地面管理方式对旱地苹果园土壤、产量及品质的影响

吴晓璇，王红宁，孙俊宝，张生智

（山西农业大学果树研究所，太原 030031）

0 引言

西北黄土高原产区逐渐发展成为全国栽培规模最大、最具发展潜力的新兴苹果产区[1-4]，独特的土壤与自然气候资源为优质苹果生产奠定了基础，但春夏干旱缺水、自然降水年际间变幅大、降水时空分布不均，并与苹果需水供需错位，成为限制苹果产业发展的重要因素，严重制约果树养分吸收、生长发育和产量形成，有机旱作成为山西苹果产业发展的方向与出路。提高果园土壤水分利用效率或增加深层土壤水分供给是旱地果园可持续发展的关键性问题[5]，如何提高有限降水资源的利用率，实现水分的周年调控与跨季节利用是旱地苹果生产的关键环节[6]。探究土壤管理方式对土壤蓄水能力、协调降水，改善果园水分供需错位，提高水资源的高效利用具有重要研究价值。

覆盖是旱作农业生产接纳雨水、蓄水保墒的旱作栽培技术措施[7]，能有效保持土壤水分，防止水土流失[8]。通过有效的土壤管理方式，能最大程度地贮存降水，含蓄土壤水分，减少土壤水分散失，缓解土壤水分亏缺对果树造成的伤害[9]。目前旱地苹果栽培中主要采用的土壤管理方式有清耕、地膜覆盖、秸秆覆盖、自然或人工生草等。清耕模式将果园土壤直接暴露空气中，加剧了土壤水分的蒸发以及水土流失，不利于果树的生长。连年地膜覆盖造成土壤污染[10]，破坏土壤结构，阻碍土壤水分和溶质运移[11]。秸秆覆盖可抑制杂草[12]、抑制土壤蒸发、改善土壤水分状况[13]、增加果园土壤有机质含量、提高果品质量[14]，但受限于材料来源，一定程度上也会造成早期生长发育延缓。自然或人工生草可防止土壤侵蚀、板结[15]，提高土壤肥力[16]，改善土壤结构[17]，增加土壤持水能力，提升土壤生物多样性等，但也与果树竞争水分及养分等[18]。因此，探索新的果园地面管理模式，提高天然降水的有效利用，增加土壤的有效贮水量，改善果树生长条件，成为旱地苹果栽培中需要重点解决的问题。本研究连续6年对苹果园进行不同地面管理方式研究，设定起垄覆盖园艺地布和生草覆盖2个处理，分析不同土壤管理方式下土壤含水率、苹果产量及品质参数，以期为黄土高原地区旱地苹果栽培模式构建提供技术参考和数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2014—2019年在山西农业大学果树研究所苹果品种示范园进行。东经112°49′，北纬37°33′，海拔810 m，砂壤土。主栽品种为‘长富2号’，砧木为八棱海棠。树龄为16年，树形为自由纺锤形，株距3 m，行距4 m。除土壤管理方式不同外，各处理及对照的其他管理条件保持一致。

试材选用树势一致、管理水平均一的植株，10株为一小区，3次重复。

1.2 方法

2014—2019 年连续6年对供试园的土壤管理方式设2个处理，分别为起垄覆地布和行间生草行内覆盖（简称生草覆盖），清耕作对照。

1.2.1 起垄覆地布 每年萌芽前雨后翻耕，以树干为中心起垄，垄高20 cm，垄宽1.6 m，由里向两侧逐渐降低，垄向与树行一致，垄面杀菌处理后覆盖或更新园艺地布，PE聚乙烯材料，规格为100 g/m2。行间自然生草，长至30 cm以上刹割至10 cm左右，刈割下的杂草用于当年或次年的生草覆盖处理。

1.2.2 生草覆盖 每年萌芽前雨后翻耕，杀菌处理后行内覆盖杂草或秸秆，覆草厚度15 cm、宽度1.6 m，树干周围10 cm内不覆草，行间自然生草，刈割下的杂草覆盖于树盘内以保证覆草厚度或用于下一年覆盖处理。

1.2.3 土壤体积含水率测定 2017—2019年分别在4月上旬、7月上旬、10月上旬，用土壤水分测定仪(TRIME-T3 TDR)测定距树干20 cm处不同土层深度(0～20、20～40、40～60 cm)的土壤体积含水率，计算3年均值。

1.2.4 叶片叶绿素含量测定 2017—2019年，每年的6月中下旬随机采集各处理及对照树体叶片测定叶绿素含量。叶绿素含量测定参照Arnon[19]的方法，取0.25 g新鲜剪碎研磨后，用95%的乙醇溶液浸提，紫外可见分光光度计测定652 nm下吸光度，计算叶绿素总含量。

