不同覆盖方式对土壤水热及猕猴桃产量的影响

2022-02-14刘立豪王辉谭帅胡传旺卢佳宇童晨晖

排灌机械工程学报 2022年2期

刘立豪，王辉，谭帅，胡传旺，卢佳宇，童晨晖

(湖南农业大学水利与土木工程学院，湖南长沙 410128)

土壤水分对降雨入渗和土面蒸发起控制作用[1]，土壤温度对植物根系生长、水分、养分的运移和转化均有较大影响[2].湖南三面环山，地跨长江、珠江两大水系，四季分明、光照充分、雨量充沛、土壤肥沃且保水性好.由于优越的地理环境及适宜的气候、土壤等条件，湖南地区非常适宜种植猕猴桃.近年来湖南地区猕猴桃产业发展迅猛，产量大幅提升，已成为当地果农的重要经济来源.然而，湖南地区南方普遍存在由雨热分布不均引发的季节性干旱等问题[3]，且猕猴桃对土壤水分变化尤为敏感[4]，耐旱、耐涝能力差，喜温但忌高温，在炎热的夏季易出现灼果，甚至落叶落果等现象[5].因此，探究适宜的田间管理措施来缓解猕猴桃季节性干旱和夏季高温的双重胁迫，是湖南乃至整个南方地区猕猴桃产业可持续发展的重要环节.

实践研究表明[6]，采取有效的覆盖措施可以改善土壤水热条件，覆盖地膜是一项重要的增墒调温、蓄水丰产技术.路海东等[7]研究发现，与白色地膜相比，黑色地膜可以使0～15 cm土层地温降低0.8 ℃.与地膜覆盖相比，秸秆覆盖提高土壤水分效果更加显著，可提高作物水分利用效率31.2%[8].采取合理的覆盖措施不仅可以调节土壤温度，而且可以使土壤水分维持在相对较高的水平，为根系生长发育提供充足的水分[9]，加快土壤中能量和养分的流速，从而为果树生长提供优越的水热环境，提高果实产量和改善果实品质[10].然而，在覆盖条件下对土壤水热的研究主要集中在北方，且大多以玉米[7-8]、马铃薯[2,11]、小麦[12-13]等1 a生的作物为研究对象，基于覆盖措施对南方果园土壤水热的研究鲜见报道.

中国南北方气候、地形、土壤质地等均存在较大差异，南方水热充足，但存在夏季高温干旱胁迫等问题，因此，文中分析不同覆盖措施下南方土壤水热时空变化规律，拟为该区域内作物抵御夏季高温胁迫和季节性干旱提供技术支撑和理论依据.

1 研究地区与研究方法

1.1 试验区概况

试验区位于湖南省岳阳县峰岭菁华果园试验基地(29°80′ E， 113°18′ N)，种植的猕猴桃品种为红阳.该区属于典型的亚热带季风气候，年均温17.0 ℃、年降雨量约1 500 mm，研究期间降水P及气温变化T如图1所示.该果园于2015年8月由平均海拔200.0 m左右的低山丘陵开发而成，猕猴桃株距3.0 m、行距2.5 m、垄宽1.5 m、垄距2.0 m，果树大小长势均匀.土壤容重1.4 g/cm3，有机质含量1.12 g/kg，pH值6.6，土壤总孔隙度42.8%，毛管孔隙度41.9%，砂粒质量分数为52.0%、粉粒为20.0%、黏粒为28.0%，依据国际制土壤质地的分类标准，属于壤质黏土.

图1 研究期6—9月降水及气温变化

1.2 试验设计

试验布置前将区域内的杂草清除干净，2020年5月设置6种处理,如表1所示，各试验小区面积40 m2(2 m × 20 m)，区组随机分布，各处理重复3次.不同处理下猕猴桃田间管理方式(施肥、耕作、剪枝、授粉、喷药、采摘等)一致，试验采用的白色、黑色地膜为幅宽100 cm、厚度0.006 mm的农用聚乙烯地膜，防草布为桐城市金涛塑业有限公司生产幅宽为100 cm的无纺布，秸秆采用当地油菜收割后的整秆，长度约80 cm.

