不同覆盖措施对枸杞根系生长和土壤环境的影响*

2018-11-29胥生荣张恩和马瑞丽刘青林王鹤龄

中国生态农业学报(中英文) 2018年12期

胥生荣, 张恩和, 马瑞丽, 王琦, 刘青林, 王鹤龄

胥生荣1, 张恩和1**, 马瑞丽1, 王琦2, 刘青林1, 王鹤龄3

(1. 甘肃农业大学农学院兰州 730070; 2. 甘肃农业大学草业学院兰州 730070; 3. 中国气象局兰州干旱气象研究所/中国气象局干旱气候变化重点开放实验室/甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室兰州 730020)

耐旱枸杞是西北干旱地区重要的经济作物, 为了进一步了解不同覆盖时间和覆盖材料对枸杞土壤环境和水分利用的影响, 为枸杞抗旱节水栽培与水分高效利用研究提供理论依据, 以3年生‘宁杞1号’为试验材料, 研究了秸秆和地膜在春季和秋季进行覆盖后, 枸杞根系生理特性和分布、土壤储水量和温度等根系和土壤环境的变化规律。结果表明: 地膜和秸秆覆盖都可以提高土壤储水量, 秋季覆盖更有利于冬季水分储存, 使土壤储水量在早春分别增大到裸地对照的117.1%和114.4%; 地膜和秸秆秋季覆盖使土壤平均温度比裸地对照高18.0%和7.1%, 春季覆盖使平均温度比裸地对照分别高6.4%和2.3%; 不同覆盖处理均可以增大根系比导率年平均值, 秋季覆膜比导率变化最显著, 达裸地对照的109.95%, 春季覆秸秆比导率变化最小, 仅为裸地对照的100.3%; 覆盖处理在低温季节可以使根系活力升高, 而在高温季节可以使根系活力降低; 根冠比在秋季和春季覆膜后变化最显著, 分别为裸地对照的87.42%和90.35%; 表层0~20 cm和水平距离40~60 cm处, 细根分布比例最大的均为秋季覆膜, 分别达裸地对照的133.5%和116.7%, 细根分布比例最小的均为春季秸秆覆盖。综合分析表明, 覆盖模式与植株根系的生长、分布和土壤水分状况密切相关, 使土壤环境和根系分布发生变化, 更有利于利用土壤浅层和横向较远处的水分和营养物质。

枸杞; 覆盖材料; 覆盖季节; 根系; 土壤环境; 水分利用率; 根系比导率; 根系活力

干旱半干旱地区水资源短缺已成为影响生态农业发展和限制农作物生长发育的主要因素, 如何提高有限水资源的利用效率和控制水土流失是高效节水农业急需解决的问题, 通过改变耕作方式和种植模式来实现植物节水生产已在农业生产中广泛使用。

覆盖技术作为一项提高植物水分生产力的耕作措施, 在旱作农业方面展现出巨大的潜力。秸秆和地膜覆盖能够较好地控制冬春风蚀, 蓄水保墒, 增加土壤含水量。地膜覆盖可明显提高地温, 增强植株从土壤中吸收养分和水分的能力, 促进早熟, 弥补冬前积温不足, 降低越冬死亡率[1]。秸秆覆盖可以减小土壤温度的变化幅度, 土壤的升温速率和降温速率也显著低于裸地对照, 使越冬前期平均温度升高[2]。通过高温时节的“低温效应”和低温时节的“增温效应”, 使土壤温度的季、日变化均趋向缓和, 有效地缓解温度变化对作物的伤害[3], 能够改变农田下垫面的性质和能量平衡, 改善土壤水分状况, 对提高作物水分利用效率具有显著作用[4]。

根系对土壤-植物-大气(SPAC)循环系统中水分和物质运输利用起关键作用, 直接影响植物的养分水分吸收能力。根系对植物适应环境的能力和生态策略有显著影响[5-6], 了解根系形态和结构是提高作物水分和养分吸收效率的关键。根系是植物吸收水分和养分的主要器官, 细根最能反映根系生长发育状态, 细根根量占总根量比例的大小是衡量植株生活力强弱的标志[7]。植物根系的形态与分布特征可以影响根系的吸收功能与效率, 根的应力分布最终决定于根的形态特征[8-9], 在土壤中的分布状况是农田灌水、施肥等需要考虑的重要因素[10-11]。地膜覆盖可以使苹果()根系显著上浮, 覆草则会增大根系水平分布范围和垂直深度[12], 改变根系的分形维数[13]。研究根系的空间分布特征, 对于进一步研究根系吸水时空分布规律及其影响机制, 改进田间水分管理措施, 发展节水农业具有十分重要的意义。

