整地時期對土壤物理性質及蘋果幼樹的影響

杜社妮，白崗栓，耿桂俊，李明霞，惠 濤

(1.西北農林科技大學水土保持研究所，陜西楊凌712100;2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100;3.西北農林科技大學林學院，陜西楊凌712100;4.陜西省安塞縣延河流域世行貸款項目辦公室，陜西安塞717400)

土壤是生態系統中物質和能量交換的重要場所，是果樹生長發育的基礎。土壤容重和孔隙度影響土壤的蓄水性和通氣性，并間接影響土壤肥力和果樹生長發育。土壤容重過大，孔隙度過小，不利于土壤蓄積雨水，易造成土壤通氣不良，種子發芽困難，根系不易下扎甚至不能生長等[1-3];土壤容重過小，孔隙度過大，易漏風、跑墑，土壤溫度不易穩定，土壤養分易淋失，且根系不能與土粒密切接觸，吸水吸肥困難，易產生吊根、倒伏甚至死亡[4-5]。對于通氣不良，排水不暢的地塊，農業生產中通常采用免耕、輪耕、深耕、覆蓋及土壤調理劑等來調整土壤的通氣狀況及蓄水、保溫能力[6-10];對于容重小，孔隙度大，易漏風、跑墑的地塊，通常采用碾壓的方式提高土壤的緊實度，減少土壤水分散失。果樹、林業生產中為了改良土壤，對于質地黏重，通氣不良的土壤通常采用穴狀整地及施肥來調節土壤的蓄水性與通氣性，改善土壤溫度變化，提高苗木成活率，促進樹體生長[11-14]。陜北黃土丘陵溝壑區為干旱半干旱地區，蘋果栽植面積為1.0×105hm2，為陜西省新發展的優質蘋果生產基地。陜北黃土丘陵溝壑區降水主要集中于7—9月，土壤主要為黃綿土，輕壤。果樹栽植大多采用雨季后穴狀整地春季定植，但苗木成活率低，樹體生長狀況差，且定植穴越大越深，凍土層越深，土壤水分越少，苗木成活率越低，抽條越嚴重[15]。陜北丘陵溝壑區雨季后穴狀整地造成苗木成活率降低，生長狀況變差與該區域的黃綿土容重小，孔隙度高，保水性、保溫性差等具有密切的關系[16]。為了解決生產中的問題，提高土壤水分和苗木成活率，2006—2008年以雨季后穴狀整地為對照，對雨季前、春季穴狀整地的土壤容重、土壤孔隙度、土壤水分、土壤溫度和蘋果幼樹成活率及保存率進行了監測研究。

1 材料與方法

1.1 試驗地的自然條件

試驗地位于陜北黃土丘陵溝壑區安塞縣沿河灣鎮縣南溝流域寨子灣村，年均氣溫8.8℃，≥10℃活動積溫3 171.2℃，年太陽輻射528.6 kJ/cm2，日照時數2 415.6 h，無霜期159 d。該區年降水量549.1 mm，主要集中在7—9月，10月到翌年4月降水92.3 mm，僅占全年降水的16.81%。試驗地海拔1 180 m，為梯田，寬20～25 m，坡向南偏東12°。試驗地土壤為黃綿土，輕壤，厚度90～150 m。試驗地耕層土壤田間持水量為198.1 g/kg，容重為1.17 g/cm3，總孔隙度為55.4%，毛管孔隙度為35.3%。受降水的影響，3—6月為土壤水分散失階段，7—9月為累積階段，10—11月為緩慢散失階段，12月到翌年2月由于土壤封凍，為相對穩定階段。

1.2 材料與設計

試驗蘋果品種為長富 2號(Malus domestica Borkh cv.Red Fuji 2)，砧木為新疆野蘋果(M.sieversii(Ledeb.)Roem)，2007年4月15日定植，密度4.0 m×5.0 m。定植時苗高120 cm左右，徑粗0.8～0.9 cm，每株有5條以上根系，生長健壯，無病蟲害。

試驗以雨季后(2006年10月15日)穴狀整地為對照，設雨季前(2006年7月15日)和春季(2007年4月15日)穴狀整地。試驗每個處理為1小區，每個小區穴狀整地50個，重復3次。第1層梯田由東向西依次為雨季前、雨季后和春季穴狀整地;第2層為春季、雨季前和雨季后穴狀整地;第3層為雨季后、春季和雨季前穴狀整地。定植穴長、寬、深均為1.0 m，雨季前、雨季后穴狀整地完工后及時回填土壤(回填時不踩實，以利降水入滲)。春季穴狀整地時邊整地邊栽植。定植時不同處理每穴施腐熟羊糞5 kg，灌水5 kg，以樹干為中心，樹盤內覆蓋地膜1.0 m2。定植后的修剪、病蟲防治等相同。試驗園無灌溉條件，定植后果樹生長完全依賴自然降水。

