不同覆蓋對山地黃壤區(qū)表層土壤性質及柑橘品質的影響

余 高，陳 芬，田 霞，羅有亮，謝婉瑩

（1.銅仁學院 貴州省梵凈山地區(qū)生物多樣性保護與利用重點實驗室，貴州 銅仁 554300；2.貴州精源科技有限公司，貴州 銅仁 554300）

0 引 言

黃壤是貴州省山地主要的土壤類型之一，占到全省旱、耕地面積的46.2%，是貴州省糧食、經(jīng)濟作物的主要生產(chǎn)基地。然而，由于貴州地處云貴高原東側，喀斯特地形地貌典型，月、季降雨量時空分布不均，濕潤氣候背景下臨時性干旱頻發(fā)，造成耕地土層淺薄，水土流失嚴重，這使得貴州山地黃壤生產(chǎn)力低下，嚴重制約著貴州省農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

覆蓋能有效改善土壤微環(huán)境，調節(jié)土壤養(yǎng)分狀況，增加微生物數(shù)量及活性，具有較好地提質增效等作用[1]，近年來已在中國得到廣泛應用與推廣，成效巨大。有學者預計，2025年我國地膜覆蓋面積將增加到2.34×107hm2[2,3]。覆蓋主要包括塑料薄膜覆蓋和秸稈覆蓋[4]。李文旺等[5]研究表明，覆蓋可以改善土壤水熱狀況，提高土壤酶活性，并能有效增加大蒜產(chǎn)量和品質。曹寒冰等[6]研究發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋能加速旱地麥田土壤養(yǎng)分的礦化速率，提高其溫度敏感性。李昱鵬等[7]研究表明，秸稈覆蓋能顯著提高北方梨棗產(chǎn)量，并有效改善梨棗的果實品質。還有研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋能通過改變土壤水熱條件、養(yǎng)分以及樹樘內部光照等來影響果實品質的形成，進而有效提高果園產(chǎn)量和果實品質[8,9]?？偟膩砜?，目前關于覆蓋措施作用于旱地作物、設施園藝及北方果園的研究多有報道[5-10]，且大多只開展了1 a 的研究，鮮少有關注在南方柑橘園連續(xù)覆蓋不同材料2 a 后柑橘園土壤理化特性及柑橘果實品質的差異比較研究。

柑橘是世界上種植面積和果實產(chǎn)量第一的水果[11]，具有豐富的營養(yǎng)價值和較高的經(jīng)濟效益，而土壤作為柑橘根系生長和養(yǎng)分吸收的基礎，土壤環(huán)境條件與養(yǎng)分供應狀況是柑橘生長發(fā)育和果實品質提升的重要保障[12]。通過比較分析不同覆蓋材料下柑橘園表層土壤養(yǎng)分、酶活性和柑橘產(chǎn)量、果實品質的差異特征，探究適合貴州山地黃壤區(qū)柑橘生長發(fā)育的最佳覆蓋材料，以期為改善柑橘園生態(tài)功能，提升果園水肥利用效率，提高柑橘產(chǎn)量和品質，實現(xiàn)貴州柑橘產(chǎn)業(yè)提質增效高質量發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省銅仁市松桃縣長興堡鎮(zhèn)柑橘種植基地（28°33'N，109°21'E），屬中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年平均氣溫16.5 ℃，年均降雨量為1 378.3 mm，年均日照數(shù)為1 228 h，海拔681 m，無霜期293 d。供試土壤為山地黃壤土，開始試驗前土壤pH 值5.85，土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為23.59 g/kg、149.04 mg/kg、30.56 mg/kg 和200.98 mg/kg。供試柑橘品種為“愛媛38 號”，于2019 年4 月移栽，2020、2021 年為柑橘幼齡生長期未掛果，2022 年為第1 次掛果。

