不同覆盖方式对土壤温湿度及枣树生理的影响

张露荷,管利兵,黄华梨,张广忠,王延秀 ,胡秉芬 ,戚建莉,赵 通

(1.甘肃省林业科学研究院，兰州 730020；2.甘肃农业大学 园艺学院，兰州 730070)

红枣是甘肃沿黄灌区的主要经济树种，该区域红枣园普遍采用清耕制的大水漫灌土壤管理模式。这种粗放、落后的管理模式不仅造成土壤板结、肥水流失及土壤盐渍化等一系列土壤退化现象[1-2]，还导致果园产量低、果实品质劣及市场经济价值低等一系列问题，严重限制当地红枣产业的进一步发展。因此探索适宜的土壤管理模式，改善果园生态环境，改良果园土壤状况，提高枣树的产量和品质已成为该区域大枣产业优化升级及果园生态系统可持续发展需要重点解决的问题。

地面覆盖是改善植物根区土壤小环境的重要措施，在果树栽培当中发挥着重要的作用[3]。目前，覆膜、覆盖秸秆和果园生草在果园实际管理中有着广泛的应用。已有的研究证明以上3种覆盖模式不仅能够显著改善果园的土壤温度、地表空气湿度，还能有效提高水分的利用效率及果树的产量和品质[4-5]。从目前有关覆膜的大量研究来看，关于甘肃沿黄灌区枣园土壤覆膜管理的研究成果相对较少。因此，研究甘肃沿黄灌区不同土壤覆盖方式对枣园土壤水热状况、枣吊生长发育和果实品质的影响，对于提高水分利用效率，改善果园生态环境，寻找科学、高效、适用的土壤管理方式具有一定的指导意义。本试验以甘肃沿黄灌区枣园为研究区域，通过探究不同覆盖处理果园微环境的变化及对新梢生长、枣吊生长、开花坐果、果实外观和内在品质的影响，旨在探索适宜当地的最佳土壤覆盖模式。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省白银市景泰县五佛乡兴水村王希禄家枣园中进行，试验品种为‘骏枣’，砧木为当地‘圆枣’，栽植密度为2 m×4 m，髙接换优3 a生枣树，果树30 cm处主干直径达到25 cm。五佛乡地处黄河之滨，四面环山，年降雨量185 mm，蒸发量3 038 mm，年平均气温10.8 ℃，无霜期160 d，于2016年5-11月进行试验。

1.2 试验设计

试验设4个处理：玉米秸秆覆盖(YMG)、覆黑膜(HM)、自然生黑麦草(HMC)及以免耕栽培作为对照(CK)。方法为将当地玉米秆平铺于果园土壤表面，覆盖厚度为20 cm，第1次覆秸秆要用土或石块压一下，防止风刮或失火。覆膜为全园覆盖，膜边用土压盖，地膜采用厚度为0.012 mm，宽度为120 cm的规格。每个处理重复3次。黑麦草为全园种植，黑麦草籽种植密度为35 g·m-2。所有试验小区随机分布，水肥管理、病虫害防治均相同。2016年5月9日浇水，5月10日种黑麦草，5月11日覆玉米秆和覆黑膜。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 枣园微环境 土壤温度：从6月8日开始，每10 d用曲管地温计测定土壤温度，测量深度分为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm，测定时间为8:00-18:00，每2 h测定1次；连续测定3个月，求平均值。

地表空气相对湿度的测定：从6月8日开始，用希玛仪表公司生产的AR827型温湿度计每10 d 实时测定湿度日变化，从8:00-18:00，每隔2 h记录1次数据；温湿度计靠树体主干紧贴地面直立放置 。

1.3.2 叶片光合作用 各处理于2016年6月中旬选3株树，每株分别在树冠东、西、南、北4个方向的外围(距树干大于0.6 m) 第1层主枝选取生长势好且长势一致的新梢的第7、8片无机械损伤、无病虫害的2片叶作为测定叶片，测量时尽量保持叶片原来的位置和角度；每株测定8片。连续测定6-9月4个月；利用LI-6400便携式光合测定分析仪(美国Li-COR公司生产)于晴天9:00-11:00对净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2摩尔分数(Ci)和蒸腾速率(Tr)进行测定。