1.3 測試項目及方法

1.3.1 土壤容重、孔隙度及地面塌陷深度 定植前(2007年4月13日)在春季穴狀整地區(此時還未穴狀整地)選取3個采樣點，10 cm土層采樣1次，環刀法測定0—100 cm土層土壤容重、總孔隙度和毛管孔隙度，并計算出非毛管孔隙度[17];相同方法測定雨季前、雨季后穴狀整地穴中心0—100 cm土層土壤容重、總孔隙度和毛管孔隙度。2007年夏季(6月 15日)、秋季(10月15日)和2008年春季(4月15日)每個處理選取3株蘋果樹，在樹干正南部25 cm處測定0—100 cm土層土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。2006年10月15日用游標卡尺測定雨季前穴狀整地的地面塌陷深度，2007年10月15日測定不同處理的地面塌陷深度。

1.3.2 土壤水分 定植前在春季穴狀整地區選取3個點，10 cm土層采樣1次，烘干法測定0—100 cm土層土壤含水率(%);相同方法測定雨季前、雨季后穴狀整地穴中部0—100 cm土層土壤含水率。2007年夏季、雨季、秋季和2008年春季測定不同處理樹干正南部25 cm處0—100 cm土層土壤含水率。根據土壤容重、土層厚度和土壤含水量換算出不同土層土壤的水層厚度[18]。

1.3.3 土壤溫度 定植前在春季穴狀整地區選3個點，從7:00時到21:00時用曲管地溫計每隔1 h測定1次20 cm和40 cm土層土壤溫度;相同方法在雨季前、雨季后穴狀整地區測定穴中部20 cm和40 cm土層土壤溫度。定植后、夏季、雨季、秋季和2008年春季在距樹干25 cm的正南方向測定不同處理20 cm和40 cm土層土壤溫度。

1.3.4 幼樹成活與生長狀況 2007年7月調查不同處理的苗木成活率。2007年11月測定不同處理的枝條數、枝條長度與粗度(春梢和秋梢分別測定)、樹干直徑等狀況。2008年春季調查不同處理的苗木存活率。

枝條含水量:2007年11月15日，12月15日和2008年2月15日，3月15日，4月 15日分別從每個處理的10株上剪取10根1年生枝條，分別在每根枝條的春梢和秋梢中部剪取10～15 cm的枝段，用烘干法測定不同處理春梢、秋梢枝條含水量。

2008年4月15日調查不同處理的抽條級別。0級:未抽條;1級:秋梢上部抽干;2級:秋梢抽干;3級:春梢抽干;4級:2年生枝條抽干;5級:地上部全部抽干。抽條指數:

式中:WI——抽條指數;Xi——不同級別的株數;Si——抽條級別;Smax——最高抽條級別。

2 試驗結果與分析

2.1 土壤容重與土壤孔隙度

2.1.1 土壤容重 土壤容重、土壤孔隙度與降水滲透率密切相關。土壤太緊實不利于蓄積雨水，太疏松不利于保墑。一般情況下土壤容重在1.1～1.2 g/cm3較適宜種子發芽和作物根系生長[19]。春季穴狀整地0—100 cm土層土壤容重在定植前由表層到深層逐漸增加，平均為1.21 g/cm3(表1)，適宜蘋果根系的生長。雨季前、雨季后穴狀整地的土壤經過擾動，上下層土壤容重相近，定植前0—100 cm土層土壤容重平均為1.05 g/cm3和 1.02 g/cm3，極顯著(P＜0.01)低于春季穴狀整地。隨著時間的推移，降水入滲和土壤沉積，雨季前穴狀整地的土壤容重在夏季、2008年春季顯著高于(P＜0.05)春季穴狀整地;在秋季顯著高于雨季后和春季穴狀整地(表1)。定植前雨季前穴狀整地、雨季后穴狀整地的土壤容重較低，土壤水分易散失，苗木根系不能與土壤密切接觸，易導致苗木根系吸水困難而死亡。不同處理的土壤容重在夏季、秋季及2008年春季均有所上升，但均未達到1.1 g/cm3，相對未整地的土壤容重較不適宜苗木生長。

2.1.2 土壤總孔隙度 土壤孔隙是土壤水分、空氣的通道和貯存場所，土壤孔隙度越大，水分和空氣所占土壤中的容量就越大，土壤越易吸納降水及散失水分。耕層土壤總孔隙度在50.0%～56.0%，下層土壤在50.0%對農業生產有利[5]。春季穴狀整地0—100 cm土層土壤總孔隙度在定植前(未穴狀整地)為54.34%，而雨季前、雨季后穴狀整地在60.0%以上(表1)，高于作物適宜生長的范圍，極顯著高于春季穴狀整地(未穴狀整地)。3個處理的土壤總孔隙度在夏季、秋季、翌年春季均表現為基本相同，無顯著差異。穴狀整地后土壤總孔隙度提高，土壤疏松，利于降水入滲和水分蒸散，當降水較少時易出現吊根及倒伏現象。

