陕北黄土高原果园覆盖绿肥油菜的品种筛选及其水肥效应

王春丽，强 成，王建平，曹晨辉，张 智，陈文杰，杨建利*

（1 陕西省杂交油菜研究中心，陕西杨陵 712100；2 宝塔区果业技术推广和营销服务中心，陕西延安 716000；3 西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨陵 712100）

陕北高原地区土地资源丰富，光照充足、昼夜温差大，属于干旱半干旱大陆性季风气候，具有北方旱寒区典型的气候特点。干旱、寒冷，冬季极端温度可达-20℃ 以下，年降水量500 mm 左右, 降雨量少且年度分布不均，冬春干旱而秋季多雨。当地土壤类型主要是黄绵土，土层深厚，土壤中的矿质养分含量低，耕地土壤有机质含量不足1%，土壤板结、通气透水性能较低，土壤肥力和质量均较差[1]。

陕北半干旱地区是世界公认的苹果最优适生区，苹果品质优良、种植面积巨大，仅陕北苹果种植面积已超过20 万hm2。陕北果园苹果旺盛生长季土壤相对含水量大多小于60%，季节性干旱严重，0—60 cm 土层贮水量与降水量的变化一致；果树根区0—200 cm 土层水分普遍亏欠[2]。陕北地区20 年以上果园降雨向深层土壤的下渗接近于零，不同树龄的果园2.0—4.0 m土层以下均出现严重或强烈干化；干土层切断了深层水分与上层的联系，形成了土壤-植物-大气的异常土壤水分循环模式[3-5]。研究发现，地膜(包括黑膜和透明膜) 覆盖、秸秆覆盖、砂石覆盖均显著降低土壤水分蒸发，提高土壤蓄水量和水分利用效率，显著促进作物根系生长，提高作物产量[6-7]。进一步的研究还发现，砂石覆盖和地膜覆盖显著提高土壤温度，而秸秆覆盖可有效降低土壤温度，抵御夏季高温对作物的伤害，并可增加土壤孔隙度，增加土壤有机质含量，促进土壤细菌的繁殖和代谢，建立良性的土壤生态系统[8-10]。显然，黄土高原苹果产量及品质主要受限于当年降雨和土壤肥力，而采取适宜的覆盖措施可有效抑制土壤蒸发，增加雨水下渗和土壤水储量，控制和减缓深层土壤干燥，培肥土壤，提高苹果产量和品质。

油菜是一年生养地作物，具有较强的适应性和抗逆性，耐寒、耐旱，对土壤肥力要求不高，坡地、低洼地都可很好地生长。油菜春、夏、秋3 季都可播种，生长迅速，地上生物量大，地下根系较浅，不会像多年生牧草那样在土壤中形成密集厚实的根系层，避免和果树争水争肥。油菜植株中植物所需营养元素含量丰富，油菜干草含氮量(N)可达到2.52%，含磷量(P2O5) 1.53%[11]，近年来油菜作为绿肥和养地作物被广泛种植。本研究针对黄土高原果园春季干旱缺水、土壤瘠薄以及其恶劣的生态环境，利用当地秋季多雨的气候特点，选择宜作绿肥的油菜品种于夏末秋初套种于苹果园行间，秋末割倒油菜地上部分覆盖于果树根区，抑制土壤蒸发，“秋水春用”以缓解春季土壤干旱，培肥土壤，提高苹果产量和质量。

1 材料和方法

1.1 试验材料及试验设计

试验地位于陕西省延安市宝塔区河庄坪镇余家沟村(36°11′～37°09′N，109°21′～110°03′E)，海拔1100 m；年平均降雨量500 mm 左右，雨量集中在7—10 月份，冬春干旱。年均气温9.4℃，无霜期170～186 天。土壤类型为黄绵土，土质疏松，土层深厚，土壤容重 1.28 g/cm3，田间持水量为20%；土壤瘠薄，有机质含量0.3%左右。试验地位于丘陵沟壑区台田上地势平坦的山地果园内，苹果主栽品种为雨养红富士 (MaluspumilaMill.)，八棱海棠作砧木，种植密度为5 m×4 m，树龄2 年。

