不同耕作方式对枣园土壤温度、养分和果实品质的影响

程 丽，赵 通，黄华梨，张露荷，朱燕芳，贾旭梅，郭爱霞，王延秀

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

枣(Zizyphusjujuba)是原产我国的特有果树。甘肃地处黄河中上游，甘肃中部沿黄灌区枣产业特色明显[1]。沿黄灌区是甘肃省综合农业商品生产基地[2]，甘肃中部沿黄灌区果园的土壤耕作多采用单一的耕作方式，导致肥力下降，增加了枣园除草劳力和化肥等生产资料投入，最终影响果品产量和品质[3]。枣园覆盖和生草可有效蓄水保墒、增加作物产量和调节微域生态环境，可通过改善土壤水分控制土壤温、湿度[4-5]。揣峻峰等[6]研究发现，不同土壤耕作方式能提高渭北苹果园0～600 cm土层土壤含水量，且有利于提高果树产量、单果重及优果率。因此，探索适合的枣园耕作制度对沿黄灌区枣业发展具有重要意义。

果园地面覆盖和种植生草能抑制水分蒸发，蓄水保墒，防止土壤板结，保持良好土壤结构[7]。目前，众多研究主要集中在膜覆盖[8-9]、秸秆覆盖[10]、生草覆盖[11]。Odjugo[12]研究发现，膜覆盖能够明显提高土壤温度和土壤水分含量。秸秆覆盖具有减少土壤蒸发、保墒蓄水、平抑地温变幅的效果[13]。李欢等[14]研究发现秸秆和地膜覆盖对‘灰枣’坐果和品质的促进效果较好。官情等[15]研究发现覆盖秸秆或者地膜可以有效蓄水、保墒，增加土壤有机质，提高作物产量和水分利用效率。李传友等[16]也认为果园残枝粉碎覆盖之后，可以提高果实的单果重和可溶性固形物。Wu等[17]研究发现，地膜覆盖可以提高地表温度，生草覆盖的降温效果最好。这些研究尚未关注同一生态系统下不同土壤耕作方式对果园土壤温度、养分及枣树生长发育、果实品质影响的研究[18]。

本试验以‘骏枣’为接穗，当地8 a生‘圆枣’为基砧，研究不同土壤耕作方式下，枣园土壤不同土层温度、养分状况和枣果品质的变化，旨在提出最佳耕作方式，以期为沿黄灌区枣园建立经济、高效的果园管理措施。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验设在甘肃省白银市景泰县五佛乡兴水村王希禄家枣园，地处黄河之滨，四面环山，东经103°33′，北纬36°43′，海拔1 274 m，属温带大陆干旱气候，年平均气温9.1℃，年降雨量185 mm，年蒸发量3 038 mm，年平均日照时数2 713 h，无霜期160 d。土壤为黄土母质发育的疏松黑垆土，0～40 cm土层养分为：有机质48.26 g·kg-1，硝态氮183.36 mg·L-1，速效磷0.62 mg·kg-1，速效钾109.40 mg·kg-1。

试验以当地8 a生‘圆枣’为基砧，‘骏枣’为接穗，高接换头3 a，栽植密度2.5 m×4.0 m，主干直径15 cm，树冠直径1.7～2.3 m，多年产量9 000 kg·hm-2。

1.2 试验设计与方法

试验设置覆盖玉米秸秆(YMG)、覆黑膜(HM)和种植黑麦草(HMC)3个处理，清耕为对照(CK)。每小区面积20 m×10 m，每个处理重复3次，每处理5株，所有试验小区随机排列，灌水、施肥、病虫害防治均相同。

