覆盖耕作对果园土壤水分及通气性的影响

张述强，姚志龙

(陇东学院 农林科技学院，甘肃 庆阳 745000)

甘肃陇东地区是苹果优势产区之一，当地苹果产业已成为促进区域经济发展、改善生态环境的支柱产业，然而长期以来由于水资源缺乏，经常发生春旱和春夏干旱，干旱成为制约果树生长发育的主要因素之一，严重影响着当地的苹果生产[1，2]。而传统的清耕制土壤管理模式导致果园土壤性状退化,水分利用率低，果实产量下降,品质变劣[3]32。为了解决这一难题，采用不同的土壤管理模式对果园地面进行覆盖，可以起到有效地蓄水保墒、调节土壤温度和改良土壤结构的作用，调节微域生态环境[4，5]。因此探索适合当地的土壤管理模式已成为该区域苹果产业优化升级与果园生态系统可持续发展的当务之急。

土壤管理模式是当前世界旱作农业地区广泛推广的一项耕作技术,研究表明它不仅能够抑制土壤水分蒸发,有效蓄水保墒；随着季节变化调节地表温度、增温保温,保护土壤表层,改善土壤物理性状,提高水分利用率等[6-9]。近年来，我国对果园生草覆盖已开展了不少研究[10-19],但多数集中在南方的橘园、枇杷园、梨园等[10-16],目前,有关果园生草覆盖方面的研究,主要集中在生草覆盖对果园微气候效益、土壤肥力效应及对果树产量与品质影响等方面[10-15,18,19],有关生草覆盖对苹果园土壤水分影响的研究,基本上是采用静态的描述性方法,因此这种管理模式在我国北方旱地农业生产中得到广泛推广与应用。

本文结合甘肃省庆阳市陇东旱地果园生产现状，研究不同土壤管理模式对陇东旱地雨养果园土壤水分含量、土壤容重以及土壤孔隙度变化的影响，探索土壤管理模式对果树生长发育的影响，为陇东旱作果园生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018—2019年在甘肃省庆阳市西峰区陇东学院生农科技生态园果园、农业科学院果树研究所以及什社三姓果园进行。果园所处位置属于温带大陆性季风气候，四季分明，冬季常吹西北风，夏季多行东南风，果园土壤主要以黑垆土为主，质地为壤土，光照充足，海拔高度为1421m，年均气温为9.5℃，年均降水量545.8mm，多集中在7—9月份，最大蒸发量为1005.8mm[20],总体呈干旱、温和、光富的特点。

1.2 耕作管理模式

在气候、地形、土壤肥力及栽培模式相近的条件下，对矮化果园采用低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖、矮化低垄覆布+油豆轮作长周期覆盖等10种土壤耕作管理模式(见表1)，在持续干旱阶段进行土壤含水量及土壤容重的测定；并以露地旋耕为对照(CK)进行对比分析。

表1 果园土壤耕作管理模式表

1.3 试验方法与测定

1.3.1 测定方法

土壤含水量：采用烘干法测定[21]8，求取三次重复的平均值。

土壤容重及孔隙度：采用环刀法测定[21]31，求取两次重复的平均值。

1.3.2 采样及测定时间

土壤含水量：2017年6月29日和2018年7月4日采样。

土壤容重：2019年5月10日采样。

2 结果与分析

2.1 不同土壤耕作管理模式对土壤水分的影响分析

由图1、图2知，与CK相比10种土壤耕作管理模式中有6种耕作管理模式均不同程度提高了土壤水分含量，其余4种耕作管理模式却降低了土壤含水量。

图1 2017年土壤水分对比图

图2 2018年土壤水分对比图

在10～20cm土层的土壤水分含量大小依次为树盘低垄布下有机肥覆盖+行间生草覆盖(升高范围7.34%～9.43%)>水肥一体浅穴覆盖集水节水模式(升高范围7.66%～7.74%)>秸秆周年覆盖(升高范围6.68%～7.33%)>乔化园浅根系干旱休眠生草覆盖(升高范围4.87%～5.12%)>低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖(升高范围3.39%～4.19%)>低垄覆布+秸秆(枝干堆腐物)还田(升高范围2.57%～3.24%)>露地旋耕(CK)>低垄覆布+油豆轮作(降低范围0.32%～0.74%)>树盘低垄覆布+行间三叶草覆盖(降低范围0.71%～0.72%)>树盘低垄覆布+行间黑麦草覆盖(降低范围1.41%～1.91%)>树盘低垄覆布+行间野草覆盖(降低范围3.14%～3.23%)。