绿肥油菜品种筛选试验(2019 年8 月—2020 年4 月)： 选择不同类型油菜品种，即天油10 号 (V1)、延油2 号 (V2)、天油7 号 (V3)、陇油8 号 (V4)、09鉴8 (V5)、浩油11 (V6)、2002 (V7)、春陕2B (V8)、1721-1B (V9)、秦优7 号 (V10)。其中V1～V5 为白菜型 (BrassicacampestrisL.) 冬性油菜品种，V6 为白菜型 (BrassicacampestrisL.) 春性油菜品种，V7～V10 为甘蓝型 (BrassicanapusL.) 冬性油菜品种。油菜播种行距果树主杆1.15 m，油菜行距0.30 m，株距0.10 m, 种植密度约33 万株/hm2。2019 年8 月1 日—8 月10 日趁雨播种，8 月17 日前后齐苗。统一耕作，统一施肥管理，全程无灌溉，记载各油菜品种生长情况。10 月30 日前割倒油菜地上部分并苫盖于邻近果树根区之上，以行间未套种油菜、果树根盘未覆盖的清耕(CK)作为对照。每个油菜品种重复3 个小区，每次重复内各油菜品种随机排列，小区面积100m2(5.0 m×20.0 m)。

2 年定点覆盖试验 (2020 年8 月—2022 年10 月)，2020、2021 年秋季分别将甘蓝型油菜品种V9、V10 套种于果树行间，秋末割倒地上部分，分别苫盖于邻近果树根区，即处理：覆盖-V9、覆盖-V10；分别以清耕空白作为对照，即清耕-V9、清耕-V10。每个处理设3 个重复。播种时间、覆盖时间、覆盖方法、小区面积、田间管理同上。

1.2 测定方法

1.2.1 油菜地上生物学产量的测定 油菜还田前每小区选取生长均匀有代表性的区域，用0.8 m×1.0 m取样框取样，刈割油菜地上部分，60℃烘干 (105℃杀青30 min) 称重，换算为地上生物学产量，3 次重复。

1.2.2 土壤水分含量测定 品种筛选试验翌年3 月(2020 年3 月)、定点覆盖试验第2 年油菜生长旺盛期 (2021 年10 月中旬)、翌年 (2022 年) 3 和5 月份中下旬，用土钻分层取0—20、20—40、40—60 cm 土层的土壤、或者取0—25、25—50、50—75、75—100、100—125、125—150、150—175 cm 土层的土壤，装入铝盒，105℃烘干、称重，测量土壤水分含量，3 次重复。

1.2.3 苹果产量的统计及苹果质量的测定 定点覆盖试验进行两年后(2022 年10 月)，每小区选择3 株果树，称重每株果树苹果产量，以平均值计为单株苹果产量；单果重采用称重法，单果直径采用游标卡尺测量，每小区10 次重复，计算平均值。

采用高效液相色谱法(GB5009.86—2016)测定苹果维生素C 含量，采用酸碱滴定指示剂法 (GB/T12456—2008) 测定总酸含量，采用3、5-二硝基水杨酸比色法(NY/T2742—2015) 测定可溶性总糖含量，采用折射仪法 (NY/T2637—2014) 测定可溶性固形物含量。

1.2.4 土壤养分含量的测定 定点覆盖试验进行2 年后 (2022 年8 月)，采集耕层0—20 cm 的土壤，测定土壤养分含量。采用硫酸消解—凯氏定氮法测定土壤全氮含量，采用硫酸高氯酸消解—钼锑抗比色法测定土壤全磷含量，采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量，采用醋酸铵浸提—火焰光度计法测定土壤速效钾含量，采用碱解扩散法测定碱解氮含量，采用重铬酸钾外加热法测定有机质含量。

1.3 数据处理

试验数据处理及图表制作采用Excel 2010 和DPS V7.55 分析软件。采用相关分析法计算相关系数，方差分析采用Duncan 新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同类型油菜果树根区覆盖对土壤水分含量的影响

果树根区覆盖油菜后的翌年3 月，与清耕(CK)对照相比，白菜型春性品种V6、甘蓝型品种V9、V10 的覆盖处理显著增加0—20、20—40、40—60 cm土层土壤水分含量 (P<0.05)；甘蓝型品种V7、V8处理显著增加0—20 cm 土壤水分含量 (P<0.05)；白菜型冬性品种V1、V2、V3、V4 处理0—20、20—40、40—60 cm 土层的土壤水分含量与对照相比无显著变化，V5 处理仅使0—20 cm 土壤水分含量显著增加 (图1)。显然，与对照相比，白菜型冬性品种覆盖保墒效果不显著，白菜型春性品种和甘蓝型冬性品种覆盖可显著增加翌年3 月份0—60 或0—20 cm土壤水分含量。

图1 不同品种油菜秋末覆盖对果树根区翌年3 月份土壤水分含量的影响Fig.1 Effects of late autumn mulching with different rapeseed varieties on soil water content in root area of fruit tree in the following March

