苹果树根域土壤理化性质对园艺地布覆盖的响应

李发康，谢玉琴，薛应钰，李 龙，李小伟

(1.甘肃农业大学植物保护学院,甘肃 兰州 730070；2.临夏回族自治州农业科学院,甘肃 临夏 731100)

土壤是植物生长发育的基础[1]，土壤养分的高低与作物产量紧密相关[2-3]。地处甘肃中部的静宁县是我国苹果生产大县，截止目前，全县果园总面积为6.67万hm2，挂果果园面积达到4.3万hm2，产量76万t，产值35.5亿元[4]。但由于静宁县地处黄土高原沟壑地带，干旱少雨，春旱、伏旱现象发生普遍[5-6]，加之土壤有机质含量较低，碱解氮、速效磷和速效钾等养分都处于中低产园水平[7]，严重限制了静宁县苹果产业的可持续健康发展。研究发现，通过果园管理措施的改善以增强土壤肥力是提升苹果产量与质量的有效途径之一[8-9]。

地面覆盖是一项通过在植物周围的土壤表面覆盖有机或合成覆盖物，为植物生长和作物生产创造有利条件的技术[10-11]。大量研究表明，果园地面覆盖可有效改善土壤物理结构，降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增加土壤养分[12-13]，并为害虫天敌提供食物和栖息地[14]，且覆盖作物对增加连续的行间作物产量也有重要作用[15]。果园地面覆盖措施有秸秆覆盖、锯末覆盖、森林土覆盖、细河沙覆盖、地膜覆盖、园艺地布覆盖、生草和麦草覆盖等[16-19]。其中，园艺地布覆盖相比其他覆盖措施具有一次铺设、多年受益，保持土壤湿度，避免果园杂草危害，防止水土流失，不断提高作物产量的优势[20]。黄萍等[21]研究表明，秋季和初冬覆盖园艺地布可以显著提高苹果根系硝酸还原酶 (NR) 和一氧化氮合酶 (NOS)活性。陈汝等[22]采用不同覆盖材料覆盖‘烟富10’果园后发现：园艺地布覆盖果园不仅能够提高叶片百叶干质量和叶绿素含量，还能改善果实单果质量，增加果实着色指数、光洁指数和可溶性固形物含量。

目前，苹果园铺设园艺地布的技术在山东、陕西、辽宁和河南等地[23-26]已有研究报道。但甘肃省静宁县由于其独特的地理位置和气候条件，与以上地区存在很大的区域差异，目前尚未有该县苹果园铺设园艺地布的相关报道。因此，本试验于2018年在静宁县现代苹果高新技术示范园对园艺地布覆盖和清耕2种处理下苹果树根域土壤理化性质在不同生育时期和不同土层间的动态变化进行研究，分析园艺地布覆盖对苹果园土壤理化性质的影响，以期为园艺地布覆盖管理措施在静宁县及其周边地区的应用与推广提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在静宁县现代苹果高新技术示范园进行。试验地位于甘肃省平凉市静宁县(105°20′-106°05′E，35°01′-35°45′N)，为干旱、半干旱地区，属暖温带半湿润半干旱气候，光照充足，四季分明，气候温和，年均气温7.10℃，无霜期159 d左右，年均日照时数2 238 h；自然降水偏少，降水分布时空不均匀，夏水较多，冬春较少，年均降水量450.80 mm，可靠值383 mm，年蒸发量1 469 mm。试验地2018年温度和降水情况见图1。示范园按照矮砧密植栽植模式，宽行距窄株距种植，树形为高纺锤形，株行距1.2 m×3.5 m，留苗密度为2 400株·hm-2，施肥、灌水、病虫害防治均为统一管理。研究对象为4年生 ‘红富士’苹果树。

图1 2018年试验地气温和降水量月变化Fig.1 Monthly change of annual temperature andprecipitation in the test site in 2018

1.2 试验设计

试验于2018年2—12月进行。设置园艺地布覆盖(DB)和清耕(CK)2个处理，园艺地布覆盖方式为树干两侧覆盖0.80 m宽、0.12 mm厚的黑色地布。按随机采样法，在园艺地布覆盖和清耕处理下各选取3棵果树，用土钻定点采取苹果树各生育时期的根域土壤。取样以同一棵树的树干为中心，在果树投影区域分东、南、西、北4个方位，分别采取0～20、20～40、40～60 cm土层的土壤，混合去杂后，标记带回，过2 mm筛，保存以备用。

