苹果园行间自然生草的还田方式对土壤养分及果实品质的影响

聂佩显,李国栋,曾文官,薛晓敏,刘雪梅,高文胜*

(1.山东省果树研究所,山东泰安 271000;2.山东省农业技术推广中心,山东济南 250100;3.山东迈科珍生物科技有限公司,山东泰安 271000)

中国的苹果(Malusdomestica)种植面积和产量占据全球的一半以上,对于推动国家的区域经济发展和乡村振兴发挥了重要作用[1]。农机农艺的融合促进了许多果园管理技术的发展和应用。果园间生草技术作为果园重要的土壤管理技术之一,相比于传统的清耕制管理方法提高了果园表层土壤的稳定性,增加了土壤养分含量,增强了土壤微生物群落的稳定性[2-5]。随着自走式割草机和自走式旋耕机的广泛应用,果园生草技术得到了良好的发展。

在自然生草制果园中,主要采用免耕刈割还田的方式。研究表明,免耕刈割还田在一定程度上提高了土壤肥力,但也存在一些问题。例如,长期连续行间免耕生草会导致行间土壤表层板结,透气性变差以及行间草被老化现象。因此,寻找更为合理的行间草被还田模式成为迫切需要解决的问题。笔者在连续多年自然生草制的苹果园开展了传统刈割还田和传统刈割+草被耕翻还田2种耕作方式的研究,分析了不同草被还田方式下,土壤酶活性、土壤氮组分以及果实品质的变化,为中国自然生草制苹果园的行间草被精细化管理提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验园概况

试验地设在山东省果树研究所天平湖试验基地(东经117°1′,北纬36°13′)。供试苹果品种为烟富3/M26/八棱海棠(Malusrobusta),10年生,株行距1.5 m×4.0 m,南北行向。行内土壤肥力一致。2018年开始实行行间自然生草管理。

1.2 试验设计与方法

试验于2021、2022年连续2年进行,设2个处理:处理T1,草被刈割还田(每年6、7、8、9月上旬和10月中旬5次刈割,用背负式割草机将行间草被割下,留草高度5～10 cm。割下的草就地覆盖于行间)。处理T2,草被刈割+旋耕还田(刈割次数和时间同处理T1,只是7月上旬在刈割后,进行1次旋耕,深度10 cm左右,8、9、10月3次刈割的是新草种发出的草被)。以清耕为对照(CK)。试验处理以行段为小区,随机区组安排,重复3次。每行长45 m为1次重复。每行分为3段,每段长15 m为1个小区,安排1个处理。处理T1、T2和对照在每次重复内随机排列,共安排3行。

1.3 土样采集与预处理

于2022年10月15日对各处理分别在段中部采集0～20 cm土壤样品,将相同处理土层的土样充分混匀、四分法取土、去除根系等杂质后分成2份进行指标测定。果实取样,各处理分别选取5株苹果植株,每株在东、南、西、北4个方向各取3个果实用于品质指标测定。

1.4 测定指标及方法

土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定[6]。微生物量氮含量采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法测定[7]。土壤硝态氮、铵态氮含量,土壤酶(土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶)活性参考Hoagland等[8]方法测定。土壤有机氮组分参考鲁如坤[9]方法测定。果实可溶性糖与可滴定酸含量参照聂佩显等[10]方法测定。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0软件对数据进行统计分析,采用单因素(One-way ANOVA)和LSD法检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对苹果园土壤酶活性的影响

如表1,在0～20 cm土层,土壤脲酶(Urease)、蔗糖酶(Sucrase)、过氧化氢酶(Peroxidase)3种酶的活性,对照CK的分别为0.72、21.67、1.10 mg/g·d;处理T1的分别达到1.26、29.27、1.58 mg/g·d,均显著高于对照CK的;处理T2的分别达到1.55、37.73、1.97 mg/g·d,也均显著高于对照CK的,并且均显著高于处理T2的。