表1 试验处理描述

1.3 测定项目与方法

土壤水分：2020年6月1日—9月30日每10 d在各小区长势均匀的猕猴桃树径50～100 cm范围用直径为5 cm的土钻取土，取样深度为50 cm，测定步长取10 cm，共计取土13次，采用烘干称重法测土壤质量含水率，再乘以土壤容重换算得到土壤体积含水率.

土壤温度：在各试验小区中间垄上猕猴桃长势均匀附近埋设1套直角水银地温计进行定点测定，埋深分别为5，10，15，20，25 cm，试验期内每3 d分别在8:00,12:00,18:00读取地温，分析时取3点平均温度计算当日均温，并选取3 d从6:00至20:00每2 h读取1次数据，监测土壤温度日变化.

产量与品质：猕猴桃采摘时，首先对产量相关指标进行测定，各处理随机选取3株果树测定，单株产量、单果质量、干物质含量，采用精度为0.01 g的电子天平称取，果实纵横径采用精度0.02 mm的游标卡尺进行测量.随后将采摘后的猕猴桃放进冷库中低温贮藏，待其软熟时选取果实成熟度相对一致的猕猴桃测果实品质，可溶性固形物采用手持折光计PAL-BX/ACID测得，维生素C、可滴定酸采用滴定法测算，总糖采用紫外分光比色法测定.

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 25软件进行数据处理与统计分析，采用单因素(one-way ANOVA)和Waller Duncan法进行方差分析及多重比较(α取0.05).运用Origin Pro 8绘制图表，表中数据为平均值±标准差.

2 结果与分析

2.1 覆盖对土壤水分的影响

适宜的土壤水分是猕猴桃生长的关键因素，土壤水分决定果树用水的供给，对果树生长发育、干旱监控具有重要意义.图2为不同覆盖措施下0～50 cm平均体积土壤含水率随时间变化.由图可以看出，各处理土壤体积含水率WS随时间的变化趋势基本一致，6月1日—7月11日土壤含水率呈稳定增长趋势并于7月11日达到峰值.7月21日土壤含水率骤降后呈小幅波动状态，此时各处理土壤含水率均较低，出现了南方较为常见的季节性干旱.采取覆盖措施较CK处理可提高0～50 cm土壤含水率1.0%～3.3%，土壤含水率较高的依次为处理F+B，F，J，B，H，在土壤含水率整体较低时，覆盖处理提高土壤含水率效果更佳.

图2 不同覆盖措施下0～50 cm平均体积土壤含水率随时间变化

表2为不同覆盖措施下0～50 cm各层平均体积土壤含水率，其中h为土壤深度.由表可以看出，覆盖处理对0～30 cm土壤含水率提高效果更加显著，处理H，B，F，F+B，J下0～30 cm土壤含水率较CK提高了1.1%～3.3%，而30～50 cm提高了1.1%～2.9%.各处理土层深度与土壤含水率呈显著正相关，处理F+B 40～50 cm土层土壤含水率达到了25.2%.各处理土壤蓄水保墒能力差异随土层深度增加逐渐减小，与处理CK相比，处理J在0～10 cm土壤含水率提升了1.8%，而40～50 cm土壤含水率仅提升了1.4%.F+B和F处理在试验期内提高含水率效果较好，两处理0～50 cm土层平均土壤含水率较处理CK有效提高了2.2%～2.9%.各处理0～20 cm与30～50 cm土壤含水率差异具有统计学意义.

