油菜秸秆覆盖对四川桃园土壤理化性质及桃果实品质的影响

李 睿，孙 静，鲍荣粉，李祉钰，涂美艳，陈 栋，王 铤，刘 磊，林立金*

（1.四川农业大学园艺学院，成都 611130；2.四川农业大学果蔬研究所，成都 611130；3.马龙区经济作物技术推广站，云南 曲靖 655100；4.四川省农业科学院园艺研究所，成都 610066；5.成都市农林科学院园艺研究所，成都 611130）

桃（Amygdalus persica L.）蔷薇科（Rosaceae）李属（Prunus salicina Lindl.）桃亚科（Amygdaloideae）的核果类果树，具有良好的食用价值与客观的经济价值[1-2]。目前，我国已成为世界上桃树栽培面积最广（70.3万hm2）和产量最高（1 004万t）的国家[3]。然而，我国果园长期采用常规耕作方式和清除作物残茬，严重扰乱和破坏了土壤的自然结构，导致土壤有机质含量不断下降，制约了作物产量的增加[4]，同时也造成果园土壤侵蚀加剧，果园养分流失[5]。此外，果园的施肥仍以化肥为主，肥料投入比例不合理，连年大量施用化肥和农药等一系列不合理的土壤管理措施，导致土壤肥力下降、氮磷流失严重和土壤酸化，不仅给环境带来较大的风险，也使果树对营养元素的吸收受到了影响，降低了果实品质，制约了桃果产业的可持续发展[6]。

我国作为一个农业大国每年会产生数亿吨的作物秸秆[7]，但是对农作物秸秆的利用效率极低，大量的作物秸秆被焚烧，只有一小部分用于秸秆还田或作为动物饲料[8]。燃烧作物秸秆减少秸秆的有机物质的保留量，造成环境污染[9]。作为一种潜在的生物能，收获后的作物秸秆可以还田与土壤耕作相结合进而有效解决大量农业剩余物的回收利用问题；同时充分利用农业废料，秸秆中溶解的有机质进入土壤，增加土壤的养分含量，提高土壤的质量，使土壤的环境得到改善，增加作物的产量[10]。秸秆覆盖实现了物质的循环利用，有效避免大量的作物秸秆焚烧后产生的环境污染和土壤盲目施肥带来的土壤问题，由此解决相应的社会和食品安全问题[11-13]。研究表明，秸秆覆盖能够有效改善土壤结构，提高土壤保肥力和宜耕性，增加土壤保温性，改变土壤环境[14-16]。曹欣冉等[17]研究表明，果园覆盖能提高土壤中的速效养分，同时秸秆覆盖能提高表层土壤的理化性质，提高酶活性与有机质含量。有研究表明，连续施用秸秆可以显著降低土壤容重[18]，从而大大提高土壤团聚体的稳定性[19]。秸秆施用可以调节土壤含水量和温度，影响土壤有效氮的垂直分布[20]，减少土壤中氨的挥发[21]。施用秸秆后，土壤中的碱解氮（AH-N）含量分别比没有作物残留物的土壤增加6%～14%和8%～34%[22]。连续6年施用秸秆后，各土壤团聚体大小等级的土壤有机碳和有效氮含量分别比无作物残茬的土壤增加27%和12%[23]。秸秆施用还可以增加土壤中有机质含量和腐殖质成分的积累，改善土壤腐殖质的结构[24]，增加土壤微生物群落的丰度[19]，促进土壤脱氢酶和磷酸酶的活性[18,25]。秸秆还田对土壤容重、土壤孔隙度、玉米根长、根表面积、根体积和产量的肥料效应分别提高了3.99%～7.27%、 3.89%～7.40%、 1.35%～71.01%、 19.16%～42.45%、10.49%～22.73%和4.43%～7.05%[26]。因此，秸秆施用有利于提高作物产量、氮肥利用效率[27]以及经济效益[19]。