宁夏枸杞()属于茄科(Solanaceae)多年生落叶灌木, 其根系发达, 适应性强, 并具有改良土壤结构、提高土壤肥力等作用。作为干旱地区生态农业发展的重要树种, 覆盖条件下枸杞土壤与植物的水分关系, 尤其是土壤微环境与根系分布和水力学特性的相关性研究仍相对较少。本研究对不同覆盖处理下枸杞根围土壤环境、根系导水率和分布, 以及根系水分利用状况与土壤环境的关系进行探讨, 研究了不同时节和材料覆盖对枸杞根系水分运输利用的影响, 以期为枸杞抗旱节水栽培与水分高效利用研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2016年9月至2017年10月在甘肃省古浪县枸杞示范园(37.30°N, 103.29°E)进行。试验区海拔1 760 m, 属干旱气候, 年平均气温5.6 ℃, 年均降水量300 mm, 无霜期140 d。土壤有机质含量14.5 g×kg-1、速效磷28.5 mg×kg-1、速效钾396.9 mg×kg-1、硝态氮38.1 mg×kg-1、铵态氮1.34 mg×kg-1, 土壤肥力均匀, 土壤容重1.32 g×cm-3。

以3年生枸杞‘宁杞1号’植株为供试材料, 株行距为1 m×3 m, 株高1.5 m。选择树势均匀一致的枸杞植株作为试材。试验设4种覆盖处理模式: 春季地膜覆盖(PMs)、秋季地膜覆盖(PMa)、玉米秸秆春季覆盖(SMa)、玉米秸秆秋季覆盖(SMs), 以裸地作为对照(CK)。玉米秸秆覆盖前用铡刀切成长10~20 cm的短节, 覆盖量为4 500 kg×hm-2; 地膜用宽1.5 m的白色地膜。秸秆和地膜均覆盖于树冠周围及行间。秋季覆盖于秋季施肥和冬剪结束后、地表封冻前进行, 覆盖时间为2016年11月1日; 春季覆盖于地表解冻15 cm、气温达5 ℃左右进行, 覆盖时间为2017年3月20日。试验采用随机区组设计, 每个处理设置3个重复, 每个处理为1个小区。所有试验小区除覆盖处理, 其余耕作、施肥、病虫害防治处理均相同。2016年10月至2017年10月, 所有处理和对照地块每2个月取样1次, 每次取样重复3次, 每个处理共取样7次, 取样后根据试验需要分别测定各项指标。

1.2 指标测定

土壤储水量: 在距离树干30 cm处用钻头直径38 mm的土钻取0~150 cm土层土样, 每10 cm为一个层次。每次取样随机选择3棵长势良好的树, 在树体四周不同方向等距离取3个重复。用烘干法测定土壤质量含水量。土壤储水量是指一定土层厚度的土壤总含水量, 以土层深度(mm)表示[14]。计算公式:

土壤储水量(mm)=(1×1×1+2×2×2+…+C×

M×D)×10(1)

式中:为土壤质量含水量(%),为土壤容重(g×cm-3),为土层厚度(cm),=15, 10为计算系数。

土壤温度: 不同覆盖处理在距离树干30 cm的行间和行内均匀布置曲管地温计(DWJ-112, FJZD), 每个处理重复3次, 于上午10:00—11:00分别记录不同处理5~25 cm土壤温度。