1.2 試驗設計

田間覆蓋試驗開始于2020年（柑橘樹齡3 a），共設置5個處理，即不覆蓋對照（CK）、白色地膜覆蓋（T1）、黑色地膜覆蓋（T2）、園藝地布覆蓋（T3）、玉米秸稈覆蓋（T4）。每個處理均選擇長勢一致、健康無病害的植株5株為一個小區(qū)，重復3 次。每年11 月覆蓋前施用商品有機肥（由巴彥淖爾市德源肥業(yè)有限公司生產(chǎn)，有機質含量≥90%，N+P2O5+K2O≥12%）300 kg/hm2，三元復合肥（由中化化肥有限公司生產(chǎn)，N、P、K 總養(yǎng)分≥40%，N-P2O5-K2O=28-6-6）300 kg/hm2，次年6-9月于柑橘生長旺盛期每3 周噴施1 次N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15葉面肥，年均噴施4次，各處理生育期采用人工除草，其他田間管理均一致。

1.3 樣品采集與測定

于2022 年10 月柑橘果實成熟期，避開施肥穴和根系，采用五點取樣法在各試驗小區(qū)采集0～20 cm 表層混合土壤，去除石塊和雜質后帶回實驗室，于室內風干，磨細后分別過1 mm、0.25 mm 篩裝袋保存，用于土壤理化指標測定。土壤pH 采用水浸提（水土比為5∶1），pH 酸度計測定；土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量采用土壤農(nóng)化分析常規(guī)方法測定[13]；土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性參照關松蔭[14]測定方法。

果實采摘時，每個處理隨機選擇3 株柑橘樹，并在每株柑橘樹上、中、下、內、外部及東、南、西、北4 個方位均勻采摘大小基本一致的果實，每株樹均采集成熟果實9 個。果實采摘后分別使用分析天平和電子稱直接稱量單果質量和果實總質量，剝皮后稱取果皮質量，并將柑橘果肉榨汁，果渣瀝干水分后稱量，可計算可食率和果汁率。維生素C 含量采用用2,6-二氯靛酚試劑進行滴定，可溶性固形物使用手持式糖度計測定，可滴定酸采用NaOH 滴定法測定，并計算固酸比[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗和多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋對柑橘園土壤pH和養(yǎng)分含量的影響

由圖1 可以看出，不同覆蓋下柑橘園土壤pH、養(yǎng)分含量部分存在顯著性差異（P＜0.05）。與CK 相比，T4 處理顯著增加了土壤pH值，而T1、T2、T3處理則顯著降低了土壤pH值。由圖1 還可以看出，覆蓋均在一定程度上改善了土壤養(yǎng)分狀況，提高了土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。其中，T4 處理土壤有機質含量最高，較CK、T3 處理分別提高15.76%、9.28%，且差異均達到顯著水平，但與T1、T2 處理間差異不顯著；T4 處理堿解氮含量較CK 處理提高62.12%，較其他覆蓋處理提高24.29%～50.00%，且差異均達到顯著水平，T1、T3 處理與CK 處理間差異不顯著，但仍分別提高了8.08%、10.87%；T1、T2、T4 處理土壤有效磷含量較CK 處理分別顯著提高16.22%、18.67%、22.71%，但與T3 處理間差異不顯著；T4處理速效鉀含量最高，較CK 和其他覆蓋處理顯著提高12.15%～44.28%，T1、T3 處理速效鉀含量顯著高于CK 和T2 處理，分別提高23.10%、28.65%和11.32%、16.34%，T2與CK處理間差異不顯著，但仍可提高10.58%。

圖1 不同覆蓋下柑橘成熟期土壤pH與養(yǎng)分含量Fig.1 Soil pH and nutrient content during citrus maturation under different coverings

