地表覆盖方式对广西红壤橘园土壤性质和柑橘叶片矿质养分及果实品质的影响

黄太庆，黄雁飞，路丹，刘要鑫，邓婉珍

(1.广西农业科学院 农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007；2.广西大学 农学院，广西 南宁 530007；3.广西农业科学院 园艺研究所，广西 南宁 530007)

0 引 言

广西壮族自治区是我国柑橘种植面积最大、产量最高的区域，目前面积约有83.3万hm2，是广西壮族自治区种植面积最大的果园生态系统类型。阳光充足的自然条件使得广西壮族自治区果园杂草生长迅速，严重影响着橘园的养分与病虫害管理，杂草管理也成为橘园管理中的一项重要工作。不同果园采取的措施不尽相同，因此，也就形成了不同的地表覆盖形式。很多研究表明，果园杂草管理对土壤水热性质[1]、土壤养分[2]、土壤生物多样性[3]、微生物生物量碳氮[4]、微生物群落功能[5]、土壤酶活性[6]、作物产量及品质[7]等均有显著影响。不同地表覆盖方式对土壤生态的影响也有差异，夏季地膜覆盖的土壤温度要高于生草栽培和秸秆覆盖[8]，增加的温度可能会影响果树根系生长和生理代谢功能；四川省干旱半干旱区芒果园的研究结果显示，紫云英生草栽培措施下的土壤持水量、贮水量、土壤有机质、碱解氮、有效磷及速效钾等指标上均优于地布覆盖[9]；对黄土高原的苹果园研究表明，麦草覆盖能逐年提高土壤总有机碳及有机碳各组分的含量，而起垄黑地膜覆盖则降低土壤总有机碳含量，各有机碳组分也逐年降低[10]；对四川丘陵橘园的研究表明，地表绿肥覆盖能降低土壤容重，增加土壤毛管孔度和通气孔度，土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量也显著提高，但不同绿肥作物之间存在差异[11]。在甘肃省陇南市的橄榄园研究表明，间作野豌豆更有利于提高土壤含水量、碱解氮、有效磷、脲酶、磷酸酶和蔗糖酶等指标的含量或活性。果园土壤物质循环因土壤实际条件而发生不同的转化过程，例如，杂草管理会影响土壤中植物根系的生长状况，植物根系通过其伸长过程破坏土壤颗粒结构，同时其根系分泌物(主要包含糖类、氨基类、有机酸类化合物或酶)一方面有助于土壤团聚体形成和稳定，另一方面也为根际微生物提供底物，增加根际微生物活性，促进根际土壤有机质周转矿化[12-13]。可见，在果园不同的地表覆盖条件下，果园生境会因果园类型、区域位置、季节变化等因素的差异而产生巨大差异。近年来，国内关于果园地表覆盖的研究多集中于北方的苹果园生态系统，或者南方的猕猴桃和葡萄园生态系统，在广西橘园应用防草布覆盖和自然生草割刈措施对土壤性质变化影响的研究报道则较少。本研究拟通过田间试验探讨防草布覆盖和自然生草割刈对广西橘园土壤剖面基本理化性质、表层土壤有效养分变化、柑橘叶片养分含量变化及柑橘品质的影响，为优化广西橘园杂草管理措施提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本研究在广西壮族自治区南宁市武鸣区的广西农业科学院科学研究基地(23°14′N，108°02′E)开展。该区属亚热带季风气候区，春秋干旱易发，夏季炎热多雨，冬季温暖少雨，光照充足，热量丰沛，年平均气温21.7 ℃。境内年均降水量1 304 mm，降雨多集中于雨季(4～9月)，占全年降雨总量的80%左右。试验区土壤为第四纪红土母质发育的红壤。试验初期的土壤pH为5.8、有机质13.6 g·kg-1、全氮0.71 g·kg-1、全磷0.15 g·kg-1、全钾12.6 g·kg-1，碱解氮56.8 mg·kg-1、有效磷24.3 mg·kg-1和速效钾92.5 mg·kg-1。

