覆蓋植物對(duì)杏園土壤和果實(shí)質(zhì)量的影響

梁芊

摘??? 要：為研究不同覆蓋植物處理對(duì)杏園土壤和果實(shí)質(zhì)量的影響，選用長(zhǎng)柔毛野豌豆（VV）、紫苜蓿（MS）、紫苜蓿70%和小麥30%的混合物（MSTA）、附地菜（TP）作為冬季覆蓋植物種植，酸模（RA）作為夏季覆蓋植物種植于杏園土壤中，設(shè)計(jì)隨機(jī)完整區(qū)組，從每個(gè)地塊的0～20 cm和20～40 cm深度進(jìn)行土壤取樣和物理化學(xué)性質(zhì)分析。覆蓋植物提高了土壤質(zhì)量，在0～20 cm土壤深度，VV處理增幅最大，其中土壤樣品的有機(jī)質(zhì)含量（OM）、飽和導(dǎo)水率（Ks）、有效含水量（AWC）和土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)（SSI）分別增加了70.9%、257.1%、17.2%和9.5%，而土壤容重（BD）減少了11.1%。平均果實(shí)質(zhì)量增加率最高是VV處理，為12.4%。不同覆蓋植物處理的土壤質(zhì)量物理和化學(xué)性質(zhì)參數(shù)之間相關(guān)性最高的是電導(dǎo)率EC與飽和導(dǎo)水率Ks（相關(guān)系數(shù)0.996）、pH值與電導(dǎo)率EC（相關(guān)系數(shù)-0.986）。不同覆蓋植物對(duì)20～40 cm深度土壤物理和化學(xué)性質(zhì)影響不顯著。覆蓋植物處理能夠改善杏園土壤質(zhì)量并提高果實(shí)質(zhì)量，可以將覆蓋植物納入土壤管理體系。

關(guān)鍵詞：覆蓋植物；土壤質(zhì)量；杏園；果實(shí)質(zhì)量

文章編號(hào)：1005-2690（2023）05-0034-05?????? 中國(guó)圖書分類號(hào)：S66；S153?????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

作物殘茬管理是作物耕作過程中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)[1]。以植物殘?bào)w作為覆蓋物，對(duì)土壤具有保持水土、循環(huán)利用養(yǎng)分及輸入有機(jī)質(zhì)等重要作用[2]。覆蓋植物通過改善土壤物理、化學(xué)和生物特性，達(dá)到提高其行栽作物產(chǎn)量的目的[3]。

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍集約化使用化肥，不但使生產(chǎn)成本增加，而且使生態(tài)環(huán)境受到了破壞和污染[4]。覆蓋植物作為可再生資源，在保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)和恢復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)時(shí)可以發(fā)揮出巨大的潛力[5-9]，亟待針對(duì)覆蓋植物建立一套環(huán)境友好型的模式以便推廣應(yīng)用[10-12]。

合理種植覆蓋植物可以改善灌木或喬木作物土壤的化學(xué)、物理和生物學(xué)特性[13]。土壤有機(jī)質(zhì)含量直接關(guān)系到作物肥力[14]。有機(jī)物質(zhì)的分解速率與土壤中的碳元素供應(yīng)量密不可分。有機(jī)碳含量可以由施肥過程中碳元素的輸入和流失來調(diào)節(jié)。長(zhǎng)期單一施用無機(jī)肥料會(huì)使土壤有機(jī)質(zhì)減少，合理運(yùn)用有機(jī)改良劑如作物殘茬或農(nóng)家肥等可以有效增加有機(jī)質(zhì)[15-17]。

近年來用于改善失衡的土壤、植物養(yǎng)分供給及保持有機(jī)質(zhì)的農(nóng)業(yè)和環(huán)境方法，大多圍繞有機(jī)廢棄物的循環(huán)利用，包括植物殘?jiān)?dòng)物糞便、污泥污水、堆肥、加工副產(chǎn)品等[18]。

