覆蓋耕作對果園土壤水分及通氣性的影響

張述強(qiáng)，姚志龍

(隴東學(xué)院 農(nóng)林科技學(xué)院，甘肅 慶陽 745000)

甘肅隴東地區(qū)是蘋果優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)之一，當(dāng)?shù)靥O果產(chǎn)業(yè)已成為促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境的支柱產(chǎn)業(yè)，然而長期以來由于水資源缺乏，經(jīng)常發(fā)生春旱和春夏干旱，干旱成為制約果樹生長發(fā)育的主要因素之一，嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)氐奶O果生產(chǎn)[1，2]。而傳統(tǒng)的清耕制土壤管理模式導(dǎo)致果園土壤性狀退化,水分利用率低，果實產(chǎn)量下降,品質(zhì)變劣[3]32。為了解決這一難題，采用不同的土壤管理模式對果園地面進(jìn)行覆蓋，可以起到有效地蓄水保墑、調(diào)節(jié)土壤溫度和改良土壤結(jié)構(gòu)的作用，調(diào)節(jié)微域生態(tài)環(huán)境[4，5]。因此探索適合當(dāng)?shù)氐耐寥拦芾砟Ｊ揭殉蔀樵搮^(qū)域蘋果產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級與果園生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

土壤管理模式是當(dāng)前世界旱作農(nóng)業(yè)地區(qū)廣泛推廣的一項耕作技術(shù),研究表明它不僅能夠抑制土壤水分蒸發(fā),有效蓄水保墑；隨著季節(jié)變化調(diào)節(jié)地表溫度、增溫保溫,保護(hù)土壤表層,改善土壤物理性狀,提高水分利用率等[6-9]。近年來，我國對果園生草覆蓋已開展了不少研究[10-19],但多數(shù)集中在南方的橘園、枇杷園、梨園等[10-16],目前,有關(guān)果園生草覆蓋方面的研究,主要集中在生草覆蓋對果園微氣候效益、土壤肥力效應(yīng)及對果樹產(chǎn)量與品質(zhì)影響等方面[10-15,18,19],有關(guān)生草覆蓋對蘋果園土壤水分影響的研究,基本上是采用靜態(tài)的描述性方法,因此這種管理模式在我國北方旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛推廣與應(yīng)用。

本文結(jié)合甘肅省慶陽市隴東旱地果園生產(chǎn)現(xiàn)狀，研究不同土壤管理模式對隴東旱地雨養(yǎng)果園土壤水分含量、土壤容重以及土壤孔隙度變化的影響，探索土壤管理模式對果樹生長發(fā)育的影響，為隴東旱作果園生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018—2019年在甘肅省慶陽市西峰區(qū)隴東學(xué)院生農(nóng)科技生態(tài)園果園、農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所以及什社三姓果園進(jìn)行。果園所處位置屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬季常吹西北風(fēng)，夏季多行東南風(fēng)，果園土壤主要以黑壚土為主，質(zhì)地為壤土，光照充足，海拔高度為1421m，年均氣溫為9.5℃，年均降水量545.8mm，多集中在7—9月份，最大蒸發(fā)量為1005.8mm[20],總體呈干旱、溫和、光富的特點。

1.2 耕作管理模式

在氣候、地形、土壤肥力及栽培模式相近的條件下，對矮化果園采用低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋、矮化低壟覆布+油豆輪作長周期覆蓋等10種土壤耕作管理模式(見表1)，在持續(xù)干旱階段進(jìn)行土壤含水量及土壤容重的測定；并以露地旋耕為對照(CK)進(jìn)行對比分析。

表1 果園土壤耕作管理模式表

1.3 試驗方法與測定

1.3.1 測定方法

土壤含水量：采用烘干法測定[21]8，求取三次重復(fù)的平均值。

土壤容重及孔隙度：采用環(huán)刀法測定[21]31，求取兩次重復(fù)的平均值。

1.3.2 采樣及測定時間

土壤含水量：2017年6月29日和2018年7月4日采樣。

土壤容重：2019年5月10日采樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤耕作管理模式對土壤水分的影響分析