树冠和根系: 于2017年10月, 采用土壤剖面法调查根系分布, 横向距离树干0~60 cm内每10 cm为一个取样段, 纵向在土层0~80 cm内每20 cm为一个取样段, 每棵树在行间和行内不同方向等距离挖取根系, 抖落非根际土后用清水冲洗干净。树冠从主干出地面5 cm处剪取, 剪成10~15 cm短截。根据Reubens等[15]的根系分类, 将根系直径<3 mm的细根和根系直径>3 mm的粗根分开收集。树冠和洗净分级后的根系在105 ℃杀青5 min, 然后在80 ℃恒温烘干24 h至恒重, 用精度为0.000 1 g的电子天平进行称重, 获得树冠和根系干质量, 每个处理取3个重复[16-17]。

根系活力: 于2017年春季覆盖结束后的4月份和秋季9月份各采样1次, 采集距树干20 cm、深10~20 cm处细根, 采用TTC染色法测定根系活力, 用单位鲜重根在单位时间内还原的TTC毫克数来表示[18]。

导水率: 用美国Dynamax公司生产的高压流速仪(high pressure flow meter, HPFM)进行田间原位测定。从地面以上5 cm处截去枸杞植株地上部分, 将高压流速仪与茎干基部连接测定根系绝对导水率(hydraulic conductivity,h)。根系比导率(special conductivity,s)为绝对导水率(h)除以茎干木质部横截面积(stem)所得的比率(s=h/stem)。植株的茎干基部直径用精度为0.01 mm的数字游标卡尺测定。

1.3 数据分析及处理

所得数据采用SPSS 17.0统计分析软件对所得数据进行处理, 首先对不同处理间进行方差分析, 若差异显著, 再进一步进行LSD多重比较, 采用Microsoft Excel 2003作图。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖处理对土壤储水量和地温的影响

不同材料和时间覆盖对土壤水分蒸发和降雨的下渗都有不同程度的影响, 直接影响着土壤与作物之间的水分供需关系。图1A为覆盖后0~150 cm土层在不同生长时期的储水量。储水量总体变化趋势是封冻前至开春时为土壤水分积累储存时期, 待植株开春发芽时土壤水分消耗量不断增大。秋季覆盖有利于冬季水分的储存, 在开春2月, 秋季地膜和秸秆覆盖使土壤储水量显著高于裸地对照, 分别为裸地对照的117.1%和114.4%; 4月, 春季地膜和秸秆覆盖的土壤储水量均高于裸地对照, 但差异不显著, 分别为裸地对照的104.9%和107.1%; 随着温度的升高和植株对水分消耗的增大, 从4月开始, 土壤储水量逐渐减小; 8月至10月, 除秋季覆膜处理储水量与裸地对照差异显著外, 其余处理差异均不显著。

土壤温度是影响果树根系生长、微生物活性、土壤养分有效性的最重要因素之一。图1B为不同覆盖情况下树冠周围土壤5~25 cm处的土壤平均温度, 覆盖处理对土壤温度有显著影响。土壤温度总体变化趋势与环境温度一致, 整个试验阶段, 土壤温度先降低后逐渐回升, 秋季地膜和秸秆覆盖使平均地温比裸地对照分别高16.0%和5.3%; 春季地膜和秸秆覆盖使平均地温比裸地对照分别高6.4%和2.3%。在开春2月, 秋季地膜和秸秆覆盖使土壤温度显著高于裸地对照, 分别升高到裸地对照的152.8%和131.5%; 由于地膜的破坏和秸秆的腐化, 覆盖处理8月至10月遮光和保温的作用降低, 地膜和秸秆覆盖各处理间差异逐渐减小。地膜和秸秆覆盖年平均温度均高于裸地对照, 且秋季覆盖高于春季覆盖。

图1 不同覆盖处理对枸杞不同生长时期0~150 cm土壤储水量及5~25 cm土壤平均温度的影响

不同字母表示不同处理在同一取样时间差异显著(<0.05)。Different letters indicate significant differences among treatments at the same sampling time (< 0.05). CK: control treatment; PMs: plastic film mulching from spring of the second year; PMa: plastic mulched from autumn of the first year; SMs: stalk mulching from spring of the second year in spring; SMa: stalk mulching from autumn of the first year.

