地面管理方式對(duì)旱地蘋(píng)果園土壤、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

吳曉璇，王紅寧，孫俊寶，張生智

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)研究所，太原 030031）

0 引言

西北黃土高原產(chǎn)區(qū)逐漸發(fā)展成為全國(guó)栽培規(guī)模最大、最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)[1-4]，獨(dú)特的土壤與自然氣候資源為優(yōu)質(zhì)蘋(píng)果生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，但春夏干旱缺水、自然降水年際間變幅大、降水時(shí)空分布不均，并與蘋(píng)果需水供需錯(cuò)位，成為限制蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，嚴(yán)重制約果樹(shù)養(yǎng)分吸收、生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成，有機(jī)旱作成為山西蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向與出路。提高果園土壤水分利用效率或增加深層土壤水分供給是旱地果園可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性問(wèn)題[5]，如何提高有限降水資源的利用率，實(shí)現(xiàn)水分的周年調(diào)控與跨季節(jié)利用是旱地蘋(píng)果生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6]。探究土壤管理方式對(duì)土壤蓄水能力、協(xié)調(diào)降水，改善果園水分供需錯(cuò)位，提高水資源的高效利用具有重要研究?jī)r(jià)值。

覆蓋是旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)接納雨水、蓄水保墑的旱作栽培技術(shù)措施[7]，能有效保持土壤水分，防止水土流失[8]。通過(guò)有效的土壤管理方式，能最大程度地貯存降水，含蓄土壤水分，減少土壤水分散失，緩解土壤水分虧缺對(duì)果樹(shù)造成的傷害[9]。目前旱地蘋(píng)果栽培中主要采用的土壤管理方式有清耕、地膜覆蓋、秸稈覆蓋、自然或人工生草等。清耕模式將果園土壤直接暴露空氣中，加劇了土壤水分的蒸發(fā)以及水土流失，不利于果樹(shù)的生長(zhǎng)。連年地膜覆蓋造成土壤污染[10]，破壞土壤結(jié)構(gòu)，阻礙土壤水分和溶質(zhì)運(yùn)移[11]。秸稈覆蓋可抑制雜草[12]、抑制土壤蒸發(fā)、改善土壤水分狀況[13]、增加果園土壤有機(jī)質(zhì)含量、提高果品質(zhì)量[14]，但受限于材料來(lái)源，一定程度上也會(huì)造成早期生長(zhǎng)發(fā)育延緩。自然或人工生草可防止土壤侵蝕、板結(jié)[15]，提高土壤肥力[16]，改善土壤結(jié)構(gòu)[17]，增加土壤持水能力，提升土壤生物多樣性等，但也與果樹(shù)競(jìng)爭(zhēng)水分及養(yǎng)分等[18]。因此，探索新的果園地面管理模式，提高天然降水的有效利用，增加土壤的有效貯水量，改善果樹(shù)生長(zhǎng)條件，成為旱地蘋(píng)果栽培中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。本研究連續(xù)6年對(duì)蘋(píng)果園進(jìn)行不同地面管理方式研究，設(shè)定起壟覆蓋園藝地布和生草覆蓋2個(gè)處理，分析不同土壤管理方式下土壤含水率、蘋(píng)果產(chǎn)量及品質(zhì)參數(shù)，以期為黃土高原地區(qū)旱地蘋(píng)果栽培模式構(gòu)建提供技術(shù)參考和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2014—2019年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)研究所蘋(píng)果品種示范園進(jìn)行。東經(jīng)112°49′，北緯37°33′，海拔810 m，砂壤土。主栽品種為‘長(zhǎng)富2號(hào)’，砧木為八棱海棠。樹(shù)齡為16年，樹(shù)形為自由紡錘形，株距3 m，行距4 m。除土壤管理方式不同外，各處理及對(duì)照的其他管理?xiàng)l件保持一致。

試材選用樹(shù)勢(shì)一致、管理水平均一的植株，10株為一小區(qū)，3次重復(fù)。

1.2 方法

2014—2019 年連續(xù)6年對(duì)供試園的土壤管理方式設(shè)2個(gè)處理，分別為起壟覆地布和行間生草行內(nèi)覆蓋（簡(jiǎn)稱(chēng)生草覆蓋），清耕作對(duì)照。

