不同覆蓋方式對土壤水熱及獼猴桃產(chǎn)量的影響

劉立豪，王輝，譚帥，胡傳旺，盧佳宇，童晨暉

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410128)

土壤水分對降雨入滲和土面蒸發(fā)起控制作用[1]，土壤溫度對植物根系生長、水分、養(yǎng)分的運(yùn)移和轉(zhuǎn)化均有較大影響[2].湖南三面環(huán)山，地跨長江、珠江兩大水系，四季分明、光照充分、雨量充沛、土壤肥沃且保水性好.由于優(yōu)越的地理環(huán)境及適宜的氣候、土壤等條件，湖南地區(qū)非常適宜種植獼猴桃.近年來湖南地區(qū)獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)量大幅提升，已成為當(dāng)?shù)毓r(nóng)的重要經(jīng)濟(jì)來源.然而，湖南地區(qū)南方普遍存在由雨熱分布不均引發(fā)的季節(jié)性干旱等問題[3]，且獼猴桃對土壤水分變化尤為敏感[4]，耐旱、耐澇能力差，喜溫但忌高溫，在炎熱的夏季易出現(xiàn)灼果，甚至落葉落果等現(xiàn)象[5].因此，探究適宜的田間管理措施來緩解獼猴桃季節(jié)性干旱和夏季高溫的雙重脅迫，是湖南乃至整個(gè)南方地區(qū)獼猴桃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié).

實(shí)踐研究表明[6]，采取有效的覆蓋措施可以改善土壤水熱條件，覆蓋地膜是一項(xiàng)重要的增墑?wù){(diào)溫、蓄水豐產(chǎn)技術(shù).路海東等[7]研究發(fā)現(xiàn)，與白色地膜相比，黑色地膜可以使0～15 cm土層地溫降低0.8 ℃.與地膜覆蓋相比，秸稈覆蓋提高土壤水分效果更加顯著，可提高作物水分利用效率31.2%[8].采取合理的覆蓋措施不僅可以調(diào)節(jié)土壤溫度，而且可以使土壤水分維持在相對較高的水平，為根系生長發(fā)育提供充足的水分[9]，加快土壤中能量和養(yǎng)分的流速，從而為果樹生長提供優(yōu)越的水熱環(huán)境，提高果實(shí)產(chǎn)量和改善果實(shí)品質(zhì)[10].然而，在覆蓋條件下對土壤水熱的研究主要集中在北方，且大多以玉米[7-8]、馬鈴薯[2,11]、小麥[12-13]等1 a生的作物為研究對象，基于覆蓋措施對南方果園土壤水熱的研究鮮見報(bào)道.

中國南北方氣候、地形、土壤質(zhì)地等均存在較大差異，南方水熱充足，但存在夏季高溫干旱脅迫等問題，因此，文中分析不同覆蓋措施下南方土壤水熱時(shí)空變化規(guī)律，擬為該區(qū)域內(nèi)作物抵御夏季高溫脅迫和季節(jié)性干旱提供技術(shù)支撐和理論依據(jù).

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于湖南省岳陽縣峰嶺菁華果園試驗(yàn)基地(29°80′ E， 113°18′ N)，種植的獼猴桃品種為紅陽.該區(qū)屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫17.0 ℃、年降雨量約1 500 mm，研究期間降水P及氣溫變化T如圖1所示.該果園于2015年8月由平均海拔200.0 m左右的低山丘陵開發(fā)而成，獼猴桃株距3.0 m、行距2.5 m、壟寬1.5 m、壟距2.0 m，果樹大小長勢均勻.土壤容重1.4 g/cm3，有機(jī)質(zhì)含量1.12 g/kg，pH值6.6，土壤總孔隙度42.8%，毛管孔隙度41.9%，砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.0%、粉粒為20.0%、黏粒為28.0%，依據(jù)國際制土壤質(zhì)地的分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于壤質(zhì)黏土.

