冬季覆盖对幼龄柑橘园土壤化学性质及酶活性的影响

余 高，陈 芬，田 霞，卢 心，滕明欢，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 554100）

柑橘是芸香科、柑橘属植物，是世界上产量最大的果树[1]。中国作为柑橘的重要原产地之一，有4 000 a 以上的栽培历史[2]，截至2021 年，我国柑橘种植面积和产量均位居世界第一，分别达278万hm2和5 596 万t[3]。贵州地处云贵高原东侧，光热资源充足，昼夜温差大，拥有得天独厚的地理和气候资源优势，近年来大力发展柑橘产业，其已逐渐成为农户脱贫致富、助力乡村振兴的重要产业之一，发展前景十分广阔。

土壤管理是柑橘高产优质栽培的重要环节，对柑橘园土壤水肥管理、柑橘生长发育及柑橘品质高低有重要影响[4]。传统柑橘园管理以清耕为主，其面积占果园总面积的90%以上[5]。然而近年来柑橘种植区冬季极端性低温气候频发，加上缺乏地表覆盖，造成部分果树尤其是幼龄期果树冻害严重、土壤养分失衡、果园土壤质量下降，不利于果园生态系统稳定和生产力提升[6]。覆盖是改善果园生态环境、提高土壤肥力水平的有效方法[7]。目前，关于秸秆、地膜和园艺地布等覆盖模式对大田作物、设施蔬菜及北方旱地果园影响的研究多有报道[8-11]，但针对南方柑橘园研究的报道较少。在农业生态系统中，土壤酶是土壤中各种生物化学反应的活性成分，负责加速与土壤养分循环相关的多个过程，对土壤生态系统中养分转化与吸收利用有不可替代的作用[12]，不同覆盖材料下土壤环境的异质性会导致土壤理化特性和酶活性出现季节性差异[13]。宿兵兵等[14]研究发现，地膜覆盖可以改善农田土壤理化状况，提高土壤pH 值和表层土壤养分矿化速率。陈雪等[15]在研究不同覆盖材料对干旱北方果树生长和土壤特性的影响时发现，园艺地布覆盖能显著增加幼龄苹果树的新梢长度和生长速度，改善果园土壤理化性质，提高土壤养分矿化效率和养分吸收利用能力。也有研究表明，长期地膜覆盖会因为土壤增温而加速旱地果园土壤有机质的矿化，增加耗水量，进而导致生育后期养分供应不足而造成减产[16-17]。

已有研究表明，土壤酶活性与土壤养分之间存在显著正相关关系，能够通过活化土壤营养元素的方式来改善土壤环境质量[18]，虽然关于不同覆盖材料对不同利用类型土地土壤的理化性质及增产效应影响的研究颇多[6-10，14-15]，但大多关注覆盖处理一段时间后土壤理化性质或酶活性的变化[10-11，14-16]，尚未有关注南方幼龄柑橘园冬季不同材料覆盖处理下柑橘不同生育时期土壤化学性质和酶活性变化特征及其相关性的研究。因此，拟比较不同覆盖模式下幼龄柑橘园土壤化学性质及酶活性的季节性变化，并结合冗余分析探讨土壤酶活性与土壤环境因子的相关性，为制定幼龄柑橘园科学合理的管理模式提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于贵州省铜仁市松桃县长兴堡镇花保村（109°21′E、28°33′N）。该地处于云贵高原东侧，属中亚热带湿润季风气候区，海拔681 m，年均降雨量为1 378.3 mm，年均日照时数为1 228 h，年平均气温为16.5 ℃，年总积温为5 800 ℃，无霜期为293 d。柑橘园为丘陵坡地，土壤为黄壤，有机质、全氮含量分别为23.59、1.57 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为149.04、30.56、200.98 mg/kg，pH 值为5.85。供试柑橘品种为日本引进的爱媛38 号，于2019 年4 月定植（2 年生），株距3 m×行距4 m，试验当年树龄3 a。

1.2 试验设计

于2020 年11 月—2021 年10 月在柑橘园设置玉米秸秆覆盖（JGF）、白色地膜覆盖（BMF）、黑色地膜覆盖（HMF）、园艺地布覆盖（YDF）4 种覆盖模式，以不覆盖为对照（CK），共5 个处理。每个处理均选择树势一致、无病害的柑橘树5株，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为28-6-6）300 kg/hm2。