1.2.1 起壟覆地布 每年萌芽前雨后翻耕，以樹(shù)干為中心起壟，壟高20 cm，壟寬1.6 m，由里向兩側(cè)逐漸降低，壟向與樹(shù)行一致，壟面殺菌處理后覆蓋或更新園藝地布，PE聚乙烯材料，規(guī)格為100 g/m2。行間自然生草，長(zhǎng)至30 cm以上剎割至10 cm左右，刈割下的雜草用于當(dāng)年或次年的生草覆蓋處理。

1.2.2 生草覆蓋 每年萌芽前雨后翻耕，殺菌處理后行內(nèi)覆蓋雜草或秸稈，覆草厚度15 cm、寬度1.6 m，樹(shù)干周?chē)?0 cm內(nèi)不覆草，行間自然生草，刈割下的雜草覆蓋于樹(shù)盤(pán)內(nèi)以保證覆草厚度或用于下一年覆蓋處理。

1.2.3 土壤體積含水率測(cè)定 2017—2019年分別在4月上旬、7月上旬、10月上旬，用土壤水分測(cè)定儀(TRIME-T3 TDR)測(cè)定距樹(shù)干20 cm處不同土層深度(0～20、20～40、40～60 cm)的土壤體積含水率，計(jì)算3年均值。

1.2.4 葉片葉綠素含量測(cè)定 2017—2019年，每年的6月中下旬隨機(jī)采集各處理及對(duì)照樹(shù)體葉片測(cè)定葉綠素含量。葉綠素含量測(cè)定參照Arnon[19]的方法，取0.25 g新鮮剪碎研磨后，用95%的乙醇溶液浸提，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定652 nm下吸光度，計(jì)算葉綠素總含量。

1.2.5 產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)調(diào)查與測(cè)定 2017—2019年每年果實(shí)成熟期調(diào)查各處理平均產(chǎn)量，每個(gè)處理隨機(jī)采100個(gè)果實(shí)，統(tǒng)計(jì)果實(shí)經(jīng)橫徑≤70 mm、70 mm＜橫徑＜75 mm、橫徑≥75 mm的果實(shí)個(gè)數(shù)。每個(gè)處理的果實(shí)進(jìn)行隨機(jī)取樣，測(cè)定單果重、TSS、果肉硬度及可滴定酸含量。單果重用科斯科學(xué)儀器（北京）有限公司生產(chǎn)的電子天平測(cè)得，檢定分度值為100 mg。TSS含量用ATAGO愛(ài)宕PAL-1便攜式數(shù)字折射儀測(cè)得。硬度用GY-3手持式水果硬度計(jì)測(cè)定果實(shí)的去皮硬度。可滴定酸用酸度計(jì)測(cè)定，用移液器吸取0.3 mL果汁，再吸入30 mL蒸餾水，在離心管中混勻，倒入酸度計(jì)探測(cè)孔內(nèi)，測(cè)定讀數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003軟件進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理和作圖。利用SPSS 24.0進(jìn)行數(shù)據(jù)間的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地面管理方式下土壤體積含水率間的差異

以自由紡錘形蘋(píng)果為試材，研究不同地面管理方式下，3次根系旺盛生長(zhǎng)期不同土層深度的土壤體積含水率間的差異。研究結(jié)果（圖1）表明，4月上旬蘋(píng)果根系第1次旺盛生長(zhǎng)期0～60 cm土層均以起壟覆蓋園藝地布的土壤體積含水率最高，分別達(dá)16.47%、15.22%和14.83%，極顯著高于生草覆蓋及清耕管理方式下的土壤體積含水率。生草覆蓋管理下3個(gè)土層深度的土壤體積含水率分別為13.02%、12.61%和14.35%，均極顯著高于清耕。清耕下土壤體積含水率在該時(shí)期隨著深度增加而增加，生草覆蓋下以40～60 cm土層中土壤含水率最高、20～40 cm深度最低，而起壟覆地布管理方式下該時(shí)期土壤體積含水率則隨深度的增加而降低。即起壟覆地布和生草覆蓋在4月提高了0～40 cm深度的土壤含水率，起壟覆地布對(duì)該時(shí)期0～40 cm深度土壤含水率較清耕提高了49.98%，生草覆蓋較清耕提高了21.24%，前者提高程度更大。