1.2 试验设计

本试验种植的柑橘品种为沃柑，每年3月份开花，7月份进入快速膨果期，成熟期在次年的1～2月，最长可留树保鲜至4月份。试验地柑橘苗于2018年3月份定植，株行距为2.5 m×3 m。从2019年4月开始进行不同杂草管理措施(地表覆盖物处理)。试验共设置3种覆盖处理，分别为喷施除草剂(地表裸露)的对照(Spraying herbicide,CK)、防草布覆盖(Grass-proof cloth cover,GPC)和自然生草割刈(Natural grass mowing,NGM)，每处理3个重复，共9个小区，小区大小为17 m×9 m，面积153 m2。喷施除草剂区为自然杂草长至30～40 cm高时喷施除草剂1次；防草布覆盖区为全部覆盖具有透水透气性能的黑色聚丙烯编织防草布，规格为100 g·m-2；自然生草割刈区清除根系发达、植株高大和具有攀援习性的恶性杂草后，每当杂草长至30～40 cm时割刈1次，并把残草覆盖于柑橘行间。对本试验的柑橘种植进行统一的肥料、灌溉和病虫害管理，冬季于柑橘成熟时施用有机肥为10 kg·株-1，促梢促花肥施用复合肥(N∶P2O5∶K2O=15-15-15)1 kg·株-1，膨果期施用复合肥(N∶P2O5∶K2O=15-15-15)1 kg·株-1。另外，在柑橘生长过程中根据长势统一淋施水溶肥和喷施叶面肥。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采集。分别于2021年4月、7月、10月和2022年1月施肥前采集各处理土壤样品，在每个小区随机多点采集树冠滴水线附近样品(避开施肥点)，混合均匀形成一个样品，再用四分法，每个处理取土样 1 kg。在采集表层土壤样品的同时采集柑橘叶片样品，叶片每次统一采集生长均匀的当年营养性春梢，采集由梢顶端往下的第2～3片叶子，小区内多点选择果树，每棵果树分别在东、南、西、北和上、中、下等部位取样。于2021年7月，分0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～70 cm共4层采集剖面土壤样品，用土钻在离树冠滴水线0～30 cm内多点取样。于2022年1月中旬，采集柑橘果实样品，选择长势中等的果树，在树高的中部分别采集东、南、西、北四个方向的果实作为样品，进行分析测定。土壤样品采集后立即放置在阴凉通风处风干，后过20目和60目筛，分别装袋保存，待测；叶片样品采集后洗净，放置于105 ℃烘箱杀青30 min，后于65 ℃烘至恒重，粉碎后，保存，待测；果实样品，采集后立即放置4 ℃冰箱保鲜，并尽快测定各品质指标。

1.3.2样品分析。各指标的测定均参考鲁如坤[14]的方法，具体如下：土壤容重采用环刀法；有机质采用重铬酸钾容量法；pH采用电位测定法(水土比为1∶2.5)；碱解氮采用碱解扩散法；有效磷采用碳酸钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法；有效钙、有效镁采用醋酸铵浸提-原子吸收光谱法；有效锌采用DTPA浸提-原子吸收光谱法；有效硼采用姜黄素比色法。叶片各指标测定方法如下：全氮采用硫酸-混合加速剂-蒸馏法测定；全硼采用姜黄素比色法测定；全磷、钾、钙、镁、锌采用硝酸-石墨炉消煮，电感耦合等离子体发射光谱仪测定(聚光科技有限公司，型号ICP-5000)。柑橘品质指标测定方法如下：总糖采用蒽酮比色法测定；可滴定酸采用氢氧化钠滴定法；Vc采用2,6-二氯靛酚滴定法。