1.2.5 产量、果实品质调查与测定 2017—2019年每年果实成熟期调查各处理平均产量，每个处理随机采100个果实，统计果实经横径≤70 mm、70 mm＜横径＜75 mm、横径≥75 mm的果实个数。每个处理的果实进行随机取样，测定单果重、TSS、果肉硬度及可滴定酸含量。单果重用科斯科学仪器（北京）有限公司生产的电子天平测得，检定分度值为100 mg。TSS含量用ATAGO爱宕PAL-1便携式数字折射仪测得。硬度用GY-3手持式水果硬度计测定果实的去皮硬度。可滴定酸用酸度计测定，用移液器吸取0.3 mL果汁，再吸入30 mL蒸馏水，在离心管中混匀，倒入酸度计探测孔内，测定读数。

1.3 数据分析

采用Excel 2003软件进行基础数据的整理和作图。利用SPSS 24.0进行数据间的方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同地面管理方式下土壤体积含水率间的差异

以自由纺锤形苹果为试材，研究不同地面管理方式下，3次根系旺盛生长期不同土层深度的土壤体积含水率间的差异。研究结果（图1）表明，4月上旬苹果根系第1次旺盛生长期0～60 cm土层均以起垄覆盖园艺地布的土壤体积含水率最高，分别达16.47%、15.22%和14.83%，极显著高于生草覆盖及清耕管理方式下的土壤体积含水率。生草覆盖管理下3个土层深度的土壤体积含水率分别为13.02%、12.61%和14.35%，均极显著高于清耕。清耕下土壤体积含水率在该时期随着深度增加而增加，生草覆盖下以40～60 cm土层中土壤含水率最高、20～40 cm深度最低，而起垄覆地布管理方式下该时期土壤体积含水率则随深度的增加而降低。即起垄覆地布和生草覆盖在4月提高了0～40 cm深度的土壤含水率，起垄覆地布对该时期0～40 cm深度土壤含水率较清耕提高了49.98%，生草覆盖较清耕提高了21.24%，前者提高程度更大。

图1 土壤管理方式对土壤体积含水率的影响

7月上旬正值根系第2次旺盛生长期，该时期0～20 cm深度的土壤体积含水率以生草覆盖最高，达18.05%，起垄覆盖园艺地布管理方式下居中(16.03%)，清耕最低，三者间差异均达极显著水平。20～40 cm土层则以清耕最高，生草覆盖最低，起垄覆盖地布居中。40～60 cm土层的土壤体积含水率以起垄覆盖最高达15.05%，极显著高于生草覆盖和清耕。3种土壤管理方式下，清耕以20～40 cm土层的土壤含水率最高，生草覆盖下随土壤深度增加土壤体积含水率依次降低，而起垄覆盖地布则3个土层深度的土壤体积含水率保持在15.05%～16.03%，变化幅度较小。

10月上旬0～20 cm土层以生草覆盖的土壤体积含水率最高(17.52%)，极显著高于起垄覆盖地布及清耕，起垄覆盖地布下的土壤含水率居中，极显著高于清耕。20～40 cm土层以生草覆盖的土壤体积含水率最高，极显著高于起垄覆盖地布和清耕对照，后两者间无显著差异。40～60 cm土层则以起垄覆盖园艺地布的土壤体积含水率最高，生草覆盖居中，清耕最低。3种土壤管理方式下，清耕下土壤体积含水率随着土层深度的增加呈先增后降的趋势，生草覆盖下呈降低趋势，起垄覆盖地布下3个土层土壤体积含水率在15.05%～16.02%，基本持平。

清耕下0～20 cm土层的土壤含水率在3个月份中以7月最高(15.13%)、4月最低(9.09%)。20～40 cm土层的土壤体积含水率以4月最低，7月和10月保持在16.05%和15.80%。40～60 cm土层土壤体积含水率以7月最低、10月最高。生草覆盖下0～20 cm土层的土壤含水率以4月最低(13.20%)，7月和10月分别为18.05%和17.52%，保持在较高水平。20～40 cm土层的土壤体积含水率以10月最高、4月最低。40～60 cm土层土壤体积含水率以7月最低、10月最高。而起垄覆盖地布管理方式下，3个月份各土层深度下的土壤体积含水率均保持在14.83%～16.47%，变化幅度小于生草覆盖和清耕。

2.2 不同地面管理方式下叶片叶绿素含量间的差异

结果（图2）显示，起垄覆盖园艺地布处理方式下叶片的叶绿素含量最高，达3.15 mg/g，极显著高于生草覆盖与清耕。生草覆盖下苹果叶片的叶绿素含量为2.92 mg/g，显著高于清耕对照。

图2 土壤管理方式对叶片叶绿素含量的影响

2.3 不同地面管理方式对果实品质的影响

结果（表1）显示，起垄覆盖园艺地布下的苹果单果重为314.18 g，极显著高于生草覆盖(272.16 g)和清耕(230.60 g)，生草覆盖下的单果重极显著大于清耕下果实单果重。