1.3.3 树体生长发育 各处理选3株树，新梢、枣吊和花蕾发育观测从6月上旬开始，在每棵树东、西、南、北4个方向分上下两层选取8个新梢(避免用内膛徒长枝)进行测定，用标签牌依次标上序号，用钢卷尺每 15 d 测 1 次新梢长度；每棵树不同方向相对同一位置选取 8 个枣吊并挂标签牌，每隔 15 d 测定其长度；记录所选枣吊的花蕾总花数、花蕾开花数和最终幼果坐果数。

1.3.4 枣果品质 10月初待果实成熟时，每种处理按照从下而上分别采摘树冠下层、中层、上层的枣果，每层采摘的数量大体相同；采摘时尽量包含当年生枝和二次生枝枣果，包含木质化枣吊和非木质化枣吊上的枣果，每个处理采摘100颗，带回甘肃农业大学实验室进行果实品质的测定。用电子天平分别称单果质量、果核质量；可食率=果肉质量/果实质量×100%；用游标卡尺分别测定枣果的纵横径、果核的纵横径、果肉厚度，果形指数=果实纵径/果实横径，核形指数=果核纵径/果核横径；可溶性糖用蒽酮比色法进行测定[6]；可滴定酸质量分数用氢氧化钠滴定法测定[6]；可溶性蛋白质量分数用考马斯亮蓝法测定[6]；维生素C质量分数用2,6-二氯酚靛酚法进行测定[6]；用刀片将枣果肉削到干净的培养皿中，用电子天平称果肉的湿质量，将削好的果肉和培养皿整体放入烘箱中，在85 ℃的环境下烘24 h，取出后冷却至室温，称其干质量；枣果含水量=1-干质量/湿质量×100%。

1.4 数据处理与分析

用Excel 2003软件进行数据整理及作图，用SPSS 17.0统计软件对数据进行统计和差异显著分析(P≤0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖方式对枣园微环境的影响

2.1.1 不同覆盖方式对不同土层温度的影响 从图1可以看出，同一层土壤温度在不同处理下的变化趋势不同。与免耕区相比，表层5 cm处，所有处理均降低了土壤温度，其中生草区降温幅度最为显著，达5.06 ℃，而覆盖黑膜处理降温效果最弱。在10 cm土层处，覆盖玉米秸秆和生草处理均降低了土壤温度，但是随着土壤深度的增加，降温效应逐渐减少。与此相反，覆盖黑膜处理增加了土壤温度，并且随着土层深度的增加，增温现象更加明显。究其原因可能是3种处理均能形成土壤和大气的隔离层，试验进行期间能够减弱太阳的辐射。表层土壤温度由于太阳辐射的减弱而降低。但是覆盖黑膜处理阻止了土壤和大气之间的水热交换，导致深层土壤温度增加，而覆盖玉米秸秆和生草处理减弱了太阳辐射，减少了进入土壤中的热量，降低了深层土壤温度。

2.1.2 不同覆盖方式对枣园地表空气相对湿度的影响 由表1可以看出，4种处理6-8月份的地表空气平均相对湿度变化总趋势基本一致，即平均地表相对湿度呈上升趋势，6月份地表空气相对湿度最大的是覆盖黑膜处理，为43.78%，比免耕高14.78%，差异性显著。6月份地表空气相对湿度各处理从大到小依次是HM>HMC>YMG>CK；7月份果园地表空气相对湿度最高的是覆黑膜处理，为56.42%，显著高于免耕；8月份地表空气相对湿度均显著高于免耕，覆盖黑膜高达60.04%，比免耕高18.70%。

YMG.玉米秸秆覆盖 Maize stalk multching; HMC.自然生黑麦草 Natural grown ryegrass; HM.覆黑膜 Black film covering; CK.免耕栽培 Zero-tillage cultivation；误差线为标准差，不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同 Error bars represent standard deviation,different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.The same below