1.3.3 数据处理。使用Excel 2019、SPSS 22.0 等软件对数据进行统计分析和图表制作，用 LSD 法对各处理进行差异显著性检验。

2 结果分析

2.1 不同地表覆盖方式对橘园土壤容重、有机碳及pH的影响

不同地表覆盖措施下橘园的土壤容重、有机碳和pH产生了明显差异(表1)。相比对照(CK)处理，自然生草割刈(NGM)表层0～10 cm土壤容重显著降低了7.20%(P<0.05)，10～30 cm土层的容重降低5.41%，但差异不显著。防草布覆盖(GPC)处理使0～10 cm和10～30 cm土层的土壤容重分别降低2.65%和4.60%，但与对照相比未达到显著差异。经过两年的NGM和GPC处理后， 30 cm以下土层的土壤容重没有明显影响。与对照相比，GPC处理0～10 cm的有机碳降低了14.2%，NGM处理的提高了7.98%，GPC和NGM处理与对照之间差异均不显著，但NGM处理的有机碳含量显著高于GPC处理(P<0.05)；10～30 cm土层的有机碳变化与0～10 cm有着相同的规律，但各处理间的差异均不显著；30 cm以下土层土壤的有机碳变化较小，各处理间差异也不显著。进行除草剂处理(CK)的30 cm以上土层的pH显著低于GPC和NGM处理(P<0.05)，其中GPC处理对提升土壤pH有更明显的作用，0～10 cm pH也显著高于NGM处理；两年的不同地表覆盖措施对30 cm以下土层的土壤pH值影响有限。

表1 不同地表覆盖处理下的土壤基本理化性质

2.2 不同地表覆盖方式下橘园耕作层土壤有效养分变化特征

表2显示不同地表覆盖方式下柑橘果园在柑橘不同生育期的土壤表层(0～30 cm)有效养分变化情况。在春季的花芽分化期， NGM处理的碱解氮、速效钾、有效钙、有效镁和有效锌含量均显著高于CK，分别显著增加75.4%、32.0%、34.7%、30.4%和59.5%(P<0.05)； GPC处理的碱解氮、有效钙处理较CK分别显著增加27.0%和43.7%(P<0.05)；有效磷含量则表现为对照处理显著高于NGM和GPC处理；有效硼在不同地表覆盖处理间没有显著差异。在夏季的膨果期，NGM处理的碱解氮和有效磷比CK处理分别显著降低12.4%和55.2%，有效钙和有效锌含量则比CK显著增加60.0%和30.7%(P<0.05)；GPC处理的碱解氮和有效磷含量也比CK降低1.67%和26.1%，但处理之间的差异不显著，但速效钾、有效钙和有效锌含量则显著高于CK处理，分别提高63.4%、52.7%和44.9%(P<0.05)；在夏季膨果期橘园不同地表覆盖处理间的有效镁和有效硼含量均没有显著差异。在秋季的果实转色及品质形成期，NGM处理显著提高了橘园0～30 cm土层碱解氮、有效钙和有效锌含量，分别比对照提高19.3%、44.5%和40.8%(P<0.05)；GPC处理的速效钾、有效钙和有效锌显著高于对照处理，分别提高21.8%、46.3%和21.8%(P<0.05)；CK处理的有效磷含量均高于其他覆盖处理，而有效硼的含量与其他覆盖处理之间没有显著差异。在柑橘成熟期，NGM处理的碱解氮、速效钾、有效钙和有效镁含量显著高于CK，分别高22.9%、24.3%、19.1%和21.6%(P<0.05)；GPC处理则是速效钾、有效钙和有效锌含量显著高于CK处理，分别提高19.9%、26.6%和56.7%(P<0.05)，NGM和GPC处理的有效磷含量显著低于对照处理，但有效硼含量与CK均没有显著差异。

从全年的土壤有效养分变化来看(表2)，碱解氮在柑橘花芽分化期最高，随后NGM和GPC处理的迅速降低，之后维持相对平稳的水平，至成熟期又有所降低。有效磷在春冬季节含量较高，夏秋季节含量较低，并均表现为CK处理最高。速效钾在柑橘不同生长期的波动较大。而有效钙、有效镁和有效锌在CK和GPC处理中，年际变动相对较小，而NGM处理的波动则较大。相同覆盖处理的土壤有效硼含量变动不大，且周年均表现为处理间没有显著的差异性。