2.2 不同类型油菜地上生物学产量与春季土壤水分含量的相关性分析

如表1 所示，参试油菜品种秋季地上生物学产量表现为：V10>V6>V9>V4>V8>V3>V1>V2>V7>V5，白菜型春性品种V6 和甘蓝型冬性品种V9、V10 的地上生物学产量显著大于白菜型冬性品种V1、V2、V3 和V5。秋末以油菜地上部分覆盖果树根区，翌年3 月果树根区20—40 cm 土层土壤水分含量与油菜地上生物学产量显著正相关 (P<0.05)，40—60 cm土壤水分含量与油菜地上部分生物学产量极显著正相关 (P<0.01)。即油菜覆盖处理下，秋季油菜地上生物学产量(即覆草量)与翌年3 月20—60 cm 土层土壤水分含量显著正相关。

表1 果树根区土壤水分含量与油菜地上部生物量的相关系数Table 1 Correlation coefficients between soil water contents around fruit tree root area and the aboveground biomass of rapeseed

2.3 绿肥油菜生长季节对土壤水分含量的影响

两年定点覆盖试验中，油菜品种V9、V10 生长季(2021 年10 月)果树行间0—25、25—50 cm 土层土壤水分含量显著低于清耕对照，而50 cm 以下(不包含50 cm)各土层土壤水分含量无显著差异 (图2A、2B)；果树根区各土层土壤水分含量与清耕对照相比均无显著差异 (图2C、2D)。虽然油菜生长季节 (秋季) 显著降低了果树行间0—50 cm 土层土壤水分含量，但对邻近果树根区土壤水分含量无显著影响。

图2 油菜生长季节果树行间和根区土壤水分含量Fig.2 Soil water content in rapeseed planting area and fruit tree root area during rapeseed growing season

2.4 绿肥油菜覆盖期间对果树根区土壤水分含量的影响

由图3 可知，在覆盖试验实施2 年后，3 月份V9 覆盖处理 0—150 cm 各土层土壤水分含量比清耕对照显著增加了16.6%～30.0%，平均增加了21.8%，V10 覆盖处理各层土壤水分含量增加了4.8%～25.9%，平均增加了17.6% (P<0.05)。5 月份V9 覆盖处理0—125 cm 各土层土壤水分含量比清耕对照显著增加了8.2%～17.9%，平均增加了12.5%，V10 处理0—100 cm 各土层土壤水分含量显著增加了7.2%～39.9%，平均增加了21.6% (P<0.05)。总之，两个油菜品种V9、V10 地上部分秋末刈割后覆盖在果树根区，显著增加了来年果树根区3 月份0—150 cm、5 月份0—100 cm 土层的土壤水分含量。

2.5 连续两年覆盖对土壤养分含量的影响

与清耕对照相比 (表2)，V9、V10 连续2 年秋末覆盖果树根区处理土壤有效磷含量分别显著增加32.2%、44.9% (P<0.05)，速效钾含量分别显著增加146.4%、95.4% (P<0.05)，全氮含量分别显著增加25.2%、25.6% (P<0.05)，有机质含量分别显著增加23.8%、37.7% (P<0.05)。V10 覆盖处理显著增加土壤全磷含量11.8% (P<0.05)，碱解氮含量显著增加62.7% (P<0.05)。连续2 年油菜覆盖处理显著增加耕层土壤有效磷、速效钾、全氮和有机质含量，土壤全磷含量呈现增加趋势。

表2 连续两年油菜覆盖和清耕处理下果树根区土壤养分含量Table 2 Soil fertility in fruit tree root area under two years’ mulching and clear tillage treatments

2.6 连续2 年覆盖对苹果产量及品质的影响

与清耕对照相比，V9 连续2 年覆盖处理对单果直径和单果重及总糖含量的增加幅度不显著，但苹果产量显著增加了5.81 kg/株，V10 连续覆盖显著提高了单果直径、单果重和单株产量及总糖含量(P<0.05)。V9、V10 覆盖处理均显著降低果实总酸含量，增加维生素C 含量，对可溶性固形物含量的影响不显著 (表3)。总之，甘蓝型冬性油菜秋末覆盖果树根区可显著增加苹果产量，改善果实品质。

表3 油菜覆盖对苹果产量及品质的影响Table 3 Effect of the rapeseed mulching on apple yield and quality

