不同覆盖方式对核桃园土壤养分及核桃质量产量的影响

田志刚，王鹏飞

（1.晋中职业技术学院 生物工程学院，山西 晋中030600；2.山西农业大学 园艺学院，山西 太谷030801）

秸秆是农作物的主要副产品，含有大量的有机物质和丰富的矿质元素［1］，是一种可再生的宝贵生物资源。我国农作物秸秆资源丰富，但利用率较低。目前，秸秆处理主要方式为就地焚烧、随意丢弃，造成了环境污染、资源浪费［2］。作为物质、能量和养分的载体，秸秆还田后不仅能有效增加土壤有机质含量［3］、显著提高土壤养分有效性［4］、明显提升土壤质量［5］，而且还能显著提高作物产量［6］、改善作物品质［7］、提升经济效益［8］。由于秸秆还田对环境保护、农业增效、促农增收等方面均具有十分重要的意义，使其一直是可持续农业研究的热点。

多年来，我国果园的土壤管理以免耕或清耕为主，导致了土壤质量退化、果实产量降低和品质变劣［9］。秸秆覆盖浅施作为一项有效措施越来越被果园管理者重视。周江涛［10］研究发现，苹果园覆盖玉米秸秆能减轻土壤酸化、提高土壤养分。秦嗣军［10］报道显示，果园秸秆覆盖可增强土壤保水能力、促进果树生长发育，并能有效提高苹果产量。也有报道显示，秸秆还田后能减小果园土壤温度振幅、增加微生物含量［12］。王进［13］在研究山地李果园秸秆覆盖和地膜覆盖时发现，秸秆覆盖显著地提高了果园土壤水分含量、改善了土壤结构、增加了果树根系数量和活力，蔡铭阳［14］也报道了类似的研究结果。另外，秸秆覆盖还具有改善树体水分状况、提高果树光合速率等作用［15］，同时也能显著改善果实品质［16］。

山西省左权县盛产核桃，左权核桃以其高含油量、口感香脆，在国际上享有盛誉。2001年左权县被国家林业局命名为“中国核桃之乡”。近年来，由于当地农民的土壤管理意识淡薄，导致了果园有机质含量下降、土壤结构变差、土层厚度变薄，造成核桃产量降低、品质变劣、独特口感淡化，严重制约了当地核桃产业的发展。本文针对左权县核桃园土壤管理中存在的问题，以生草、地膜、玉米秸秆、小麦秸秆为覆盖材料，研究核桃园不同覆盖材料对土壤养分含量、核桃产量及品质的影响，旨在为提高果园土壤质量及核桃产量、质量，彰显左权核桃独特口感，为核桃园土壤管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于山西省左权县麻田镇云头底村，海拔1 210 m，属温带大陆季节性气候。常年日照2 570 h，年均气温7.4℃，昼夜温差15～21℃，年无霜期为150 d，年降雨量为540 mm左右。试验园耕层土壤基础肥力为：pH为7.68，有机质含量为17.054 g·kg-1，总氮含量为1.20 g·kg-1，总磷含量为0.70 g·kg-1，总钾含量为14.84 g·kg-1，碱解氮为88.37 mg·kg-1，速效磷为9.86 mg·kg-1，速效钾为95.23 mg·kg-1。

1.2 试验设计

以长势旺且均匀一致的秦核1号品种为材料，试验于2010年开始，以不覆盖为对照（CK）设4个处理：覆盖地膜（T1）、生草（T2）、覆盖小麦秸秆（T3）、覆盖玉米秸秆（T4）。每年秋季结合施肥进行深翻，将上一年秸秆或青草翻入土中，然后再于地表覆盖地膜或粉碎的秸秆，CK正常深翻。翻土深度为30 cm，秸秆覆盖厚度为15 cm。小区面积100 m2，随机排列，3次重复。所有地表覆盖处理（T1、T2、T3和T4）均为全园覆盖。

1.3 样品采用与分析

1.3.1 样品采集

土壤样品于2014秋季结合土壤深翻进行。用直径为5 cm的土钻取冠层下0～30 cm土壤样品，每个小区按“S”形随机取5个土样，混匀后经去杂、过筛、风干备用。根系活力测定取样分别于2014年春季（4月15日）和秋季（9月15日）进行。于2014年进行核桃产量的统计，并于每个小区取50粒有代表性的核桃果实测定单果重、果壳厚度、出仁率及品质指标。

1.3.2 分析方法

参照《土壤农业化学分析方法》［17］测定土壤养分含量：全氮含量用半微量“凯氏法”测定；全磷含量用碱熔-钼锑抗比色法；全钾和速效钾含量采用火焰光度法；碱解氮含量用扩散法；速效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；总有机碳（total organic carbon，TOC）含量采用重铬酸钾-硫酸外加热法测定［18］；微生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）的测定采用氯仿熏蒸浸提法［19］；颗粒有 机 碳（particulate organic carbon，POC）参 照Cambardell［20］的方 法测定；潜 在矿化碳（potential mineralized carbon，PMC）采用密闭培养碱液吸收法［21］；根系活力采用TTC还原法［22］测定；核桃的脂肪含量采用索氏提取法测定［23］；蛋白质含量测定采用凯氏定氮法［24］；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定［22］；用游标卡尺测量果壳厚度；出仁率参考GB/T 20398-2006方法进行；单果重采用千分之一天平称量50粒后取平均值。