表2 橘园耕作层土壤有效养分变化特征

2.3 不同地表覆盖方式对柑橘叶片营养的影响

由表3可见，在春季的花芽分化期，柑橘叶片的氮、磷、钾、钙和锌含量在不同果园地表覆盖处理中均没有显著差异，只有NGM和GPC处理的叶片镁含量及NGM处理的硼含量显著高于对照处理。在夏季柑橘膨果期，NGM处理叶片的全氮含量较对照显著增加35.6%(P<0.05)；叶片全钾含量以GPC处理的最高，比CK提高11.7%，NGM处理的最低，比CK降低13.6%，GPC处理与NGM处理之间的差异达显著水平；叶片全锌含量以CK处理的最高，显著高于NGM和GPC处理；不同地表覆盖处理间的叶片全磷、钙、镁和硼均没有显著差异。

表3 不同覆盖方式下的柑橘叶片养分变化特征

在秋季的果实转色及品质形成期，各处理叶片的全N含量高低为NGM>GPC>CK，NGM和GPC处理分别比对照提高23.7%和10.6%，NGM处理的显著高于CK处理；叶片的全磷含量以NGM处理最高，高于对照16.9%，GPC处理的最低，低于对照15.7%，NGM处理的叶片全磷含量显著高于GPC处理；NGM和GPC处理的叶片全镁含量均显著高于CK处理，分别高41.6%和32.9%(P<0.05)；不同地表覆盖处理间的叶片全钾、钙、锌和硼含量均没有显著差异。

在冬季柑橘成熟期，GPC处理的柑橘叶片全氮含量最高，显著高于CK处理，其次为NGM处理，比对照提高16.4%；叶片的全钾含量以NGM处理的最高，且显著高于GPC和CK处理，分别提高40.9%和80.9%；NGM和GPC处理叶片全锌含量均显著高于CK，分别提高22.3%和32.3%；NGM处理的柑橘叶片全硼含量显著高于GPC和CK处理，分别提高35.7%和42.9%(P<0.05)；不同地表覆盖处理间的叶片全磷、钙和镁含量均没有显著差异。

2.4 不同地表覆盖处理对柑橘品质的影响

由表4可知，NGM处理和GPC处理均能降低柑橘的可滴定酸含量，与CK相比两者分别降低8.82%和10.3%，其中，GPC处理降低效果显著(P<0.05)。NGM处理使柑橘总糖含量显著增加9.51%(P<0.05)。与CK相比，GPC处理使维生素C含量显著降低了28.8%，NGM处理的维生素C含量比CK提高5.82%，但未达显著水平。NGM处理的糖酸比显著高于GPC处理和CK，分别提高6.51%和20.1%；GPC处理的糖酸比较CK显著提高12.8%(P<0.05)。

表4 不同地表覆盖处理的柑橘品质指标

2.5 土壤有效养分与叶片营养状况对柑橘品质的直接影响

表5显示，在柑橘成熟期，柑橘可滴定酸含量与橘园耕作层土壤有效磷呈显著正相关关系，与有效锌含量呈显著负相关关系(P<0.05)；糖酸比与土壤有效磷呈极显著负相关关系(P<0.01)，与速效钾和有效钙分别呈极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)正相关关系，而总糖和维生素C含量与土壤的碱解氮、有效磷、速效钾、有效钙、有效镁、有效锌、有效硼等的含量均无显著相关性。表6显示柑橘品质与叶片营养之间的相关性，可以看出，柑橘可滴定酸与叶片总氮含量呈显著负相关关系(P<0.05)；总糖含量与叶片全钾含量呈显著正相关(P<0.05)；而糖酸比则与全钾含量呈极显著正相关关系(P<0.01)，与全镁含量和全硼含量呈显著正相关关系(P<0.05)。