1.3 样品采集与测定

分别于2021 年4 月11 日（春梢期）、6 月12 日（夏梢期）和9 月25 日（秋梢期）在各处理小区随机选取3 株长势一致的柑橘，在柑橘树干周围30～50 cm 采集0 ～20 cm 深度耕层土壤样品，每株选5个点的土壤混合均匀，剔除石块和杂质后带回实验室，自然风干后分别过1、0.25 mm 筛装袋保存，用于检测土壤pH 值和土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量，以及土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性。

土壤化学性质按照常规分析方法[19]测定，其中土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；土壤pH值采用水浸提（水土比为5∶1）、pH 酸度计测定；土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定；土壤有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。土壤酶活性采用关松荫[20]的方法测定，其中土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010 处理数据和作图，用SPSS 24.0 软件对数据进行差异显著性检验和分析，采用CANOCO 5.0软件进行冗余分析（RDA）。

2 结果与分析

2.1 冬季不同覆盖模式对幼龄柑橘园土壤化学性质的影响

2.1.1 土壤pH 值的动态变化 由图1可知，冬季不同覆盖模式柑橘不同生育时期的土壤pH 值变化趋势不同，随着生育时期的推进，除HMF 模式的土壤pH 值呈不断下降的趋势外，JGF、BMF、YDF 模式和CK 的pH 值均呈先降低后增加的趋势。柑橘春梢期各覆盖模式和CK 土壤pH 值差异不显著，为5.24～5.49。柑橘夏梢期、秋梢期土壤pH 值均以HMF 模式最低，且均显著低于其他4 种模式，柑橘夏梢期JGF、BMF、YDF 模式和CK 间土壤pH 值无显著性差异，柑橘秋梢期土壤pH 值表现为BMF＞YDF＞CK＞JGF＞HMF。

图1 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤pH值动态变化Fig.1 Dynamic changes of soil pH value in young citrus orchards under different coverage modes in winter

2.1.2 土壤有机质含量的动态变化 冬季不同覆盖模式柑橘不同生育时期土壤有机质含量变化见图2，JGF 模式呈先减后增趋势，其他模式均呈逐渐下降的趋势。各覆盖模式和CK 土壤有机质含量均在春梢期达到最高，为21.63～25.24 g/kg。柑橘春梢期、夏梢期JGF 模式土壤有机质含量较CK、YDF、HMF 模式分别显著提高16.69%、14.36%、13.69%和26.51%、20.60%、16.72%；其与BMF 模式差异不显著，但仍分别提高9.64%、13.54%。柑橘秋梢期JGF模式土壤有机质含量较CK 显著提高43.96%，较其他3 个覆盖模式显著提高18.87%～30.03%；BMF、HMF、YDF 模式间土壤有机质含量差异不显著。与CK 相比，冬季覆盖均在一定程度上有效提高了柑橘各生育时期土壤有机质含量。

图2 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤有机质含量动态变化Fig.2 Dynamic changes of soil organic matter content in young citrus orchards under different coverage modes in winter

2.1.3 土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的动态变化 由表1 可以看出，冬季不同覆盖模式柑橘不同生育时期土壤碱解氮和有效磷含量均呈不断下降的趋势，而土壤速效钾含量除CK 不断下降外，其他覆盖模式均呈先降后增的趋势。柑橘春梢期YDF碱解氮含量最高，达到303.66 mg/kg，较CK、JGF 模式分别显著提高27.28%、16.31%，但与BMF、HMF模式差异不显著。JGF、BMF、HMF、YDF 模式间有效磷含量差异不显著，但均显著高于CK。JGF 模式速效钾含量最高，达到408.72 mg/kg，显著高于CK和其他覆盖模式。柑橘夏梢期JGF、BMF、HMF、YDF 模式土壤碱解氮含量差异不显著，但较CK 处理显著提高15.16%～30.32%。JGF 模式有效磷含量最高，较CK、BMF分别显著提高23.23%、11.47%，但与HMF、YDF 模式差异不显著。JGF 模式速效钾含量最高，显著高于CK、BMF、YDF 模式，但与HMF 模式差异不显著。与CK 相比，柑橘秋梢期不同冬季覆盖模式均有效提高了土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，且差异均达到显著性水平，其中，HMF 模式碱解氮含量最高，较CK、BMF 模式分别显著提高了49.95%、20.85%，但与JGF、YDF 模式差异不显著；JGF模式有效磷含量最高，与BMF、YDF模式差异不显著，但较HMF、CK 分别显著提高18.82%、68.27%；BMF 模式速效钾含量最高，达到226.33 mg/kg，与YDF 模式差异不显著，但显著高于CK、HMF和JGF模式。