2.2 不同覆蓋對柑橘園土壤酶活性的影響

由圖2可以看出，不同覆蓋措施在一定程度上均能有效提高柑橘園土壤酶活性。其中，T4 處理土壤過氧化氫酶活性較CK 處理提高23.08%，較T1、T2 處理分別提高9.09%、11.63%，且差異均達到顯著水平，與T3 處理差異不顯著，但仍可提高3.23%；T4 處理土壤脲酶活性較CK、T1 處理分別提高61.11%、38.10%，且差異均達到顯著水平，但與T2、T3 處理間差異不顯著；4種覆蓋處理均顯著提高了柑橘園土壤蔗糖酶活性，較CK 處理顯著提高了115.49%～172.54%，T1、T2、T3 處理間差異不顯著；T4 處理土壤酸性磷酸酶活性較CK、T2、T3 處理分別提高72.73%、10.47%、57.46%，且差異均達到顯著水平，但與T1 處理間差異不顯著，T3 與CK 處理間差異不顯著，但仍可提高9.70%。

圖2 不同覆蓋下柑橘成熟期土壤酶活性Fig.2 Soil enzyme activities during citrus maturation under different coverings

2.3 不同覆蓋對柑橘產(chǎn)量及果實品質的影響

不同覆蓋下柑橘產(chǎn)量及果實品質特征定量分析結果顯示（表1），覆蓋均在一定程度上有效提高了柑橘產(chǎn)量及果實單果重、可食率、果汁率、維生素C、可溶性固形物含量，且降低了果實可滴定酸含量，增加了柑橘果實的固酸比值。與CK 相比，覆蓋處理（T1～T4）柑橘產(chǎn)量，果實的單果重、可食率、果汁率、可溶性固形物和固酸比分別提高了6.89%～14.22%，8.84%～15.51%、2.51%～4.47%、3.12%～7.59%、4.60%～10.73%、11.39%～25.65%，且差異均達到顯著水平。T1、T3、T4 處理維生素C 含量分別較CK 顯著提高13.33%、16.67%、23.33%，T2 處理與CK 處理間差異不顯著，但仍可提高6.67%。T4 處理可滴定酸含量較CK 處理降低了11.11%，T1、T2、T3 處理與CK 處理間差異不顯著，但仍可降低4.94%～8.64%。

表1 不同覆蓋下柑橘果實品質特性Tab.1 Quality characteristics of citrus fruits under different coverings

2.4 不同覆蓋下柑橘園土壤酶活性和土壤pH、養(yǎng)分含量之間的相關性

由圖3可知，4種土壤酶活性與pH之間相關性不顯著；土壤過氧化氫酶活性與有機質和速效鉀含量，脲酶活性與堿解氮含量，蔗糖酶活性與有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，酸性磷酸酶活性與有機質、堿解氮和有效磷含量呈極顯著正相關（P＜0.01）；過氧化氫酶活性與堿解氮含量，脲酶活性與有機質、有效磷和速效鉀含量呈顯著正相關（P＜0.05）；酸性磷酸酶活性與速效鉀含量相關性不顯著。

圖3 土壤酶活性和土壤pH、養(yǎng)分含量之間的相關性熱圖Fig.3 Correlation heat map between soil enzyme activity and soil pH,nutrient contents