表5 柑橘成熟期的橘园耕作层土壤有效养分与柑橘品质的相关分析

表6 柑橘成熟期的叶片养分含量与柑橘品质的相关性

3 讨 论

3.1 地表覆盖对土壤性质的影响

本研究表明，地表覆盖方式对土壤性质有重要影响，其中防草布覆盖(GPC)处理虽降低了表层土壤容重和有机碳含量，但显著提高了土壤的pH；自然生草割刈(NGM)处理层降低了土壤容重，但显著增加了表层土壤的有机碳含量，对土壤pH值的提升作用不如防草布覆盖处理(表1)。该研究结果与前人的结果相似，在成都的樱桃园研究结果表明，自然生草覆盖显著增加0～20 cm土层有机碳含量，而地布覆盖与清耕(人工耕作结合除草剂定期除草)处理无显著差异，并有下降的趋势[15]；骆娟[16]对海南火龙果园研究表明，自然生草覆盖和防草布覆盖均能有效降低0～15 cm土层的土壤容重，其中自然生草处理降低的幅度更大，同时自然生草覆盖能显著提高土壤的pH值。并且不同覆盖处理间土壤容重的差异随着土层的加深而逐渐变小[17]。这可能是因为地膜覆盖和有机物覆盖均能有效减缓降雨和喷灌对地面的拍击以及农事作业对地面的踩踏，利于降低土壤容重，增加土壤通透性[18]，生草覆盖措施还因生草根系生长与死亡，而增加土壤孔隙度[19]，同时还会因根系分泌物及覆盖物的凋零增加土壤有机碳含量[20]，而常年的防草布覆盖，增加了土壤温度，加速了有机碳的分解，导致有机碳含量的降低。但对于在碱性土壤上的很多研究结果表明，地表覆盖降低了土壤pH值[9,21]，说明地表覆盖措施有利于土壤pH值朝中性方向发展，这可能是因为地表覆盖保持了土壤水分，使整个生境的相对稳定，利于作物生长，提高了土壤的生物多样性[10,21]，从而整体改善了土壤的性质。

在山东梨园研究结果表明，果园3年自然生草覆盖能显著提高土壤的碱解氮、有效硼和有效锌含量，而速效钾、有效钙、有效镁和有效铁含量则低于清耕处理，但第1、2年的规律与第3年有着较大差异[22]；在黄土高原旱地果园地表覆膜能显著改变果园土壤有效养分含量，但不同覆膜方式的影响差异较大，其中旱季覆膜保墒+雨季集水的覆膜方式较全年覆膜能更有效提高土壤有效氮和有效磷含量，且不同年份之间也存在差异[23]；在海南火龙果园，防草布覆盖提高了碱解氮和有效磷含量[16]；在广东橘园，防草布覆盖提高了有效磷、速效钾、有效锌、有效锰含量，但交换性钙、镁含量降低，碱解氮和有效锰没有明显变化[24]。可见，地表覆盖对土壤有效养分的影响会根据实际条件而有不同的变化特点。总归而言，不同覆盖对土壤养分含量的影响主要体现三方面，一是对土壤水热性质特征的直接影响，进而影响土壤的微生物状况和土壤酶活性，从而影响土壤养分的转化；二是对作物和杂草生长的影响，从而决定养分在土壤中的存留；三是地表覆盖可降低由于灌溉或降雨导致的地表径流，从而减少土壤养分的流失。本研究表明，自然生草割刈和防草布覆盖均能提高土壤速效钾、有效钙和有效锌含量；对于碱解氮，自然生草割刈处理除了夏季的膨果期之外均能提高其含量，但防草布覆盖处理只有在春季的花芽分化期才有显著提高，虽然研究表明地表覆盖措施会提高土壤微生的多样性和土壤酶活性[10,15]，但地膜覆盖的土壤温度要高于生草栽培处理[8]，而在南方的夏秋季节防草布覆盖处理的这种增温效果可能更为显著，从而不利于微生物的生长，进而不利于这时期有效养分的提升，自然生草割刈处理在夏季杂草的快速生长抢肥，高温多雨又导致氮营养的流失，使得碱解氮含量降低。本研究还表明，自然生草割刈和防草布覆盖措施显著降低了土壤有效磷含量，这可能是因为对照处理中施用含磷的除草剂，增加了土壤磷含量，同时降低pH，也有可能使有效磷含量增加[25]。

