不同秸秆覆盖对猕猴桃园土壤水分的影响

赵 英，郭旭新，杜 璇，闫小红，高志永，支玉玺

(1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100；2.西安理工大学 西北旱区生态水利工程国家重点实验室，西安 710048；3.武功县园林工作站，陕西武功 712200)

猕猴桃含有丰富的维生素C，被誉为“人间仙果”，深受世界人民喜爱。中国是世界最大的猕猴桃生产国，截至2019年底，中国猕猴桃的栽培面积达29.06万hm2，总产量达300万t。陕西猕猴桃产量约占全国产量的40%左右[1]，主要分布在关中地区渭河以南至秦岭北麓[2]。猕猴桃根系分布较浅，对土壤水分的需求特别敏感，既不耐旱也不耐涝，要求土壤含水量最好保持在田间持水量的65%～75%。随着中国农业节水的不断发展，微喷灌、滴灌等微灌方式在猕猴桃园的应用逐年增加。与传统的地面灌溉相比，微灌湿润土壤深度浅，灌水周期短，节水效果明显，宜成为猕猴桃园的主要灌溉方式[3]。

秸秆覆盖保墒是一种经济节水的实用技术，在中国大田粮食作物中被广泛应用[4-7]。秸秆具有明显的保温保墒效果，促进农作物生长，显著提升作物产量和水分利用效率[8-9]。与对照处理相比，使小麦地0～2m土层土壤水分增加1%～23%，产量提升13%～23%，水分利用效率增高24%～33%[10]，使玉米拔节期土壤水分增加48%，水分利用效率达3.0kg·m-2·mm-1[11]。秸秆覆盖可以影响土壤肥力、微生物及土壤理化性状。秸秆覆盖处理的土壤全氮、有效磷、有机质含量较对照分别增加18.6～38.2mg·kg-1、5.6～6.5mg·kg-1和0.6～2.3g·kg-1[12]，可使0～20cm土层可溶性有机氮占全氮的比例、水稳定性团聚体数量、活性有机质的数量、生物数量和酶活性增加，改变耕作层细菌群落及细菌的分布结构，降低土壤真菌与细菌比[13-15]。

陕西猕猴桃主产区也是冬小麦、夏玉米的主要种植区，具有丰富的秸秆资源。近年来，关于秸秆覆盖对枣、苹果等果树土壤水分及产量的影响均有研究[16-18]，但将灌溉与覆盖结合起来应用于果树尤其是猕猴桃上的研究尚未见相关报道。本研究在杨凌五泉镇开展试验，比较分析不同秸秆覆盖对猕猴桃园微灌后土壤水分的影响，筛选出适宜的秸秆覆盖及覆盖量，从而达到改善土壤墒情、延长灌水周期的效果，落实“节水优先”方针，为当地充分利用秸秆资源促进猕猴桃园的生产提供一定的科学依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

2020年3月至2021年2月，在陕西杨凌示范区五泉镇(108°00′E，34°29′N)杨凌丰源农业工程有限公司猕猴桃园内开展试验。该区地处关中平原腹地，海拔高度431～563 m，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年日照时数2 163.8 h，无霜期220 d，年均气温12.9 ℃，年降水量为635～663 mm，试验期的降雨量及气象情况见图1。

试验园区猕猴桃种植面积为4 000 m2，品种为“徐香”，树龄8 a，东西行向种植，株行距2 m×3 m，长期使用滴灌+微喷灌方式灌溉，为方便农事作业，将滴灌管悬挂于猕猴桃园立柱上方两侧50 cm处，立柱高度2 m，每行猕猴桃安装滴灌管2行，滴头间距50 cm，滴头设计流量为3 L/h，微喷灌毛管在立柱上方沿行向安装，微喷头间距 1 m。平时主要使用滴灌系统灌溉，在夏季高温季节和冬春季节寒冻时采用微喷灌系统降温增湿和防寒防冻。

图1 猕猴桃生育期内基本气象情况Fig.1 Basic meteorological conditions during growth period of kiwifruit

1.2 试验设计

试验共设玉米秸秆、小麦秸秆2种覆盖材料，用切割机把玉米秸秆和小麦秸秆切割成长度约5 cm的小段后覆盖在猕猴桃园地表，覆盖厚度分别设5、10、15 cm 3种，共6个处理，以不覆盖为对照(CK)，每个处理3次重复，具体见表1。

展叶期末(5月上旬)布设试验。在猕猴桃园中部选取3行设置试验小区，每个小区面积 2 m×3 m，沿行向长度3 m，垂直行向长度2 m，在猕猴桃种植行两侧各1 m，种植有2株猕猴桃，为防止灌水和刮风吹散秸秆，每个小区周围用塑料栅栏围挡，栅栏高度10 cm，小区内按照设计方案覆盖秸秆。相邻处理小区间相隔2 m。每个小区依据园区植株情况和管理经验进行水肥统一、同步管理。试验期间，共灌水3次，每次灌水3 h，每个小区每次灌水定额108 L，其余时间依靠降雨补充水分，具体灌水方案如表2所示。