1.3 测定指标与方法

土壤含水量测定采用烘干法；土壤pH值测定采用酸度计法；土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法(外加热法)；土壤碱解氮含量测定采用碱解扩散法；土壤速效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；土壤速效钾含量测定采用醋酸铵浸提-火焰光度法[27]。

1.4 数据统计

采用SPSS 21，选择Duncan检验进行差异显著性比较, 采用Microsoft Word 2010软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 园艺地布覆盖对苹果树根域土壤含水量的影响

2.1.1 土壤含水量在生育期间的变化 园艺地布覆盖处理使苹果树全生育期内的土壤含水量提升了0.16%～7.10%，在休眠期和盛花期的提升量均低于3.00%，而在幼果期至果实成熟期的提升量均高于4.60%。此外，园艺地布覆盖处理对苹果树根域土壤含水量从盛花期至果实膨大期的变化影响较大，总体呈升高趋势，而清耕处理在此生育期间内总体呈下降趋势(图2)。

2.1.2 土壤含水量在土层空间的变化 由图3可知，园艺地布覆盖处理在休眠期、盛花期和果实膨大期对0～20 cm土层土壤含水量的提升作用最强，分别较相应的清耕处理提升了2.93%、2.67%和6.83%。在幼果期和果实成熟期则对20～40 cm土层提升作用最强，分别提升了7.10%和5.98%。2种处理下，土壤含水量在休眠期和盛花期均随土层加深而呈现先升高后降低的变化趋势，在果实成熟期均随土层加深先降低再升高；但在幼果期和果实膨大期，2种处理下土壤含水量在土层间的变化趋势相反，园艺地布覆盖处理使土壤含水量于幼果期在土层空间的变化由清耕处理下的先降低再升高变为先升高再降低，果实膨大期由逐渐升高变为先降低再升高。

2.2 园艺地布覆盖对苹果树根域土壤pH的影响

2.2.1 土壤pH值在生育期间的变化 由图4可知，园艺地布覆盖处理下，除休眠期40～60 cm土层土壤pH值较清耕处理升高了0.12外，其余生育时期内土壤pH值较清耕处理降低了0.06～0.43。其中，幼果期降低幅度最大，3个土层降低量均大于0.20，果树成熟期20～40 cm和40～60 cm土层降低量较小，分别降低了0.6和0.8。0～20 cm土层内，2种处理下土壤pH值在休眠期至幼果期均逐渐降低，果实膨大期较幼果期显著升高，至果实成熟期又显著降低。20～40 cm和40～60 cm土层内，园艺地布覆盖处理下土壤pH值先降低再升高，幼果期时土壤pH值最低，而清耕处理下土壤pH值则先升高再降低，在盛花期时土壤pH值最高。

2.2.2 土壤pH值在土层空间的变化 由图5可知，园艺地布覆盖处理在休眠期至果实膨大期均以20～40 cm土层的土壤pH值降低幅度最大，降低了0.10～0.28，在果实成熟期则以0～20 cm土层的土壤pH值降低幅度最大，降低了0.23。园艺地布覆盖处理下，土壤pH值在休眠期和盛花期时随土层加深而升高，与清耕处理相同；在幼果期和果实膨大期随土层加深先降低再升高，果实成熟期随土层加深先升高再降低，均与清耕处理相反。

注：Ⅰ：休眠期；Ⅱ：盛花期；Ⅲ：幼果期；Ⅳ：果实膨大期；Ⅴ：果实成熟期。图中不同小写字母表示同一土层深度不同生育时期间的差异显著(P<0.05)。下同。Note: Ⅰ：Dormancy stage；Ⅱ：Full-bloom stage；Ⅲ：Young fruit stage；Ⅳ：Fruit expansion stage；Ⅴ：Fruit maturity stage. Different lowercase letters indicate significant differences among different growth stages in the same soil depth (P<0.05). The same below.图2 园艺地布覆盖对苹果树根域土壤含水量在生育时期间变化的影响Fig.2 The effect of black ground fabric mulching on the soil water content in the rootzone of apple trees during different growth stages

