土壤持水性能；有機(jī)物料的腐解以及化肥的施入，提高了土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等含量，為杏扁生長(zhǎng)發(fā)育提供了持續(xù)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，改善了地上部的生長(zhǎng)發(fā)育，提高了光合效率，促進(jìn)了有機(jī)物的積累，提高了果實(shí)及果核的產(chǎn)量，效果顯著。