2015年2月底施肥，其中尿素650 kg·hm-2，过磷酸钙600 kg·hm-2，硫酸钾310 kg·hm-2，不施有机肥，清耕，试验前地表无覆盖。3月底浇水，4月初种多年生植物黑麦草(LoliumperenneL.)、覆玉米秆和黑膜。12月初揭膜，清理秸秆。玉米秆平均铺于果园土壤表面，每667 m2覆盖秸秆1 200～1 500 kg，覆盖厚度为20 cm，第一次覆玉米秆压土或石块，防止风刮或失火。全园覆盖黑膜，膜厚0.012 mm，长度120 cm。2016年4月初，按原行覆玉米秆和黑膜，2016年5-11月试验测定，枣果采收于10月初进行。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤温度测定 6月8日开始，曲管地温计每10 d实时测定温度日变化，测定时间为上午8∶00至下午18∶00，每隔2 h记录一次数据。

1.3.2 土壤养分测定 2016年10月12日进行土样采集，按照随机、等量、多点混合法，在枣树行间随机5点采集样品，每个采样点在土层0、20、40 cm和60 cm取土约1 kg。土样充分混合后用四分法取样1 kg，自封袋封好，贴上标签，带回实验室风干，测定土壤养分。

速效K测定采用醋酸铵—火焰光度计法；速效N测定采用碱解扩散法；速效P测定采用钼锑抗比色法；硝态氮，加入KCI溶液振荡，静置，采用吸光度法测定；有机质测定采用重铬酸钾容量法[19]。

1.3.3 果实品质测定 内在品质：Vc含量采用2，6-二氯酚靛酚溶液滴定法测定；可溶性蛋白质采用考马斯亮蓝法测定；可溶性糖采用蒽酮试剂法测定[20]；可滴定酸采用碱式滴定法以酚酞指示剂测定[21]。外观品质：枣果横纵径，采用游标卡尺测量；单果重、单核重，用电子天平称量；枣果果肉含水量=(1-干重/湿重)×100%；可食率=果肉重量/果实重量×100%。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理和绘图，用SPSS 22.0软件进行相关性分析和单因素方差分析，差异显著性用LSD法进行多重比较，主成成分进行综合分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式对枣园土壤温度的影响

不同耕作方式对枣园土壤温度的影响见表1，可以看出，不同处理均能改变同一土层的土温，耕作方式不同其变幅不同，且随着土层的加深各处理的温度均降低。在表层(0 cm)，6月份各处理间土温无显著差异；7月份土温由高到低依次为HM、CK、YMG和HMC，其中CK比YMG和HMC的土壤温度分别高3.10%、4.07%；8月份土温从大到小依次为HM、YMG、HMC和CK，分别为28.75℃、26.45℃、26.15℃和26.10℃，HM、YMG和HMC均高于CK，其中HM显著高于其它处理。

在20、40 cm和60 cm土层中，6月和7月份内各处理间土温均无显著性差异；8月份20 cm土层土温从高到低依次为HM、CK、YMG和HMC，分别是25.90、25.90、25.15℃和24.45℃，HM比YMG、HMC分别高2.98%和5.93%，HM显著高于YMG；40 cm土层土温HM(25.55℃)、CK(24.70℃)和HMC(24.70℃)显著高于YMG(23.50℃)，分别高8.72%、5.11%和5.11%，HM显著高于YMG；60 cm土层土温HM(24.40℃)高于HMC(24.05℃)、CK(23.45℃)和YMG(22.90℃)，分别高1.46%、4.05%和6.55%。

综上所述，6-8月，与CK相比，HM处理的地温较高，YMG和HMC对不同深度土温均具有明显的降温作用，且表层土壤降温幅度和增温作用最为明显，随着土层的加深，降温和增温幅度减小。

表1 不同土壤耕作方式对枣园土壤不同土层温度的影响/℃

注：同列不同小写字母表示同一月份同一土层不同处理间的差异显著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level between the different treatments of the same soil layer in the same month.