其中，覆蓋植物對(duì)于減少化學(xué)品使用和提高土壤質(zhì)量越發(fā)重要，受到廣泛關(guān)注。很多研究證實(shí)了對(duì)覆蓋植物的合理設(shè)計(jì)、正確選擇、充分利用和科學(xué)管理，不但可以顯著提高生產(chǎn)力，而且可以有效改善土壤和水質(zhì)[19]。土壤有機(jī)質(zhì)的模式豐富多樣，既可以直接施用有機(jī)肥料和動(dòng)物糞便，也可以利用堆肥或覆蓋植物隨著土壤有機(jī)質(zhì)分解持續(xù)向樹木提供養(yǎng)分[20]。

以往對(duì)于果園土壤的研究，多集中在土壤理化性質(zhì)方面[21-28]，零星報(bào)道覆蓋植物對(duì)果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀的影響[29-31]，針對(duì)杏園土壤質(zhì)量的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究通過評(píng)估不同覆蓋植物長(zhǎng)柔毛野豌豆、紫苜蓿、小麥、附地菜和酸模對(duì)位于河北省的黏土杏園土壤質(zhì)量和杏質(zhì)量的影響，旨在為提高果園土壤質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的土壤管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)地點(diǎn)位于37°18′N、115°04′E，年平均降水量為648.8 mm，平均氣溫為14.5 ℃，年均日照時(shí)數(shù)為2 093.8 h。

1.2 田間試驗(yàn)

選用5種覆蓋植物[32]，包括長(zhǎng)柔毛野豌豆（VV）、紫苜蓿（MS）[33]、70%紫苜蓿+30%小麥（MSTA）、附地菜（TP）（冬季）和酸模（RA）（夏季），設(shè)置裸露對(duì)照地塊（BC）、除草劑對(duì)照地塊（HC）和機(jī)械對(duì)照地塊（MC）。試驗(yàn)采用隨機(jī)完整區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)地塊為4 m×20 m，4次重復(fù)。首次耕作土壤時(shí)間為11月的第1周。整地在播種覆蓋植物之前進(jìn)行，時(shí)間為4月中旬。冬季覆蓋植物首次耕作土壤時(shí)間為9月中旬，整地時(shí)間為11月的第1周。覆蓋植物與杏樹間隔50 cm。酸模種植時(shí)間為2019年4月15日和2020年5月2日，其他冬季覆蓋植物種植時(shí)間為2019年10月16日和2020年10月16日。

覆蓋植物種植采用種子播撒法。待覆蓋植物開花期后，使用雙盤中耕機(jī)分2次將試驗(yàn)中的覆蓋植物包裹到土壤中，深度約為10 cm。機(jī)械控制或施用除草劑在雜草處于4～8片葉子時(shí)期（2020年5月15日和2021年5月20日）進(jìn)行。

1.3 土壤取樣

采用螺旋形土壤鉆分別從0～20 cm和20～40 cm 2個(gè)不同深度，對(duì)每個(gè)處理中的土壤進(jìn)行取樣，將土壤樣本置于自封袋中并進(jìn)行鑒定。土壤樣品過2 mm篩子進(jìn)行篩分后，用于物理、化學(xué)和生物土壤分析。

1.4 土壤化學(xué)分析

土壤樣品的有機(jī)質(zhì)含量（OM）采用Walkley–Black方法測(cè)定[34]。利用Dumas儀器法對(duì)總氮含量進(jìn)行測(cè)定。運(yùn)用EC流量計(jì)檢測(cè)土壤25 ℃下的電導(dǎo)率。采用比重計(jì)測(cè)定土壤粒徑分布情況。將土壤制成w∶v=1∶1土壤-水懸浮液，運(yùn)用pH計(jì)測(cè)定土壤pH值。利用乙酸銨法測(cè)定交換性陽離子[35]。有效磷含量通過0.5 mol/L、pH值為8.5的NaHCO3萃取法測(cè)定。通過測(cè)量在22 ℃孵化24 h的CO2產(chǎn)量，測(cè)定基礎(chǔ)土壤呼吸（BSR）[36]，以mg·CO2/100 g表示。