表1 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤养分含量动态变化Tab.1 Dynamic changes of soil nutrient content in young citrus orchards under different mulching patterns in winter mg/kg

2.2 冬季不同覆盖模式对幼龄柑橘园土壤酶活性的影响

2.2.1 土壤过氧化氢酶活性的动态变化 如图3所示，冬季不同覆盖模式柑橘不同生育时期土壤过氧化氢酶活性均呈先降低后升高的趋势。柑橘春梢期HMF 模式土壤过氧化氢酶活性最高，较CK 显著提高77.42%，较其他覆盖模式显著提高14.58%～19.57%。柑橘夏梢期YDF 模式土壤过氧化氢酶活性最高，较CK 显著提高97.50%，较其他覆盖模式显著提高23.44%～58.00%。柑橘秋梢期BMF 模式土壤过氧化氢酶活性最高，较CK 显著提高83.72%，较JGF、HMF 模式分别显著提高29.51%、24.41%，但与YDF模式差异不显著。

图3 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤过氧化氢酶活性动态变化Fig.3 Dynamic changes of soil catalase activity in young citrus orchards under different covering modes in winter

2.2.2 土壤脲酶活性的动态变化 由图4 可以看出，冬季不同覆盖模式柑橘不同生育时期土壤脲酶活性与土壤过氧化氢酶活性变化趋势一致，也呈先降低后升高的趋势。柑橘春梢期HMF 模式土壤脲酶活性最高，较CK、JGF、BMF 模式分别显著提高73.33%、44.44%、23.81%，但与YDF 模式差异不显著。在柑橘夏梢期和秋梢期土壤脲酶活性均以BMF 模式最高，夏梢期BMF 模式土壤脲酶活性较CK、JGF、HMF、YDF 模式分别显著提高58.82%、68.75%、22.73%、35.00%；柑橘秋梢期BMF 模式脲酶活性较CK 显著提高78.95%，较JGF、YDF 分别显著提高17.24%、25.93%，但与HMF 模式差异不显著。

图4 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤脲酶活性动态变化Fig.4 Dynamic changes of soil urease activity in young citrus orchards under different covering modes in winter

2.2.3 土壤蔗糖酶活性的动态变化 冬季不同覆 盖模式柑橘不同生育时期土壤蔗糖酶活性呈现先升高后降低的趋势（图5），且不同覆盖模式均有效提高了柑橘各生育时期土壤蔗糖酶活性。柑橘春梢期HMF 模式土壤蔗糖酶活性最高，较CK 提高198.59%，较其他覆盖模式提高10.42%～38.56%，且差异均达到显著性水平。柑橘夏梢期BMF、HMF、YDF 模式土壤蔗糖酶活性差异不显著，但均显著高于CK 和JGF 模式。柑橘秋梢期HMF 模式土壤蔗糖酶活性最高，较CK 和其他覆盖模式分别显著提高了58.92%、12.21%～45.54%；YDF 与CK 土壤蔗糖酶活性差异不显著，但仍较CK提高9.19%。

图5 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤蔗糖酶活性动态变化Fig.5 Dynamic changes of soil sucrase activity in young citrus orchards under different covering modes in winter

2.2.4 土壤酸性磷酸酶活性的动态变化 由图6可以看出，冬季不同覆盖模式柑橘不同生育时期JGF、BMF 和HMF 模式土壤酸性磷酸酶活性呈先增后降的趋势，而YDF 模式和CK 则呈现不断增加的趋势。柑橘春梢期YDF 模式土壤酸性磷酸酶活性最高，较CK、JGF 模式显著提高65.52%、17.07%，但与BMF、HMF 模式差异不显著。柑橘夏梢期BMF 模式土壤酸性磷酸酶活性最高，较CK 提高108.06%，较其他覆盖模式提高13.66%～30.30%，且差异均达到显著性水平。柑橘秋梢期土壤酸性磷酸酶活性以YDF模式最高，显著高于CK 和其他覆盖模式，JGF、BMF和HMF模式间差异不显著。