3.2 地表覆盖对柑橘营养和品质的影响

本研究表明，防草布覆盖及自然生草割刈在周年时间内的大部分时间对柑橘叶片大多数营养元素的吸收累积有促进作用。这与前人大多数研究结果类似[24,26]，正如前文所述，不同地表覆盖措施，改善了土壤的有效养分供给，另外果园覆盖措施也促进了果树根系的生长[27-28]。但综合前人的研究表明，果园地表不同覆盖措施对果树营养的影响还因果园类型、覆盖方式、果树生育期及区域条件等因素的不同而存在差异[24,29-30]。本研究也表明，在不同生育期，叶片中各养分含量表现的规律性也不尽相同，如各处理的叶片氮、钾的含量在春季花芽分化期差异不显著，在其它生育期则有较显著差异；自然生草割刈处理的绝大多数样品养分含量高于防草布覆盖处理等。这可能是因为经过冬季的果实成熟采摘及施肥，柑橘果树营养需求状况、根系生长及活力、土壤水热及养分储备等条件均较为一致，导致柑橘新稍吸收的多数营养差别不大，而进入果实生长期，果树营养需求增大，地表覆盖措施所创造的环境有利于根系对养分的吸收。而在夏季地膜覆盖处理可能出现的超过果树根系生长的上限温度情况，也会对果树根系生长和生理功能发挥产生不利的影响[8]。

地表覆膜很可能通过影响根系对营养元素的吸收而改变相关糖酸代谢酶的活性，进而参与果实可溶性固形物和可滴定酸等品质的调控[29]。国内外大多数研究均表明，地表覆盖具有一定的提高果实品质的效果，如在果实成熟前期覆盖双层银黑反光膜可有效提高果实总糖、还原糖、Vc 的含量，降低果实可滴定酸的含量，从而提高果实品质[31]；紫云英生草刈割覆盖和地布覆盖均可提高芒果可溶性固形物和糖酸比，降低可滴定酸含量，其中紫云英生草刈割覆盖对提升果实品质的效果更好[9]等。但也有研究得出相反的结果，李泽斌[24]研究结果表明覆盖防草布处理的柑橘可溶性糖、Vc 含量和可溶性固形物均低于对照，而可滴定酸则有所上升，果实综合内在品质有所下降。本研究结果表明，自然生草覆盖降低了柑橘可滴定酸含量，提高了柑橘总糖、Vc和糖酸比；而防草布覆盖处理显著降低可滴定酸含量，显著提高其糖酸比，总体而言均提高了柑橘品质，这可能是因为在秋冬季果实品质形成期，地表覆盖措施增加土壤温度，保持土壤水分，促进了物质在柑橘上的累积。但防草布覆盖降低了柑橘Vc含量，这与在南方柑橘上的研究结果一致[24]。有关覆盖对果实内在品质的影响还与覆盖方式，果树种类等因素相关，其机制仍有待进一步研究。

4 结 论

防草布覆盖和自然生草割刈对广西红壤区橘园的土壤养分供给、柑橘叶片营养及柑橘品质有重要影响。防草布能降低土壤容重，提高土壤pH、土壤速效钾、有效钙、有效锌供应，提升柑橘叶片氮、钾、镁、锌营养及果实糖酸比。自然生草割刈则能降低土壤容重，提高土壤有机质、pH、碱解氮、速效钾、有效钙、有效镁、有效锌，提升秋冬季节柑橘叶片氮、磷、钾、钙、镁、锌、硼营养及果实总糖含量、Vc含量和糖酸比。从生态及果品方面综合分析，针对广西红壤橘园杂草管理，采用自然生草割刈措施是相对较好的选择。