2.2 不同耕作方式对枣园土壤养分的影响

不同土壤耕作方式对枣园土壤养分的影响如表2所示。总体来看，3种覆盖处理都不同程度地提高了土壤速效养分(速效N、速效P、速效K)含量，同一土层中YMG、HM和HMC速效养分含量与CK差异不显著，但随着土壤深度的增加，速效养分含量均呈先上升后下降的趋势。其中，土层0～20 cm含量较高，各处理对土层60 cm养分影响不显著。在0 cm土层处，有机质含量从高到低依次为HMC、HM、YMG和CK，各处理分别比CK高16.95%、15.41%和12.67%，差异不显著；HMC处理的土壤速效K含量高于其他处理和对照，HMC、YMG和HM分别比CK高8.45%、5.97%和4.81%；速效N含量从高到低依次为YMG、HM、HMC和CK，处理YMG、HM和HMC分别比CK高47.57%、30.50%和27.27%；速效P含量从高到低依次为HM、HMC、YMG和CK，分别比CK高20.90%、13.43%和7.46%；硝态氮含量最高为HMC，其次为HM，分别比CK高18.12%和12.86%。

在20 cm土层处有机质含量最高为HMC，其次是HM，分别比CK高19.00%和18.63%，差异不显著；土壤速效K含量从高到低依次是YMG、HMC、HM和CK，分别比CK显著高13.96%、12.35%和9.35%；速效N含量最高的为YMG，其次为HM，分别比CK高38.68%和25.61%；速效P含量从高到低依次是HM、HMC、YMG和CK，各处理分别比CK高35.71%、15.48%和13.10%；硝态氮含量从高到低依次是HMC、YMG、HM和CK，各处理分别比CK高23.11%、18.71%和11.40%。

在40 cm土层，土壤有机质、速效K和硝态氮含量从高到低均为HMC、HM、YMG和CK，其中各处理土壤有机质含量分别比CK高16.60%、14.76%和6.27%，速效K含量分别比CK高6.99%、6.51%和3.17%，硝态氮含量各处理显著高于CK；土壤速效N含量从高到低为YMG、HMC、HM和CK，各处理分别比CK高32.52%、23.00%和11.90%；土壤速效P含量从高到低为HM、HMC、YMG和CK，各处理分别比CK高20.63%、17.46%和9.52%。

在60 cm土层，土壤速效N、硝态氮含量变化均为HM>HMC>YMG>CK，各处理土壤速效N分别比CK高1.69%、1.52%和0.85%，差异不显著，硝态氮各处理间差异也不显著；土壤速效K含量最高的为HMC，比CK高8.54%，其次是HM和YMG，与对照差异不显著；土壤速效P含量为HMC>YMG>HM>CK，各处理分别比CK高23.08%、15.38%和7.69%；有机质含量各处理间差异不显著。

综上所述，HMC、YMG和HM都不同程度地提高了土壤速效养分含量，且HMC和HM对土壤速效养分的影响较为显著。

表2 不同土壤耕作方式对枣园土壤不同土层养分状况的影响

注：同列不同字母表示处理间的差异显著(P<0.05)。下同。同列的小写字母表示各指标同一处理不同土层深度间的显著性；大写字母表示各指标同一土层深度不同处理的显著性。

Note: Different letter in same column mean significant differences at 0.05 level under different treaments. The same below. The lowercase letters indicate the significance of the depth of the different soil layers to the same treatment; the capital letters indicate the significance of the different treatments to the depth of the same soil.

2.3 不同耕作方式对枣果果实品质的影响

不同土壤耕作方式对果实内在品质的影响如表3所示。与CK相比，HMC、HM和YMG处理果实Vc含量分别提高12.00%、10.58%和1.66%，其中HMC和HM显著高于其它处理，HMC处理的Vc含量最高(27.58 mg·(100g)-1)。HM和HMC可溶性糖含量显著高于YMG和CK，且HMC可溶性糖含量最高(14.20%)，是 CK的1.08倍。各处理之间蛋白质含量和可滴定酸含量无显著差异，说明HMC和HM对枣果的Vc含量、可溶性糖含量影响显著。