圖1 土壤管理方式對(duì)土壤體積含水率的影響

7月上旬正值根系第2次旺盛生長(zhǎng)期，該時(shí)期0～20 cm深度的土壤體積含水率以生草覆蓋最高，達(dá)18.05%，起壟覆蓋園藝地布管理方式下居中(16.03%)，清耕最低，三者間差異均達(dá)極顯著水平。20～40 cm土層則以清耕最高，生草覆蓋最低，起壟覆蓋地布居中。40～60 cm土層的土壤體積含水率以起壟覆蓋最高達(dá)15.05%，極顯著高于生草覆蓋和清耕。3種土壤管理方式下，清耕以20～40 cm土層的土壤含水率最高，生草覆蓋下隨土壤深度增加土壤體積含水率依次降低，而起壟覆蓋地布則3個(gè)土層深度的土壤體積含水率保持在15.05%～16.03%，變化幅度較小。

10月上旬0～20 cm土層以生草覆蓋的土壤體積含水率最高(17.52%)，極顯著高于起壟覆蓋地布及清耕，起壟覆蓋地布下的土壤含水率居中，極顯著高于清耕。20～40 cm土層以生草覆蓋的土壤體積含水率最高，極顯著高于起壟覆蓋地布和清耕對(duì)照，后兩者間無(wú)顯著差異。40～60 cm土層則以起壟覆蓋園藝地布的土壤體積含水率最高，生草覆蓋居中，清耕最低。3種土壤管理方式下，清耕下土壤體積含水率隨著土層深度的增加呈先增后降的趨勢(shì)，生草覆蓋下呈降低趨勢(shì)，起壟覆蓋地布下3個(gè)土層土壤體積含水率在15.05%～16.02%，基本持平。

清耕下0～20 cm土層的土壤含水率在3個(gè)月份中以7月最高(15.13%)、4月最低(9.09%)。20～40 cm土層的土壤體積含水率以4月最低，7月和10月保持在16.05%和15.80%。40～60 cm土層土壤體積含水率以7月最低、10月最高。生草覆蓋下0～20 cm土層的土壤含水率以4月最低(13.20%)，7月和10月分別為18.05%和17.52%，保持在較高水平。20～40 cm土層的土壤體積含水率以10月最高、4月最低。40～60 cm土層土壤體積含水率以7月最低、10月最高。而起壟覆蓋地布管理方式下，3個(gè)月份各土層深度下的土壤體積含水率均保持在14.83%～16.47%，變化幅度小于生草覆蓋和清耕。

2.2 不同地面管理方式下葉片葉綠素含量間的差異

結(jié)果（圖2）顯示，起壟覆蓋園藝地布處理方式下葉片的葉綠素含量最高，達(dá)3.15 mg/g，極顯著高于生草覆蓋與清耕。生草覆蓋下蘋(píng)果葉片的葉綠素含量為2.92 mg/g，顯著高于清耕對(duì)照。

圖2 土壤管理方式對(duì)葉片葉綠素含量的影響

2.3 不同地面管理方式對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

結(jié)果（表1）顯示，起壟覆蓋園藝地布下的蘋(píng)果單果重為314.18 g，極顯著高于生草覆蓋(272.16 g)和清耕(230.60 g)，生草覆蓋下的單果重極顯著大于清耕下果實(shí)單果重。

表1 土壤管理方式對(duì)蘋(píng)果果實(shí)品質(zhì)的影響

起壟覆蓋地布處理的果實(shí)去皮硬度為10.00 kg/cm2，生草覆蓋下果實(shí)的去皮硬度為9.23kg/cm2，兩者之間無(wú)顯著差異，但兩者均顯著高于清耕(8.42 kg/cm2)，其中起壟覆蓋地布處理與清耕下果實(shí)的果肉硬度間達(dá)極顯著水平。

起壟覆蓋地布管理方式下蘋(píng)果的可溶性固形物含量達(dá)17.43%，顯著高于生草覆蓋下果實(shí)可溶性固形物含量(16.47%)，極顯著高于清耕(14.22%)，生草覆蓋與清耕果實(shí)間可溶性固形物含量差異亦達(dá)極顯著水平。起壟覆蓋地布與生草覆蓋下管理方式下蘋(píng)果的可滴定酸含量均為0.39%，兩者極顯著高于清耕(0.35%)。3類(lèi)土壤管理方式下果實(shí)的固酸比以起壟覆蓋地布最高(45.21)，顯著高于清耕與生草覆蓋，清耕與生草覆蓋的固酸比分別為40.97和41.84，兩者間無(wú)顯著差異?？梢?jiàn)起壟覆蓋地布有助于可溶性固形物及可滴定酸含量的增加，一定程度上增加了果實(shí)風(fēng)味。

3類(lèi)土壤管理方式下果實(shí)的著色以起壟覆蓋地布最高(89.67%)，極顯著高于生草覆蓋(81.67%)和清耕(70.67%)，生草覆蓋的果實(shí)著色程度極顯著高于對(duì)照。