表1 试验处理设置Table 1 Treatments in this experiment

表2 试验小区猕猴桃生育期灌溉制度Table 2 Irrigation schedule in experimental plot during growth period of kiwifruit

1.3 试验指标测定及计算

1.3.1 土壤水分测定 采用Diviner 2000(Sentek，Australia)测定地表下10～90 cm土层内的土壤体积含水量。每个小区内，选取2株猕猴桃中间点向南侧距离约50 cm处测定土壤水分。在覆盖秸秆前，用土钻在水分测定点向下打孔100 cm，之后在孔中插设一根100 cm长度的专用PVC管，PVC管高出地表10 cm，在管口加盖配套封口盖防止降雨和灌溉水进入管内影响水分测值。此外，在试验地利用烘干法多样点分层测量土壤含水量，并对Diviner2000测定的多样点结果进行标定。于5月12日至11月12日测定不同处理土壤水分变化情况，测定周期10 d。

1.3.2 土壤储水量的变化量

△W=W末-W始

Wi=0.1×θi×hi

式中，△W为土壤储水量的变化量，mm；W末和W始为某个生育期结束和开始时的土壤储水量，mm；Wi为第i生育期的土壤储水量，mm；θi为第i生育期的土壤体积含水量，%；hi为第i生育期内测定的土层厚度，cm。

1.3.3 耗水量和水分利用效率 猕猴桃在各生育期的耗水量采用水量平衡法来计算，试验区域地势平坦且地下水埋深在10 m以下，地表径流和深层渗漏量忽略不计，水量平衡方程简化为 下式：

ET=P+I-△W

式中，ET为猕猴桃在生育期的耗水量，mm；P为生育期降雨量，mm；I为生育期内的灌溉量，mm；△W为土壤储水量的变化量，mm。

水分利用效率采用下式计算：

WUE=Y/ET

式中，WUE为猕猴桃的水分利用效率， kg·m-3；Y为猕猴桃的产量，果实成熟后统计各处理实际产量，折合成公顷产量，kg·hm-2；ET为猕猴桃在全生育期的耗水量，mm。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010(Microsoft,Redmond,USA)进行数据整理，利用SPSS16(SPSS,Chicago,USA)中单因素方差(ANVOA)分析不同处理差异，然后用LSD法在0.05水平进行多重比较，当P<0.05时认为差异达到显著水平，借助Origin 2016(OriginLab,Northampton,USA)进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖处理猕猴桃土壤水分时空动态

图2为不同覆盖处理条件下，猕猴桃不同生育期土壤水分的时空动态。图2表明，在猕猴桃开花坐果、果实膨大和果实成熟期内，不同处理土壤水分的活动层主要在10～40 cm土层，CK和覆盖(MJ15、YJ15、MJ10、YJ10、MJ5、YJ5)处理在10～40 cm土层土壤水分变异系数的变化范围为0.11～0.32，而在40～90 cm土层土壤水分变异系数仅为0.07～0.11，7种处理在10～40 cm土层平均含水量较40～90 cm土层含水量低 2.54%～4.65%。与CK相比，覆盖处理均能够提高10～90 cm土层土壤含水量，在开花坐果、果实膨大、果实成熟期，覆盖处理10～40 cm土层的土壤含水量分别是CK的1.03～1.09、1.09～ 1.29和1.09～1.27倍；40～90 cm土层的土壤含水量分别是CK的1.05～1.11、1.10～1.20和 1.11～1.18倍。不同覆盖处理10～90 cm土层内保墒效果在猕猴桃的果实膨大期强于开花坐果期和果实成熟期，10～40 cm土层水分的大小次序为：YJ10 > YJ15 > MJ5 > MJ10 > YJ5 > MJ15；40～90 cm土层土壤水分的大小次序为：YJ10 > MJ5 > YJ15 > MJ10 > YJ5 > MJ15，其中YJ15、MJ10、YJ10和MJ5较其他覆盖处理对40～90 cm土层保墒明显，但YJ10处理的保墒能力最强，该处理使土壤水分维持在38%以上的天数达61 d，占果实膨大期总天数的67.8%。从全生育期看，MJ5的保墒能力仅次于YJ10，二者间无显著性差异。

图2 猕猴桃生育期不同覆盖处理的土壤水分时空动态Fig.2 Spatio-temporal dynamics of soil moisture under different mulching treatments during growth period of kiwifruit