2.3 园艺地布覆盖对苹果树根域土壤养分含量的影响

2.3.1 土壤养分在生育期间的变化 由表1可知，园艺地布覆盖处理下，土壤有机质含量在果实膨大期较清耕处理显著增加，增加了1.08～4.05 g·kg-1；休眠期和盛花期在0～20 cm土层较清耕处理分别增加了0.79 g·kg-1和5.31 g·kg-1，在40～60 cm土层较清耕处理分别增加了0.05 g·kg-1和0.53 g·kg-1；幼果期的0～20 cm土层和果实成熟期的20～40 cm土层较清耕处理分别增加了1.39 g·kg-1和1.78 g·kg-1。园艺地布覆盖处理的碱解氮和速效钾含量在各生育时期均较清耕处理有所增加，分别增加了2.10～46.05 mg·kg-1和43.78～182.19 mg·kg-1，且对速效钾含量的提升作用以果实成熟期最明显，增加量均大于107.00 mg·kg-1。土壤速效磷含量除休眠期40～60 cm土层和盛花期20～40 cm土层分别降低了0.87 mg·kg-1和0.43 mg·kg-1外，其余各生育时期和土层内增加了5.57～57.58 mg·kg-1。以上结果表明园艺地布覆盖处理对苹果树根域土壤养分含量在各生育时期均具有一定的提升作用。此外，土壤有机质含量在园艺地布覆盖处理下，盛花期至果实成熟期间的变化均与清耕处理相反，0～20 cm和40～60 cm土层有机质含量均在盛花期和果实膨大期较前一生育时期提高，幼果期和果实成熟期均较前一生育时期降低，20～40 cm土层的含量则在果实膨大期之前随生育时期推进逐渐升高；土壤碱解氮含量在2种处理下随生育时期的变化规律相同，0～20 cm土层含量逐渐降低，20～40 cm和40～60 cm土层均在盛花期含量达到最大后逐渐降低；土壤速效磷含量在2种处理下于0～20 cm和40～60 cm土层内生育时期间的变化规律相同，但园艺地布覆盖处理下的变化幅度大于清耕处理。20～40 cm土层内，园艺地布覆盖处理下速效磷含量随生育时期先增加后减少，在幼果期含量最高，而清耕处理则在盛花期含量最高，至果实膨大期逐渐降低，果实成熟期又升高；土壤速效钾含量在2种处理下随生育时期的变化趋势相同，均在盛花期含量降到最低后逐渐升高。

注：图中不同小写字母表示同一处理不同土层深度间差异显著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant differences among different soil depths under the same treatment (P<0.05). The same below.图3 园艺地布覆盖对苹果树根域土壤含水量在土层空间变化的影响Fig.3 The effect of black ground fabric mulching on the spatial variation of soil water content in the root zone of apple trees

图4 园艺地布覆盖对苹果树根域土壤pH在生育时期间变化的影响Fig.4 The effect of black ground fabric mulching on soil pH in the root zone of apple trees during different growth stages

图5 园艺地布覆盖对苹果树根域土壤pH在土层空间变化的影响Fig.5 The effect of black ground fabric mulching on the spatial variation of soil pH in the root zone of apple trees

2.3.2 土壤养分在土层空间的变化 由表1可知，园艺地布覆盖处理对土壤有机质含量的提升作用在土层间总体以0～20 cm土层最明显，增加量均在0.79 g·kg-1以上，但在果实成熟期仅对20～40 cm土层具有提升作用，提升了1.78 g·kg-1。地布覆盖处理对土壤速效磷含量的提升作用在土层间总体也以0～20 cm土层最明显，增加量均大于21.60 mg·kg-1；但在果实膨大期对20～40 cm土层提升作用最明显，提升了21.97 mg·kg-1。该处理对土壤速效钾含量的提升作用在土层间以20～40 cm土层最明显，增加量均大于97.00 mg·kg-1；其对土壤碱解氮含量的提升则无明显规律。此外，园艺地布覆盖处理下，土壤养分含量在土层空间的变化与清耕处理类似，总体呈随土层加深而降低的变化趋势。但土壤碱解氮含量在盛花期时以20～40 cm土层含量最高，为136.29 mg·kg-1，而清耕处理下以20～40 cm土层最低，为95.38 mg·kg-1；土壤速效磷含量在盛花期随土层加深而降低，而清耕处理下20～40 cm土层的含量为30.73 mg·kg-1，显著大于另外2个土层。