此外，秸秆覆盖有利于调节树体的生长状况，提高果实的可溶性固形物、可溶性糖和Vc含量等[28-29]。因此，将秸秆覆盖应用在果树上，可改良土壤结构，促进树体生长，改善果实品质，也可以减少农药和化肥的使用，落实农业“双减”政策。鉴于此，本研究通过探究不同覆盖量的油菜秸秆对四川桃园土壤理化性质及桃果实品质的影响，以期筛选出效果最佳的油菜秸秆覆盖量，为四川桃园的土壤改良和桃果实品质提升提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试桃树为4年生“紫桃”，是‘春蜜’的芽变材料。种植方式为高垄栽培，种植间距2.5 m，每行种植桃树20株，每5株之间作开沟处理，桃树树形为开心型，每年冬季和夏季各修剪1次。

油菜秸秆收集于四川农业大学周边农田，充分晾干并于粉碎机粉碎备用。

1.2 田间试验处理

2019年12月，将备好的油菜秸秆均匀覆盖在桃树树盘，树干周围40 cm不覆盖。试验设5个处理，对应的覆盖量分别为0（CK）、1.5（SM1）、3（SM2）、4.5（SM3）和6 kg/株（SM4）。秸秆覆盖的同时添加有机物料腐熟剂使其充分腐熟，按照6 g/kg的添加量，将其溶于水均匀喷淋在秸秆表面，水分控制在40%～50%，在秸秆上覆一层薄土后用地膜覆盖。选择长势一致的桃树，单株为1处理，重复5次。

2020年5月，果实成熟后样品采收，在每株树树冠外围的东、西、南、北和中部各取5个果，用于果实品质的测定。在各处理覆盖区域用土钻按照5点取样法来采集0～30 cm、30～60 cm土层土壤样品，3次重复。取土样约1 kg左右，风干后过1 mm的筛，用于土壤理化性质的测定。

1.3 测定方法

土壤pH采用pH计（PHS-3C，上海利达仪器厂）测定（土水比为1∶2.5）；土壤有机质含量采用水合热重铬酸钾氧化-比色法测定，操作过程参照郑必昭[30]的方法进行。土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定，土壤全磷含量采用硫酸-高氯酸酸溶-钼锑抗比色法测定，土壤全钾含量采用氢氟酸-高氯酸消煮法测定[31]。土壤碱解氮含量采用扩散皿法测定[32]，土壤有效磷含量采用钼锑抗比色法测定，土壤速效钾含量采用火焰分光光度计法测定。

采用电子天平逐一称量果实单果数显卡尺测定果实纵横径，硬度计测定果实硬度。果实可溶性固形物含量用测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法进行测定，果实可滴定酸质量分数采用NaOH滴定法测定，果实Vc含量采用2，6-二氯靛酚测定。参考张志良等[33]的方法测定蔗糖、葡萄糖、山梨醇、葡萄糖和果糖的含量。参考曹建康[34]的方法测定苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性、POD活性、多酚氧化酶（PPO）活性和脂氧合酶（LOX）活性。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel软件进行数据统计及图表绘制，并使用SPSS软件进行数据差异显著性分析（Duncan法进行多重比较）、相关性分析和主成分分析。

数据分析是针对研究对象获取数据，运用数学方法对数据进行整理、分析和推断，形成关于研究对象知识的素养．数据分析过程主要包括：收集数据，整理数据，提取信息，构建模型，进行推断，获得结论[5]．下面将以文科19题为例进行分析．

2 结果与分析

2.1 土壤pH及土壤养分

2.1.1 土壤pH

由图1可知，不同的油菜秸秆覆盖量下的不同土层的土壤pH较对照均有所提高，且土层为0～30 cm的土壤pH低于土层为30～60 cm的土壤pH。土层为0～30 cm的土壤，处理SM1与SM4下的pH较对照显著提高；处理SM2、SM3下的pH与对照相比无显著差异。土层为30～60 cm的土壤，处理SM1、SM2和SM4下的pH较对照显著提高；处理SM3下的pH与对照相比无显著差异。

图1 土壤pH值Figure 1 Soil pH value

2.1.2 土壤有机质含量

由图2可知，不同的油菜秸秆覆盖量下的不同土层的土壤有机质含量较对照均提高，且土层为0～30 cm的土壤有机质含量高于土层为30～60 cm的土壤有机质含量。处理 SM1、SM2、SM3、SM4下土层为0～30 cm的土壤有机质含量较对照显著提高，分别提高了24.67%（P<0.05）、7.5%（P<0.05）、18.76%（P<0.05）和42.4%（P<0.05）。处理SM1、SM2、SM3、SM4下土层为30～60 cm的土壤有机质含量较对照显著提高，分别提高了27.39%（P<0.05）、55.12%（P<0.05）、29.8%（P<0.05）和73.19%（P<0.05）。总体来看，处理SM4下土层为0～30 cm和30～60 cm的土壤有机质含量均最高。

