不同覆盖对山地黄壤区表层土壤性质及柑橘品质的影响

余 高，陈 芬，田 霞，罗有亮，谢婉莹

（1.铜仁学院 贵州省梵净山地区生物多样性保护与利用重点实验室，贵州 铜仁 554300；2.贵州精源科技有限公司，贵州 铜仁 554300）

0 引 言

黄壤是贵州省山地主要的土壤类型之一，占到全省旱、耕地面积的46.2%，是贵州省粮食、经济作物的主要生产基地。然而，由于贵州地处云贵高原东侧，喀斯特地形地貌典型，月、季降雨量时空分布不均，湿润气候背景下临时性干旱频发，造成耕地土层浅薄，水土流失严重，这使得贵州山地黄壤生产力低下，严重制约着贵州省农业的健康可持续发展。

覆盖能有效改善土壤微环境，调节土壤养分状况，增加微生物数量及活性，具有较好地提质增效等作用[1]，近年来已在中国得到广泛应用与推广，成效巨大。有学者预计，2025年我国地膜覆盖面积将增加到2.34×107hm2[2,3]。覆盖主要包括塑料薄膜覆盖和秸秆覆盖[4]。李文旺等[5]研究表明，覆盖可以改善土壤水热状况，提高土壤酶活性，并能有效增加大蒜产量和品质。曹寒冰等[6]研究发现，地膜覆盖能加速旱地麦田土壤养分的矿化速率，提高其温度敏感性。李昱鹏等[7]研究表明，秸秆覆盖能显著提高北方梨枣产量，并有效改善梨枣的果实品质。还有研究发现，覆盖能通过改变土壤水热条件、养分以及树樘内部光照等来影响果实品质的形成，进而有效提高果园产量和果实品质[8,9]。总的来看，目前关于覆盖措施作用于旱地作物、设施园艺及北方果园的研究多有报道[5-10]，且大多只开展了1 a 的研究，鲜少有关注在南方柑橘园连续覆盖不同材料2 a 后柑橘园土壤理化特性及柑橘果实品质的差异比较研究。

柑橘是世界上种植面积和果实产量第一的水果[11]，具有丰富的营养价值和较高的经济效益，而土壤作为柑橘根系生长和养分吸收的基础，土壤环境条件与养分供应状况是柑橘生长发育和果实品质提升的重要保障[12]。通过比较分析不同覆盖材料下柑橘园表层土壤养分、酶活性和柑橘产量、果实品质的差异特征，探究适合贵州山地黄壤区柑橘生长发育的最佳覆盖材料，以期为改善柑橘园生态功能，提升果园水肥利用效率，提高柑橘产量和品质，实现贵州柑橘产业提质增效高质量发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于贵州省铜仁市松桃县长兴堡镇柑橘种植基地（28°33'N，109°21'E），属中亚热带湿润季风气候区，年平均气温16.5 ℃，年均降雨量为1 378.3 mm，年均日照数为1 228 h，海拔681 m，无霜期293 d。供试土壤为山地黄壤土，开始试验前土壤pH 值5.85，土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为23.59 g/kg、149.04 mg/kg、30.56 mg/kg 和200.98 mg/kg。供试柑橘品种为“爱媛38 号”，于2019 年4 月移栽，2020、2021 年为柑橘幼龄生长期未挂果，2022 年为第1 次挂果。

1.2 试验设计

田间覆盖试验开始于2020年（柑橘树龄3 a），共设置5个处理，即不覆盖对照（CK）、白色地膜覆盖（T1）、黑色地膜覆盖（T2）、园艺地布覆盖（T3）、玉米秸秆覆盖（T4）。每个处理均选择长势一致、健康无病害的植株5株为一个小区，重复3 次。每年11 月覆盖前施用商品有机肥（由巴彦淖尔市德源肥业有限公司生产，有机质含量≥90%，N+P2O5+K2O≥12%）300 kg/hm2，三元复合肥（由中化化肥有限公司生产，N、P、K 总养分≥40%，N-P2O5-K2O=28-6-6）300 kg/hm2，次年6-9月于柑橘生长旺盛期每3 周喷施1 次N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15叶面肥，年均喷施4次，各处理生育期采用人工除草，其他田间管理均一致。