由圖1、圖2知，與CK相比10種土壤耕作管理模式中有6種耕作管理模式均不同程度提高了土壤水分含量，其余4種耕作管理模式卻降低了土壤含水量。

圖1 2017年土壤水分對比圖

圖2 2018年土壤水分對比圖

在10～20cm土層的土壤水分含量大小依次為樹盤低壟布下有機(jī)肥覆蓋+行間生草覆蓋(升高范圍7.34%～9.43%)>水肥一體淺穴覆蓋集水節(jié)水模式(升高范圍7.66%～7.74%)>秸稈周年覆蓋(升高范圍6.68%～7.33%)>喬化園淺根系干旱休眠生草覆蓋(升高范圍4.87%～5.12%)>低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋(升高范圍3.39%～4.19%)>低壟覆布+秸稈(枝干堆腐物)還田(升高范圍2.57%～3.24%)>露地旋耕(CK)>低壟覆布+油豆輪作(降低范圍0.32%～0.74%)>樹盤低壟覆布+行間三葉草覆蓋(降低范圍0.71%～0.72%)>樹盤低壟覆布+行間黑麥草覆蓋(降低范圍1.41%～1.91%)>樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋(降低范圍3.14%～3.23%)。

在25～35cm土層的土壤水分含量大小依次為樹盤低壟布下有機(jī)肥覆蓋+行間生草覆蓋(升高范圍7.59%～7.96%)>水肥一體淺穴覆蓋集水節(jié)水模式(升高范圍6.88%～7.68%)>秸稈周年覆蓋(升高范圍6.29%～6.61%)>喬化園淺根系干旱休眠生草覆蓋(升高范圍3.95%～4.08%)>低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋(升高范圍3.39%～3.48%)>低壟覆布+秸稈(枝干堆腐物)還田(升高范圍2.45%～2.51%)>露地旋耕(CK)>低壟覆布+油豆輪作覆蓋(降低范圍0.92%～1.65%)>樹盤低壟覆布+行間三葉草覆蓋(降低范圍0.33%～1.95%)>樹盤低壟覆布+行間黑麥草覆蓋(降低范圍0.91%～2.55%)>樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋(降低范圍2.75%～3.98%)。

在10～35cm的土層中，隨著土層深度的增加，土壤水分含量總體呈增長趨勢。

2.2 不同土壤耕作管理模式對土壤容重及通氣性的影響分析

由圖3、圖4可知，與CK相比9種土壤耕作管理模式均不同程度降低了土壤容重，提高土壤孔隙度及通氣效應(yīng)，有效地改善了土壤物理性狀。

圖3 2019年10～20cm土壤容重圖

圖4 2019年10～20cm土壤孔隙度圖

由圖3可知，在10～20cm土層的土壤容重大小依次為露地旋耕>低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋=低壟覆布+秸稈(枝干堆腐物)還田(土壤容重降低0.01g/cm3)>水肥一體淺穴覆蓋集水節(jié)水模式=樹盤低壟覆布+行間黑麥草覆蓋(土壤容重降低0.05g/cm3)>樹盤低壟布下有機(jī)肥覆蓋+行間生草覆蓋(土壤容重降低0.06g/cm3)>樹盤低壟覆布+行間三葉草覆蓋(土壤容重降低0.07g/cm3)>秸稈周年覆蓋(土壤容重降低0.08g/cm3)>喬化園淺根系干旱休眠生草覆蓋(土壤容重降低0.18g/cm3)>樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋(土壤容重降低0.34g/cm3)。

由圖4可知，在10～20cm土層的土壤孔隙度大小依次為樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋(土壤孔隙度增加12.83%)>喬化園淺根系干旱休眠生草覆蓋(土壤孔隙度增加6.79%)>秸稈周年覆蓋(土壤孔隙度增加3.02%)>樹盤低壟覆布+行間三葉草覆蓋(土壤孔隙度增加2.64%)>樹盤低壟布下有機(jī)肥覆蓋+行間生草覆蓋(土壤孔隙度增加2.27%)>水肥一體淺穴覆蓋集水節(jié)水模式=樹盤低壟覆布+行間黑麥草覆蓋(土壤孔隙度增加1.89%)>低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋=低壟覆布+秸稈(枝干堆腐物)還田(土壤孔隙度增加0.38%)>露地旋耕。

其中樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋的處理效果最為明顯，較CK相比，土壤容重降低0.34g/cm3,土壤孔隙度增加12.83%；喬化園淺根系干旱休眠生草覆蓋的處理效果較為明顯，較CK相比，土壤容重降低0.18g/cm3，土壤孔隙度增加6.79%；而低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋和低壟覆布+秸稈(枝干堆腐物)還田這兩種覆蓋模式基本與CK持平，土壤容重僅降低0.01g/cm3,土壤孔隙度僅增加0.38%，處理效果不明顯。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