2.4 不同土壤管理方式對(duì)樹(shù)體產(chǎn)量的影響

由表2可知，起壟覆蓋園藝地布的供試果園中蘋(píng)果產(chǎn)量最高，達(dá)100.87 kg/hm2，極顯著高于其他處理和對(duì)照。生草覆蓋的蘋(píng)果園產(chǎn)量達(dá)94.96 kg/hm2，極顯著高于清耕園的果園產(chǎn)量。

表2 土壤管理方式對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量的影響

起壟覆蓋園藝地布及生草覆蓋2種土壤管理方式下橫徑小于70 mm的果實(shí)分別占30%和33%，兩者間無(wú)顯著差異，極顯著低于清耕園(43%)。起壟覆蓋地布下果實(shí)橫徑在75 mm以上的果實(shí)比例極顯著高于生草覆蓋(34%)，兩者均極顯著高于清耕(23%)?？梢?jiàn)起壟覆蓋地布和生草覆蓋下均促進(jìn)了果實(shí)大小的增加，且前者影響程度更大。

3 結(jié)論與討論

覆蓋可提高土壤蓄水保墑性能[20]，受作物類(lèi)型、氣候條件、覆蓋材料的影響，土壤蓄水保墑性能變化程度不同[21-22]。起壟覆膜-壟溝覆草能將有限的雨水集聚于果樹(shù)根區(qū)，改善土壤水分環(huán)境[23]。蘇一鳴等[24]認(rèn)為，起壟覆膜-壟溝覆草能使干旱季節(jié)0～60 cm土層的土壤含水率較不起壟不覆蓋提高20.94%，使秋雨季節(jié)0～60 cm層的土壤含水率提高11.78%。研究發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋一定程度上造成土壤和環(huán)境污染[10]，園藝地布具有環(huán)保、不污染環(huán)境及能連續(xù)多年使用的優(yōu)點(diǎn)，園藝地布微壟覆蓋具有蓄水保墑、提高水分利用效率和減蒸促進(jìn)增產(chǎn)效應(yīng)[7]。本研究將起壟栽培與園藝地布相結(jié)合，采用起壟覆蓋園藝地布的方式研究了其對(duì)土壤、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，結(jié)果表明該土壤管理方式較清耕管理，將4月干旱期0～40 cm土層的土壤體積含水率提高了49.98%，使4、7和10月0～60 cm土層深度下的土壤體積含水率保持在14.83%～16.47%，且在3次根系活躍期的土壤含水率變化幅度均較小，極顯著提高了蘋(píng)果葉片中葉綠素含量，增大了果個(gè)和產(chǎn)量，提高了果實(shí)可溶性固形物、可滴定酸及果肉硬度，提高了果實(shí)風(fēng)味并有助于果實(shí)著色。

研究顯示旱作蘋(píng)果園生草覆蓋可提高樹(shù)冠下土壤含水率[25]，減緩?fù)寥浪终舭l(fā)，增加土壤容水能力，促進(jìn)下層土壤水分向上層移動(dòng)[26]。趙政陽(yáng)等[27]研究表明，0～40 cm土層生草與果樹(shù)之間存在水分競(jìng)爭(zhēng)，但生草對(duì)40～80 cm土層的水分具有調(diào)蓄作用；80～100 cm土層生草對(duì)土壤水分的影響較小。本研究顯示生草覆蓋除在7月20～40 cm土層的土壤體積含水率低于清耕外，其他時(shí)間均極顯著高于清耕，尤其是4月早春干旱時(shí)對(duì)土壤含水率的提高作用最大。另外本研究發(fā)現(xiàn)生草覆蓋有助于提高果實(shí)品質(zhì)、增加果園產(chǎn)量，但其對(duì)土壤體積含水率、葉片葉綠素含量、產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)的影響程度均低于起壟覆蓋地布處理，為獲得較高利潤(rùn)，應(yīng)兼顧品質(zhì)與商品性，建議旱作果園采用起壟覆蓋地布的土壤管理方式，益于集雨保墑、改善果實(shí)品質(zhì)、提高果園產(chǎn)量。本研究?jī)H測(cè)定了3次根系活躍期的土壤含水率變化，未對(duì)各處理下土壤含水率進(jìn)行全年檢測(cè)，今后將對(duì)各土壤利用方式下土壤含水率的全年動(dòng)態(tài)變化及對(duì)枝條生長(zhǎng)勢(shì)的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究。