3 讨论

一般来讲，绿肥种植期间不同程度地降低土壤水分含量[12-16]。黄土高原沟壑区土壤水分的蓄积主要发生在7 月至10 月中旬，3—6 月份季节性干旱明显[17]，干旱季节当地果园土壤水分亏缺度高达18.5%～47.5%[18]。因而该地区果园常通过地面覆盖来保持土壤墒情，增加土壤水分含量，覆盖材料包括了麦草、稻草帘、玉米秸秆、砾石、黑膜、白膜、生草等[19-21]。然而，这些覆盖物对果树生长和结果有不同程度的不利影响，如果树行间种植玉米等高秆作物会造成果树遮光，麦秸、稻秸等在黄土高原地区较短缺，地膜覆盖后不利于果树施肥、灌水等耕作，增加环境污染，且薄膜覆盖还会加重夏季高温对树根生长的影响；秸秆覆盖不仅显著增加了土壤水分贮存，且可调节耕层土壤温度[19]。但较厚的地面秸秆覆盖在一定程度上会减少降雨向土壤中的渗透[22]。本研究结合黄土沟壑区秋季多雨的气候特点，夏末秋初在果树行间套种生物量较大的白菜型春性和甘蓝型冬性油菜品种，秋末刈割覆盖于果树根区，显著增加了翌年3 月份果树根区0—60 或0—20 cm 土壤水分含量，且土壤水分含量与油菜地上部分生物学产量显著正相关。本研究还发现，由于黄土高原地区雨热同季，秋季雨量较多，果树行间套种甘蓝型冬性油菜，其盛长期降雨较多，因而油菜生长主要消耗0—50 cm 土壤水分，对50 cm 以下土层土壤水分及邻近果树根区土壤水分无显著的竞争性消耗；秋末用此油菜覆盖果树根区，连续进行2 年后，春季0—150 cm (3 月)和0—100 cm (5 月)土壤水分含量显著增加，实现“秋水春用”。

许多研究证实，秸秆覆盖和绿肥还田可有效增加土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷含量，降低土壤容重和pH，促进土壤微生物的代谢和土壤细菌的繁殖，土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶等活性显著提高[10,23-26]。油菜植株养分含量丰富，水分含量高，易腐解，其腐烂过程中产生的有机酸可以调整土壤pH，促进土壤中难溶性养分的释放，将油菜作绿肥翻压，可显著增加土壤有机质及土壤N、P、K 等的含量，增加土壤毛管孔隙度，抑制病原菌，显著提高早稻及后茬稻产量[11,27-28]。本研究连续两年以油菜绿肥秋末覆盖果树根区，显著增加了耕层土壤有效磷、速效钾、全氮和有机质含量。

采用地面覆盖技术，增加土壤贮水量，可显著增加农作物产量[29-32]。干旱缺水和土壤瘠薄严重影响黄土高原苹果的产量和品质，改善果园土壤水分状况、缓解深层土壤干燥化，可显著提高单果重、苹果产量及优果率[6,33-34]。苹果一般在9、10 月份进入成熟期，对水分、养分需求较少，在果实生长后期适当控水能提高酸转化酶活性，增加苹果可溶性糖含量及可溶性物质总量，降低滴定酸含量，改善品质且不会影响单果重量[35]。这也解释了为什么本研究通过秋季果园套种和覆盖油菜，不仅改善了土壤的水肥条件，而且提高了苹果的产量和品质。

有研究结果显示，在黄土高原半干旱地区种植、覆盖黄豆秸秆，相对于聚乙烯薄膜覆盖和不覆盖增加净收入，且避免了薄膜覆盖带来的环境污染[36]。半干旱地区果园很容易滋生多年生杂草并形成致密的根系层，特别在雨热同季(5—10 月份)杂草生长更加茂盛，与果树争肥争水；因此常规栽培条件下，每年需要多次清除果园杂草，增加栽培成本。显然，本研究在高温高湿季节(7—10 月份)在陕北果园套种和覆盖一年生油菜绿肥，不仅显著提高苹果产量和品质，还可有效清除和抑制杂草生长，节省成本，增加收入，减少环境污染，当然，这有待进一步深入研究。

4 结论

地上生物学产量较大的白菜型春性和甘蓝型冬性油菜秋季套种于果园不会与果树争水，秋末油菜覆盖果树根区可显著增加翌年3 月份土壤水分含量，且20—60 cm 土层土壤水分含量与油菜地上生物学产量(覆草量)显著正相关。甘蓝型冬油菜秋季覆盖果树根区连续实施两年后，分别显著增加翌年3、5 月份0—150、0—100 cm 土壤水分含量，显著增加耕层土壤有效磷、速效钾、全氮及有机质含量；显著提高苹果产量，果品总酸含量显著降低，维生素C 含量显著增加，总糖含量增加。总之，地上生物学产量较高的白菜型(BrassicacampestrisL.)春性和甘蓝型(BrassicanapusL.)冬性油菜适宜于黄土高原果园秋季套种和覆盖，油菜覆盖能有效保墒蓄水，培肥土壤，提高苹果产量，改善苹果营养品质。