在25～35cm土层的土壤水分含量大小依次为树盘低垄布下有机肥覆盖+行间生草覆盖(升高范围7.59%～7.96%)>水肥一体浅穴覆盖集水节水模式(升高范围6.88%～7.68%)>秸秆周年覆盖(升高范围6.29%～6.61%)>乔化园浅根系干旱休眠生草覆盖(升高范围3.95%～4.08%)>低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖(升高范围3.39%～3.48%)>低垄覆布+秸秆(枝干堆腐物)还田(升高范围2.45%～2.51%)>露地旋耕(CK)>低垄覆布+油豆轮作覆盖(降低范围0.92%～1.65%)>树盘低垄覆布+行间三叶草覆盖(降低范围0.33%～1.95%)>树盘低垄覆布+行间黑麦草覆盖(降低范围0.91%～2.55%)>树盘低垄覆布+行间野草覆盖(降低范围2.75%～3.98%)。

在10～35cm的土层中，随着土层深度的增加，土壤水分含量总体呈增长趋势。

2.2 不同土壤耕作管理模式对土壤容重及通气性的影响分析

由图3、图4可知，与CK相比9种土壤耕作管理模式均不同程度降低了土壤容重，提高土壤孔隙度及通气效应，有效地改善了土壤物理性状。

图3 2019年10～20cm土壤容重图

图4 2019年10～20cm土壤孔隙度图

由图3可知，在10～20cm土层的土壤容重大小依次为露地旋耕>低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖=低垄覆布+秸秆(枝干堆腐物)还田(土壤容重降低0.01g/cm3)>水肥一体浅穴覆盖集水节水模式=树盘低垄覆布+行间黑麦草覆盖(土壤容重降低0.05g/cm3)>树盘低垄布下有机肥覆盖+行间生草覆盖(土壤容重降低0.06g/cm3)>树盘低垄覆布+行间三叶草覆盖(土壤容重降低0.07g/cm3)>秸秆周年覆盖(土壤容重降低0.08g/cm3)>乔化园浅根系干旱休眠生草覆盖(土壤容重降低0.18g/cm3)>树盘低垄覆布+行间野草覆盖(土壤容重降低0.34g/cm3)。

由图4可知，在10～20cm土层的土壤孔隙度大小依次为树盘低垄覆布+行间野草覆盖(土壤孔隙度增加12.83%)>乔化园浅根系干旱休眠生草覆盖(土壤孔隙度增加6.79%)>秸秆周年覆盖(土壤孔隙度增加3.02%)>树盘低垄覆布+行间三叶草覆盖(土壤孔隙度增加2.64%)>树盘低垄布下有机肥覆盖+行间生草覆盖(土壤孔隙度增加2.27%)>水肥一体浅穴覆盖集水节水模式=树盘低垄覆布+行间黑麦草覆盖(土壤孔隙度增加1.89%)>低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖=低垄覆布+秸秆(枝干堆腐物)还田(土壤孔隙度增加0.38%)>露地旋耕。

其中树盘低垄覆布+行间野草覆盖的处理效果最为明显，较CK相比，土壤容重降低0.34g/cm3,土壤孔隙度增加12.83%；乔化园浅根系干旱休眠生草覆盖的处理效果较为明显，较CK相比，土壤容重降低0.18g/cm3，土壤孔隙度增加6.79%；而低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖和低垄覆布+秸秆(枝干堆腐物)还田这两种覆盖模式基本与CK持平，土壤容重仅降低0.01g/cm3,土壤孔隙度仅增加0.38%，处理效果不明显。