圖1 研究期6—9月降水及氣溫變化

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)布置前將區(qū)域內(nèi)的雜草清除干凈，2020年5月設(shè)置6種處理,如表1所示，各試驗(yàn)小區(qū)面積40 m2(2 m × 20 m)，區(qū)組隨機(jī)分布，各處理重復(fù)3次.不同處理下獼猴桃田間管理方式(施肥、耕作、剪枝、授粉、噴藥、采摘等)一致，試驗(yàn)采用的白色、黑色地膜為幅寬100 cm、厚度0.006 mm的農(nóng)用聚乙烯地膜，防草布為桐城市金濤塑業(yè)有限公司生產(chǎn)幅寬為100 cm的無紡布，秸稈采用當(dāng)?shù)赜筒耸崭詈蟮恼?，長度約80 cm.

表1 試驗(yàn)處理描述

1.3 測定項(xiàng)目與方法

土壤水分：2020年6月1日—9月30日每10 d在各小區(qū)長勢均勻的獼猴桃樹徑50～100 cm范圍用直徑為5 cm的土鉆取土，取樣深度為50 cm，測定步長取10 cm，共計(jì)取土13次，采用烘干稱重法測土壤質(zhì)量含水率，再乘以土壤容重?fù)Q算得到土壤體積含水率.

土壤溫度：在各試驗(yàn)小區(qū)中間壟上獼猴桃長勢均勻附近埋設(shè)1套直角水銀地溫計(jì)進(jìn)行定點(diǎn)測定，埋深分別為5，10，15，20，25 cm，試驗(yàn)期內(nèi)每3 d分別在8:00,12:00,18:00讀取地溫，分析時(shí)取3點(diǎn)平均溫度計(jì)算當(dāng)日均溫，并選取3 d從6:00至20:00每2 h讀取1次數(shù)據(jù)，監(jiān)測土壤溫度日變化.

產(chǎn)量與品質(zhì)：獼猴桃采摘時(shí)，首先對產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定，各處理隨機(jī)選取3株果樹測定，單株產(chǎn)量、單果質(zhì)量、干物質(zhì)含量，采用精度為0.01 g的電子天平稱取，果實(shí)縱橫徑采用精度0.02 mm的游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量.隨后將采摘后的獼猴桃放進(jìn)冷庫中低溫貯藏，待其軟熟時(shí)選取果實(shí)成熟度相對一致的獼猴桃測果實(shí)品質(zhì)，可溶性固形物采用手持折光計(jì)PAL-BX/ACID測得，維生素C、可滴定酸采用滴定法測算，總糖采用紫外分光比色法測定.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 25軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素(one-way ANOVA)和Waller Duncan法進(jìn)行方差分析及多重比較(α取0.05).運(yùn)用Origin Pro 8繪制圖表，表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差.

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋對土壤水分的影響

適宜的土壤水分是獼猴桃生長的關(guān)鍵因素，土壤水分決定果樹用水的供給，對果樹生長發(fā)育、干旱監(jiān)控具有重要意義.圖2為不同覆蓋措施下0～50 cm平均體積土壤含水率隨時(shí)間變化.由圖可以看出，各處理土壤體積含水率WS隨時(shí)間的變化趨勢基本一致，6月1日—7月11日土壤含水率呈穩(wěn)定增長趨勢并于7月11日達(dá)到峰值.7月21日土壤含水率驟降后呈小幅波動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)各處理土壤含水率均較低，出現(xiàn)了南方較為常見的季節(jié)性干旱.采取覆蓋措施較CK處理可提高0～50 cm土壤含水率1.0%～3.3%，土壤含水率較高的依次為處理F+B，F(xiàn)，J，B，H，在土壤含水率整體較低時(shí)，覆蓋處理提高土壤含水率效果更佳.