表1 不同處理不同時期0一100 cm土層土壤容重和孔隙度

2.1.3 土壤毛管孔隙度 土壤毛管孔隙是土壤水分貯存和水分運動的場所。土壤毛管孔隙過少不易保水，過多則保水性過強，易產生漬澇。毛管孔隙為43.0%～45.0%最適宜土壤保水和作物生長。黃綿土通透性強，保水性較差，不同處理0—100 cm土層毛管孔隙度在不同時期均低于作物生長最適宜的范圍(表1)。毛管孔隙主要取決于土壤質地、結構等，穴狀整地對土壤毛管孔隙影響較小，不同處理的毛管孔隙在不同時期無顯著差異。

2.1.4 土壤非毛管孔隙度 土壤非毛管孔隙是土壤通氣透水的通道，經常被土壤空氣占據。土壤非毛管孔隙直接影響土壤的通氣性和滲水、排水能力及散失能力。通常作物生長最適宜非毛管孔隙度，耕層土壤為15.0%～20.0%，下層土壤為10.0%左右，一般情況下土壤非毛管孔隙度為10.0%～13.0%[5，19]。黃綿土通氣性和滲水、排水能力強。春季穴狀整地0—100 cm土層土壤非毛管孔隙度在定植前(未穴狀整地)為19.6%(表1)，非毛管孔隙度偏高，而雨季前、雨季后穴狀整地的為26.0%以上，極顯著高于作物生長最適宜的范圍和春季穴狀整地。隨著降水入滲及土壤沉積，雨季前穴狀整地的土壤非毛管孔隙度在夏季、秋季顯著低于春季穴狀整地。不同處理的非毛管孔隙度在2008年春季無顯著差異。穴狀整地提高土壤的非毛管孔隙度，不利于土壤保持水分，易造成土壤水分下滲及蒸散。

2.2 土壤水分及塌陷深度

2.2.1 土壤水分 土壤水分不但直接影響作物的生長，而且對土壤微生物活動，土壤養分分解與轉化，土壤溫度和土壤空氣等各種理化性質都有著深刻的影響與制約作用。定植前0—100 cm土層土壤水分雨季前穴狀整地為 141.50 mm，雨季后穴狀整地為104.7 mm，春季穴狀整地為128.6 mm，三者之間達到極顯著差異(圖1)。經過干旱的春季與初夏，夏季不同處理的土壤水分均比定植前降低，雨季前、雨季后、春季穴狀整地的土壤水分分別為94.7，83.7，86.2 mm。雨季前穴狀整地的土壤水分仍極顯著高于雨季后和春季穴狀整地，春季穴狀整地略高于雨季后穴狀整地。

陜北黃土丘陵溝壑區降水集中于7—9月，受降水的影響，不同處理的土壤水分在雨季、秋季基本相同，無顯著差異。不同處理的土壤水分在2008年春季為雨季前穴狀整地＞雨季后穴狀整地＞春季穴狀整地，但無顯著差異。雨季后與春季穴狀整地降低了蘋果幼樹生長前期的土壤水分，相對提高了生長后期的土壤水分。陜北丘陵溝壑區春季土壤水分低，枝條生長緩慢，夏秋季土壤水分較多，枝條生長旺盛。陜北丘陵溝壑區秋季降溫速度快，往往1～2次的降溫便可由秋季轉為冬季，使秋季旺盛生長的枝條遭到早霜的危害，葉片不能自然脫落，造成枝條成熟度差，易導致春季抽條嚴重[16]。

2.2.2 塌陷深度 土壤越疏松，遇水越容易塌陷。雨季前穴狀整地的地面塌陷深度在2006年秋季為6.2 cm，2007年秋季為1.7 cm。雨季后和春季穴狀整地的地面塌陷深度在2007年秋季為6.7 mm和5.6 cm。2007年秋季3個處理之間的地面塌陷深度均達到極顯著差異水平。果園地面塌陷深度越深，越容易產生吊根、斷根、裸根等現象，越易導致苗木抽條或死亡。

2.3 土壤溫度

土壤溫度與土壤水分、質地、土壤空隙度等密切相關。土壤水分越高，土壤空隙度越小，土壤溫度變化越平緩。定植前、定植后不同處理20，40 cm土層土壤日溫差均達到極顯著差異，其中雨季后穴狀整地土壤日溫差最大，雨季前最小。夏季20，40 cm土層土壤日溫差雨季前穴狀整地與雨季后穴狀整地、春季穴狀整地達到極顯著差異。雨季、秋季和2008年春季不同處理土壤溫度變化相同，無顯著差異(表2)。