2.5 不同覆蓋下柑橘果實品質與土壤環(huán)境因子的相關性分析

利用關聯(lián)網(wǎng)絡分析不同環(huán)境因子與柑橘果實品質之間的關系，結果發(fā)現(xiàn)（圖4），柑橘產(chǎn)量與土壤有機質含量，單果重與有機質、有效磷含量和酸性磷酸酶活性，可食率與有機質、堿解氮、脲酶和酸性磷酸酶活性，果汁率與有機質、脲酶和酸性磷酸酶活性，維生素C含量與有機質、堿解氮和脲酶活性，可溶性固形物與脲酶活性，固酸比與堿解氮和有效磷含量呈顯著正相關（P＜0.05）；柑橘產(chǎn)量與堿解氮、速效鉀、過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶活性，單果重與堿解氮、速效鉀、過氧化氫酶和脲酶活性，可食率與速效鉀、過氧化氫酶和蔗糖酶活性，果汁率與堿解氮、有效磷、速效鉀、過氧化氫酶和蔗糖酶活性，維生素C含量與速效鉀、過氧化氫酶和蔗糖酶活性，可溶性固形物與有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、過氧化氫酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性，固酸比與有機質、速效鉀、過氧化氫酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性呈極顯著正相關（P＜0.01）；可滴定酸與速效鉀、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性呈顯著負相關（P＜0.05），與過氧化氫酶活性呈極顯著負相關（P＜0.01）。對相關性網(wǎng)絡分析結果進行關系對去重和數(shù)據(jù)篩選后發(fā)現(xiàn)，有機質、堿解氮和速效鉀含量均是柑橘產(chǎn)量、單果重、可食率、果汁率、維生素C含量、可溶性固形物和固酸比的主要影響因子。此外，速效鉀含量還是可滴定酸的主要影響因子；有效磷是柑橘產(chǎn)量、果汁率、可溶性固形物和固酸比的主要影響因子；過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均是單果重、可食率、果汁率和可溶性固形物的主要影響因子；過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性是柑橘產(chǎn)量和維生素C含量的主要影響因子；過氧化氫酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性是可滴定酸和固酸比的主要影響因子。

圖4 柑橘果實品質與土壤環(huán)境因子間的相關性網(wǎng)絡分析Fig.4 Correlation network analysis of citrus fruit quality and soil environmental factors

3 討論與結論

覆蓋能有效改善果園土壤的蓄水保溫能力，調節(jié)土壤理化特性，增加土壤有機質和養(yǎng)分供應水平，進而提高果樹對土壤養(yǎng)分的吸收利用能力，有利于果園可持續(xù)生產(chǎn)[16,17]。pH值是土壤的一項重要化學指標，影響著土壤有機質、養(yǎng)分的分解轉化及土壤酶的活性，是影響土壤肥力的重要因素之一[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，柑橘園表層土壤連續(xù)覆蓋2 a 后，除秸稈覆蓋顯著提高了果園土壤pH 值外，2 種地膜和園藝地布覆蓋均顯著降低了柑橘園土壤pH，這與黨昆[19]、沈鵬飛[20]等的研究結果類似，這是因為地膜覆蓋會升高土壤溫度，使植物根系分泌大量有機酸而導致土壤pH 值降低，而秸稈覆蓋相對于地膜具有較好的透氣性，同時秸稈在土壤微生物的作用下分解，增加了土壤有機質含量，進而增加土壤pH 緩沖容量而提高偏酸性土壤的抗酸化能力。土壤有機質和養(yǎng)分含量是衡量土壤肥力水平的重要化學指標[21]，與柑橘產(chǎn)量的高低、品質優(yōu)劣有著不可分割的聯(lián)系，其含量高低可直接反映不同覆蓋措施對果園土壤的改良效果。本研究結果表明，覆蓋均在一定程度上改善了柑橘園土壤養(yǎng)分狀況，提高了土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，相對于2 種地膜和園藝地布覆蓋，玉米秸稈覆蓋對土壤有機質和速效養(yǎng)分的提升更為明顯。這是因為覆蓋能提高土壤蓄水保墑能力，改善土壤微環(huán)境，有利于微生物的活動繁殖，促進土壤有機質的分解礦化和養(yǎng)分循環(huán)，減少地表徑流而降低土壤養(yǎng)分流失，進而增加了表層土壤有機質和速效養(yǎng)分含量，這與劉長源等[22]研究結果基本一致。土壤酶作為土壤生物化學過程中的重要組成部分，主要來源于土壤微生物代謝和動植物活動，是參與土壤有機物分解和養(yǎng)分循環(huán)轉化的關鍵成分因子[23]，其活性高低是反映土壤質量水平和肥力高低的重要生物指標[24]。本研究結果表明，覆蓋在一定程度上均能有效提高柑橘園土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性。這是由于覆蓋的增墑效應為土壤微生物的繁殖與活動以及各種酶促反應提供了良好的條件與場所，促進了酶和底物的擴散，從而使土壤酶活性提高。大量研究證實，土壤酶參與土壤中有機質、氮、磷、鉀等養(yǎng)分的生物轉化與循環(huán)，兩者呈顯著正相關關系[18,21,22]，因此，土壤化學性質與酶活性結合可以較準確地反映土壤肥力的變化。本研究中，土壤過氧化氫酶活性與土壤有機質、堿解氮、速效鉀含量呈顯著或極顯著正相關，土壤脲酶活性與土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量呈顯著或極顯著正相關，土壤蔗糖酶活性與土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈極顯著正相關，土壤酸性磷酸酶活性與土壤有機質、堿解氮、有效磷含量呈極顯著正相關?？傊寥阑瘜W性質與酶活性之間具有一定的互作關系及協(xié)同變化效應，影響著不同覆蓋條件下柑橘園土壤養(yǎng)分的循環(huán)轉化及累積過程，證實了連續(xù)覆蓋可以有效改善柑橘園土壤肥力及養(yǎng)分供應水平。