表2 不同覆盖措施下0～50 cm各层平均体积土壤含水率

2.2 覆盖对土壤温度的影响

2.2.1 不同土层土壤日均温变化特征

图3为不同覆盖措施下0～25 cm土壤温度随时间变化.由图可以看出，试验期间各处理0～25 cm土壤温度T随时间呈现出较为一致的变化规律，6月1日—8月12日呈波动增长趋势，且各处理间温度波动逐渐增大，8月12日—8月30日整体呈下降趋势，同时各处理间温度波动逐渐缩小，之后土壤温度呈上下波动状态.

试验期间0～10 cm土壤温度从大到小表现为F+B，CK，H，B，F，J，各覆盖处理20～25 cm土壤温度均低于处理CK.处理F+B在试验间整体温度最高且显著高于处理CK，0～5 cm表层土壤日均温在8月12日高达40.4 ℃，0～25 cm土壤平均温度可达33.1 ℃，同时该处理日均温差较其他处理波动较大.其他覆盖处理在夏季则表现出良好的降温效果，0～25 cm土壤温度整体低于处理CK，可有效降低土壤温度0.8～2.6 ℃，同时可使土壤温度日均温之间差异减小.处理CK土壤日均温差变化幅度在所有处理中最大，平均高达8.1 ℃，采取覆盖措施可有效降低土壤日均温差变化幅度0.7 ～1.9 ℃，处理F和处理J降低效果更加显著.由图3中的误差棒长度可知，各处理在土壤日均温度较低时土壤温度差异较小，在日均温度较高时差异较大，且越靠近地表，各处理间土壤温度差异越大，表层0～10 cm土壤各处理间土壤温度差异显著大于15～25 cm土壤.

图3 不同覆盖措施下0～25 cm土壤温度随时间变化

2.2.2 0～25 cm土壤温度日变化规律

为进一步探究各处理对土壤温度变化的影响，选取典型晴朗天气(7月21日—23日)，监测0～25 cm各层土壤温度T的日变化，如图4所示.各处理0～10 cm土壤温度在6:00—20:00大致呈倒“V”型趋势变化，随土壤深度的增加，土壤温度日变化趋于平缓.6:00—10:00大气温度相对较低，各覆盖处理表现出良好的保温效果，10:00之后，随外界气温的升高，各处理土壤温度明显提高，除处理F+B，各覆盖处理的土壤温度整体低于处理CK.表层0～10 cm土壤温度的峰值出现在14:00左右，而下层10～25 cm土壤温度存在略微滞后现象，最高土壤温度出现在16:00左右，土壤表层温度日变化显著大于土壤下层温度日变化，处理F+B表层5 cm处土壤温度日变化幅度高达17.7 ℃，而下层土壤25 cm处温度变化幅度仅为4.5 ℃.覆盖处理可以显著降低土壤温度日变化幅度，并随土壤深度的增加，这种降低作用逐渐减弱，且不同处理间差异明显，处理F+B日变化幅度较大，较处理CK，处理F在5，10，15，20，25 cm处土壤温度温度日变幅降低了3.9，3.7，3.8，3.1，1.6 ℃，起到了良好的缓冲降温作用.

图4 不同覆盖措施下0～25 cm土壤温度日变化

2.3 覆盖对猕猴桃产量与品质的影响

产量与品质是衡量猕猴桃产业发展的首要经济指标.覆盖对猕猴桃产量与品质的影响如表3所示，其中SY，SN，SM，DC，VD，TD，SI，VC，SS，TC，TA，SA分别表示单株产量、单株果数、单果质量、干物质含量、纵径、横径、果形指数、维生素C、可溶性固形物、总糖、可滴定酸、糖酸比.猕猴桃单株产量变化范围为4.23～4.46 kg/株，处理B和F单株产量高于处理CK，但未达到统计学差异水平，究其原因可能是构成猕猴桃产量的因素众多，且果树产量形成是个漫长的过程，需要地表长期覆盖才能使提高的产量效果完全显现.单果质量是评判猕猴桃大小的重要指标，相比处理CK，所有覆盖处理均可提高猕猴桃单果质量，处理H，B，F，F+B，J单果质量分别提高了0.1%，3.3%，7.7%，7.6%，1.3%，由此可见覆盖处理有助商品果(红阳猕猴桃单果质量大于60 g)的形成.