1.3 样品采集与测定

于2022 年10 月柑橘果实成熟期，避开施肥穴和根系，采用五点取样法在各试验小区采集0～20 cm 表层混合土壤，去除石块和杂质后带回实验室，于室内风干，磨细后分别过1 mm、0.25 mm 筛装袋保存，用于土壤理化指标测定。土壤pH 采用水浸提（水土比为5∶1），pH 酸度计测定；土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量采用土壤农化分析常规方法测定[13]；土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性参照关松荫[14]测定方法。

果实采摘时，每个处理随机选择3 株柑橘树，并在每株柑橘树上、中、下、内、外部及东、南、西、北4 个方位均匀采摘大小基本一致的果实，每株树均采集成熟果实9 个。果实采摘后分别使用分析天平和电子称直接称量单果质量和果实总质量，剥皮后称取果皮质量，并将柑橘果肉榨汁，果渣沥干水分后称量，可计算可食率和果汁率。维生素C 含量采用用2,6-二氯靛酚试剂进行滴定，可溶性固形物使用手持式糖度计测定，可滴定酸采用NaOH 滴定法测定，并计算固酸比[15]。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010 进行数据处理和作图，用SPSS 25.0软件对数据进行显著性检验和多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖对柑橘园土壤pH和养分含量的影响

由图1 可以看出，不同覆盖下柑橘园土壤pH、养分含量部分存在显著性差异（P＜0.05）。与CK 相比，T4 处理显著增加了土壤pH值，而T1、T2、T3处理则显著降低了土壤pH值。由图1 还可以看出，覆盖均在一定程度上改善了土壤养分状况，提高了土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。其中，T4 处理土壤有机质含量最高，较CK、T3 处理分别提高15.76%、9.28%，且差异均达到显著水平，但与T1、T2 处理间差异不显著；T4 处理碱解氮含量较CK 处理提高62.12%，较其他覆盖处理提高24.29%～50.00%，且差异均达到显著水平，T1、T3 处理与CK 处理间差异不显著，但仍分别提高了8.08%、10.87%；T1、T2、T4 处理土壤有效磷含量较CK 处理分别显著提高16.22%、18.67%、22.71%，但与T3 处理间差异不显著；T4处理速效钾含量最高，较CK 和其他覆盖处理显著提高12.15%～44.28%，T1、T3 处理速效钾含量显著高于CK 和T2 处理，分别提高23.10%、28.65%和11.32%、16.34%，T2与CK处理间差异不显著，但仍可提高10.58%。

图1 不同覆盖下柑橘成熟期土壤pH与养分含量Fig.1 Soil pH and nutrient content during citrus maturation under different coverings

2.2 不同覆盖对柑橘园土壤酶活性的影响

由图2可以看出，不同覆盖措施在一定程度上均能有效提高柑橘园土壤酶活性。其中，T4 处理土壤过氧化氢酶活性较CK 处理提高23.08%，较T1、T2 处理分别提高9.09%、11.63%，且差异均达到显著水平，与T3 处理差异不显著，但仍可提高3.23%；T4 处理土壤脲酶活性较CK、T1 处理分别提高61.11%、38.10%，且差异均达到显著水平，但与T2、T3 处理间差异不显著；4种覆盖处理均显著提高了柑橘园土壤蔗糖酶活性，较CK 处理显著提高了115.49%～172.54%，T1、T2、T3 处理间差异不显著；T4 处理土壤酸性磷酸酶活性较CK、T2、T3 处理分别提高72.73%、10.47%、57.46%，且差异均达到显著水平，但与T1 处理间差异不显著，T3 与CK 处理间差异不显著，但仍可提高9.70%。

图2 不同覆盖下柑橘成熟期土壤酶活性Fig.2 Soil enzyme activities during citrus maturation under different coverings

2.3 不同覆盖对柑橘产量及果实品质的影响

不同覆盖下柑橘产量及果实品质特征定量分析结果显示（表1），覆盖均在一定程度上有效提高了柑橘产量及果实单果重、可食率、果汁率、维生素C、可溶性固形物含量，且降低了果实可滴定酸含量，增加了柑橘果实的固酸比值。与CK 相比，覆盖处理（T1～T4）柑橘产量，果实的单果重、可食率、果汁率、可溶性固形物和固酸比分别提高了6.89%～14.22%，8.84%～15.51%、2.51%～4.47%、3.12%～7.59%、4.60%～10.73%、11.39%～25.65%，且差异均达到显著水平。T1、T3、T4 处理维生素C 含量分别较CK 显著提高13.33%、16.67%、23.33%，T2 处理与CK 处理间差异不显著，但仍可提高6.67%。T4 处理可滴定酸含量较CK 处理降低了11.11%，T1、T2、T3 处理与CK 处理间差异不显著，但仍可降低4.94%～8.64%。