3 结论与讨论

3.1 结论

3.1.1 果园管理对水分的影响

不同果园管理模式对10～35cm土层水分影响大小依次为：树盘低垄布下有机肥覆盖+行间人工生草覆盖、水肥一体浅穴覆盖集水节水模式、秸秆周年覆盖、乔化园浅根系干旱休眠生草覆盖、低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖、低垄覆布+秸秆(枝干堆腐物)还田，土壤水分较露地旋耕(CK)升高2.45%～9.43%；而低垄覆布+油豆轮作、树盘低垄覆布+行间三叶草覆盖、树盘低垄覆布+行间黑麦草覆盖、树盘低垄覆布+行间野草覆盖的土壤含水量较露地旋耕(CK)降低0.32%～3.98%。这与董海强[22]等人的研究结论基本一致，说明生草覆盖对土壤水分的影响随着生草种类不同而有所差异。

3.1.2 果园管理对容重的影响

不同果园管理模式，均不同程度地降低土壤容重,其值为1.46～1.29g/cm3，与露地旋耕(CK，为1.47g/cm3)相比，树盘低垄覆布+行间野草覆盖、乔化园浅根系干旱休眠生草覆盖和秸秆周年覆盖处理效果较明显；而低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖和低垄覆布+秸秆(枝干堆腐物)还田这两种覆盖模式基本与露地旋耕(CK)持平，处理效果不明显。这与李会科[3]33研究结论一致。

3.1.3 果园管理对孔隙度的影响

不同果园管理模式，均不同程度地增加土壤孔隙度,其值为44.9～51.3%,与露地旋耕(CK为44.5%)相比，树盘低垄覆布+行间野草覆盖、乔化园浅根系干旱休眠生草覆盖和秸秆周年覆盖处理明显改善了通气性；而低垄覆布+浅根系干旱休眠生草覆盖和低垄覆布+秸秆(枝干堆腐物)还田这两种覆盖模式基本与露地旋耕(CK)持平，处理效果不明显。这与王宪玲[23]的研究结论基本一致。

3.1.4 重点选择的模式

根据试验测定结果，通过对土壤保水保墒效果的好坏、土壤容重的高低及土壤孔隙度大小的综合考虑，在果园重点选择树盘低垄布下有机肥覆盖+行间生草覆盖、乔化园浅根系(牛繁缕)干旱休眠生草覆盖和秸秆(玉米秆)周年覆盖这三种管理模式。

3.2 讨论

3.2.1 优势模式的保水优点及原因分析

陇东旱地果园地处干旱区和半干旱区,年均降水在410～710mm之间，年降雨量分配不均衡,雨季主要集中在7、8、9月份,当地大部分果园的水分供应基本是依靠天然降水，属于雨养果园，果树生长季节经常发生干旱缺水的现象，对树体生长发育、苹果产量和果实品质产生不利影响，采取各种土壤耕作管理模式、生草覆盖集水保墒等人为技术，充分利用自然降水，保持土壤水分，减少无谓消耗，提高有限水资源的利用效率，是当地果园水分管理的必然选择。而果园土壤覆盖耕作管理模式能抑制水分蒸发，减小水分蒸腾，蓄水保墒；尤其通过各种生草覆盖模式能够防止土壤板结，保持良好土壤结构[24]。张义等[7]87、王进等[25]研究表明，覆盖能减少土壤水分的蒸发率，具有很好的保墒作用。因此,果园土壤耕作管理模式最好要有节水保墒的效果,否则不宜推广。

3.2.2 优势模式的容重、孔隙度优点及原因分析

生草覆盖后，一方面有机物层减缓了土壤水分蒸发，另一方面由于有机质的增加，团粒结构的形成和有效孔隙的增加使土壤的容水能力得到提高。通过树盘低垄覆布+行间野草覆盖这种土壤耕作管理优势模式，能够很大程度的降低土壤容重增加土壤孔隙度，处理效果明显。在其他条件相同的情况下，土壤容重的大小决定孔隙度的大小，通过土壤耕作管理改变土壤容重，对土壤孔隙度产生了明显影响[3]33。

