摘要:本研究選用多年生黑麥草、紫花苜蓿、高羊茅、長柔毛野豌豆4種功能草種,以清耕和自然生草作為對(duì)照,探究不同生草處理對(duì)果園土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,與多年生黑麥草生草處理相比,紫花苜蓿與長柔毛野豌豆生草處理可以顯著提高0~20 cm土層土壤總孔隙度和0~20 cm、21~40 cm土層田間持水量(P<0.05),顯著降低0~20 cm土層土壤容重(P<0.05)。與處理前相比,2022年10月紫花苜蓿與長柔毛野豌豆生草處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量、全鹽含量、堿解氮含量(0~20 cm土層)、有效鉀含量(0~20 cm土層)顯著提高(P<0.05),土壤pH(0~20 cm土層)顯著降低(P<0.05)。因此,在干旱和半干旱地區(qū)可以選擇苜蓿和長柔毛野豌豆進(jìn)行果園生草處理。本研究結(jié)果為改良果園土壤,提高水果產(chǎn)量提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞:寧夏引黃灌區(qū);果園生草;土壤;理化性質(zhì)
中圖分類號(hào):S545文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-4440(2024)07-1227-07Effects of orchard grass cultivation treatment on physicochemical properties of soils in the Yellow River irrigation zone of NingxiaLI Xiaolong MA Jun CHU Yannan YUE Haiying WANG Fang YUE Fenfen LIU Ting LI Yuan WANG Yuan WU Hao JIA Yonghua1,TIAN Jianwen
(1.Institute of Horticulture, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750001, China;2.Ningxia Institute of Agricultural Product Quality Standards and Testing Technology, Yinchuan 750001, China;3.Forestry Technology Extension and Service Center of Shapotou District, Zhongwei 755000, China;4.Center for Comprehensive Agricultural Development, Ningxia Hui Autonomous Region, Yinchuan 750001, China;5.Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750001, China)
Abstract:In this study, four functional grass species of Lolium perenne L., Medicago sativa L., Festuca elata and Vicia villosa Roth were selected to investigate different grass cultivation treatments on the physical and chemical properties of orchard soils, using clear tillage and naturally growing grass as controls. The results showed that compared with L. perenne L. cultivation treatment, M. sativa and V.villosa cultivation treatments could significantly increase soil total porosity of 0-20 cm soil layer and field capacity of 0-20 cm and 21-40 cm soil layers (P<0.05), and could significantly reduce soil volumetric weight of 0-20 cm soil layer (P<0.05). Compared with soils before treatment, soil organic matter content, total salt content, alkali-hydrolyzed nitrogen content (0-20 cm soil layer) and available potassium content (0-20 cm soil layer) of M. sativa and V.villosa cultivation treatments detected in October of 2022 increased significantly (P<0.05), and soil pH value (0-20 cm soil layer) reduced significantly (P<0.05). Therefore, in arid and semi-arid areas, M. sativa and V. villosa can be selected for orchard grass cultivation treatment. The results of this study provide a theoretical basis for improving orchard soil and increasing fruit yield.