表1 不同覆盖下柑橘果实品质特性Tab.1 Quality characteristics of citrus fruits under different coverings

2.4 不同覆盖下柑橘园土壤酶活性和土壤pH、养分含量之间的相关性

由图3可知，4种土壤酶活性与pH之间相关性不显著；土壤过氧化氢酶活性与有机质和速效钾含量，脲酶活性与碱解氮含量，蔗糖酶活性与有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，酸性磷酸酶活性与有机质、碱解氮和有效磷含量呈极显著正相关（P＜0.01）；过氧化氢酶活性与碱解氮含量，脲酶活性与有机质、有效磷和速效钾含量呈显著正相关（P＜0.05）；酸性磷酸酶活性与速效钾含量相关性不显著。

图3 土壤酶活性和土壤pH、养分含量之间的相关性热图Fig.3 Correlation heat map between soil enzyme activity and soil pH,nutrient contents

2.5 不同覆盖下柑橘果实品质与土壤环境因子的相关性分析

利用关联网络分析不同环境因子与柑橘果实品质之间的关系，结果发现（图4），柑橘产量与土壤有机质含量，单果重与有机质、有效磷含量和酸性磷酸酶活性，可食率与有机质、碱解氮、脲酶和酸性磷酸酶活性，果汁率与有机质、脲酶和酸性磷酸酶活性，维生素C含量与有机质、碱解氮和脲酶活性，可溶性固形物与脲酶活性，固酸比与碱解氮和有效磷含量呈显著正相关（P＜0.05）；柑橘产量与碱解氮、速效钾、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性，单果重与碱解氮、速效钾、过氧化氢酶和脲酶活性，可食率与速效钾、过氧化氢酶和蔗糖酶活性，果汁率与碱解氮、有效磷、速效钾、过氧化氢酶和蔗糖酶活性，维生素C含量与速效钾、过氧化氢酶和蔗糖酶活性，可溶性固形物与有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、过氧化氢酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性，固酸比与有机质、速效钾、过氧化氢酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性呈极显著正相关（P＜0.01）；可滴定酸与速效钾、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性呈显著负相关（P＜0.05），与过氧化氢酶活性呈极显著负相关（P＜0.01）。对相关性网络分析结果进行关系对去重和数据筛选后发现，有机质、碱解氮和速效钾含量均是柑橘产量、单果重、可食率、果汁率、维生素C含量、可溶性固形物和固酸比的主要影响因子。此外，速效钾含量还是可滴定酸的主要影响因子；有效磷是柑橘产量、果汁率、可溶性固形物和固酸比的主要影响因子；过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均是单果重、可食率、果汁率和可溶性固形物的主要影响因子；过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性是柑橘产量和维生素C含量的主要影响因子；过氧化氢酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性是可滴定酸和固酸比的主要影响因子。

图4 柑橘果实品质与土壤环境因子间的相关性网络分析Fig.4 Correlation network analysis of citrus fruit quality and soil environmental factors