近年来随着土壤耕作管理模式的推广与应用研究表明，这种耕作管理模式有利于土壤团粒结构和有效孔隙度的形成，有效改善土壤物理性状[26]。土壤容重和孔隙度是反映土壤结构的重要特征,它们直接影响土壤的水肥气热的变化以及植物根系的生长[27]，从而影响果树的生长发育。

3.2.3 本试验野草容重降低的原因

在该田间试验中，测定结果表明陇东旱地果园进行树盘低垄覆布+行间野草覆盖模式能够大幅度降低土壤容重，使土壤保持疏松透气的状态。这种耕作管理模式能够有效减轻雨水对土壤的冲击，避免土壤板结，减小土壤夯实程度，造成土壤疏松多孔或有大量大孔隙，很好地改善土壤结构，能将土壤的疏松状态维持很长时间，所以采用树盘低垄覆布+行间野草覆盖模式会使土壤容重降低。疏松的土壤状态和较高的土壤含水量能够为根系提供良好的水、肥、气、热环境，促进果树正常生长发育[28]，这是果树优质高产的基础，同时降低土壤容重增加透气性，也为果树提供良好的根际环境。

3.2.4 土壤容重普遍偏高的原因分析

土壤容重的数值大小，受土壤质地、结构、有机质含量以及各种自然因素和人工管理措施的影响，其中人工管理措施占主导因素，人们主要通过一系列的田间操作，如实施机械作业使土壤质地夯实，土壤多年的免耕、少耕管理模式使土壤紧实少孔，都会造成土壤容重普遍偏高的现象。土壤容重偏高，土壤孔隙度降低，土壤通透性差，影响土壤气体机交换和土壤水分含量。

3.2.5 树盘覆盖材料及生草种类的选择

根据测定结果，综合考虑土壤保水保墒效果及通气性好坏，陇东旱地果园树盘覆盖材料应该选择树盘低垄布下有机肥覆盖+行间生草覆盖管理模式；而生草种类应该选择乔化园浅根系(牛繁缕)干旱休眠生草覆盖和秸秆(玉米秆)周年覆盖管理模式。树体根部一般采用树盘覆盖管理模式，而树体行间则一般采用各种生草种类进行覆盖管理，并且采用浅根系，根系致密度小的生草类型进行覆盖，如鼠茅草、牛繁缕等；而采用三叶草、野草、黑麦草等根系致密度大的生草覆盖模式，由于根系过长会吸收土壤水分从而导致土壤含水量下降，所以一般不宜选择。

在不同的土壤耕作管理模式中，水肥一体浅穴覆盖集水节水模式和全园周年秸秆覆盖更适合于北部干寒地区；成龄乔化果园采用全园浅根系干旱休眠生草(牛繁缕)覆盖模式保墒、肥田、避霜效果更好；规模矮化密植果园更适合采用树盘低垄布下有机肥覆盖+行间人工生草覆盖、低垄覆布+浅根系干旱休眠生草(牛繁缕、或鼠茅草、或长柔毛野豌豆)覆盖、低垄覆布+油豆轮作等模式，降低人工成本，凸显田园美景[29]。而油豆轮作、三叶草、黑麦草、野草等覆盖，生长量太大，耗水耗养量多，与果树生长发育期同步，进而导致与草树争水争肥，降低土壤含水量，使土壤肥力下降，损坏土壤物理性状，所以生草栽培要适时刈割,减小水肥竞争，因此一般不建议采用上述4种覆盖模式；同时尽量不要采用清园旋耕管理模式，应该采用以减少土壤水分蒸发、降低土壤容重为目的的土壤耕作管理模式。

本试验是在完全依靠自然降雨的条件下进行的,结果表明:在6～7月份干旱季节,果园三叶草、野草和黑麦草等生草使土壤含水量降低,不利于果树的生长，所以不宜采用；但降水较多的时期,生草处理也可较快降低土壤含水量,这有利于排出土壤中过多的水分,促进果树根系的生长和养分吸收,同时也便于果园管理。