1.3.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003软件对试验数据进行处理和绘图，运用SPSS13.0软件进行多重比较，差异显著采用Duncan方法进行多重比较。

2 结果分析

2.1 不同覆盖方式对土壤碳含量的影响

不同覆盖方式对土壤TOC、MBC、POC和PMC含量的影响如图1。由图1可知，与CK相比，覆盖小麦秸秆和玉米秸秆对土壤各类碳素含量有着极显著影响（p＜0.01）。覆盖秸秆和生草处理极显著地提高了土壤的TOC、MBC、POC和PMC含量，CK与覆盖地膜间差异显著（PMC除外）。TOC、MBC、POC和PMC含量依次为T4＞T3＞T2＞T1＞CK；T4的TOC、MBC、POC和PMC含量较CK分别提高了47.89%、63.01%、25.92%和23.79%。说明覆盖翻压秸秆能有效提高土壤碳素含量，显著提高土壤肥力和土壤质量［25］。

2.2 不同覆盖方式对土壤养分含量的影响

由图2可见，不同覆盖处理对核桃园土壤有机质、总氮、总磷、总钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量有极显著的影响。与CK相比，生草及覆盖秸秆显著提高了土壤养分含量。就增加幅度而言，覆盖秸秆对速效磷含量的提升效果最显著，T4含量最高（16.43 mg·kg-1），较CK提高了25.33%；总钾含量增加幅度次之，总氮、碱解氮和速效钾含量增加幅度再次，有机质增加幅度最小。就处理间差异 性 而 言，CK与T1养 分 含 量 无 显 著 差 异；T4的各养分含量均极显著高于其他处理（速效钾除外）；T3与T2的各养分含量均不具极显著差异（总磷除外）；T2和T1间的各养分含量差异不显著。说明覆盖秸秆显著提高了土壤的养分含量及其有效性，这可能与秸秆还田后提升了土壤的保肥供肥能力、提高了土壤微生物数量和活性有关［26］，而地膜覆盖对土壤养分的提升效果不显著。

图1 不同处理对土壤各类碳素含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on the contents of various kinds of soil carbon

2.3 不同覆盖方式对核桃根系活力的影响

由图3可知，不同覆盖方式对核桃根系活力有极显著影响，不同处理间其根系活力依次为T4＞T3＞T2＞T1＞CK，且春季和秋季均表现出相同的规律。不同覆盖处理均在一定程度上提高了核桃树的根系活力，其中春季测定平均提高了16.31%，秋季测定平均提高了15.23%。春季、秋季的根系活力以覆盖玉米秸秆处理（T4）最高，分别较CK提高26.45%（春季）和25.84%（秋季）。说明覆盖玉米秸秆提升了核桃根系的吸收能力，这可能与覆盖玉米秸秆后提高了土壤的保温和保墒能力，增加了土壤速效养分含量，促进了土壤微生物活性，优化了根系生长环境有关［27］。

图2 不同处理对土壤养分含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on the contents of different soil nutrients

2.4 不同覆盖方式对核桃营养成分的影响

表1 不同处理对核桃果实品质特征的影响Table 1 Effects of different treatments on the qualities of walnuts fruits

由表1可见，不同覆盖处理均可显著提高核桃的脂肪、可溶性蛋白和总蛋白等含量。脂肪含量以CK最低（58.68%），T1次之（60.27%），T2再次（62.13%），T4的脂肪含量最高（66.49%）；CK的脂肪含量显著低于其他处理（T1除外）。就可溶性蛋白含量而言，T4含量最高（1.30%），较CK提高了35.42%，4种覆盖处理的可溶性蛋白含量较CK平均提高了24.48%。总蛋白含量显示，CK显著低于地表覆盖处理，各处理果仁的总蛋白含量较CK分别提高了7.27%（T1）、12.51%（T2）、17.79%（T3）和22.97%（T4）。综上，地表覆盖秸秆（尤其是玉米秸秆）显著提高了核桃仁营养成分的含量，进而改善核桃的品质。

2.5 不同覆盖方式对核桃果实特性和产量影响

由表2可见，地表覆盖对核桃的单果重有显著影响，以CK最低，T4的 单果重 较CK提高 了13.39%；4个覆盖处理的单果重较CK平均增加了9.21%。果壳厚度以CK的果壳最厚（0.12 cm），T3和T4的果壳最薄，均为0.10 cm，较CK降低了16.67%。核桃的出仁率以T4最高（66.87%），较CK提高了5.32%；4个处理较CK平均提高了5.32%。由表2可以看出，覆盖处理显著增加了核桃产量，以T4的产量最高（3 234.33 kg hm-2）；与CK相比，各处理的产量分别提高了4.91%（T1）、6.86%（T2）、9.46%（T3）和11.25%（T4），且处理间差异显著。地表覆盖（尤其是覆盖玉米秸秆）显著增加了核桃单果重、出仁率和产量，降低了核桃果壳厚度，长期覆盖秸秆可增加核桃产值和提升经济效益。