3.1.1 果園管理對水分的影響

不同果園管理模式對10～35cm土層水分影響大小依次為：樹盤低壟布下有機(jī)肥覆蓋+行間人工生草覆蓋、水肥一體淺穴覆蓋集水節(jié)水模式、秸稈周年覆蓋、喬化園淺根系干旱休眠生草覆蓋、低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋、低壟覆布+秸稈(枝干堆腐物)還田，土壤水分較露地旋耕(CK)升高2.45%～9.43%；而低壟覆布+油豆輪作、樹盤低壟覆布+行間三葉草覆蓋、樹盤低壟覆布+行間黑麥草覆蓋、樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋的土壤含水量較露地旋耕(CK)降低0.32%～3.98%。這與董海強(qiáng)[22]等人的研究結(jié)論基本一致，說明生草覆蓋對土壤水分的影響隨著生草種類不同而有所差異。

3.1.2 果園管理對容重的影響

不同果園管理模式，均不同程度地降低土壤容重,其值為1.46～1.29g/cm3，與露地旋耕(CK，為1.47g/cm3)相比，樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋、喬化園淺根系干旱休眠生草覆蓋和秸稈周年覆蓋處理效果較明顯；而低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋和低壟覆布+秸稈(枝干堆腐物)還田這兩種覆蓋模式基本與露地旋耕(CK)持平，處理效果不明顯。這與李會科[3]33研究結(jié)論一致。

3.1.3 果園管理對孔隙度的影響

不同果園管理模式，均不同程度地增加土壤孔隙度,其值為44.9～51.3%,與露地旋耕(CK為44.5%)相比，樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋、喬化園淺根系干旱休眠生草覆蓋和秸稈周年覆蓋處理明顯改善了通氣性；而低壟覆布+淺根系干旱休眠生草覆蓋和低壟覆布+秸稈(枝干堆腐物)還田這兩種覆蓋模式基本與露地旋耕(CK)持平，處理效果不明顯。這與王憲玲[23]的研究結(jié)論基本一致。

3.1.4 重點選擇的模式

根據(jù)試驗測定結(jié)果，通過對土壤保水保墑效果的好壞、土壤容重的高低及土壤孔隙度大小的綜合考慮，在果園重點選擇樹盤低壟布下有機(jī)肥覆蓋+行間生草覆蓋、喬化園淺根系(牛繁縷)干旱休眠生草覆蓋和秸稈(玉米稈)周年覆蓋這三種管理模式。

3.2 討論

3.2.1 優(yōu)勢模式的保水優(yōu)點及原因分析

隴東旱地果園地處干旱區(qū)和半干旱區(qū),年均降水在410～710mm之間，年降雨量分配不均衡,雨季主要集中在7、8、9月份,當(dāng)?shù)卮蟛糠止麍@的水分供應(yīng)基本是依靠天然降水，屬于雨養(yǎng)果園，果樹生長季節(jié)經(jīng)常發(fā)生干旱缺水的現(xiàn)象，對樹體生長發(fā)育、蘋果產(chǎn)量和果實品質(zhì)產(chǎn)生不利影響，采取各種土壤耕作管理模式、生草覆蓋集水保墑等人為技術(shù)，充分利用自然降水，保持土壤水分，減少無謂消耗，提高有限水資源的利用效率，是當(dāng)?shù)毓麍@水分管理的必然選擇。而果園土壤覆蓋耕作管理模式能抑制水分蒸發(fā)，減小水分蒸騰，蓄水保墑；尤其通過各種生草覆蓋模式能夠防止土壤板結(jié)，保持良好土壤結(jié)構(gòu)[24]。張義等[7]87、王進(jìn)等[25]研究表明，覆蓋能減少土壤水分的蒸發(fā)率，具有很好的保墑作用。因此,果園土壤耕作管理模式最好要有節(jié)水保墑的效果,否則不宜推廣。

3.2.2 優(yōu)勢模式的容重、孔隙度優(yōu)點及原因分析

生草覆蓋后，一方面有機(jī)物層減緩了土壤水分蒸發(fā)，另一方面由于有機(jī)質(zhì)的增加，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成和有效孔隙的增加使土壤的容水能力得到提高。通過樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋這種土壤耕作管理優(yōu)勢模式，能夠很大程度的降低土壤容重增加土壤孔隙度，處理效果明顯。在其他條件相同的情況下，土壤容重的大小決定孔隙度的大小，通過土壤耕作管理改變土壤容重，對土壤孔隙度產(chǎn)生了明顯影響[3]33。