Key words:Yellow River irrigation zone of Ningxia;orchard grass cultivation;soil;physicochemical properties
中國是世界上果園面積最大、水果產(chǎn)量最高的國家。2020年,中國果園面積為1.549×107 hm2,占全球果園面積的28%,水果產(chǎn)量2.5×108 t,占全球水果總產(chǎn)量的23%[1]。水果產(chǎn)業(yè)已成為中國農(nóng)民增收致富、中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)[2]。然而,由于果園長期實(shí)行清耕,果園出現(xiàn)了土壤肥力退化、果實(shí)品質(zhì)下降、水果產(chǎn)量下降等一系列問題,嚴(yán)重制約了水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,因此,需要評(píng)估果園生草處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響[3]。
果園生草處理可以增加植物多樣性,構(gòu)建良好的果園生態(tài)系統(tǒng)[4],已有研究結(jié)果表明,果園生草可改善土壤理化性質(zhì)[5-7],降低土壤氮素淋失率[8],提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性[9]。對(duì)葡萄園進(jìn)行生草處理可維持良好的土壤結(jié)構(gòu),使土壤大孔隙率、總孔隙度減少,促進(jìn)土壤密度的增加[10];自然生草處理并適時(shí)刈割,可使淺層土壤的孔隙度顯著提高,土壤容重顯著降低[11];與處理前土壤相比,生草處理4年和8年梨園土壤容重分別降低4.26%和7.18%,孔隙度分別增加11.54%和44.77%,毛管持水量分別增加32.91%和109.62%,排水能力分別提高21.98%和56.62%[12]。與清耕相比,生草處理土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤不同形式碳氮組分含量均可提高10%以上[13];對(duì)柑橘園進(jìn)行生草處理后,土壤的氮、磷、鉀含量顯著高于清耕區(qū)[14];生草處理土壤pH接近中性[15]。有研究結(jié)果表明,生草處理會(huì)顯著增加果園土壤有機(jī)碳、總氮、有效氮、速效磷和總鉀含量,顯著降低土壤總磷和有效鉀含量[16]。長柔毛野豌豆、多年生黑麥草、紫花苜蓿、高羊茅耐旱性、耐寒性較強(qiáng),生長速度快,生物產(chǎn)量高,并且能夠通過固氮改善土壤理化性質(zhì)[17]。
蘋果產(chǎn)業(yè)是寧夏引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)的重要組成部分,蘋果栽培面積約3.3×104 hm2。該地區(qū)土壤鹽堿含量高,降雨量少,改善土壤理化性質(zhì)對(duì)提高蘋果產(chǎn)量具有重要意義。果園生草有助于土壤理化性質(zhì)的改善,但其在寧夏地區(qū)土壤及氣候條件下對(duì)土壤理化性質(zhì)的改變作用并不明確。本研究擬選用4種草種,探究3年生草處理對(duì)土壤主要理化性質(zhì)的影響,以期為寧夏地區(qū)果園土壤改良提供參考。
1材料和方法
1.1試驗(yàn)地點(diǎn)
試驗(yàn)地點(diǎn)位于寧夏青銅峽市邵崗鎮(zhèn)甘城子村,海拔1 420 m,東經(jīng)105.93°,北緯30.09°,年降雨量約200 mm,全年平均溫度5~18 ℃,土壤類型為黏質(zhì)土。
1.2試驗(yàn)材料
試驗(yàn)園主栽品種為蜜脆 (Malus domestica Borkh.cv.Honeycrisp),基砧為青砧1號(hào),樹齡2年,株行距1.5 m×4.0 m,試驗(yàn)園面積2 hm2,供水模式為漫灌,每年供水5次。選擇4種草種在果園內(nèi)進(jìn)行生草處理,分別為多年生黑麥草 (Lolium perenne L.)、高羊茅 (Festuca elata) 、紫花苜蓿 (Medicago sativa L.) 、長柔毛野豌豆 (Vicia villosa Roth),草種來源于銀川市興慶區(qū)農(nóng)資城商鋪。
1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)
生草試驗(yàn)于2020年3月下旬土壤返潮后開始,于3月20日播種草種,采用條播方式播種,播種寬度2 m,播種深度2 cm。播種量及播種面積如表1所示,當(dāng)草生長至40~50 cm高時(shí)利用割灌機(jī)刈割還田。
試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),將試驗(yàn)園劃分為3個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域均設(shè)計(jì)4個(gè)人工生草處理,每個(gè)區(qū)域的同一草種區(qū)域內(nèi)均有1~2行果樹。待草種全部播種完成后壓實(shí)土壤。在試驗(yàn)階段,果園施肥及供水均按照果園標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一管理,不單獨(dú)對(duì)草種進(jìn)行施肥與供水。
1.4樣品采集與測定
土壤物理性質(zhì)的測定:于2022年10月采集不同處理的土壤,測定土壤總孔隙度、容重等物理性質(zhì)。
土壤化學(xué)性質(zhì)的測定:為明確生草3年間不同處理的土壤氮磷鉀等指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化特征,于2020年4月土壤擾動(dòng)之前分別采集不同處理的土壤,測定土壤氮、磷、鉀等化學(xué)物質(zhì)的含量,此后于每年4月與10月采集不同處理的土壤,共采集6次土壤。