图6 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤酸性磷酸酶活性动态变化Fig.6 Dynamic changes of soil acid phosphatase activity in young citrus orchards under different coverage modes in winter

2.3 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤酶活性和土壤环境因子的RDA分析

对冬季不同覆盖模式下土壤酶活性与土壤环境因子进行RDA 分析，结果见图7。由图7 可以看出，土壤环境因子对土壤酶活性的解释量为41.98%，其中，前2 个排序轴的解释量分别为28.05%、13.93%，可较好地反映土壤酶活性和土壤环境因子的关系，且主要由第1 轴决定。根据箭头长度可以看出，土壤碱解氮（AN）含量、有效磷（AP）含量、速效钾（AK）含量、pH 值和土壤有机质（OM）含量与土壤酶活性相关性较好。采用envfit 函数检验土壤环境因子影响的显著性，结果显示，AN（R2=0.737，P=0.001）、AK（R2=0.751，P=0.001）、AP（R2=0.573，P=0.001）、pH 值（R2=0.331，P=0.002）、OM（R2=0.234，P=0.002）对土壤酶活性的影响均达到极显著水平（P＜0.01）。

图7 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤酶活性与养分之间的RDA分析Fig.7 RDA analysis between soil enzyme activity and nutrients in young citrus orchards under different coverage modes in winter

3 结论与讨论

3.1 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤化学性质的变化特性

黄壤是贵州省粮食、经济作物的主要生产基地，但由于黏、酸、瘦、瘠的土壤特点及喀斯特地貌发育非常典型，水土流失十分严重，这使得黄壤土生产力低下，果园清耕不利于贵州地区柑橘园可持续发展[21]。冬季覆盖可以增强柑橘园土壤的蓄热、保温、保湿能力，改善土壤的理化性质，增加土壤有机质和速效养分含量，提高果树根系对养分的吸收转运效率[22-23]，提高土壤质量和生产力[24]。本研究结果表明，冬季对幼龄柑橘园覆盖玉米秸秆、白色地膜、黑色地膜和园艺地布后，使柑橘园各生育时期土壤化学性质产生了一定的变化。土壤pH 值影响土壤微生物的活性、矿物质及有机质的转化[25]，进而影响植物的生长发育，一般认为，柑橘最适宜在pH值5.5～6.5的土壤上生长。本研究中，冬季不同覆盖模式柑橘不同生育时期土壤的pH 值变化趋势有所差异，HMF模式的pH值呈不断增加的趋势，HMF模式的pH 值呈不断下降的趋势，而JGF、BMF、YDF 模式和CK 的pH 值呈先减后增的趋势。与CK 相比，柑橘秋梢期YDF 和BMF 模式均提高了土壤pH 值，而JGF 和HMF 模式降低了土壤pH 值。有机质是土壤养分循环和肥力供应的重要物质之一，其在维持土壤结构稳定、为植物持续供应水肥等方面起关键作用，土壤速效养分作为植物生长发育所需的重要物质来源，能较好地反映土壤肥力的高低[26]。本研究结果表明，与CK 相比，冬季覆盖均在一定程度上有效提高了柑橘各生育时期土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量。这与陈俊朴等[27]的研究结果一致，这主要是由于地面覆盖可以保持土壤温度和水分稳定，加快土壤物质循环，进而增加土壤有机质和速效养分含量。此外，本研究结果还表明，柑橘在不同生育时期对土壤养分的吸收不同而导致土壤养分呈现差异，土壤有机质含量除JGF 模式呈先减后增趋势外，其他模式均呈逐渐下降的趋势；土壤碱解氮和有效磷含量在柑橘生育期均呈不断下降的趋势；土壤速效钾含量除CK 不断下降外，其他覆盖模式均呈先降后增的趋势。这是因为柑橘进入夏梢期后，由于土壤温度升高，植物生长迅速，促使土壤中大量养分被吸收，导致有机质矿化和分解，进而使得土壤中有机质和速效养分含量迅速降低，而JGF模式因在土壤中添加外来有机碳源，在提升土壤有机质含量方面要优于无机材料覆盖措施[28]。柑橘秋梢期后，作物根系逐渐衰老，柑橘生长逐渐减缓，对土壤矿物钾的吸收减少，而覆盖处理的土壤由于其仍具有较好的水热条件，促进了土壤中钾的分解矿化，使土壤中速效钾含量升高，这与张成君等[29]的研究结果一致。