表1 不同处理土壤3种酶的活性 mg/g·d

2.2 不同处理对苹果园土壤不同形态氮组分的影响

如表2所示,在苹果园0～20 cm土层,不同处理土壤的铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、微生物量氮(MBN)3种形态的氮组分含量,对照CK的分别为12.49、15.75、67.77 mg/kg;处理T1的分别达到17.38、24.49、86.86 mg/kg,分别显著高于对照CK的;处理T2的分别达到20.32、33.30、125.60 mg/kg,也分别显著高于对照CK,并且均显著高于处理T1。

表2 不同处理的土壤3种形态氮组分的含量 mg/kg

2.3 不同处理土壤有机氮组分的影响

由表3可知,在0～20 cm土层,土壤5种有机氮组分含量,酸解氨基糖态氮(ASN)、酸解氨基酸态氮(AAN)2种土壤有机氮组分,处理T1、T2均与对照CK无显著差异。酸解铵态氮(AMMN)、酸解未知态氮(HUN)、非酸解性氮(NHN)3种土壤有机氮组分,对照CK的分别为199.51、216.75、259.23 mg/kg;处理T1的分别达到238.84、287.85、304.46 mg/kg,均显著高于对照CK的;处理T2的分别达到287.78、341.59、344.86 mg/kg,也均显著高于对照CK,并且显著高于处理T1。

表3 不同处理的土壤5种有机氮组分的含量 mg/kg

2.4 不同处理对苹果果实品质的影响

如表4,经2021、2022年2年的观测数据表明,果实的可溶性糖含量、糖酸比均以处理T2最高,处理T1次之,CK最低,处理与对照之间均表现差异显著;可滴定酸的含量,均是两处理间无显著差异,两处理均显著高于对照。

表4 不同处理的苹果果实品质指标比较

3 小结与讨论

苹果园2年的自然生草还田方式的试验表明,草被刈割还田、草被刈割+耕翻还田2种方式均对土壤酶活性、不同形态氮含量、不同有机氮含量、果实品质等指标均有良好的影响。与传统清耕园相比,可显著增加0～20 cm土层的土壤硝态氮、铵态氮和微生物氮含量,酸解氨态氮、酸解未知态氮和非酸解性氮等有机氮的含量,并且显著提高了果实的可溶性糖含量和糖酸比。草被刈割+耕翻还田技术对土壤理化性质和果实品质提升幅度更大,是一种可行的行间草被管理技术。

本研究中,土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性,草被刈割还田和草被刈割+耕翻还田均较对照清耕显著提高的结果,与吴玉森等[11]、于波等[12]在果园生草对酶活的研究结果一致;草被刈割+耕翻还田的土壤酶活性提升又显著高于被刈割还田的,这可能是草被刈割+耕翻还田可以产生更多的草被植物残体,且土壤耕翻使得草被残体与表层土壤充分接触,酶的作用底物被加强,从而使得酶活性提高[13]。

硝态氮NO3--N的淋溶损失是农业氮素损失的主要途径[14],果园生草后草根系对氮的吸收有助于减少NO3--N的损失[15],同时也减少了果园土壤氮素的径流损失。

土壤有机氮是矿质氮的源和库,其矿化速率受到土壤利用变化和农业管理措施等因素的影响[16,17]。果园生草还田能显著提高果园表层土壤中酸解氮组分中的酸解未知氮和酸解氨态氮含量,也提高了土壤有机氮组分中非酸解氮的含量。分析发现,相较于生草刈割还田,生草刈割+草被耕翻还田均不同程度地提升了土壤中不同形态氮含量,这可能是因为行间自然生草吸收土壤养分并将其贮存在体内,随之刈割养分释放到土壤中,在一定程度上有利于土壤中氮素养分的积累[18]。此外,生草会在一定程度上促进土壤硝化作用,使得土壤硝态氮含量增[19]。