圖2 不同覆蓋措施下0～50 cm平均體積土壤含水率隨時(shí)間變化

表2為不同覆蓋措施下0～50 cm各層平均體積土壤含水率，其中h為土壤深度.由表可以看出，覆蓋處理對0～30 cm土壤含水率提高效果更加顯著，處理H，B，F(xiàn)，F(xiàn)+B，J下0～30 cm土壤含水率較CK提高了1.1%～3.3%，而30～50 cm提高了1.1%～2.9%.各處理土層深度與土壤含水率呈顯著正相關(guān)，處理F+B 40～50 cm土層土壤含水率達(dá)到了25.2%.各處理土壤蓄水保墑能力差異隨土層深度增加逐漸減小，與處理CK相比，處理J在0～10 cm土壤含水率提升了1.8%，而40～50 cm土壤含水率僅提升了1.4%.F+B和F處理在試驗(yàn)期內(nèi)提高含水率效果較好，兩處理0～50 cm土層平均土壤含水率較處理CK有效提高了2.2%～2.9%.各處理0～20 cm與30～50 cm土壤含水率差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

表2 不同覆蓋措施下0～50 cm各層平均體積土壤含水率

2.2 覆蓋對土壤溫度的影響

2.2.1 不同土層土壤日均溫變化特征

圖3為不同覆蓋措施下0～25 cm土壤溫度隨時(shí)間變化.由圖可以看出，試驗(yàn)期間各處理0～25 cm土壤溫度T隨時(shí)間呈現(xiàn)出較為一致的變化規(guī)律，6月1日—8月12日呈波動(dòng)增長趨勢，且各處理間溫度波動(dòng)逐漸增大，8月12日—8月30日整體呈下降趨勢，同時(shí)各處理間溫度波動(dòng)逐漸縮小，之后土壤溫度呈上下波動(dòng)狀態(tài).

試驗(yàn)期間0～10 cm土壤溫度從大到小表現(xiàn)為F+B，CK，H，B，F(xiàn)，J，各覆蓋處理20～25 cm土壤溫度均低于處理CK.處理F+B在試驗(yàn)間整體溫度最高且顯著高于處理CK，0～5 cm表層土壤日均溫在8月12日高達(dá)40.4 ℃，0～25 cm土壤平均溫度可達(dá)33.1 ℃，同時(shí)該處理日均溫差較其他處理波動(dòng)較大.其他覆蓋處理在夏季則表現(xiàn)出良好的降溫效果，0～25 cm土壤溫度整體低于處理CK，可有效降低土壤溫度0.8～2.6 ℃，同時(shí)可使土壤溫度日均溫之間差異減小.處理CK土壤日均溫差變化幅度在所有處理中最大，平均高達(dá)8.1 ℃，采取覆蓋措施可有效降低土壤日均溫差變化幅度0.7 ～1.9 ℃，處理F和處理J降低效果更加顯著.由圖3中的誤差棒長度可知，各處理在土壤日均溫度較低時(shí)土壤溫度差異較小，在日均溫度較高時(shí)差異較大，且越靠近地表，各處理間土壤溫度差異越大，表層0～10 cm土壤各處理間土壤溫度差異顯著大于15～25 cm土壤.