表3 不同覆盖处理对猕猴桃产量及品质的影响

覆盖处理可提高猕猴桃干物质含量8.1%～15.8%，处理F和J效果最佳.纵横径是评价猕猴桃形状的重要指标，覆盖处理虽对猕猴桃纵径的影响不明显，但使横径提高了0.5%～21.5%，进而使果形指数降低了6.8%～10.5%，使猕猴桃的外观更接近圆形.被誉为“水果维C之王”的猕猴桃富含维生素C，相比处理CK，覆盖处理对维生素C有较大提高，处理B尤为显著，每100 g维生素C含量高达66.88 mg.可溶性固形物含量直接影响猕猴桃的口感，处理F+B对可溶性固形物含量影响最为显著，可提高2.1%.作为酸甜口味的水果，酸甜度对猕猴桃口感显得尤为重要，覆盖处理在降低猕猴桃酸度的同时提高了糖度，进而提高了糖酸比3.8%～33.6%，使得口感更佳.

3 讨论

南方季节性干旱(易发生在6—9月)发生时正值猕猴桃需水的关键期，此时土壤水分的田间管理尤为重要.覆盖可有效降低土壤的蒸散作用[14]，为猕猴桃生长发育提供必要的水分.本研究表明，覆盖提高了0～50 cm土壤含水率1.1%～3.3%，由于土壤水分的运移路径及猕猴桃耗水状况不同，各处理保水效果存在一定差异.处理H和B虽可形成“隔膜效应”，对土壤水分的蒸散起抑制作用[2]，但其对土壤含水率的提高效果没有其他覆盖处理明显[15]，可能是地膜的密闭性阻碍雨水入渗，减少降雨对土壤水分的补充.由编织结构组成的处理F具有良好的透水性，即使降雨较小或仅有少量露水时，水分也可以通过其结构缝隙进入土壤[16],提高土壤含水率.同时，处理F在晴热天气可以减缓土壤水分蒸发，增大蒸发阻力，有效抑制土壤水分散失，从而有效保持土壤墒情.

夏季土壤温度过高，会影响猕猴桃生长，致使猕猴桃出现灼伤、色泽较差等现象.地表覆盖后，地表与大气间可形成特殊的热量与辐射交换层，会对热量传输及辐射吸收产生影响，进而影响土壤温度[17].处理F降低了土壤温度0.9～3.5 ℃，因为处理F本身存在物理遮蔽作用，白天高温时对太阳辐射阻挡作用较强，同时处理F具有良好的透气性，有助于加快土壤与外界热量的交换频率，因此可有效降低土壤温度[18].同时土壤含水率在一定程度上可以影响土壤温度状况，处理F可以提高土壤含水率，水的比热容比较大，含水率高的处理土壤升温慢.

土壤水热是猕猴桃生长的重要条件，改善土壤水热条件是猕猴桃增产提质的重要措施.中国南方夏季高温与季节性干旱的双重胁迫会导致土壤温度过高、蓄水保墒效果不佳，严重影响猕猴桃产量与品质.采取适宜的覆盖措施有助于改善这种状况，特别是处理F效果较为显著，与处理H和B相比，处理F不阻碍降水下渗[18]，有利于为果实增长提供必要的水分，且处理F在夏季土壤降温效果明显[19]，避免了猕猴桃在关键生长期的高温胁迫，有利于提高猕猴桃根部活性.同时，处理F颜色较深，可以遮蔽阳光，进而影响杂草进行光合作用，对果园杂草生长起良好的抑制效果，降低杂草对土壤水分和养分的争夺，使更多水分和养分用于作物生长[20]，进而提高猕猴桃产量与品质[21].