1.5 土壤物理分析

采用恒定水頭滲透儀測(cè)量，根據(jù)達(dá)西方程計(jì)算土壤樣本的飽和導(dǎo)水率（Ks，cm/h）。

Ks=（）（1）

式中：Q為流出量，cm3；A為土柱橫截面積，cm2；t為時(shí)間，h；S為土柱長(zhǎng)度，cm；H為土柱上的水頭，cm。

采用比重計(jì)測(cè)定，并用下列公式計(jì)算確定土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)（SSI）。

SSI=∑b-∑a（2）

式中：b是Calgon試劑分散的粉土和黏土的百分比，a是懸浮液中粉土和黏土的百分比。

采用濕式篩分裝置評(píng)估團(tuán)聚體穩(wěn)定性（AS）。運(yùn)用壓力板裝置測(cè)量田間持水量（FC）和土壤永久萎蔫點(diǎn)（PWP）。通過計(jì)算FC和PWP之間的差值得到有效含水量（AWC）。

測(cè)定土壤容重（BD）采用狄曉雙等（2021）[37]的方法。通過以下公式計(jì)算得到孔隙度（F）。

F=1-（BD/2.65） （3）

由質(zhì)量含水量和體積密度的乘積，得到體積含水量（θ）。通過測(cè)定濕樣品和干樣品的質(zhì)量（在105 ℃下）得到質(zhì)量含水量（W）。使用干篩分法（使用4.00、3.35、2.00、1.40、1.20、1.00、0.50、0.425、0.25 mm篩子）計(jì)算平均質(zhì)量直徑（MWD）。

MWD=W（i）xi（4）

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)整理、計(jì)算采用Microsoft Excel 2019軟件。用SPSS 20.0對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行方差分析。如差異顯著（P<0.05），再用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋植物對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

不同覆蓋植物對(duì)杏園0～20 cm土壤深度的土壤化學(xué)性質(zhì)有顯著影響（表1）。第2年（2021年）比第1年（2020年）土壤性質(zhì)的改善效果好。與對(duì)照（BC）相比，覆蓋植物處理組的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加，不同覆蓋植物處理土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為VV、MS、MSTA、RA、TP、MC、BC、HC，分別為2.58%、2.49%、2.43%、2.30%、2.21%、1.79%、1.51%、1.38%，不同覆蓋植物處理土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅在46.4%～70.9%。杏園的總氮含量由對(duì)照（BC）的10.6×102 mg/kg增加到18.1×102 mg/kg（VV）（P<0.05）。電導(dǎo)率（EC）為0.67 ds/m～1.04 dS/m，最大值增幅為55.2%（VV）。不同處理有效磷含量平均值為20.0 mg/kg，最高值為22.43 mg/kg（VV）（P<0.05），增幅達(dá)41.8%?？山粨Q鉀含量由對(duì)照（BC）的3.79×10-2 mg/kg增加到6.62×10-2 mg/kg（VV），增幅達(dá)73.3%。不同覆蓋植物處理基礎(chǔ)土壤呼吸（BSR），由對(duì)照（BC）的12.8 mg·CO2/100 g增加到40.4 mg·CO2/100 g（VV），增幅達(dá)215.6%，平均值為37.5 mg·CO2/100 g，平均增幅為193.0%。不同覆蓋植物處理顯著降低了pH值和可交換鈉，pH值從對(duì)照（BC）處理的7.45降至7.09（VV）（P<0.05），降幅為4.8%?？山粨Q鈉含量由對(duì)照（BC）處理的0.75×10-2 mg/kg降至0.47×10-2 mg/kg（MS）（P<0.05），降幅為36.4%。20～40 cm土層土壤化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)的差異均不顯著（P>0.05）。在0～20 cm和20～40 cm土壤深度，不同覆蓋植物處理（2020年）的可交換鈣和可交換鎂含量的差異不顯著（P>0.05）。

