覆盖植物对杏园土壤和果实质量的影响

2023-05-21梁芊

种子科技 2023年5期

关键词：杏园

梁芊

摘要：为研究不同覆盖植物处理对杏园土壤和果实质量的影响，选用长柔毛野豌豆（VV）、紫苜蓿（MS）、紫苜蓿70%和小麦30%的混合物（MSTA）、附地菜（TP）作为冬季覆盖植物种植，酸模（RA）作为夏季覆盖植物种植于杏园土壤中，设计随机完整区组，从每个地块的0～20 cm和20～40 cm深度进行土壤取样和物理化学性质分析。覆盖植物提高了土壤质量，在0～20 cm土壤深度，VV处理增幅最大，其中土壤样品的有机质含量（OM）、饱和导水率（Ks）、有效含水量（AWC）和土壤结构稳定性指数（SSI）分别增加了70.9%、257.1%、17.2%和9.5%，而土壤容重（BD）减少了11.1%。平均果实质量增加率最高是VV处理，为12.4%。不同覆盖植物处理的土壤质量物理和化学性质参数之间相关性最高的是电导率EC与饱和导水率Ks（相关系数0.996）、pH值与电导率EC（相关系数-0.986）。不同覆盖植物对20～40 cm深度土壤物理和化学性质影响不显著。覆盖植物处理能够改善杏园土壤质量并提高果实质量，可以将覆盖植物纳入土壤管理体系。

关键词：覆盖植物；土壤质量；杏园；果实质量

文章编号：1005-2690（2023）05-0034-05 中国图书分类号：S66；S153 文献标志码：B

作物残茬管理是作物耕作过程中不可或缺的一个环节[1]。以植物残体作为覆盖物，对土壤具有保持水土、循环利用养分及输入有机质等重要作用[2]。覆盖植物通过改善土壤物理、化学和生物特性，达到提高其行栽作物产量的目的[3]。

目前，农业生产中普遍集约化使用化肥，不但使生产成本增加，而且使生态环境受到了破坏和污染[4]。覆盖植物作为可再生资源，在保护生态系统和恢复农业生态时可以发挥出巨大的潜力[5-9]，亟待针对覆盖植物建立一套环境友好型的模式以便推广应用[10-12]。

合理种植覆盖植物可以改善灌木或乔木作物土壤的化学、物理和生物学特性[13]。土壤有机质含量直接关系到作物肥力[14]。有机物质的分解速率与土壤中的碳元素供应量密不可分。有机碳含量可以由施肥过程中碳元素的输入和流失来调节。长期单一施用无机肥料会使土壤有机质减少，合理运用有机改良剂如作物残茬或农家肥等可以有效增加有机质[15-17]。

近年来用于改善失衡的土壤、植物养分供给及保持有机质的农业和环境方法，大多围绕有机废弃物的循环利用，包括植物残渣、动物粪便、污泥污水、堆肥、加工副产品等[18]。

其中，覆盖植物对于减少化学品使用和提高土壤质量越发重要，受到广泛关注。很多研究证实了对覆盖植物的合理设计、正确选择、充分利用和科学管理，不但可以显著提高生产力，而且可以有效改善土壤和水质[19]。土壤有机质的模式丰富多样，既可以直接施用有机肥料和动物粪便，也可以利用堆肥或覆盖植物随着土壤有机质分解持续向树木提供养分[20]。

以往对于果园土壤的研究，多集中在土壤理化性质方面[21-28]，零星报道覆盖植物对果实品质、产量等农艺性状的影响[29-31]，针对杏园土壤质量的研究尚未见报道。因此，本研究通过评估不同覆盖植物长柔毛野豌豆、紫苜蓿、小麦、附地菜和酸模对位于河北省的黏土杏园土壤质量和杏质量的影响，旨在为提高果园土壤质量和实现可持续的土壤管理提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验场地

试验地点位于37°18′N、115°04′E，年平均降水量为648.8 mm，平均气温为14.5 ℃，年均日照时数为2 093.8 h。

1.2 田间试验

选用5种覆盖植物[32]，包括长柔毛野豌豆（VV）、紫苜蓿（MS）[33]、70%紫苜蓿+30%小麦（MSTA）、附地菜（TP）（冬季）和酸模（RA）（夏季），设置裸露对照地块（BC）、除草剂对照地块（HC）和机械对照地块（MC）。试验采用随机完整区组设计，每个地块为4 m×20 m，4次重复。首次耕作土壤时间为11月的第1周。整地在播种覆盖植物之前进行，时间为4月中旬。冬季覆盖植物首次耕作土壤时间为9月中旬，整地时间为11月的第1周。覆盖植物与杏树间隔50 cm。酸模种植时间为2019年4月15日和2020年5月2日，其他冬季覆盖植物种植时间为2019年10月16日和2020年10月16日。