表2 不同处理对核桃果实性状及产量的影响Table 2 Effects of different treatments on fruit traits and yield of walnuts

3 讨论

土壤有机碳含量及其动态平衡是评价土壤肥力和功能的主要指标之一，影响着土壤的养分、结构、持水性及微生物量［28］。大量研究表明，秸秆还田能显著提高土壤有机碳含量［29］。本研究表明，与CK相比，地表覆盖显著提高了土壤总有机碳、颗粒有机碳、微生物量碳和潜在可矿化碳的含量，且以覆盖地膜（T1）的效果最差，生草（T2）次之，覆盖秸秆（T3和T4）的效果最好，这主要是因为生草和覆盖秸秆直接增加了有机物料，经微生物分解后提升土壤有机碳含量。覆盖玉米秸秆处理（T4）的总有机碳、颗粒有机碳、微生物量碳和潜在可矿化碳等含量较CK分别提高了47.89%、151.33%、25.92%和23.79%，这主要是因为还入土壤的秸秆经土壤微生物作用，分解腐化后进入土壤进而增加了土壤碳素含量。

本试验表明，地表覆盖显著提高了土壤有机质含量，且以覆盖秸秆的效果最高，生草次之，覆盖地膜的效果最差，这可能是因为作物秸秆是一种含碳丰富的能源物质［30］，含有大量的木质素、纤维素和半纤维素等含碳物质，施入土壤后经微生物分解转化进而增加了有机质含量，这与矫丽娜［31］的研究报道一致。本试验中地表覆盖后土壤的氮、磷、钾含量均显著提高，且以覆盖作物秸秆的效果最为显著，这与前人报道的秸秆还田可提高土壤氮、磷、钾含量的结果一致［32］。这主要是因为地表覆盖后改善了土壤水热状况，加速了土壤矿化作用进而增加了土壤养分。此外，地表覆盖处理还提高了土壤的氮、磷、钾的有效性，尤其是覆盖秸秆处理，这主要是因为施入有机物料后，既改善了土壤条件、增加了土壤氮、磷、钾含量，又促进了土壤微生物的生长和繁殖，从而进一步提高了氮磷钾的有效性［33］，李纯燕［34］的研究与本试验结果具有一致性。同时，地表覆盖也显著提高了核桃根系活力，且以覆盖育苗秸秆的效果最好。

图3 不同处理对核桃根系活力的影响Fig.3 Effects of different treatments on root vitality of walnuts plants

核桃仁中含有丰富的脂肪、蛋白质、碳水化合物等营养成分，其中脂肪和蛋白质是最为重要营养指标［35］，其含量直接决定着核桃果实品质。本研究发现，地表覆盖处理对核桃仁的脂肪、可溶性蛋白和总蛋白含量有显著影响，且以覆盖玉米秸秆的效果最好。这可能是因为覆盖秸秆后改善了土壤水温条件［10］、提升了肥力水平、增加了微生物量和酶活性及提高了土壤质量，提升了植株根系的吸收能力，进而改善了核桃树体的营养状况。

地表覆盖后核桃的单果重、出仁率和产量得到了显著提高；CK的单果重、产量和出仁率显著低于覆盖处理（T1的出仁率除外）。覆盖处理后显著降低了核桃的果壳厚度；CK的果壳厚度显著大于覆盖处理，其原因有待进一步研究。

4 结论

本研究采用地表覆盖方式进行核桃园的土壤管理，分析了不同处理对土壤质量及核桃品质和产量的影响。结果表明，覆盖翻压秸秆显著提高了总有机碳、颗粒有机碳、微生物量碳和潜在可矿化碳的含量，与CK相比，各处理的4类碳素含量分别提高了24.91%、35.56%、14.71%、12.90%，土壤质量得到了显著提升；显著增加了土壤有机质、氮、磷和钾等养分含量，土壤肥力水平得到了显著提升；显著增强了根系吸收能力，T4的根系活力较CK提高了16.31%（春季）和15.23%（秋季）；显著提高了核桃仁的脂肪、可溶性蛋白和总蛋白含量，较CK分别提高了7.70%、24.48%和15.13%，核桃营养水平得到了显著提升。显著增加了核桃的单果重、出仁率和产量，降低了核桃的果壳厚度，各处理的产量较CK平均提高了8.12%，经济效益显著提升。因此，在该区域核桃园应采取覆盖翻压秸秆（尤其是玉米秸秆）方式土壤管理，以改善土壤质量、提升营养水平、增强了根系吸收能力、彰显品质特质和增加经济效益。