图2 土壤有机质含量Figure 2 Soil organic matter content

2.1.3 土壤全氮、全磷、全钾含量

试验表明（表1），随着使用油菜秸秆量的增加，0～30 cm、30～60 cm的土壤中全氮，全磷和全钾的含量整体上呈增加的趋势。SM4处理下0～30 cm的土壤中全氮，全磷和全钾的含量较对照分别提高了12.29%（P<0.05）、70.03%（P<0.05）和 13.91%（P<0.05）；0～30 cm的土壤中全氮，全磷和全钾的含量较对照分别提高了29.88%（P<0.05）、52.71%（P<0.05）和34.00%（P<0.05）。在不同油菜秸秆使用量的处理下，0～30 cm的土壤全氮、全磷和全钾含量均高于30～60 cm土壤中的含量。

表1 土壤全氮、全磷和全钾含量Table 1 Total nitrogen，total phosphorus，and total potassium contents in soil g·kg-1

处理SM1、SM2和SM3下土层为0～30 cm和30～60 cm的土壤全氮含量与对照相比有所提高但无显著差异。土层为0～30 cm的土壤全磷含量，处理SM1、SM3较对照显著提高，处理SM2无显著差异；土层为30～60 cm的土壤全磷含量，处理SM1、SM2、SM3、SM4较对照分别提高了80.33%（P<0.05）、5.84%（P<0.05）、9.85%（P<0.05）和52.71%（P<0.05）。土层为0～30 cm和30～60 cm的土壤全磷含量，处理SM1、SM2、SM3和SM4较对照均显著提高。

2.1.4 土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量

试验表明（表2），0～30 cm、30～60 cm的土壤中碱解氮含量、速效氮含量和速效钾含量随着使用油菜秸秆量的增加而增加。0～30 cm的土壤中碱解氮含量、速效氮含量和速效钾含量，处理SM1、SM2、SM3、SM4较对照均显著提高；30～60 cm的土壤中碱解氮含量、速效氮含量和速效钾含量在处理SM2、SM3、SM4下，较对照均显著提高；在处理SM1下碱解氮含量提高了53.31%（P<0.05），速效氮含量和速效钾含量较对照有所提高，但差异不显著。处理SM4下0～30 cm的土壤中碱解氮含量、速效氮含量和速效钾含量较对照分别提高了45.13%（P<0.05）、49.89%（P<0.05）和63.37%（P<0.05）；30～60 cm的土壤中碱解氮含量、速效氮含量和速效钾含量较对照分别提高了210.59%（P<0.05）、103.62%（P<0.05）和50.76%（P<0.05）。在不同油菜秸秆使用量的处理下，0～30 cm的土壤碱解氮含量、有效磷含量和速效钾含量均高于30～60 cm土壤中的含量。

表2 土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量Table 2 Alkali hydrolyzable nitrogen，available phosphorus，and available potassium in soil mg·kg-1

2.2 桃果实的品质

2.2.1 桃果实的外观品质

试验表明（表3），不同的油菜秸秆覆盖量下的桃果实单果重、果实纵横径、果实硬度以及果形指数较对照均有所提高。随油菜秸秆覆盖量增加，桃果实单果重、果实纵径和果实硬度、果形指数增加；但果实横径呈先增加后减少的趋势，且在处理SM1达到最大。在处理 SM1、SM2、SM3和 SM4下，桃果实单果重较对照分别提高了5.91%（P<0.05）、28.63%（P<0.05）、22.80%（P<0.05）和30.86%（P<0.05）。处理SM4下的桃果实纵径和果实硬度与对照相比均显著提高，分别提高了9.51%（P<0.05）和20.47%（P<0.05）。而在处理SM1、SM2和SM3下的桃果实果形指数与对照相比也为显著提高，但是3个处理之间无显著差异。综合来看，SM4处理对桃果实的外观品质提升效果最好。