表1 土壤管理方式对苹果果实品质的影响

起垄覆盖地布处理的果实去皮硬度为10.00 kg/cm2，生草覆盖下果实的去皮硬度为9.23kg/cm2，两者之间无显著差异，但两者均显著高于清耕(8.42 kg/cm2)，其中起垄覆盖地布处理与清耕下果实的果肉硬度间达极显著水平。

起垄覆盖地布管理方式下苹果的可溶性固形物含量达17.43%，显著高于生草覆盖下果实可溶性固形物含量(16.47%)，极显著高于清耕(14.22%)，生草覆盖与清耕果实间可溶性固形物含量差异亦达极显著水平。起垄覆盖地布与生草覆盖下管理方式下苹果的可滴定酸含量均为0.39%，两者极显著高于清耕(0.35%)。3类土壤管理方式下果实的固酸比以起垄覆盖地布最高(45.21)，显著高于清耕与生草覆盖，清耕与生草覆盖的固酸比分别为40.97和41.84，两者间无显著差异。可见起垄覆盖地布有助于可溶性固形物及可滴定酸含量的增加，一定程度上增加了果实风味。

3类土壤管理方式下果实的着色以起垄覆盖地布最高(89.67%)，极显著高于生草覆盖(81.67%)和清耕(70.67%)，生草覆盖的果实着色程度极显著高于对照。

2.4 不同土壤管理方式对树体产量的影响

由表2可知，起垄覆盖园艺地布的供试果园中苹果产量最高，达100.87 kg/hm2，极显著高于其他处理和对照。生草覆盖的苹果园产量达94.96 kg/hm2，极显著高于清耕园的果园产量。

表2 土壤管理方式对苹果产量的影响

起垄覆盖园艺地布及生草覆盖2种土壤管理方式下横径小于70 mm的果实分别占30%和33%，两者间无显著差异，极显著低于清耕园(43%)。起垄覆盖地布下果实横径在75 mm以上的果实比例极显著高于生草覆盖(34%)，两者均极显著高于清耕(23%)。可见起垄覆盖地布和生草覆盖下均促进了果实大小的增加，且前者影响程度更大。

3 结论与讨论

覆盖可提高土壤蓄水保墒性能[20]，受作物类型、气候条件、覆盖材料的影响，土壤蓄水保墒性能变化程度不同[21-22]。起垄覆膜-垄沟覆草能将有限的雨水集聚于果树根区，改善土壤水分环境[23]。苏一鸣等[24]认为，起垄覆膜-垄沟覆草能使干旱季节0～60 cm土层的土壤含水率较不起垄不覆盖提高20.94%，使秋雨季节0～60 cm层的土壤含水率提高11.78%。研究发现地膜覆盖一定程度上造成土壤和环境污染[10]，园艺地布具有环保、不污染环境及能连续多年使用的优点，园艺地布微垄覆盖具有蓄水保墒、提高水分利用效率和减蒸促进增产效应[7]。本研究将起垄栽培与园艺地布相结合，采用起垄覆盖园艺地布的方式研究了其对土壤、产量及品质的影响，结果表明该土壤管理方式较清耕管理，将4月干旱期0～40 cm土层的土壤体积含水率提高了49.98%，使4、7和10月0～60 cm土层深度下的土壤体积含水率保持在14.83%～16.47%，且在3次根系活跃期的土壤含水率变化幅度均较小，极显著提高了苹果叶片中叶绿素含量，增大了果个和产量，提高了果实可溶性固形物、可滴定酸及果肉硬度，提高了果实风味并有助于果实着色。

研究显示旱作苹果园生草覆盖可提高树冠下土壤含水率[25]，减缓土壤水分蒸发，增加土壤容水能力，促进下层土壤水分向上层移动[26]。赵政阳等[27]研究表明，0～40 cm土层生草与果树之间存在水分竞争，但生草对40～80 cm土层的水分具有调蓄作用；80～100 cm土层生草对土壤水分的影响较小。本研究显示生草覆盖除在7月20～40 cm土层的土壤体积含水率低于清耕外，其他时间均极显著高于清耕，尤其是4月早春干旱时对土壤含水率的提高作用最大。另外本研究发现生草覆盖有助于提高果实品质、增加果园产量，但其对土壤体积含水率、叶片叶绿素含量、产量及果实品质的影响程度均低于起垄覆盖地布处理，为获得较高利润，应兼顾品质与商品性，建议旱作果园采用起垄覆盖地布的土壤管理方式，益于集雨保墒、改善果实品质、提高果园产量。本研究仅测定了3次根系活跃期的土壤含水率变化，未对各处理下土壤含水率进行全年检测，今后将对各土壤利用方式下土壤含水率的全年动态变化及对枝条生长势的影响进行系统研究。