土壤采集方法:采用5點(diǎn)取樣法,用土鉆分別取0~20 cm深度土壤與21~40 cm深度土壤。同一深度的土壤混合均勻后作為1個(gè)土壤樣品,同一深度、每個(gè)處理取3個(gè)土壤樣品,共采集土壤樣品36個(gè)。將土壤樣品用無菌塑料袋封裝好,用于各項(xiàng)指標(biāo)的測定。
田間持水量參考張建軍等[18]的方法測定,有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法[19] 測定,采用凱氏定氮儀測定全氮含量,全鉀含量采用氫氧化鈉熔融法測定,堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定,速效鉀含量按鮑士旦[20]的方法測定,pH采用電位法測定,全鹽含量采用電導(dǎo)法測定。
1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
利用IBM SPSS Statistics 26對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)與統(tǒng)計(jì),利用T檢驗(yàn)與方差分析法(ANOVA)進(jìn)行顯著性分析,利用Origin作圖。
2結(jié)果與分析
2.1不同生草處理對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響
2022年10月檢測土壤物理性質(zhì),如表2所示,在0~20 cm土壤深度,與對(duì)照相比,MS處理和VS處理土壤容重分別顯著降低7.52%、9.02%(P<0.05),LP處理、NG處理、FA處理土壤容量與對(duì)照無顯著差異(P>0.05)。在0~20 cm土壤深度,MS處理、NG處理、FA處理、VS處理土壤總孔隙度均顯著高于對(duì)照(P<0.05)。在0~20 cm土壤深度,MS處理和VS處理土壤田間持水量顯著高于LP處理、NG處理、FA處理和對(duì)照(P<0.05)。在21~40 cm土壤深度,MS處理土壤總孔隙度顯著高于對(duì)照(P<0.05),LP處理、NG處理、FA處理、VS處理與對(duì)照相比無顯著差異(P>0.05)。在21~40 cm土壤深度,LP處理、MS處理、NG處理、FA處理、VS處理的土壤容重和對(duì)照無顯著差異(P>0.05)。在21~40 cm土壤深度,MS處理和VS處理土壤田間持水量顯著高于LP處理、NG處理、FA處理和對(duì)照(P<0.05)。
2.2不同功能草種下土壤主要化學(xué)性質(zhì)變化特征
如圖1所示, 在0~20 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月VS處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提升27.17%,MS處理有機(jī)質(zhì)含量顯著提升39.85%,F(xiàn)A處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提升21.49% (P<0.05),2022年10月NG處理、對(duì)照土壤有機(jī)質(zhì)含量與2020年4月相比無顯著差異(P>0.05)。在21~40 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月VS處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提升30.08%,MS處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提升34.41%(P<0.05)。0~20 cm土壤深度各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量上升幅度整體上高于21~40 cm土壤深度,說明隨著土壤深度的增加,生草處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響逐漸減小。
如圖2所示,0~20 cm土壤深度土壤全鹽含量總體低于20~40 cm土壤深度。在0~20 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月MS處理土壤全鹽含量顯著下降37.00%(P<0.05),VS處理土壤全鹽含量顯著下降35.09%(P<0.05),F(xiàn)A處理土壤全鹽含量顯著下降26.03%(P<0.05),NG處理土壤全鹽含量顯著下降25.90%(P<0.05),LP處理土壤全鹽含量顯著下降22.96%(P<0.05)。在21~40 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月MS處理土壤全鹽含量顯著下降34.31%(P<0.05),VS處理土壤全鹽含量顯著下降37.29%(P<0.05)。隨著生草處理年限的增加,各處理土壤全鹽含量整體呈下降趨勢,且生草處理下土壤全鹽含量的下降幅度大于清耕對(duì)照,說明生草處理可以減輕土壤鹽堿化程度。
如圖3所示,在0~20 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月VS處理土壤堿解氮含量顯著提高43.33%(P<0.05),F(xiàn)A處理壤堿解氮含量顯著提高21.17%(P<0.05),MS處理壤堿解氮含量顯著提高17.68%(P<0.05)。堿解氮含量可作為土壤氮素有效性的指標(biāo),說明0~20 cm土層LP處理、VS處理、FA處理和MS處理果園土壤中有效氮含量較處理前顯著提升。如圖4所示,0~20 cm土壤深度土壤有效磷含量總體高于21~40 cm土壤深度。