圖3 不同覆蓋措施下0～25 cm土壤溫度隨時(shí)間變化

2.2.2 0～25 cm土壤溫度日變化規(guī)律

為進(jìn)一步探究各處理對土壤溫度變化的影響，選取典型晴朗天氣(7月21日—23日)，監(jiān)測0～25 cm各層土壤溫度T的日變化，如圖4所示.各處理0～10 cm土壤溫度在6:00—20:00大致呈倒“V”型趨勢變化，隨土壤深度的增加，土壤溫度日變化趨于平緩.6:00—10:00大氣溫度相對較低，各覆蓋處理表現(xiàn)出良好的保溫效果，10:00之后，隨外界氣溫的升高，各處理土壤溫度明顯提高，除處理F+B，各覆蓋處理的土壤溫度整體低于處理CK.表層0～10 cm土壤溫度的峰值出現(xiàn)在14:00左右，而下層10～25 cm土壤溫度存在略微滯后現(xiàn)象，最高土壤溫度出現(xiàn)在16:00左右，土壤表層溫度日變化顯著大于土壤下層溫度日變化，處理F+B表層5 cm處土壤溫度日變化幅度高達(dá)17.7 ℃，而下層土壤25 cm處溫度變化幅度僅為4.5 ℃.覆蓋處理可以顯著降低土壤溫度日變化幅度，并隨土壤深度的增加，這種降低作用逐漸減弱，且不同處理間差異明顯，處理F+B日變化幅度較大，較處理CK，處理F在5，10，15，20，25 cm處土壤溫度溫度日變幅降低了3.9，3.7，3.8，3.1，1.6 ℃，起到了良好的緩沖降溫作用.

圖4 不同覆蓋措施下0～25 cm土壤溫度日變化

2.3 覆蓋對獼猴桃產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

產(chǎn)量與品質(zhì)是衡量獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要經(jīng)濟(jì)指標(biāo).覆蓋對獼猴桃產(chǎn)量與品質(zhì)的影響如表3所示，其中SY，SN，SM，DC，VD，TD，SI，VC，SS，TC，TA，SA分別表示單株產(chǎn)量、單株果數(shù)、單果質(zhì)量、干物質(zhì)含量、縱徑、橫徑、果形指數(shù)、維生素C、可溶性固形物、總糖、可滴定酸、糖酸比.獼猴桃單株產(chǎn)量變化范圍為4.23～4.46 kg/株，處理B和F單株產(chǎn)量高于處理CK，但未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)差異水平，究其原因可能是構(gòu)成獼猴桃產(chǎn)量的因素眾多，且果樹產(chǎn)量形成是個(gè)漫長的過程，需要地表長期覆蓋才能使提高的產(chǎn)量效果完全顯現(xiàn).單果質(zhì)量是評(píng)判獼猴桃大小的重要指標(biāo)，相比處理CK，所有覆蓋處理均可提高獼猴桃單果質(zhì)量，處理H，B，F(xiàn)，F(xiàn)+B，J單果質(zhì)量分別提高了0.1%，3.3%，7.7%，7.6%，1.3%，由此可見覆蓋處理有助商品果(紅陽獼猴桃單果質(zhì)量大于60 g)的形成.

表3 不同覆蓋處理對獼猴桃產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

覆蓋處理可提高獼猴桃干物質(zhì)含量8.1%～15.8%，處理F和J效果最佳.縱橫徑是評(píng)價(jià)獼猴桃形狀的重要指標(biāo)，覆蓋處理雖對獼猴桃縱徑的影響不明顯，但使橫徑提高了0.5%～21.5%，進(jìn)而使果形指數(shù)降低了6.8%～10.5%，使獼猴桃的外觀更接近圓形.被譽(yù)為“水果維C之王”的獼猴桃富含維生素C，相比處理CK，覆蓋處理對維生素C有較大提高，處理B尤為顯著，每100 g維生素C含量高達(dá)66.88 mg.可溶性固形物含量直接影響獼猴桃的口感，處理F+B對可溶性固形物含量影響最為顯著，可提高2.1%.作為酸甜口味的水果，酸甜度對獼猴桃口感顯得尤為重要，覆蓋處理在降低獼猴桃酸度的同時(shí)提高了糖度，進(jìn)而提高了糖酸比3.8%～33.6%，使得口感更佳.