表3 桃果实的外观品质Table 3 Appearance quality of peach fruit

2.2.2 桃果实的内在品质

由表4可以看出，随油菜秸秆覆盖量增加，桃果实的可溶性固形物含量和固酸比均呈增加的趋势，可滴定酸含量呈降低趋势。与对照相比，处理SM3下的桃果实的可溶性固形物含量达到最大值，较对照提高了 27.5%（P<0.05）。处理 SM1、SM2、SM3和SM4下的桃果实可滴定酸含量较对照分别降低了25.93%（P<0.05）、23.53%（P<0.05）、35.29%（P<0.05）和38.24%（P<0.05）。覆盖油菜秸秆对桃果实的Vc含量影响差异不显著。

表4 桃果实的内在品质Table 4 Internal solution content in peach fruit

2.2.3 桃果实的不同糖组分含量

由表5可知，与对照相比，不同的油菜秸秆覆盖量下的桃果实的可溶性总糖、蔗糖、果糖和葡萄糖含量均显著（P<0.05）提高，处理SM4下桃果实中各种糖组分含量最高。处理SM1、SM3和SM4下的桃果实的蔗糖含量与对照相比分别提高了28.26%（P<0.05）、27.11%（P<0.05）和29.41%（P<0.05）。处理SM4下的果糖含量较对照提高了31.46%（P<0.05），另外3种处理下，果糖含量较对照有所提高，但差异不显著。不同处理下的桃果实的山梨醇含量与对照相比均提高，但是提高的幅度较小。处理SM1、SM3和SM4下的桃果实葡萄糖含量相比对照分别显著提高了 122.76%（P<0.05）、93.51%（P<0.05）和131.11%（P<0.05）。综合来看，SM4提高桃果实的不同糖组分含量效果最好。

表5 桃果实的不同糖组分含量Table 5 Content of different sugar components in peach fruit mg·g-1

2.2.4 桃果实的抗氧化酶活性

试验表明（表6），桃果实中PAL、APX和POD的活性随油菜秸秆覆盖量的增加而增强。处理SM1、SM2、SM3和SM4下的PAL活性较对照分别提高了7.82%（P<0.05）、47.33%（P<0.05）、60.08%（P<0.05）和65.43%（P<0.05）；APX活性较对照分别提高了32.23%（P<0.05）、50.63%（P<0.05）、95.27%（P<0.05）和125.82%（P<0.05）；POD活性分别提高了28.97%（P<0.05）、29.91%（P<0.05）、36.92%（P<0.05）和62.38%（P<0.05）。相反，不同的油菜秸秆覆盖量下的桃果实的PPO和LOX活性与对照相比均降低。不同处理下桃果实的PPO活性与对照相比无显著差异，处理SM3、SM4下LOX活性与对照相比分别降低了49.23%（P<0.05）和52.39%（P<0.05）。

表6 桃果实的抗氧化酶活性Table 6 Activities of antioxidant enzymes in peach fruit

2.3 土壤养分与果实品质的相关分析

为综合评价不同的油菜秸秆覆盖量对土壤养分和果实品质的影响，将15个指标进行相关分析，得相关系数矩阵如表7。从表7可以看出，全氮含量与硬度呈显著正相关（0.01

表7 土壤养分与果实品质的相关分析Table 7 Correlation analysis of soil nutrients and fruit quality

2.4 主成分分析

主成分分析时，对各指标的原始数据采用标准化法转化为标准化数据，再采用主成分分析提取2个特征值>1的主成分（表8）。由表8可知，前2个主成分的累积方差贡献率为88.716%，说明在变量不丢失的前提下，这2个主成分可以包含原始数据88.716%的信息，可以用这2个主成分代表原来的12个品质指标进行桃果实品质的分析和评价。从图3可以看出，第1主成分的代表指标可滴定酸、可溶性糖、可溶性固形物、山梨醇含量、葡萄糖含量、果糖含量、还原糖含量和蔗糖含量，特征值为8.687，贡献率为72.389%，是最重要的主成分，反映了桃果实糖成分含量与可溶性固形物含量；第2主成分的代表指标为Vc、单果重和果形指数，特征值为1.959，贡献率为16.327%，反映了Vc含量以及桃果实外观品质。