表4为不同处理枣果实外在品质比较。其中，HMC处理枣果横径、纵径、单果重、含水量、可食率较高，分别为30.74 mm、44.22 mm、20.56 g、60.61%和97.55%,均高于其它处理。对单核重影响从大到小依次为YMG(0.61)、CK(0.56)、HM(0.53)和HMC(0.49)，HMC比YMG、CK、HM分别低24.49%、14.29%、8.16%。由此可见，HMC对枣果的横纵径、单果重、含水量、可食率有显著影响。

2.4 不同耕作方式与土壤养分和果实品质的相关性分析

将相关的16个指标分析，得相关系数矩阵如表5。可溶性糖含量与速效N和单核重呈负相关，其中与单核重呈显著负相关(P<0.05)；可溶性糖含量与其他各指标呈正相关，与Vc含量和可滴定酸呈显著正相关(P<0.05)，与其他指标的相关性不显著。

表3 不同耕作方式对果实内在品质的影响

2.5 主成分分析

表6为主成分分析对相关指标的综合评价。提取特征值大于1的3个主成分，分别为6.614、5.485、3.901，前3个主成分累加占到总方差的100%，即3个主成分包含总体信息，无数据丢失，符合分析要求。因此，可用3个主成分的综合变量判断不同土壤耕作方式的适宜性。

表6可看出，第一主成分(PC1)综合Vc含量、蛋白质含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、枣果横径、枣果纵径、单果重、核重的信息，且在第一主成分上呈正向分布，即在PC1正向坐标值越大，Vc含量、蛋白质含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、枣果横径、枣果纵径、单果重、核重的值越大；第二主成分(PC2)综合有机质含量、速效K含量、速效N含量、速效P含量、硝态氮含量的信息，其中有机质含量、速效K含量在第二主成分上呈正向分布，速效N含量呈负向分布，即在PC2正向坐标值越大，有机质含量、速效K含量的值越大，速效N含量的值越小；第三主成分(PC3)综合土壤温度、含水量、可食率的信息，其中土壤温度在第一主成分上呈正向分布，含水量、可食率呈负向分布，即在PC3正向坐标值越大，土壤温度的值越大，含水量、可食率的值越小。

本研究数据标准化时，负相关指标为1-x，因此，不同土壤耕作方式的综合得分越高，其适宜性越好。

综合得分：

F=F1×41.336%+F2×34.280%+F3×24.383%

式中，F1,F2,F3分别为第一～第五主成分。

根据主成分分析结果，各成分的旋转得分系数矩阵转化后的数据，求出3个主成分的综合得分见表7，可以看出，不同耕作方式的效果依次为HMC>HM>YMG>CK。

3 讨论与结论

果园地面覆盖是农田保墒的重要措施之一，能改善土壤理化性质、调节地温、增加湿度，提高土壤肥力，促进作物生长，提高作物产量[22-23]。本研究发现，6-8月，与CK相比，HM土温较高，而YMG和HMC土温低于CK，这与张义等[24]研究结果一致。匡石滋等[25]研究也发现，YMG和HMC对不同深度土温均具有明显的降温作用，可缓解高温干旱，维持果园地表温度的相对稳定。8月份，HM处理下各土层的土壤温度显著高于其他处理，与刘克长等[26]和刘小勇等[27]研究结果相似。地膜覆盖土壤温度较高，易造成地表水浅层土壤水分含量过高[28]，使枣树吸水根系浮于地表，对枣树根系发育不利。而HMC和YMG处理下土温相对较低，可能是由于覆盖减少太阳光对地面的直射，减缓热量向深层的传递，有效降低水分蒸发，使地表温度升高较慢，这与曹铨等[29]对果园土壤生草的研究结果一致。因此HMC和YMG整体增强了土壤温度的相对稳定性，而HM处理的土温相对稳定性能最差。