2.2 不同覆盖处理对枸杞根系导水率的影响

比导率是绝对导水率与茎段截面积的比值, 反映植株器官输水系统效率。在植物茎部横截面积一定的情况下, 比导率越大, 单位有效面积输水能力越强。从图2可以看出, 枸杞根系比导率随着季节呈现周期性的变化, 在冬春气温降低期间根系比导率减小, 当夏秋季节温度升高时逐渐增大。秋季覆膜使根系比导率年平均值最大, 显著高于裸地对照和春季秸秆覆盖处理, 为裸地对照的109.9%; 春季覆秸秆处理的根系比导率增大幅度最小, 与裸地对照差异不显著, 仅为裸地对照的100.3%; 春季覆膜和秋季覆秸秆对根系比导率的影响介于以上两者之间, 分别为裸地对照的103.9%和102.8%。地膜和秸秆秋季覆盖使当年12月份开始越冬和翌年4月份开春时根系比导率显著增大。经过覆盖处理后, 植株在翌年10月准备越冬时春季覆膜处理的根系比导率显著高于对照和其他处理。

图2 不同覆盖处理对枸杞不同生长时期根系比导率的影响

2.3 不同覆盖处理对枸杞根系活力的影响

由图3可以看出, 在春季枸杞苗木发芽时, 地膜和秸秆秋季覆盖使植株根系活力显著高于裸地对照, 分别为裸地对照的146.4%和124.6%; 地膜和秸秆春季覆盖使根系活力变化不显著, 分别为裸地对照的108.7%和106.7%。在秋季, 裸地对照的根系活力最大, 覆盖处理使根系活力均有不同程度地减小, 变化最显著的是覆膜处理, 秸秆覆盖处理使根系活力减小程度相对较小, 秋季和春季覆膜植株根系活力分别减小到对照的76.1%和70.3%, 覆秸秆分别减小到对照的87.4%和91.3%。

图3 不同覆盖处理对枸杞不同生长时期根系活力的影响

2.4 不同覆盖处理对枸杞根冠比的影响

由图4可以看出, 地膜覆盖处理对植株根系和地上部分生长发育的促进作用均显著高于裸地对照, 地膜秋季和春季覆盖处理的植株总干重分别为裸地对照的127.9%和123.1%, 而根冠比分别为对照的87.4%和90.3%; 秸秆覆盖对植株地上部分生长发育的促进作用显著高于裸地对照, 但对根系的促进作用不显著, 秸秆秋季和春季覆盖处理的植株总干重分别为裸地对照的116.6%和112.2%, 而根冠比分别为对照的93.47%和92.62%。

图4 不同覆盖处理对枸杞根系和地上部干重及根冠比的影响

2.5 不同覆盖处理对枸杞根系生长的影响

2.5.1 对根系纵向生长的影响

图5为覆盖处理后细根在不同深度土壤中的分布情况。在0~20 cm土层, 秋季覆膜处理细根分布比例最大, 显著高于裸地对照和其他覆盖处理, 达到裸地对照的133.5%; 细根分布比例最小的为秸秆春季覆盖处理, 达到裸地对照的107.4%。在20~60 cm土层, 细根分布比例在春季覆膜、秋季覆膜和秋季覆秸秆3个处理之间差异不显著, 分别为裸地对照的103.1%、102.9%和103.3%, 春季秸秆覆盖处理在20~60 cm土层细根分布比例与对照之间差异不显著, 为对照的100.2%。在60~80 cm土层, 细根分布比例最大的为春季秸秆覆盖, 为裸地对照的94.4%, 最小的为秋季覆膜处理, 为裸地对照的69.2%。

图5 不同覆盖处理对枸杞根系生物量纵向分布的影响

2.5.2 对根系水平生长的影响

枸杞细根在水平方向上的生物量指标与水平距离的关系用指数函数进行统计分析。由图6可以看出, 各处理细根生物量在水平距离上的分布与水平距离均显著相关; 在水平距离40~60 cm处, 细根生物量最大的为秋季覆膜, 其次为春季覆膜和秋季覆秸秆, 均显著高于裸地对照, 分别为裸地对照的116.7%、106.7%和110%; 春季覆秸秆对细根分布的影响作用较小, 与裸地对照差异不显著。