2.2 不同覆盖处理猕猴桃土壤储水量变化

开花坐果期是猕猴桃土壤水分的增加期(表3)，7种处理10～90 cm土层储水量的变化量在44.76～111.68 mm范围，其中覆盖处理无论是10～40 cm土层还是40～90 cm土层土壤储水变化量均高于CK处理，原因在于该生育期内降雨量大(图1)，耗水量小(表4)，覆盖处理拦蓄并储存了较多的降雨；覆盖处理在40～90 cm土层土壤储水量变化量高于10～40 cm土层土壤储水量变化量，其中YJ15处理40～90 cm较10～40 cm土层土壤储水量变化量最大，可达33.03 mm；覆盖处理在10～40 cm土层或40～90 cm土层土壤储水变化量差异并不显著，仅MY15在10～40 cm或40～90 cm土层土壤储水变化量显著低于其他处理(P<0.05)，而YJ10在10～90 cm土层土壤储水变化量最大，为111.68 mm。果实膨大期是猕猴桃土壤水分的损失期，猕猴桃果实膨大期损耗10～90 cm土层内土壤水分，YJ15处理分别在10～40 cm和40～90 cm土层土壤储水量变化量在果实膨大期显著低于其他处理(P< 0.05)，仅降低17.38和20.13 mm(表3)。果实成熟期土壤水分损失在10～40 cm土层，除YJ10外，其他处理土壤水分的损失量均低于同处理在果实膨大期的损失量。就全生育期10～90 cm土壤储水量的变化量而言(表3)，CK处理土壤储水量的变化量最大，较其他处理显著降低了39.35 mm(P<0.05)，无法满足猕猴桃在整个生育期的需水要求，而YJ10、YJ15、MJ5和MJ10处理在猕猴桃生育期结束后，分别可使土壤含水量显著增加27.76、25.85、21.94和5.94 mm(P<0.05)。

2.3 不同覆盖处理猕猴桃耗水量及水分利用效率

不同处理的猕猴桃耗水量见表4。表4表明，在开花坐果期，CK处理的耗水量最大，该生育期的总耗水量为110.54 mm，显著高于除MJ15处理外的其他处理(P<0.05)，日耗水强度高达 2.40 mm·d-1。果实膨大期是猕猴桃的主要耗水期，耗水量为477.63～507.35 mm，日耗水强度为5.64～5.12 mm·d-1，耗水模数为 71.48%～79.45%，土壤储水量的变化量出现负值(表4)，该生育期内仅依靠降雨和1次灌溉已无法满足猕猴桃需水要求，建议在该生育期内适量灌溉，以满足其生育期内水分亏缺，另外，YJ15处理的耗水量显著低于其他处理(P<0.05)，较CK处理少耗 31.51 mm。各处理在果实成熟期的耗水量无显著差异(P>0.05)，耗水强度较果实膨大期降低3.38～3.86 mm·d-1。在全生育期内，CK处理的耗水量最大，显著高于YJ15、YJ10和MJ5处理65.20、67.10和61.28 mm，CK处理的日耗水强度最大，较其他处理高 0.17～0.36 mm·d-1。与CK处理的水分利用效率(WUE)相比，覆盖处理提高了猕猴桃的WUE(图3)，CK处理的WUE最低，仅为2.75 kg·m-3，YJ10处理的WUE最高，显著高于其他处理 (P<0.05)，是其他处理的1.12～1.33倍。

3 讨 论

本试验结果显示，在猕猴桃全生育期内，CK的土壤水分损耗高于其他处理(表4)，秸秆覆盖可以显著减少土壤水分棵间蒸发消耗量[19-20]，具有较大的水分截获能力，拦蓄并储存了较多的降雨，不仅影响林冠穿透雨在土壤中的再分配，而且避免了较大雨强的降雨对土表面打击和土壤结构的破坏，增大了土壤入渗能力，降低了产流的可能[21-22]，进而有效提升土壤墒情。其中，小麦秸秆覆盖厚度以5 cm保水效果最好，其次为10、15 cm厚度效果相对较差；玉米秸秆覆盖厚度则以10 cm保水效果最好，其次为15、5 cm厚度效果相对较差(表3)。可能原因在于：小麦秸秆细而柔软容易吸水，覆盖过厚(>10 cm)容易使灌水或降雨被秸秆本身吸附而影响进入下层土壤中的水量；玉米秸秆较粗，铺设厚度适宜时，不容易将地表完全覆盖，有利于灌水持续向下入渗，但过厚也会影响水分的下渗率，覆盖过薄则不能很好地阻挡棵间蒸发，难以有效地提高土壤水分含量。党昆等[23]研究认为，在水稻田中以60%的秸秆还田量最为适宜，可见秸秆覆盖量并不是越多越好。本试验不同覆盖处理的水分利用效率均高于对照，其中YJ10处理的WUE显著高于其他处理(P<0.05)。