表4 不同耕作方式对果实外观品质的影响

表6主成分分析旋转后的成分载荷矩阵

Table6Principalcomponentanalysisofthecomponentloadmatrixafterrotation

指标Index第一主成分The first principalcomponent(PC1)第二主成分The second principalcomponent(PC2)第三主成分The third principalcomponent(PC3)土壤温度 Soil temperature0.190-0.3790.905有机质含量 Organic matter content0.3980.898-0.187速效K含量 Available K content0.1930.824-0.533速效N含量 Available N content0.447-0.8580.253速效P含量 Available P content0.2260.8480.479硝态氮含量 Nitrate nitrogen content0.4520.638-0.623Vc含量 Vc content0.8310.5150.208蛋白质含量 Protein content0.9240.069-0.375可溶性糖含量 Soluble sugar content0.8820.3490.318可滴定酸含量 Titratable acid content0.6370.5520.538枣果横径 Jujube fruit diameter0.701-0.3830.601枣果纵径 Jujube fruit vertical diameter0.847-0.472-0.245单果重 Single fruit weight0.726-0.660-0.191单核重 Single nuclear weight0.960-0.0450.276含水量 Water content0.499-0.570-0.653可食率 Edible rate0.538-0.404-0.740特征值 Eigen value6.6145.4853.901方差贡献率/%Contribution rate of variance41.33634.28024.383累计贡献率/%Cumulative contribution rate of variance41.33675.617100.000

表7 利用主成分分析法对不同土壤耕作方式各因子指标的综合评价

李会科等[30]研究发现，黄土高原旱地苹果园生草能提高土壤有机质和速效养分含量。大量研究表明，生草栽培可显著提高土壤中有机质和速效养分含量，改善土壤结构和环境，促进微生物活动[31]。本研究中，YMG、HM和HMC均能提高枣园原有土壤速效养分含量，促进土壤矿质元素的矿化利用，且HMC作用显著，这与吴玉森等[32]的研究结果一致。另外，地膜覆盖尽管减少土壤水分蒸发，但影响着地表透气性，且覆膜时CO2释放速率低、土壤微生物活性不高，从而对土壤速效养分的提高作用较低[25]。有研究表明，地膜覆盖下土壤速效养分的增加是以消耗土壤肥力为代价，连年地膜覆盖将会导致土壤肥力下降[33]；而YMG的腐化和分解在一定程度上不如HMC，所以YMG的速效养分含量相比HMC较低。本研究中，各覆盖处理0～20 cm表层土壤速效养分含量较明显提升，而60 cm土层的养分含量提升不显著，这可能是枣树根系从深层土壤中吸收养分，导致养分含量减低，房燕等[34]研究也表明，各覆盖处理及对照中的速效养分质量百分数均随着土层加深而逐渐降低。

果园生草可以减少土壤温度变幅，提高土壤有机质含量，从而改善果实品质[35]。本研究发现，YMG、HM和HMC均能不同程度的提高枣果果实品质，其中HMC对Vc含量、蛋白质含量、可溶性糖含量、枣果横径、枣果纵径、单果重、含水量、可食率的影响均显著大于YMG和HM，一方面可能是覆草栽培抑制了枣树的营养生长，促进了生殖生长，有利于果树开花结果[36]；另一方面可能是甘肃中部沿黄灌区土壤有机质缺乏，生草可使枣园环境得到改善，从而使果实品质得到改善[37]，这表明HMC更适用于枣园覆盖。

综上所述，生草栽培可提高土壤有机质和速效养分含量，减少土温变幅，提高果实品质，为果树连年优质丰产奠定基础。主成分分析在作物性状评价与种质资源的综合评价中得到了广泛运用[38-39]，本研究将16个指标综合成为3个主成分因子，可代表4种不同覆盖措施100%的原始数据信息量，彼此间互不干扰，从而达到简化和综合的目的。相关性及主成分分析得出，不同耕作方式的效果为HMC>HM>YMG>CK。因此，HMC是沿黄灌区改善土壤养分，提高枣果品质的最佳枣园覆盖模式，值得推广应用。