3 討 論

南方季節(jié)性干旱(易發(fā)生在6—9月)發(fā)生時(shí)正值獼猴桃需水的關(guān)鍵期，此時(shí)土壤水分的田間管理尤為重要.覆蓋可有效降低土壤的蒸散作用[14]，為獼猴桃生長發(fā)育提供必要的水分.本研究表明，覆蓋提高了0～50 cm土壤含水率1.1%～3.3%，由于土壤水分的運(yùn)移路徑及獼猴桃耗水狀況不同，各處理保水效果存在一定差異.處理H和B雖可形成“隔膜效應(yīng)”，對土壤水分的蒸散起抑制作用[2]，但其對土壤含水率的提高效果沒有其他覆蓋處理明顯[15]，可能是地膜的密閉性阻礙雨水入滲，減少降雨對土壤水分的補(bǔ)充.由編織結(jié)構(gòu)組成的處理F具有良好的透水性，即使降雨較小或僅有少量露水時(shí)，水分也可以通過其結(jié)構(gòu)縫隙進(jìn)入土壤[16],提高土壤含水率.同時(shí)，處理F在晴熱天氣可以減緩?fù)寥浪终舭l(fā)，增大蒸發(fā)阻力，有效抑制土壤水分散失，從而有效保持土壤墑情.

夏季土壤溫度過高，會(huì)影響獼猴桃生長，致使獼猴桃出現(xiàn)灼傷、色澤較差等現(xiàn)象.地表覆蓋后，地表與大氣間可形成特殊的熱量與輻射交換層，會(huì)對熱量傳輸及輻射吸收產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響土壤溫度[17].處理F降低了土壤溫度0.9～3.5 ℃，因?yàn)樘幚鞦本身存在物理遮蔽作用，白天高溫時(shí)對太陽輻射阻擋作用較強(qiáng)，同時(shí)處理F具有良好的透氣性，有助于加快土壤與外界熱量的交換頻率，因此可有效降低土壤溫度[18].同時(shí)土壤含水率在一定程度上可以影響土壤溫度狀況，處理F可以提高土壤含水率，水的比熱容比較大，含水率高的處理土壤升溫慢.

土壤水熱是獼猴桃生長的重要條件，改善土壤水熱條件是獼猴桃增產(chǎn)提質(zhì)的重要措施.中國南方夏季高溫與季節(jié)性干旱的雙重脅迫會(huì)導(dǎo)致土壤溫度過高、蓄水保墑效果不佳，嚴(yán)重影響獼猴桃產(chǎn)量與品質(zhì).采取適宜的覆蓋措施有助于改善這種狀況，特別是處理F效果較為顯著，與處理H和B相比，處理F不阻礙降水下滲[18]，有利于為果實(shí)增長提供必要的水分，且處理F在夏季土壤降溫效果明顯[19]，避免了獼猴桃在關(guān)鍵生長期的高溫脅迫，有利于提高獼猴桃根部活性.同時(shí)，處理F顏色較深，可以遮蔽陽光，進(jìn)而影響雜草進(jìn)行光合作用，對果園雜草生長起良好的抑制效果，降低雜草對土壤水分和養(yǎng)分的爭奪，使更多水分和養(yǎng)分用于作物生長[20]，進(jìn)而提高獼猴桃產(chǎn)量與品質(zhì)[21].

4 結(jié) 論

1) 覆蓋處理可有效保持土壤水分，與處理CK相比，可提高土壤含水率1.2%～2.9%，防草布與秸稈覆蓋處理提高土壤含水率效果尤為顯著.在0～50 cm土層內(nèi)，土壤含水率隨土層深度的增加而顯著提升.

2) 各處理間0～25 cm土壤溫度差異明顯，較處理CK相比，防草布與秸稈覆蓋處理在夏季降溫效果顯著，可降低土壤溫度2.5～2.6 ℃.隨土層深度的增加，土壤日均溫和溫度日變幅均趨于平緩.

3) 防草布覆蓋處理單株產(chǎn)量最高，較處理CK，單株產(chǎn)量提高了0.15 kg，覆蓋處理還可提高單果質(zhì)量0.1%～7.7%.同時(shí)覆蓋處理對糖酸比影響顯著，可提高糖酸比3.8%～33.6%.