覆盖植物种植采用种子播撒法。待覆盖植物开花期后，使用双盘中耕机分2次将试验中的覆盖植物包裹到土壤中，深度约为10 cm。机械控制或施用除草剂在杂草处于4～8片叶子时期（2020年5月15日和2021年5月20日）进行。

1.3 土壤取样

采用螺旋形土壤钻分别从0～20 cm和20～40 cm 2个不同深度，对每个处理中的土壤进行取样，将土壤样本置于自封袋中并进行鉴定。土壤样品过2 mm筛子进行筛分后，用于物理、化学和生物土壤分析。

1.4 土壤化学分析

土壤样品的有机质含量（OM）采用Walkley–Black方法測定[34]。利用Dumas仪器法对总氮含量进行测定。运用EC流量计检测土壤25 ℃下的电导率。采用比重计测定土壤粒径分布情况。将土壤制成w∶v=1∶1土壤-水悬浮液，运用pH计测定土壤pH值。利用乙酸铵法测定交换性阳离子[35]。有效磷含量通过0.5 mol/L、pH值为8.5的NaHCO3萃取法测定。通过测量在22 ℃孵化24 h的CO2产量，测定基础土壤呼吸（BSR）[36]，以mg·CO2/100 g表示。

1.5 土壤物理分析

采用恒定水头渗透仪测量，根据达西方程计算土壤样本的饱和导水率（Ks，cm/h）。

Ks=（）（1）

式中：Q为流出量，cm3；A为土柱横截面积，cm2；t为时间，h；S为土柱长度，cm；H为土柱上的水头，cm。

采用比重计测定，并用下列公式计算确定土壤结构稳定性指数（SSI）。

SSI=∑b-∑a（2）

式中：b是Calgon试剂分散的粉土和黏土的百分比，a是悬浮液中粉土和黏土的百分比。

采用湿式筛分装置评估团聚体稳定性（AS）。运用压力板装置测量田间持水量（FC）和土壤永久萎蔫点（PWP）。通过计算FC和PWP之间的差值得到有效含水量（AWC）。

测定土壤容重（BD）采用狄晓双等（2021）[37]的方法。通过以下公式计算得到孔隙度（F）。

F=1-（BD/2.65）（3）

由质量含水量和体积密度的乘积，得到体积含水量（θ）。通过测定湿样品和干样品的质量（在105 ℃下）得到质量含水量（W）。使用干筛分法（使用4.00、3.35、2.00、1.40、1.20、1.00、0.50、0.425、0.25 mm筛子）计算平均质量直径（MWD）。

MWD=W（i）xi（4）

1.6 统计分析

数据整理、计算采用Microsoft Excel 2019软件。用SPSS 20.0对各指标进行方差分析。如差异显著（P<0.05），再用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖植物对土壤化学性质的影响

不同覆盖植物对杏园0～20 cm土壤深度的土壤化学性质有显著影响（表1）。第2年（2021年）比第1年（2020年）土壤性质的改善效果好。与对照（BC）相比，覆盖植物处理组的土壤有机质含量显著增加，不同覆盖植物处理土壤有机质含量由高到低依次为VV、MS、MSTA、RA、TP、MC、BC、HC，分别为2.58%、2.49%、2.43%、2.30%、2.21%、1.79%、1.51%、1.38%，不同覆盖植物处理土壤有机质含量增幅在46.4%～70.9%。杏园的总氮含量由对照（BC）的10.6×102 mg/kg增加到18.1×102 mg/kg（VV）（P<0.05）。电导率（EC）为0.67 ds/m～1.04 dS/m，最大值增幅为55.2%（VV）。不同处理有效磷含量平均值为20.0 mg/kg，最高值为22.43 mg/kg（VV）（P<0.05），增幅达41.8%。可交换钾含量由对照（BC）的3.79×10-2 mg/kg增加到6.62×10-2 mg/kg（VV），增幅达73.3%。不同覆盖植物处理基础土壤呼吸（BSR），由对照（BC）的12.8 mg·CO2/100 g增加到40.4 mg·CO2/100 g（VV），增幅达215.6%，平均值为37.5 mg·CO2/100 g，平均增幅为193.0%。不同覆盖植物处理显著降低了pH值和可交换钠，pH值从对照（BC）处理的7.45降至7.09（VV）（P<0.05），降幅为4.8%。可交换钠含量由对照（BC）处理的0.75×10-2 mg/kg降至0.47×10-2 mg/kg（MS）（P<0.05），降幅为36.4%。20～40 cm土层土壤化学质量指标的差异均不显著（P>0.05）。在0～20 cm和20～40 cm土壤深度，不同覆盖植物处理（2020年）的可交换钙和可交换镁含量的差异不显著（P>0.05）。