如圖5所示,0~20 cm土壤深度土壤有效鉀含量總體高于21~40 cm土壤深度。在0~20 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月VS處理土壤有效鉀含量顯著提高19.55%(P<0.05),MS處理土壤有效鉀含量顯著提高顯著提高11.51%(P<0.05)。在21~40 cm土壤深度,2022年10月各處理的土壤有效鉀含量與2020年4月相比無顯著差異(P>0.05)。如圖6所示,在0~20 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月MS處理土壤pH
顯著降低10.97%(P<0.05),VS處理土壤pH顯著降低6.03%(P<0.05)。在21~40 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月MS處理土壤有效鉀含量顯著降低7.63%(P<0.05)。LP:多年生黑麥草生草處理;MS:紫花苜蓿生草處理;NG:自然生草處理;FA:高羊茅生草處理;VS:長柔毛野豌豆處理;CK:清耕。圖柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著 (P<0.05)。
圖6不同處理土壤的pH
Fig.6pH of soils under different treatments3討論
3.1果園生草處理對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響
果園生草處理可增加土壤孔隙度,降低土壤容重,提高土壤滲水能力[21]。在渭北平原果園進(jìn)行生草處理可使0~40 cm土壤深度的土壤容重降低6.51%,且淺層土壤容重降低幅度大于深層土壤[22]。與清耕相比,果園生草處理可使土壤容重下降4.7%~10.8%,土壤孔隙度增加2.5%~5.5%[23]。紫云英刈割還田處理可提高土壤通氣度,降低土壤容重,田間持水量提高9.98%,且紫云英刈割還田處理對(duì)0~40 cm深度的土壤性質(zhì)影響較大[24]。本研究中,4種草種的生草處理均可不同程度地影響土壤物理性質(zhì),在0~20 cm土壤深度,紫花苜蓿、高羊茅和長柔毛野豌豆生草處理土壤總孔隙度顯著高于多年生黑麥草處理、自然生草處理和清耕對(duì)照(P<0.05),表明紫花苜蓿、高羊茅和長柔毛野豌豆生草處理可以顯著提高土壤的通氣性,促進(jìn)微生物對(duì)有機(jī)碳的分解和利用,提高有機(jī)質(zhì)含量[25]。在21~40 cm土壤深度,紫花苜蓿生草處理土壤總孔隙度顯著高于多年生黑麥草生草處理、高羊茅生草處理、自然生草處理和清耕對(duì)照(P<0.05)。由于生草處理可以降低地表蒸發(fā)量,從而提升了土壤持水量[26]。在0~20 cm土壤深度,紫花苜蓿和長柔毛野豌豆生草處理土壤容重顯著低于多年生黑麥草生草處理、自然生草處理和清耕對(duì)照(P<0.05)。土壤容重降低可以有效提高土壤持水能力,增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力[27]。
3.2果園生草處理對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響
已有研究結(jié)果表明,在草生長初期(<3年),果樹與草之間存在養(yǎng)分競爭。在草生長中期(3~5年),由于根際微生物的作用和根系分泌物的積累,土壤養(yǎng)分(有機(jī)質(zhì)、N、P、K)含量顯著增加,為果樹生長創(chuàng)造了有利環(huán)境[28]。本研究發(fā)現(xiàn),在0~20 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月長柔毛野豌豆生草處理土壤堿解氮含量顯著提高(P<0.05),高羊茅生草處理土壤堿解氮含量顯著提高(P<0.05),紫花苜蓿生草處理土壤堿解氮含量顯著提高(P<0.05)。在0~20 cm土壤深度,與2020年4月相比,2022年10月長柔毛野豌豆生草處理土壤有效鉀含量顯著提高(P<0.05)。有研究認(rèn)為,草生長前期,草自身的營養(yǎng)需求要大于對(duì)土壤營養(yǎng)的供給 [29],本研究中,生草處理后部分土壤營養(yǎng)含量表現(xiàn)的先降后升的趨勢,驗(yàn)證了上述研究結(jié)果。
3.3果園間作草種選擇
果園草種的選擇受氣候影響較大,例如在溫帶半濕潤氣候區(qū),蘋果園三葉草生草處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的改良效果優(yōu)于黑麥草,而在暖溫帶半濕潤氣候區(qū),三葉草和多年生黑麥草生草處理的效果均優(yōu)于冠紫云英、紫花苜蓿和高羊茅生草處理[30]。黑麥草的耐寒性和耐熱性都較差,而干旱和半干旱地區(qū)降雨量少,冬季嚴(yán)寒,不利于多年生黑麥草生長。相反,紫花苜蓿、長柔毛野豌豆更耐寒和耐旱,更適于在干旱和半干旱地區(qū)種植。并且紫花苜蓿、長柔毛野豌豆是多年生豆科草本植物,根部積累了大量的根瘤菌,可固定空氣中的氮,具有較強(qiáng)的固氮能力,最終可作為綠肥增加蘋果園的肥力[31]。因此,在開展果園生草處理時(shí),不僅要考慮草種對(duì)土壤肥力的消耗,還需要考慮草種是否適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件。后續(xù)還可以監(jiān)測不同草種播種后的鮮草產(chǎn)量、雜草防效、越冬返青率等指標(biāo),并結(jié)合不同草種的管理成本進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。
4結(jié)論
果園生草處理已成為發(fā)達(dá)國家生態(tài)果園建設(shè)的主流模式。然而,中國果園仍以傳統(tǒng)的清耕模式為主。本研究結(jié)果表明,在寧夏引黃灌區(qū),紫花苜蓿和長柔毛野豌豆牧草生草處理可以顯著改善果園土壤的理化性質(zhì)。本研究結(jié)果為改良果園土壤,提高水果產(chǎn)量提供了理論依據(jù)。
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