2.2 不同覆盖方式对叶片光合生理学参数的影响

从图2可以看出，不同处理下，叶片光合生理学参数的响应也不尽相同。与免耕区相比，所有处理均显著增加了7、8月的枣树净光合速率和蒸腾速率，增幅大小为HM>YMG>HMC。在8月份，枣树的净光合速率和蒸腾速率均达到最大值，然而在9月份，二者均达到最小值。与此不同，覆盖黑膜处理显著增加了枣树的气孔导度，但是覆盖玉米秸秆和种植黑麦草处理没有出现显著性差异。同样，3种处理的胞间CO2摩尔分数均未表现出显著差异。

表1 不同覆盖方式对果园空气湿度的影响Table 1 Effect of different mulching on ochard air humidity %

注：同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同。

Note: Different lowercase letters within the same column of the same index indicate that significant difference at 0.05 level.The same below.

图2 不同覆盖方式对叶片光合生理学参数的影响Fig.2 Effect of different mulching on photosynthetic physiological parameters of leaf

图3 不同覆盖方式对树体生长发育的影响Fig.3 The effect of different mulching on growth and development of jujube tree

2.3 不同覆盖方式对树体生长发育的影响

由图3可知，生长速率在6月25日mass fraction 以后逐渐下降，7月10日mass fraction 以后基本停止生长。与此相似，枣吊在观测期内随着物候期的推进在不断的生长，但生长速率在7月10日mass fraction 之后才逐渐下降。枣吊上花蕾的开花数在6月25日均达到最大值，所以6月25日左右为开花盛期；7月10日为开花末期；6月25日YMG、HM、HMC和CK的开花数分别为18.73、28.38、18.06和25.85。

在3种不同的处理下，每吊花数均显著少于CK，每吊总花数从大到小是CK、HM、YMG和HMC，分别是56.20、49.15、47.83和43.20(表2)。与此相反，3种处理显著增加了枣吊的坐果率，YMG、HM、HMC和CK的坐果率分别是8.89%、8.73%、9.44%和7.56%。而每吊坐果数则没有显著性差异。

2.4 不同覆盖方式对枣果品质的影响

如表3所示，果园生黑麦草处理下的单果质量显著高于免耕空白对照，而覆盖黑膜处理和覆盖玉米秸秆处理下的单果质量却显著低于对照。与此不同，相对于对照，3种处理均显著增加了枣果的制干率和核型指数。但不同处理后的果肉厚度、果形指数、果核质量和可食率均无显著性差异。

表2 不同覆盖方式对枣树开花坐果率的影响Table 2 Effect of different mulching on flowering fruit rate of jujube

表3 不同覆盖方式对枣果实外观品质的影响Table 3 The effect of different mulching on jujube fruit external quality

如表4所示，与免耕区相比，果园生草、覆盖玉米秸秆和覆黑膜下的枣果含水率分别显著下降了1.67%、2.27%和6.03%。而红枣中维生素C质量分数显著高于对照，分别增加了12.02%、1.66%、10.60%。果园种植黑麦草处理显著提高了果实中可溶性糖和蛋白质质量分数，但是覆盖玉米秸秆和覆黑膜下的枣果相比于对照则没有显著性差别。同样，3种处理均没有显著改变枣果中可滴定酸质量分数。

表4 不同覆盖方式对枣果内在品质的影响Table 4 The effect of different mulchingonjujube fruit internal quality