2.2 不同覆盖植物对土壤物理性质的影响

不同覆盖植物处理对杏园0～20 cm土壤深度的土壤物理性质有显著影响（表2）。饱和导水率（Ks）由对照（BC）的0.35 cm/h升至1.25 cm/h（VV），平均值为1.04 cm/h，增幅区间为142.9%～257.1%。与对照相比（BC），土壤结构稳定性指数（SSI）最高值为55.33%，增幅在6.1%（RA）～9.5%（VV）。不同覆盖植物处理团聚体稳定性（AS）最大值为58.68%，与对照（BC）处理（55.33%）相比，显著提高（P<0.05），HC处理的值最小，为54.23%。田间持水量（FC）由对照（HC）的37.58%升至42.50%（VV）。与对照（HC）相比，土壤永久萎蔫点（PWP）由21.40%升至22.73%（VV）。覆盖植物处理不同程度降低了土壤容重（BD），由对照（BC、HC）的1.17 g/cm3降至1.04 g/cm3（VV），降幅为11.1%。不同覆盖植物处理孔隙度（F）由对照（MC）的0.55 g/cm3升至0.61 g/cm3（VV）。与对照（BC）相比，有效含水量（AWC）增幅在15.5%～17.2%。体积含水量（θ）从对照（BC）处理的30.43%升至VV的38.50%，增幅为27.0%。与对照（HC）相比，平均质量直径（MWD）最高为0.87 mm（VV），是对照（HC）的1.20倍。20～40 cm土壤深度的土壤物理质量参数差异不显著（P>0.05）。

2.3 不同覆盖植物处理土壤质量指标之间的关系

试验表明，有机质与全N、BSR、Ks、FC、可交换K、AS呈显著正相关，相关系数分别为0.990、0.968、0.963、0.957、0.950、0.901，有机质与pH值、Na、BD和Ca呈显著负相关，相关系数分别为-0.974、-0.910、-0.909和-0.861。

Ks與EC具有最大的正相关性，相关系数为0.996；与BD具有负相关性，相关系数为-0.974。

pH值和EC之间具有显著负相关性，相关系数为-0.986。

2.4 不同覆盖植物处理对杏单果质量的影响

不同覆盖植物处理显著影响了果实质量。不同覆盖植物处理测定平均单果质量如下：VV（34.5 g）、MS（33.9 g）、MSTA（32.9 g）、RA（32.7 g）、TP（32.7 g）、MC（32.1 g）、HC（31.8 g）和BC（30.7 g）。与BC相比，VV和MS的平均果实质量分别增加了12.4%和10.4%。

3 结论

研究结果表明，不同覆盖植物普遍影响了0～20 cm深度土壤的物理和化学性质，通过增加有机质含量改善了土壤质量和杏果实质量。不同覆盖植物对20～40 cm深度土壤的物理和化学性质的影响不显著。覆盖植物的种类不同对土壤物理和化学性质的影响具有显著差异。土壤有机质与土壤物理和化学性质之间存在显著的相关性，土壤有机质的增加直接改善土壤的物理、化学和生物质量属性，从而提高产量水平。由此可见，果园中可以将覆盖植物纳入土壤管理体系，以提高土壤质量和果树的产量。

参考文献：

［1］贾树龙，孟春香，任图生，等.耕作及残茬管理对作物产量及土壤性状的影响［J］.河北农业科学，2004，8（4）：37-42.

［2］NAWAZ A，FAROOQ M，LAL R，et al. Influence of sesbania brown manuring and rice residue mulch on soil health， weeds and system productivity of conservation rice-wheat systems［J］.Land Degradation & Development，

2017，28（3）：1078-1090.

［3］唐海明，汤文光，肖小平，等.双季稻区冬季覆盖作物残茬还田对水稻生物学特性和产量的影响［J］.江西农业大学学报，2012，34（2）：213-219.