3 讨论

不同覆盖材料对土壤水分蒸发和降水入渗具有不同程度的影响, 地膜可以减少土壤水分的蒸发; 秸秆覆盖能显著提高土壤有机质含量[19], 改善土壤结构[20], 增加雨水入渗、减少径流及水分无效蒸发, 从而提高土壤保水能力[21]。秋季覆盖有利于冬季水分的储存, 同时减少开春季风对土壤水分蒸发的影响, 使土壤储水量在封冻前至开春时不断增大, 显著高于裸地对照和准备春季覆盖的地块; 春季覆盖同样可以减少春季风对土壤水分蒸发的影响, 使土壤储水量在开春阶段高于裸地对照。在秋季高温季节, 由于行间农事操作和风化破坏, 覆盖保墒效果弱化, 但由于地膜覆盖具有更显著的增温效果, 蒸腾耗水增加, 使土壤储水量减小幅度更显著。由于秋季覆盖对冬季水分的储存作用, 使整个试验阶段的平均土壤储水量显著高于春季覆盖和裸地对照处理, 而春季覆盖的平均土壤储水量与裸地对照差异不显著。

图6 不同覆盖处理对枸杞根系生物量水平方向分布的影响

CK: control treatment; PMs: plastic film mulching from spring of the second year; PMa: plastic mulched from autumn of the first year; SMs: stalk mulching from spring of the second year in spring; SMa: stalk mulching from autumn of the first year.

土壤温度是影响植物根系生长、微生物活性、土壤养分有效性的最重要因素之一。本试验土壤温度先降低后回升, 地膜和秸秆覆盖使年平均地温比裸地对照高, 且秋季覆盖比春季覆盖更高。小麦()、棉花(spp)、玉米()、大豆()等作物地膜和秸秆覆盖后, 都会出现前期低温季节增温, 后期高温季节降温的双重效应, 并可以平抑地温在季节间和昼夜间的剧烈变化[22-23]。本试验地膜覆盖使土壤温度在夏季显著升高, 并未发现高温季节降温的双重效应; 而秸秆覆盖出现高温季节缓解土壤高温的现象。秋季地膜覆盖在植株生长前期增温效果显著, 生长后期覆膜的增温效应逐渐降低; 秋季降温时延缓土壤温度降低, 提高冬季根系生理活性, 有利于根系营养物质的运输和储藏[24]。由于行间操作和阳光照晒分化, 使地膜覆盖的冬季保墒作用和土壤升温的作用较低。秸秆秋季覆盖会减缓春季土壤升温速度, 减缓植株春季发芽生长, 有可能导致苗木生育延迟, 营养生长受到限制[25], 但在高温季节有利于降低土壤温度, 减少土壤水分蒸发和植株呼吸作用水分的消耗, 促进植株在高温季节的生长和发育。

比导率是绝对导水率与茎段截面积的比值, 反映植株器官输水系统效率, 在植物茎段横截面积一定的情况下, 比导率越大, 单位有效面积输水能力越强[26-27]。有研究发现, 环境温度降低能够降低小麦幼苗根系的导水率[28]; 随着根区温度在一定范围内的升高, 美国南部4种松树(、、和)的根系导水率随之增大[29]。可见土壤温度对根系导水率具有显著影响。覆盖可以减少土壤水分蒸发, 使含水量增大, 进而促进植株导水率升高。枸杞根系导水率随着季节呈现周期性的变化, 在冬春气温降低时根系比导率减小, 当夏秋季节温度升高时逐渐增大。秋季覆膜使根系比导率年平均值最大, 春季覆秸秆使根系比导率变化较小, 春季覆膜和秋季覆秸秆对根系比导率的影响介于以上两者之间。覆盖使植株在春季发芽和越冬时根系比导率增大, 能促使当年植株早发芽和越冬前地上部分营养物质回流至根系。