近年來隨著土壤耕作管理模式的推廣與應(yīng)用研究表明，這種耕作管理模式有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和有效孔隙度的形成，有效改善土壤物理性狀[26]。土壤容重和孔隙度是反映土壤結(jié)構(gòu)的重要特征,它們直接影響土壤的水肥氣熱的變化以及植物根系的生長[27]，從而影響果樹的生長發(fā)育。

3.2.3 本試驗野草容重降低的原因

在該田間試驗中，測定結(jié)果表明隴東旱地果園進(jìn)行樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋模式能夠大幅度降低土壤容重，使土壤保持疏松透氣的狀態(tài)。這種耕作管理模式能夠有效減輕雨水對土壤的沖擊，避免土壤板結(jié)，減小土壤夯實程度，造成土壤疏松多孔或有大量大孔隙，很好地改善土壤結(jié)構(gòu)，能將土壤的疏松狀態(tài)維持很長時間，所以采用樹盤低壟覆布+行間野草覆蓋模式會使土壤容重降低。疏松的土壤狀態(tài)和較高的土壤含水量能夠為根系提供良好的水、肥、氣、熱環(huán)境，促進(jìn)果樹正常生長發(fā)育[28]，這是果樹優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)，同時降低土壤容重增加透氣性，也為果樹提供良好的根際環(huán)境。

3.2.4 土壤容重普遍偏高的原因分析

土壤容重的數(shù)值大小，受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量以及各種自然因素和人工管理措施的影響，其中人工管理措施占主導(dǎo)因素，人們主要通過一系列的田間操作，如實施機(jī)械作業(yè)使土壤質(zhì)地夯實，土壤多年的免耕、少耕管理模式使土壤緊實少孔，都會造成土壤容重普遍偏高的現(xiàn)象。土壤容重偏高，土壤孔隙度降低，土壤通透性差，影響土壤氣體機(jī)交換和土壤水分含量。

3.2.5 樹盤覆蓋材料及生草種類的選擇

根據(jù)測定結(jié)果，綜合考慮土壤保水保墑效果及通氣性好壞，隴東旱地果園樹盤覆蓋材料應(yīng)該選擇樹盤低壟布下有機(jī)肥覆蓋+行間生草覆蓋管理模式；而生草種類應(yīng)該選擇喬化園淺根系(牛繁縷)干旱休眠生草覆蓋和秸稈(玉米稈)周年覆蓋管理模式。樹體根部一般采用樹盤覆蓋管理模式，而樹體行間則一般采用各種生草種類進(jìn)行覆蓋管理，并且采用淺根系，根系致密度小的生草類型進(jìn)行覆蓋，如鼠茅草、牛繁縷等；而采用三葉草、野草、黑麥草等根系致密度大的生草覆蓋模式，由于根系過長會吸收土壤水分從而導(dǎo)致土壤含水量下降，所以一般不宜選擇。

在不同的土壤耕作管理模式中，水肥一體淺穴覆蓋集水節(jié)水模式和全園周年秸稈覆蓋更適合于北部干寒地區(qū)；成齡喬化果園采用全園淺根系干旱休眠生草(牛繁縷)覆蓋模式保墑、肥田、避霜效果更好；規(guī)模矮化密植果園更適合采用樹盤低壟布下有機(jī)肥覆蓋+行間人工生草覆蓋、低壟覆布+淺根系干旱休眠生草(牛繁縷、或鼠茅草、或長柔毛野豌豆)覆蓋、低壟覆布+油豆輪作等模式，降低人工成本，凸顯田園美景[29]。而油豆輪作、三葉草、黑麥草、野草等覆蓋，生長量太大，耗水耗養(yǎng)量多，與果樹生長發(fā)育期同步，進(jìn)而導(dǎo)致與草樹爭水爭肥，降低土壤含水量，使土壤肥力下降，損壞土壤物理性狀，所以生草栽培要適時刈割,減小水肥競爭，因此一般不建議采用上述4種覆蓋模式；同時盡量不要采用清園旋耕管理模式，應(yīng)該采用以減少土壤水分蒸發(fā)、降低土壤容重為目的的土壤耕作管理模式。

本試驗是在完全依靠自然降雨的條件下進(jìn)行的,結(jié)果表明:在6～7月份干旱季節(jié),果園三葉草、野草和黑麥草等生草使土壤含水量降低,不利于果樹的生長，所以不宜采用；但降水較多的時期,生草處理也可較快降低土壤含水量,這有利于排出土壤中過多的水分,促進(jìn)果樹根系的生長和養(yǎng)分吸收,同時也便于果園管理。