［4］MITSCH W J，DAY J W. Restoration of wetlands in the Mississipi-Ohio-Missouri （MOM） river basin： Experience and needed research［J］.Ecological Engineering，2006，26（1）：55-69.

［5］王保林.果园种草的综合效益综述［J］.河北农业科学，2008（8）：130-133.

［6］秦文利.果园生草在田园综合体建设中的功能［J］.河北农业科学，2019，23（6）：13-17.

［7］秦文利.河北省果园生草生态功能和草种选择［J］.河北农业科学，2021，25（1）：54-57.

［8］翟玉柱，张宝玲，梁凤芹，等.间作苜蓿对苹果园生态系统效应的分析［J］.河北农业科学，2008（1）：38-39.

［9］赵柏霞，闫建芳，潘凤荣.樱桃果园生草对土壤微生态的影响［J］.西南农业学报，2022，35（4）：889-895.

［10］卢向阳.一种林下种植的优良覆盖植物［J］.北京农业，2009（13）：28-29.

［11］曾志林.值得推广的地面覆盖植物——麦冬［J］.四川农业科技，2006（10）：29.

［12］王胜男，王頔.板栗园生草栽培及不同土壤管理模式对比试验［J］.河北果樹，2022（2）：7-9.

［13］蹇述莲，李书鑫，刘胜群，等.覆盖作物及其作用的研究进展［J］.作物学报，2022，48（1）：1-14.

［14］REICOSKY D C，FORCELLA F. Cover crop and soil quality interactions in agroecosystems［J］.Journal of Soil & Water Conservation，1998，53（3）：224-229.

［15］MALTAS A，CHARLES R，JEANGROS B，et al. Effect of organic fertilizers and reduced-tillage on soil properties，

crop nitrogen response and crop yield： Results of a 12-year experiment in Changins， Switzerland［J］.Soil & Tillage Research，2013，126：11-18.

［16］汪洋，杨殿林，王丽丽，等.茶园多植物覆盖种植对土壤酶活性和有机碳矿化特征的影响［J］.农业资源与环境学报，2020，37（3）：371-380.

［17］邹秀凤，陈恩，叶菁，等.长期不同植草方式下果园土壤有机质组成的变化研究［J］.福建农业科技，2022，53（4）：73-76.

［18］徐四新，诸海焘，蔡树美，等.施用餐厨有机废弃物堆肥产品对设施蔬菜产量和土壤有机质含量的影响［J］.上海农业科技，2022（1）：109-111.

［19］FAGERIA N K，BALIGAR V C，BAILEY B A. Role of cover crops in improving soil and row crop productivity［J］.Communications in Soil Science & Plant Analysis，2005，36（19-20）：2733-2757.

［20］SANCHEZ E E，GIAYETTO A L，CICHON D，et al. Cover crops influence soil properties and tree performance

in an organic apple （Malus domestica Borkh） orchard in northern Patagonia［J］.Plant & Soil，2007（1-2）：

193-203.

［21］张国印，王丽英，孙世友，等.土地利用方式对土壤质量性状的影响［J］.河北农业科学，2004（1）：1-5.

［22］孙聪伟，陈展，魏建国，等.苹果土壤营养研究进展［J］.河北农业科学，2015，19（6）：29-33.

［23］徐胜涛，王攀磊，何翔，等.植物覆盖对蕉园土壤质量和微生物多样性的影响［J］.南方农业学报，2020，51（3）：496-504.

［24］阚丽艳，奚霄松，何晓颖，等.有机覆盖物对城市园林植物土壤养分状况的影响［J］.上海交通大学学报（农业科学版），2014，32（1）：79-88.

［25］张艳，阚丽艳.有机覆盖物对城市园林植物土壤含水量的影响［J］.江西农业学报，2013，25（8）：30-34.

［26］樊文霞，孟炎奇，陈国栋，等.生草覆盖栽培对果园土壤理化性质的影响研究进展［J］.安徽农学通报，2022，28（6）：116-120.

［27］王田利.生草果园土壤水分的变化［J］.北方果树，2022（1）：15-16.

［28］吉爽秋，李旭娇，张弛，等.生草不同处理方式对果园土壤温度、含水量及养分的影响［J］.草学，2021（6）：58-65，70.

［29］刘丽.覆盖对免耕梯田作物产量和养分流失的影响［J］.水土保持应用技术，2021（3）：8-10.