3 讨论与结论

覆盖能有效改善果园土壤的蓄水保温能力，调节土壤理化特性，增加土壤有机质和养分供应水平，进而提高果树对土壤养分的吸收利用能力，有利于果园可持续生产[16,17]。pH值是土壤的一项重要化学指标，影响着土壤有机质、养分的分解转化及土壤酶的活性，是影响土壤肥力的重要因素之一[18]。本研究发现，柑橘园表层土壤连续覆盖2 a 后，除秸秆覆盖显著提高了果园土壤pH 值外，2 种地膜和园艺地布覆盖均显著降低了柑橘园土壤pH，这与党昆[19]、沈鹏飞[20]等的研究结果类似，这是因为地膜覆盖会升高土壤温度，使植物根系分泌大量有机酸而导致土壤pH 值降低，而秸秆覆盖相对于地膜具有较好的透气性，同时秸秆在土壤微生物的作用下分解，增加了土壤有机质含量，进而增加土壤pH 缓冲容量而提高偏酸性土壤的抗酸化能力。土壤有机质和养分含量是衡量土壤肥力水平的重要化学指标[21]，与柑橘产量的高低、品质优劣有着不可分割的联系，其含量高低可直接反映不同覆盖措施对果园土壤的改良效果。本研究结果表明，覆盖均在一定程度上改善了柑橘园土壤养分状况，提高了土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，相对于2 种地膜和园艺地布覆盖，玉米秸秆覆盖对土壤有机质和速效养分的提升更为明显。这是因为覆盖能提高土壤蓄水保墒能力，改善土壤微环境，有利于微生物的活动繁殖，促进土壤有机质的分解矿化和养分循环，减少地表径流而降低土壤养分流失，进而增加了表层土壤有机质和速效养分含量，这与刘长源等[22]研究结果基本一致。土壤酶作为土壤生物化学过程中的重要组成部分，主要来源于土壤微生物代谢和动植物活动，是参与土壤有机物分解和养分循环转化的关键成分因子[23]，其活性高低是反映土壤质量水平和肥力高低的重要生物指标[24]。本研究结果表明，覆盖在一定程度上均能有效提高柑橘园土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性。这是由于覆盖的增墒效应为土壤微生物的繁殖与活动以及各种酶促反应提供了良好的条件与场所，促进了酶和底物的扩散，从而使土壤酶活性提高。大量研究证实，土壤酶参与土壤中有机质、氮、磷、钾等养分的生物转化与循环，两者呈显著正相关关系[18,21,22]，因此，土壤化学性质与酶活性结合可以较准确地反映土壤肥力的变化。本研究中，土壤过氧化氢酶活性与土壤有机质、碱解氮、速效钾含量呈显著或极显著正相关，土壤脲酶活性与土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量呈显著或极显著正相关，土壤蔗糖酶活性与土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量均呈极显著正相关，土壤酸性磷酸酶活性与土壤有机质、碱解氮、有效磷含量呈极显著正相关。总之，土壤化学性质与酶活性之间具有一定的互作关系及协同变化效应，影响着不同覆盖条件下柑橘园土壤养分的循环转化及累积过程，证实了连续覆盖可以有效改善柑橘园土壤肥力及养分供应水平。

果实品质是衡量柑橘商品性能的直接指标，而果实品质的高低受到多种指标综合作用的影响[25]。研究认为，柑橘果实的单果重、可食率、果汁率、维生素C、可溶性固形物、可滴定酸含量以及固酸比能有效反映出柑橘品质的绝大部分信息[26]。覆盖可以通过提高土壤养分供应能力和改善土壤微环境以及树樘内部光照等来促进果实品质的形成[27,28]。大量研究证实，覆盖能诱导柑橘果实蔗糖合酶基因表达，促进可溶性糖的合成和累积，有效促进柑橘果实糖分含量增加，并能显著提高柑橘果实可溶性固形物含量和固酸比值[29,30]。本研究结果表明，柑橘园覆盖均在一定程度上有效提高了柑橘产量、果实单果重、可食率、果汁率、维生素C、可溶性固形物含量，降低了果实可滴定酸含量，增加了柑橘果实的固酸比值，这与王驰等[31]的研究结果一致。一方面，覆盖能加强果树的补光效果，提高果树光合效率，促进果实干物质积累和品质形成[32,33]；另一方面，覆盖通过避雨抑制了中皮层细胞的分裂和增长，进而降低了果皮厚度，提高果实可食率含量[34]。相关性分析结果表明，柑橘果实单果重、可食率、果汁率、维生素C和可溶性固形物与土壤有机质、速效养分和土壤酶活性之间呈显著或极显著相关关系，说明柑橘品质形成会受到土壤有机质、养分含量及微生物活动等土壤因子的直接或间接影响，这与常健玮[35]、曹胜[36]等的研究结果基本一致。目前，覆盖对果实的增糖效应得到了行业的普遍认可，但对果实可滴定酸含量的影响却仍有较大分歧，大多研究表明覆盖可有效减少果实可滴定酸含量[31]，但也有研究认为覆盖会显著增加果实可滴定酸含量[37]。本研究发现，覆盖显著减少了柑橘果实可滴定酸含量，但不同覆盖材料之间差异不明显。相关性分析结果表明，果实可滴定酸含量与土壤速效钾含量和土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性呈显著或极显著负相关，说明柑橘果实可滴定酸主要受到土壤中速效钾和酶活性的影响。

综上，覆盖能有效改善柑橘园土壤肥力，提高土壤养分供应水平，刺激土壤酶活性，促进柑橘品质形成。相较于普通地膜和园艺地布覆盖，玉米秸秆覆盖在提高柑橘园土壤有机质、速效养分含量、刺激土壤酶活性，以及提高柑橘果实品质方面综合效果更好，可优先作为柑橘园地表覆盖材料。