果實品質是衡量柑橘商品性能的直接指標，而果實品質的高低受到多種指標綜合作用的影響[25]。研究認為，柑橘果實的單果重、可食率、果汁率、維生素C、可溶性固形物、可滴定酸含量以及固酸比能有效反映出柑橘品質的絕大部分信息[26]。覆蓋可以通過提高土壤養(yǎng)分供應能力和改善土壤微環(huán)境以及樹樘內部光照等來促進果實品質的形成[27,28]。大量研究證實，覆蓋能誘導柑橘果實蔗糖合酶基因表達，促進可溶性糖的合成和累積，有效促進柑橘果實糖分含量增加，并能顯著提高柑橘果實可溶性固形物含量和固酸比值[29,30]。本研究結果表明，柑橘園覆蓋均在一定程度上有效提高了柑橘產(chǎn)量、果實單果重、可食率、果汁率、維生素C、可溶性固形物含量，降低了果實可滴定酸含量，增加了柑橘果實的固酸比值，這與王馳等[31]的研究結果一致。一方面，覆蓋能加強果樹的補光效果，提高果樹光合效率，促進果實干物質積累和品質形成[32,33]；另一方面，覆蓋通過避雨抑制了中皮層細胞的分裂和增長，進而降低了果皮厚度，提高果實可食率含量[34]。相關性分析結果表明，柑橘果實單果重、可食率、果汁率、維生素C和可溶性固形物與土壤有機質、速效養(yǎng)分和土壤酶活性之間呈顯著或極顯著相關關系，說明柑橘品質形成會受到土壤有機質、養(yǎng)分含量及微生物活動等土壤因子的直接或間接影響，這與常健瑋[35]、曹勝[36]等的研究結果基本一致。目前，覆蓋對果實的增糖效應得到了行業(yè)的普遍認可，但對果實可滴定酸含量的影響卻仍有較大分歧，大多研究表明覆蓋可有效減少果實可滴定酸含量[31]，但也有研究認為覆蓋會顯著增加果實可滴定酸含量[37]。本研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋顯著減少了柑橘果實可滴定酸含量，但不同覆蓋材料之間差異不明顯。相關性分析結果表明，果實可滴定酸含量與土壤速效鉀含量和土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性呈顯著或極顯著負相關，說明柑橘果實可滴定酸主要受到土壤中速效鉀和酶活性的影響。

綜上，覆蓋能有效改善柑橘園土壤肥力，提高土壤養(yǎng)分供應水平，刺激土壤酶活性，促進柑橘品質形成。相較于普通地膜和園藝地布覆蓋，玉米秸稈覆蓋在提高柑橘園土壤有機質、速效養(yǎng)分含量、刺激土壤酶活性，以及提高柑橘果實品質方面綜合效果更好，可優(yōu)先作為柑橘園地表覆蓋材料。