圖1 不同處理不同時期的土壤水分

表2 不同處理不同時期的土壤日溫差

2.4 苗木生長狀況

陜北黃土丘陵溝壑區春季苗木栽植成活率與土壤水分含量密切相關。雨季前穴狀整地的土壤水分在定植前及定植后較高，土壤孔隙度較低，土壤溫度變化平緩，利于苗木吸水吸肥及生長。雨季前、雨季后及春季穴狀整地的苗木成活率分別為91.3%，71.6%和79.4%，相互之間達到極顯著差異。雨季前穴狀整地的新生枝條多，枝條較長較粗，且春梢比例較大，樹干較粗，而雨季后和春季穴狀整地的枝條較短較細，且秋梢比例較大，樹干較細(表3)。2007年秋季到2008年春季雨季前穴狀整地的春梢、秋梢水分含量均極顯著高于雨季后和春季穴狀整地，春季穴狀整地顯著高于雨季后穴狀整地(圖2)。雨季前、雨季后、春季穴狀整地的抽條指數分別為21.13，31.18，25.46，相互之間達到極顯著差異。越冬后翌年春季幼樹存活率分別為97.5%，85.2%，91.2%，相互之間達到顯著差異，且雨季前與雨季后達到極顯著差異。

圖2 不同處理不同時期的枝條含水量

表3 不同處理的樹體生長狀況

3 討論

陜北黃土丘陵溝壑區為干旱半干旱地區，春季苗木栽植成活率與土壤水分、土壤溫度密切相關，而土壤的保水性、保溫性與土壤容重、土壤空隙度密切相關。陜北丘陵溝壑區降水集中于7—9月，冬春季干旱少雨多風，山坡地無灌溉水源，土壤主要為黃綿土，輕壤，土壤孔隙度高，保水能力弱，如何提高土壤的蓄水、保水性，達到“秋水春用”是提高苗木成活率的關鍵。提前穴狀整地的主要目的是蓄積降水，提高土壤水分，但黃綿土土壤容重較小，通透性強，穴狀整地會進一步降低土壤容重，提高土壤總孔隙度和非毛管空隙度，降低土壤的蓄水、保水能力。雨季前穴狀整地經過雨季，土壤得到沉積，土壤容重得到提高，非毛管空隙減少，土壤的保水性提高，且雨季前穴狀整地在雨季蓄積了大量的雨水，經過干旱、多風的冬春季，土壤失水量小，翌年春季定植時及定植后土壤水分含量較高，土壤溫度變化平緩，苗木的成活率提高，樹體生長狀況良好。雨季后穴狀整地土壤容重減小，非毛管空隙增加，土壤的保水性能減弱。雨后穴狀整地沒有蓄積到雨水，經過干旱多風的冬春季，散失了大量的土壤水分，翌年春季定植時及定植后土壤水分含量較低，土壤溫度變化劇烈，苗木的成活率降低，樹體生長狀況較差。春季穴狀整地增加了土壤的通透性，但春季降水量小，積蓄不到水分，土壤得不到沉積。而春季氣溫上升快，風沙大，土壤水分散失量大，苗木定植后土壤含水量較低，溫度變化劇烈，苗木成活率較低，樹體生長狀況較差。定植后隨著春夏旱季的結束，7—9月雨季的來臨，由于雨季后及春季穴狀整地的土壤容重較小，土壤總孔隙度和非毛管空隙度較大，降水入滲能力強，大量蓄積了降水，造成苗木徒長，導致枝條不易成熟，越冬及翌年春季枝條失水量大，抽條嚴重，苗木存活率降低;雨季前穴狀整地由于春季土壤含水量較高，春梢生長量較大，雨季時土壤積蓄的降水相對較少，苗木能正常生長，徒長現象較少，枝條較成熟，越冬及翌年春季枝條失水量小，抽條較輕，苗木存活率較高。定植后由于降水較少，雨季后和春季穴狀整地的土壤疏松，隨著雨季的來臨及雨水的沉積作用，地面塌陷較深，易產生吊根、斷根、裸根及苗木倒伏現象，易導致苗木失水、抽條及死亡，造成苗木越冬困難，降低苗木的存活率。

陜北黃土丘陵溝壑區山坡地無灌溉水源，栽植果樹應在雨季前穴狀整地，才能夠蓄積大量降水，達到“秋水春用”，才能提高苗木栽植成活率，促進樹體生長。雨季后穴狀整地，不但不能蓄積到降水，而且會促進土壤水分大量散失，降低苗木成活率，削弱樹體生長。

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