表3 不同覆盖处理在各生育期内土壤储水量的变化 Table 3 Changes of soil water storage under different mulching treatments during different growth stages mm

表4 不同覆盖处理在生育期的耗水量Table 4 Water consumption of different mulching treatments during growth period of kiwifruit

本研究也表明即使进行秸秆覆盖，也不能满足作物生育期全部需水量，还需要适时补充灌溉，但灌水量能适当减少，较全生育期微灌处理节水量达21.5%(表2，表4)。秸秆覆盖+微灌是猕猴桃园节水增产的有效措施，很适合缺水地区使用。

图3 不同覆盖处理猕猴桃水分利用效率(WUE)Fig.3 Water use efficiency (WUE) of kiwifruit under different mulching treatments

已有研究在冬小麦、棉花、马铃薯、苹果园、枣园等种植田进行秸秆覆盖，结果均表明，秸秆覆盖能增加土壤的含水量[24-26]。普雪可等[27]认为采用地膜和秸秆沟垄双覆盖尤其能提高马铃薯生育关键期(播后70～90 d)的保水效果，这与该研究的规律相似。本研究显示秸秆覆盖能有效提升猕猴桃果实膨大期这一需水关键期的土壤含水量，但覆盖处理在40～90 cm土层土壤储水量变化量高于10～40 cm土层土壤储水量变化量(表3)，不同覆盖处理在需水关键期的土壤含水量是CK处理的1.09～1.29倍(图2)，再次说明秸秆覆盖能有效改善作物需水关键期的土壤水分状况，促进作物的生长，从而影响作物的产量，使覆盖处理对猕猴桃的水分利用效率显著高于CK处理 (图3)。

张婷婷等[28]研究认为，旱作农田有秸秆覆盖的情况下，土壤微生物多样性高且群落稳定，特别是当小麦秸秆还田覆盖度为50%时，能够使土壤微生物群落保持在较稳定水平。小麦秸秆还田覆盖度为70%时也对土壤微生物群落多样性有较大正面影响。Indranil等[29]在印度恒河三角洲滨海盐碱地开展研究，认为滴灌和秸秆覆盖对番茄的土壤pH、采后有机碳、氮、磷、钾状况和土壤微生物种群数量以及果实的生化品质参数均有显著影响。猕猴桃园种植覆盖白三叶草和黑麦草等作物也改变了土壤环境因子，影响土壤微生物群落结构组成[30-32]。秸秆分解速率受土壤含水量影响很大[33]，较大的降雨加速了秸秆的分解，玉米秸秆翻压还田210 d后(降雨425 mm)，秸秆残留量达62.14%，分解率达58 kg·hm-2·d-1[34]，随着秸秆的分解，其持水性能和组成分发生变化，秸秆在分解的过程中不断参与土壤碳氮的形成,土壤有机碳和氮是决定土壤肥力的关键因子[35-36]，秸秆碳对CO2释放的贡献较土壤原有有机碳大，秸秆覆盖3年后土壤中的碳氮比较无覆盖处理显著增加了6.2%，溶解有机碳和氮分别显著增加21%和10.5%[19,37]，然而，我们对于秸秆覆盖结合滴灌对猕猴桃园土壤微生物群落、土壤理化性质及土壤肥力在土壤剖面分布运移规律、时空变异特征尚不明确，后续需要进一步试验研究。

4 结 论

4.1 猕猴桃园土壤水分的活动层主要在10～40 cm土层，但10～40 cm土层平均含水量较40～90 cm土层含水量低2.54%～4.65%；与CK相比，在猕猴桃各生育内，覆盖处理(MJ15、YJ15、MJ10、YJ10、MJ5、YJ5)均能够提高10～90 cm土层的土壤含水量。

4.2 开花坐果期是不同处理的储水期，YJ10在10～90 cm土层土壤储水变化量最大，占CK的249.51%；而果实膨大期是猕猴桃的主要耗水期，同时也是覆盖处理保墒效果最为明显期，YJ10处理的保墒能力最强，使40～90 cm土层土壤水分维持在38%以上的天数占果实膨大期总天数的67.8%，MJ5处理的保墒效果仅次于YJ10。但覆盖处理提升的水分无法满足耗水需求，仍然出现水分亏缺现象。

4.3 就全生育期而言，CK处理的耗水量最大，可使10～90 cm土层的土壤储水量显著降低 (P<0.05)，YJ10处理的耗水量最小，同时该处理的水分利用效率显著高于其他处理(P< 0.05)，是CK处理的1.33倍。MJ5处理的耗水量仅大于YJ10，二者间无显著性差异。

4.4 陕西关中地区猕猴桃园秸秆覆盖材料首选玉米秸秆，厚度10 cm，次选小麦秸秆，厚度5 cm。