图3 主成分载荷图Figure 3 Principal component loading plot

表8 主成分结果Table 8 Principal component analysis results of the indices

3 讨论

果园覆盖的秸秆被降解后，阻碍了外界水分与土壤的交换，降低土壤水分的蒸发，减少水分在膨大期的限制作用，促进果实细胞的分裂和膨大，同时增强叶片光合速率，从而提高了单果重[35]。同时秸秆作为一种有机肥料可以提高土壤碱解氮、速效钾和有效磷含量[36-38]。土壤有机质是衡量土壤肥力水平的一个重要指标，秸秆覆盖最根本的作用是增加土壤有机质含量。本试验中随着油菜秸秆覆盖量增加，土壤全氮、全磷、全钾、土壤碱解氮、土壤有效磷和土壤速效钾含量整体呈增加的趋势，在处理SM4含量处于最大值，其有效性也显著提高，其原因可能是覆盖秸秆改善了土壤的水热条件，促进了土壤的矿化作用，为土壤微生物提供了良好的环境条件[39-40]。同时本试验中，覆盖油菜秸秆后，各土层的pH均较对照有所提高，在一定程度上调节土壤的pH，改善土壤的有效养分供应[35]。但随着土层深度增加，秸秆对土壤的调节作用也会随之降低。这与刘小勇等[41]和高秀萍等[42]的研究结果相似。这是由于秸秆在降解的过程中自身的营养物质会进入到果园土壤，而这些营养物质会先被浅层土壤所固定，就造成随着土壤深度的增加，覆盖物对土壤养分的影响作用降低。

果园秸秆覆盖可以提高果实品质的原因之一是通过有效地调节土壤环境以提供适量的矿质营养从而可以促进树体对养分的吸收，降低桃果实酸度，增加糖含量，提高果实品质[43-44]，其中氮、磷和钾元素对果实品质和产量起着关键的作用[45-46]。本试验研究表明，有效磷、碱解氮、速效钾含量与单果重、果形指数、Vc含量和可溶性糖含量均呈正相关，与可滴定酸含量呈负相关，全磷和全钾含量与果实硬度和Vc含量均呈正相关。产生这种现象的原因可能是由于秸秆覆盖能改善土壤环境增加有效磷、速效钾、碱解氮与有机质含量，从而使果实的可溶性总糖、可溶性固形物和Vc等影响果实品质物质的含量增加[47-48]。在本试验中，处理SM4中的桃果实可溶性糖含量、Vc含量、可溶性固形物和糖酸比增加，桃果实品质达到最佳。在主成分分析结果中可以看出，秸秆覆盖更多的是影响桃果实的糖成分含量、种类及其比例，而这三者正好也是影响果实品质的重要因素[49]。

值得注意的是，果实采收后，在内外因的共同作用下会发生一系列的酶促反应，抗氧化酶则可减少桃果实的生理性损伤[50]。本试验中，覆盖油菜秸秆后的桃果实的PAL、APX和POD活性均有所增加，处理SM4的酶促反应活性达到最高。而PPO和LOX活性降低，当油菜秸秆覆盖量为6 kg/株时达到最低。产生该种结果可能是秸秆覆盖通过提高POD、APX以及PAL抗氧化酶的活性可以增强桃果实抗病性，抑制桃果实的腐败[51-53]。同时降低LOX和PPO酶活性从而延缓果实褐变，抑制桃果实腐败，利于果实的储藏[54-55]。在桃园中对土壤表层进行油菜秸秆覆盖，可以提高桃果实抗病性，但是不同的土壤养分元素对桃果实抗病性的提高有不同程度的影响，仍须进一步研究这些养分的作用机制及其应用。

4 结论

油菜秸秆覆盖提高了四川桃园不同土层的土壤有机质含量、土壤氮磷钾养分含量，以覆盖量为6 kg/株时效果最好。油菜秸秆覆盖增加了桃果实单果重、硬度，调节果形指数，同时提高了桃果实的可溶性固形物含量，降低可滴定酸含量，从而提高桃果实的外观品质和内在品质，其中以覆盖量为6 kg/株时效果最好。因此，覆盖油菜秸秆能够用于改善四川桃园土壤理化性质，提高桃果实品质，其中以6 kg/株的施用量为最佳。