根系是植物吸收土壤水分的主要器官, 根系活力反映根系的生长发育状况, 影响根系对土壤水分和营养物质的吸收, 反映根系与土壤环境之间的动态关系和植株的吸收功能。孙文泰等[30]研究发现, 随着覆膜时间的延长, 深层土壤透气性逐渐变差, 覆膜材料导热系数高, 膜下空间相对密闭, 夏季土壤升温过高过快和地温不稳定都会对根系产生伤害。温度过高会加快土壤水分的蒸腾散失, 加快根系老化, 酶蛋白的活性下降, 而温度过低会降低植株根系活力, 不利于植株对水分、矿质元素和营养物质等的吸收利用。春季苗木发芽时, 秋季地膜和秸秆覆盖使土壤含水量和温度升高, 有利于根系酶活性的升高, 使植株根系活力显著高于裸地对照, 春季覆盖时对土壤含水量和温度的影响不明显, 根系活力变化不显著。秋季高温季节, 地膜覆盖使土壤含水量和温度显著升高, 导致根系老化, 部分酶失活, 根系活力下降; 秸秆覆盖在土壤含水量升高的同时使土壤升温变缓, 根系酶活性稳定, 根系活力保持一定水平。

植株地上部分和根系是一个相互作用、相互依赖的有机结构, 根系的生长发育对地上部分的营养生长和生殖生长都有直接的影响。土壤含水量较高时, 根系可以从土壤表层获得所需的水分, 根系生长量较小; 土壤水分亏缺时, 为获得足够的水分和营养物质, 会促进根系的生长[31-32]。Kaspar等[33]研究发现, 随着土壤温度的升高, 玉米和美洲山核桃()根系生长速度逐渐加快, 在30 ℃时生长速率达最大, 温度再升高会加快根系的衰老。土壤温度会影响根系的生长、分枝和生长方向[34]。覆盖是旱作农业常用的土壤保水保温的主要措施, 能够促进根系的生长, 提高根系总生物量[35]。枸杞覆盖处理使土壤含水量和温度升高, 植株生长速率加快, 使植株总干重显著高于裸地对照; 但在土壤水分充足条件下, 根系生长速率相对地上部分缓慢, 使植株根冠比减小。

根系是植物吸收土壤水分和养分的主要器官, 了解根系形态和结构是提高作物水分和养分吸收率的关键。每一种植物的根系都有其自身的生长特性, 植物的生长环境可以改造根系的结构。作为植株与土壤进行物质循环的主要载体, 根系的深度和分布决定了植株吸收土壤水分的潜在来源[36], 不同深度根系的生物量是体现根系分布的重要指标, 良好的根系分布有利于植株地上部分的生长。覆盖处理使土壤浅层0~40 cm范围内细根分布比例为秋季覆盖> 春季覆盖>裸地对照, 土壤深层40~80 cm范围内细根分布比例为秋季覆盖<春季覆盖<裸地对照, 春季覆盖与裸地对照之间的差异不显著, 且地膜覆盖和秸秆覆盖之间没有明显差异。根系生物量分布随着土层深度的增加呈现出先增加后减少的趋势, 在0~20 cm和60~80 cm处分布量较少, 在20~60 cm处分布量较多, 这与甘卓亭[37]对果树根系分布的研究结果一致。根系生长具有向水性, 其生长发育和分布在很大程度上取决于土壤水分条件, 在一定范围内, 随着土壤含水量的增加, 根系将朝着有水的地方生长, 其分布量也增加[38]。覆盖处理使浅层土壤含水量升高, 根系可以从浅层获得所需的水分, 不需要根系从土壤深层吸取水分, 导致根系在浅层分布量增大。枸杞地块细根在水平方向上的生物量指标与水平距离的关系用指数函数统计分析均表现显著相关, 在水平距离40~60 cm处, 覆膜处理细根分布生物量高于秸秆覆盖和裸地对照, 春季覆秸秆对细根分布的影响作用最小。细根具有很强的可塑性, 可以通过地面覆盖改变土壤环境来影响根系的发育和生理代谢[39-40], 土壤环境很小的变化都可以影响细根的生长分布和形态功能[41-42]。土壤表层的细根主要功能是吸收养分[43], 深层的细根起吸收水分的作用[44], 根系在更大范围内分布, 有利于植株利用远距离土壤水分, 提高水分利用效率, 减少土壤水分无效蒸发。