3 讨 论

本研究表明，对果园进行覆膜、覆盖秸秆和果园生草3种处理后，均对土壤微环境产生一定的影响。对果园进行覆盖和生草后，提高果园的相对湿度，但只有覆盖黑膜处理增加显著。然而土壤温度对3种处理表现出不同的趋势。除覆盖黑膜增加了深层土壤温度外，其他2种处理均降低了土壤温度，但随着土壤深度的加深，降温和增温幅度均有所减少。这样现象的产生，有研究认为覆盖以后形成的隔离层，具有反射作用和隔离作用，能够阻止环境条件进入土壤层，也会阻止土壤层的水热气等流动到大气中去，这样势必会形成2个相对独立的生态环境，果园的空气相对湿度主要是通过阻止或者加速土壤水分的蒸发作用来实现的[7]。类似的研究在苹果园、玉米地、梨园等均有实际应用，且降温效果明显[8-10]，极大缓解了夏季极端高温对树体表层根系的伤害[11,14-15]。但关于覆盖地膜提高了土壤温度的研究也有相关报道[9,16]；归其原因，果园和农田相比有其独特性，前人研究表明与免耕对照相比，果园覆盖秸秆和果园生草后在地表上形成一层与大气热交换的障碍层，不但减少了到达地面的太阳辐射，而且减少了土壤热量向大气中散发，同时吸收长波辐射，吸收和转化部分太阳能[12]，但随着土层的加深，覆盖对土壤温度的调节作用减小[13]。覆膜显著增加果园地表相对湿度，有利于果园空间的热容量增加，减缓气温急剧升高，减轻果实的灼伤，有利于果园果实产量和品质的提高。

果树的表观变量和生理生态指标也是影响果实产量和品质的主要因素之一。本研究表明，不同土壤覆盖方式对果肉厚度、果形指数、果核质量及可食率的影响不显著，但却显著提高了七八月份果树的净光合速率和叶片蒸腾速率。覆盖黑麦草处理下果实的可溶性糖、维生素C和蛋白质质量分数均显著高于免耕空白对照。相关研究表明，果园相对湿度对苹果的光合作用有明显的影响，果园空气相对湿度太低，蒸腾作用就增强，光合速率就会降低；反之，呼吸作用加强，影响碳水化合物的积累[17]。侯方舟等[18]研究表明地膜覆盖相较于无覆盖和稻草覆盖处理，能更好地积蓄热量，起到很好的保温作用，而稻草覆盖有平抑地温、减小穴内温度波动的作用，覆盖栽培能增强烤烟生长关键时期的光合特性，以稻草覆盖效果最佳；覆盖栽培相较于裸栽有效提高了株高、叶数和叶面积等指标。覆草改善了苹果树的生长和果实品质[19]。赵鹏等[20]研究表明覆盖秸秆和枝条可以增加梨的可溶性糖和可溶性固形物质量分数，降低酸质量分数。侯建安[21]研究表明，覆盖地膜配以适当施肥，可以增加枣树叶片光合作用，促进果实生长，改善品质，尤其能显著提高果实总糖质量分数。与免耕对照相比，果园生黑麦草、覆膜和覆玉米秆能显著增加果园相对湿度，提高果树的光合速率。与覆盖黑膜相比，果园生黑麦草处理虽然具有较低的光合速率，但是由于其较低的叶片蒸腾速率和气孔导度使果树的呼吸作用减弱，因而增加了果实中可溶性糖、维生素C和蛋白质质量分数的累积量。周婷婷等[22]研究表明，旋耕秸秆覆盖处理红枣单果质量大，然而本研究中覆盖黑膜处理和覆盖玉米秸秆处理下的单果质量显著低于免耕空白对照，这一结果应该是由本试验取样问题所导致的。

4 结 论

综上所述，6-8月份，覆盖玉米秸秆、黑膜和种植黑麦草能不同程度地改变0～25 cm的土温，表层土温变化幅度最为明显，随着土层的加深，变化幅度减少；不同覆盖方式不同程度地增强了同一层次土壤温度的相对稳定性。人工种植黑麦草后不同深度地温的稳定性最大。甘肃沿黄灌区枣园覆盖黑麦草、黑膜和玉米秆在夏秋季生长期能显著改善果园地表相对湿度，有利于果实的生长发育和品质的改善。土壤不同覆盖方式均能提高地表空气相对湿度、净光合速率、坐果率、枣果制干率；以覆盖黑膜提高空气相对湿度和净光合速率的幅度最大，以种植黑麦草提高坐果率和制干率的幅度最大。土壤不同覆盖方式均能提高果实维生素C和可溶性糖质量分数；枣园种植黑麦草能显著增加果实的单果质量和蛋白质质量分数。综合以上因素，甘肃沿黄灌区枣树生产上推荐以生黑麦草作为土壤覆盖方式。