2.2 不同覆蓋植物對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

不同覆蓋植物處理對(duì)杏園0～20 cm土壤深度的土壤物理性質(zhì)有顯著影響（表2）。飽和導(dǎo)水率（Ks）由對(duì)照（BC）的0.35 cm/h升至1.25 cm/h（VV），平均值為1.04 cm/h，增幅區(qū)間為142.9%～257.1%。與對(duì)照相比（BC），土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)（SSI）最高值為55.33%，增幅在6.1%（RA）～9.5%（VV）。不同覆蓋植物處理團(tuán)聚體穩(wěn)定性（AS）最大值為58.68%，與對(duì)照（BC）處理（55.33%）相比，顯著提高（P<0.05），HC處理的值最小，為54.23%。田間持水量（FC）由對(duì)照（HC）的37.58%升至42.50%（VV）。與對(duì)照（HC）相比，土壤永久萎蔫點(diǎn)（PWP）由21.40%升至22.73%（VV）。覆蓋植物處理不同程度降低了土壤容重（BD），由對(duì)照（BC、HC）的1.17 g/cm3降至1.04 g/cm3（VV），降幅為11.1%。不同覆蓋植物處理孔隙度（F）由對(duì)照（MC）的0.55 g/cm3升至0.61 g/cm3（VV）。與對(duì)照（BC）相比，有效含水量（AWC）增幅在15.5%～17.2%。體積含水量（θ）從對(duì)照（BC）處理的30.43%升至VV的38.50%，增幅為27.0%。與對(duì)照（HC）相比，平均質(zhì)量直徑（MWD）最高為0.87 mm（VV），是對(duì)照（HC）的1.20倍。20～40 cm土壤深度的土壤物理質(zhì)量參數(shù)差異不顯著（P>0.05）。

2.3 不同覆蓋植物處理土壤質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系

試驗(yàn)表明，有機(jī)質(zhì)與全N、BSR、Ks、FC、可交換K、AS呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.990、0.968、0.963、0.957、0.950、0.901，有機(jī)質(zhì)與pH值、Na、BD和Ca呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.974、-0.910、-0.909和-0.861。

Ks與EC具有最大的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.996；與BD具有負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.974。

pH值和EC之間具有顯著負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.986。

2.4 不同覆蓋植物處理對(duì)杏單果質(zhì)量的影響

不同覆蓋植物處理顯著影響了果實(shí)質(zhì)量。不同覆蓋植物處理測(cè)定平均單果質(zhì)量如下：VV（34.5 g）、MS（33.9 g）、MSTA（32.9 g）、RA（32.7 g）、TP（32.7 g）、MC（32.1 g）、HC（31.8 g）和BC（30.7 g）。與BC相比，VV和MS的平均果實(shí)質(zhì)量分別增加了12.4%和10.4%。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，不同覆蓋植物普遍影響了0～20 cm深度土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，通過增加有機(jī)質(zhì)含量改善了土壤質(zhì)量和杏果實(shí)質(zhì)量。不同覆蓋植物對(duì)20～40 cm深度土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)的影響不顯著。覆蓋植物的種類不同對(duì)土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的影響具有顯著差異。土壤有機(jī)質(zhì)與土壤物理和化學(xué)性質(zhì)之間存在顯著的相關(guān)性，土壤有機(jī)質(zhì)的增加直接改善土壤的物理、化學(xué)和生物質(zhì)量屬性，從而提高產(chǎn)量水平。由此可見，果園中可以將覆蓋植物納入土壤管理體系，以提高土壤質(zhì)量和果樹的產(chǎn)量。

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作者簡(jiǎn)介：梁 芊（1976—），女，漢族，山西盂縣人，本科，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室管理及土壤成分分析。