3 讨 论

苹果树覆盖作为现代果业生产中一项高效、节水的栽培措施已在国内外广泛应用[28]。本研究表明，苹果园覆盖园艺地布可以有效提升苹果树全生育期内0～60 cm土层的土壤含水量。这与郑悦等[29]研究结果类似，主要是因为地布表层有细密的小孔，有利于雨水下渗[30]，且园艺地布覆盖可以降低土壤温度，减小温度日较差，蒸发损失少，而更有利于土壤水分的保持[31]。本研究还发现园艺地布覆盖对土壤含水量在幼果期至果实膨大期的提升作用要高于休眠期和盛花期，对0～40 cm土层含水量的提升作用总体上要优于40～60 cm土层。这是由于果园土壤含水量与土壤结构、降雨和蒸散发的关系密切[32];幼果期至果实成熟期的降水量要高于休眠期至盛花期，土壤水分得到了更多的供给，而清耕处理随温度升高，蒸发量增大。降雨虽然能够补给土壤表层的含水量，但对深层土壤含水量影响较小。此外，园艺地布覆盖处理的土壤含水量于幼果期和果实膨大期在土层空间的变化与清耕处理相反，可能是园艺地布覆盖处理在幼果期至果实膨大期改变了土壤结构而造成土壤含水量的空间异质性[22]，但其相关机理有待于进一步研究。

表1 园艺地布覆盖对苹果树根域土壤养分的影响

酸碱度是土壤的基本化学性质之一，也是一项重要的土壤肥力指标[33]。本研究发现，清耕处理下，静宁县苹果园土壤pH值在8.00以上，属过碱土壤，会造成果树生长受抑甚至死亡[34]。园艺地布覆盖处理对苹果园土壤pH值具有一定的降低作用，主要因为蒸发量大于降水量是土壤盐碱化的重要原因之一[35]，而园艺地布覆盖后能够减少土壤水分蒸发，提升土壤含水量，使得土壤铝的有效性增加，促进了交换酸的产生，进而降低了苹果园土壤pH值[36]。

土壤养分的数量和质量是土壤肥力的重要特征[37]。本研究发现，静宁县苹果园覆盖园艺地布对果树全生育期内0～60 cm土层土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量具有显著的提升作用(仅0～20 cm土层果树休眠期至果实膨大期、20～40 cm土层果树成熟期和40～60 cm土层休眠期、盛花期和果实膨大期土壤有机质以及休眠期40～60 cm土层和盛花期20～40 cm土层土壤速效磷含量除外)，这与曹欣冉[38]的研究结果类似。究其原因，土壤有机质由腐殖质和土壤有机物质转化而形成[39]，园艺地布覆盖增加了表层土中有机物质量的积累，同时又给微生物提供了旺盛活动的适宜条件，促进了微生物分解进程及腐殖质的形成；有机质分解产生的中间产物(有机酸)及其最终产物(CO2)都能增加土壤溶液的酸度，酸度的增加对某些固定磷的化合物具有一定的溶解力，并能削弱粘土矿物对K的固定作用，从而提高了土壤中固定态P、K的有效性[40]。且园艺地布覆盖能够增加土壤含水量、降低土壤pH值和温度，有效削弱了氨的挥发损失[41]。本研究还发现，土壤有机质和速效养分含量总体上随土层加深而减少，这是由于0～20 cm土层土壤经常受到翻耕，该耕作深度在改善土壤物理性质的基础上，更有利于有机质及速效养分的积累，但造成了对应深度下层土壤压实的情况，因而呈现出表层土壤有机质含量最高，0～60 cm随土层加深而逐渐降低的趋势[12]，进而造成土壤速效养分含量减少。

综上所述，苹果园覆盖园艺地布可以有效提升土壤水分、养分含量，降低土壤pH值。但有关其对土壤理化性质的影响机制、对土壤微生物数量和土壤酶活性的影响及其对果树生长和果园产量的影响还有待进一步研究。此外，覆盖园艺地布能否对土壤水分、养分含量的提升形成长期效应以及是否会持续降低土壤pH值、造成土壤酸化等问题需开展进一步的研究。

4 结 论

苹果园覆盖园艺地布对土壤理化性质影响较大，与清耕处理相比，覆盖显著提升了0～60 cm土层果树全生育期土壤含水量，降低了土壤pH值，使0～60 cm土层土壤呈弱碱性；提升了0～20 cm土层果树休眠期至果实膨大期、20～40 cm土层成熟期及40～60 cm土层盛花期和果实膨大期土壤有机质含量；且除休眠期40～60 cm土层和盛花期20～40 cm土层的土壤速效磷含量较清耕处理有所降低外，土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量在0～60 cm土层苹果树全生育时期均显著提高。表明园艺地布覆盖果园在增强土壤保水能力、缓解土壤盐碱化和提升土壤养分方面具有较好的效果。