4 结论

地膜和秸秆覆盖都可以提高土壤储水量, 秋季覆盖更有利于冬季水分储存, 同时减少开春季风对土壤水分蒸发的影响, 但由于行间操作和阳光照晒分化, 在秋季需水量变大时保水效果较春季覆盖差。秋季覆盖在降温时更有利于延缓土壤温度降低, 提高冬季根系生理活性, 促进地上部分营养物质向根系的运输和储藏; 春季覆盖较年前秋季覆盖更有利于当年越冬水分的储藏, 地膜覆盖比秸秆覆盖更有利于根系和地上部分的生长。秋季覆盖使植株在越冬和春季发芽时根系比导率显著增大, 有利于根系为植株地上部分提供水分和营养物质; 春季覆膜使植株在当年越冬前的根系比导率高, 有利于地上部分营养物质回流至根系。覆盖可以在低温季节使根系活性升高, 但在高温季节, 地膜覆盖土壤温湿度高, 导致根系老化, 根系活力下降。根系生长发育受到覆盖处理的影响, 秋季覆盖较春季覆盖更有利于细根在土壤浅层的生长, 使根系在树干四周更大范围内分布, 有利于植株利用远距离土壤浅层水分。

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Effects of mulching patterns on root growth and soil environment of*

XU Shengrong1, ZHANG Enhe1**, MA Ruili1, WANG Qi2, LIU Qinglin1, WANG Heling3

(1. College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. College of Grassland Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 3. Institute of Arid Meteorology, China Meteorological Administration / Key Open Laboratory of Arid Climatic Change and Disaster Reduction of China Meteorological Administration / Key Laboratory of Arid Climate Change and Reducing Disaster of Gansu Province, Lanzhou 730020, China)

is the main commercial crop across arid lands in northwestern China. In order to further understand the effects of different mulching patterns on root growth and soil environment, a mulching experiment was conducted at the Agricultural Demonstration Site in Gulang, Gansu Province (37.30°N, 103.29°E). The experiment consisted of four treatments — plastic film mulching from spring of the second year (PMs), plastic film mulching from autumn of the first year (PMa), stalk mulching from spring of the second year (SMs) and stalk mulching from autumn of the first year (SMa). Root physiological characteristics and distribution, soil water storage and temperature of three-year-old plants of ‘Ningqi 1’were studied. The results showed that both plastic film mulching and straw mulching improved soil water storage, and autumn mulching was better for winter soil water storage, which increased to 117.1% and 114.4% of that of CK (no mulching), respectively, in the next early spring. PMa and SMa respectively increased average temperature of soil by 18.0% and 7.1%, while PMs and SMs increased average temperature of soil by 6.4% and 2.3%, compared with CK. Both plastic film mulching and straw mulching improved annual specific conductivity of root, and the change in specific conductivity was most significant under PMa, reaching 109.95% of CK. Also change in specific conductivity was smallest in FMs, 100.3% of CK. While mulching treatment increased root activity in low temperature seasons, it decreased root activity in high temperature seasons. Change in root/shoot ratio was most significantly under plastic film mulching, with PMa and PMs values of 87.42% and 90.35% of that of CK, respectively. Within 0-20 cm soil layer and 40-60 cm horizontally around the plants, the largest proportion of fine roots was under PMa (reaching respectively 133.5% and 116.7% of CK) and the smallest proportion was under FMs. It suggested that mulching pattern was closely related with root growth and distribution. Also soil moisture changed soil environment and root distribution. Mulching was good for water and nutrient utilization in shallow soils and in horizontal far from.

; Mulching materials; Mulching time; Root system; Soil environment; Water use efficiency; Root specific conductivity; Root activity

, E-mail: zhangenhe@gsau.edu.cn

Mar. 27, 2018;

Jul. 13, 2018

Q945.17; S567

1671-3990(2018)12-1802-09

10.13930/j.cnki.cjea.180305

* 国家自然科学基金项目(31560380)资助

张恩和, 主要研究方向为根系营养和根际微生态节水农业。E-mail: zhangenhe@gsau.edu.cn

胥生荣, 主要研究方向为作物根际微生态节水农业。E-mail: xushengrong888@163.com

2018-03-27

2018-07-13

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31560380).

胥生荣, 张恩和, 马瑞丽, 王琦, 刘青林, 王鹤龄. 不同覆盖措施对枸杞根系生长和土壤环境的影响[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(12): 1802-1810

XU S R, ZHANG E H, MA R L, WANG Q, LIU Q L, WANG H L. Effects of mulching patterns on root growth and soil environment of[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(12): 1802-1810