3.2 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤酶活性的变化特征

土壤酶是参与土壤中有机物分解矿化和促进土壤养分循环转化的关键成分[12]，是土壤生态系统中最活跃的组分之一，能反映土壤生物化学过程的方向和强度[30]，其活性高低可以用作衡量土壤肥力、环境质量高低的重要生物指标[12]。本研究结果表明，不同覆盖模式均有效提高了柑橘各生育时期土壤酶活性，但由于不同覆盖模式柑橘不同生育时期对土壤养分的吸收利用能力存在差异，导致土壤酶活性出现季节性变化[31]。地面覆盖能为土壤微生物的繁殖提供有利的物质和环境条件，改善土壤肥力水平，进而提高土壤酶活性[27]。罗玲等[32]关于葡萄园覆盖试验的研究结果表明，相较于传统地膜覆盖，园艺地布覆盖更有利于提升果园土壤酶活性。本研究中，土壤酶活性在柑橘生育期的变化趋势各不相同，土壤过氧化氢酶活性和脲酶呈先降低后升高的趋势，这可能是夏梢期柑橘生长旺盛，出现了植物同土壤微生物争夺氮素营养的情况，导致土壤脲酶活性下降。这与张成君等[29]的研究结果相似，但与王国兵等[33]的研究结果有所差异，可能与研究植物种类、土壤类型、施肥制度及环境因子不同有关。土壤蔗糖酶活性呈现先升高后下降的趋势，这可能是柑橘进入夏梢期后由于温度升高，生长加快，根系活动加强，分泌物增加，进而促进了土壤酶代谢活动，使酶活性达到最高值，而秋梢期由于温度下降，柑橘生长减缓，使得土壤蔗糖酶活性下降。JGF、BMF 和HMF 模式的土壤酸性磷酸酶活性呈先增后降的趋势，而YDF 模式和CK 则呈现不断增加的趋势，这可能与柑橘各生育时期土壤水、热、气等环境随季节变化，导致土壤微生物生物量及土壤中磷含量随之变化有关，具体机制还有待进一步深入研究。

3.3 冬季不同覆盖模式幼龄柑橘园土壤化学性质与酶活性的相关性

土壤微生物代谢及动植物活动是土壤酶的主要来源，土壤酶活性受不同农田管理措施影响[34-40]，其高低与土壤养分水平之间存在密切联系[41]。同时，土壤养分的富集和再分配，随人类活动而发生变化，进而对土壤酶活性及其空间分布产生影响[12]。伏星舟等[42]通过研究不同耕作方式对绿洲区夏玉米农田土壤理化性质及其酶活性之间的关系发现，土壤酶活性与土壤有机质、全氮、有效态氮含量等呈显著相关，且土壤酶活性较土壤化学指标对土壤质量变化的响应更敏感。李欣等[12]通过对土壤酶活性和环境因子进行冗余分析发现，影响土壤酶活性的主要环境因子为全钾和有效磷含量，且排序靠前的多为养分因子，进一步说明土壤酶活性主要由土壤养分驱动[43]。本研究中，不同覆盖模式柑橘幼年期土壤碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、pH值和土壤有机质含量与土壤酶活性相关性较好，且均达到极显著水平，这与前人[44-45]研究结果基本一致。土壤酶作为一系列土壤生物化学反应的调控者，在土壤养分循环和有机质的形成过程中扮演重要角色。一方面，土壤有机质及速效养分含量的提高可为土壤微生物提供充足的碳源和氮源，刺激土壤微生物活性；另一方面，这些微生物又不断分解矿化土壤中的有机物，提高土壤中速效养分的供应能力。

综上，与不覆盖（CK）相比，玉米秸秆、白色地膜、黑色地膜、园艺地布4种覆盖模式均有效提高了幼龄柑橘园各生育时期土壤有机质、速效养分含量和土壤酶活性。其中，玉米秸秆覆盖模式在提高柑橘园土壤有机质含量、改善土壤养分条件、刺激土壤酶活性方面综合效果更好，可优先作为黄壤土幼龄柑橘园冬季覆盖材料使用。