蘋果園間作苜蓿綠肥對土壤理化性質的影響

李楊輝 張朝陽 席琳喬* 廖結安 王 棟 韓 路

（1塔里木大學動物科學學院/塔里木畜牧科技兵團重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300）

（2塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300）

（3塔里木大學植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300）

新疆林果業種植總面積已達1.027×106公頃，占全國林果面積的13%，南疆林果區面積和產量占全疆的75%以上，形成了以紅棗（Ziziphus jujubaM.）、核桃（Juglans regiaL.）、蘋果（Malus pumilaM.）等為主的特色林果業［1］，南疆林果區土壤以棕色荒漠土為主，砂性大、有機質低，制約林果業的健康發展。果園種植綠肥和自然生草已廣泛應用在土壤管理中，粉碎翻壓后可提高土壤肥力，改善土壤結構，降低病蟲害的發生率，改善果園小氣候，促進樹體生長發育，改善果實著色和品質，但在不同的立地條件下，研究結果也不盡相同［2-5］。近幾年，很多研究者從綠肥種類選擇、應用栽培模式、綠肥間作效益等方面對果園間作綠肥進行了大量的研究，取得了許多有價值的研究成果。果園生草紅富士產量可以提高60.23%，喬納金、金冠和紅富士果實的單果重比對照增加28～40 g，果形指數均較高，大中果型比例提高了11.67%～26.70%，果實糖酸比40以上［6］。

紫花苜蓿（Medicago.sativaL.）是一種良好的栽培綠肥作物，富含氮素，有較強的富集磷、鉀元素的能力，根系共生根瘤菌促進益生菌的增殖。近年來南疆果園生草技術逐漸被接受，習慣種植一年生綠肥，如油菜、蘇丹草、甜菜等［7-8］，種植多年生紫花苜蓿綠肥比較少，認可度較低。為明確蘋果園種植苜蓿的生態效應，以阿拉爾市連續種植了5年苜蓿的蘋果園土壤為試材，探討蘋果園苜蓿生草栽培對土壤理化性質的影響，以期為干旱荒漠區果園間作苜蓿模式的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地在新疆阿拉爾市九團二營主干型蘋果園，2015年建園，蘋果樹齡5年，株行距1.5 m×4 m，灌溉方式為春秋季漫灌和生長期滴灌。試驗點綠肥播種前取行間0～60 cm土壤進行理化性質分析，蘋果園土壤總碳3.39%、全氮0.76%、堿解氮14.20 mg/kg、pH 8.58、總鹽1.55 mg/g、速磷14.90 mg/kg、速鉀150.17 mg/kg。

1.2 試驗設計

2016年春季4月初在蘋果園行間間作紫花苜蓿（M.sativaL.），蘋果樹行間播種苜蓿8行，行距15 cm，播種量1.2 g/m2（A），以清耕（QG）作為對照，每小區10行蘋果3次重復。生長季以果樹為主進行田間管理，每年10月初行間增施有機肥（牛，羊糞）、生物肥。11月初冬灌水，每年5月底、6月底、8月初共放3遍水，每次放水前10天左右施腐植酸水溶性肥，另外每年葉面肥噴施4～5次。6月中旬第一次碎草，7月底第二次碎草，每年碎草3～4次。2019年5月、7月和9月中旬在蘋果樹行間進行土樣采集，土樣取樣采用定點定位分層的取樣方法，分別在行間用土鉆5點取樣，取五行土樣，深度0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，然后裝入鋁盒帶回實驗室進行分析。

1.3 土樣測定與分析方法

1.3.1 方法

土壤基本理化性質:土壤pH采用水土比2.5∶1（pH計法），土壤總碳和全氮含量采用杜馬斯燃燒法測定，堿解氮用堿解擴散法-標準酸滴定，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法，微量元素采用原子吸收法測定［9］。在土壤理化實驗室用馬爾文激光粒度儀（MALVERN2000）測定各層土壤顆粒組成，粒度測定范圍為0.2～2 000 μm。用烘干稱重法測定0～20 cm土層土壤的質量含水量。根據此模型計算分形維數［10］，公式為:D=3-lg［V（r＜Ri）/Vr］/lg（Ri/Rmax），式中：D是土壤顆粒分形維數；V（r＜Ri）為小于某一粒徑Ri的土壤顆粒累積體積；Vr為土壤顆粒總體積；Ri是特征尺度，Rmax為最大粒徑。通過對于某一土壤各級粒徑的土壤含量進行整理,并以lg（V（r＜Ri）/Vr）為縱坐標，lg（Ri/Rmax）為橫坐標作圖，得到直線的斜率為3-D，即可得到土壤分形維數D。

1.3.2 數據分析

數據均用EXCEL2016和SPSS21.0軟件分析、統計，做圖。

2 結果與分析

2.1 對土壤物理性質的影響

2.1.1 蘋果園間作苜蓿對土壤粒徑分布及其分形維數的影響

由表1可知，蘋果園下種植紫花苜蓿綠肥和清耕對土壤的分形維數均為2.60。果園間作苜蓿綠肥后20～40 cm土層2～20 μm土壤粒徑體積從27.6%提高到30.4%，明顯提高0～60 cm土層20～50 μm土壤粒徑體積百分比；降低0～40 cm土層＞50 μm土壤粒徑體積百分比；＜2 μm土壤無顯著差異，因苜蓿根系主要分布在0～40 cm，其根系的穿插、分泌有機酸等作用能夠熟化土壤和增加土壤團聚體。

表1 蘋果園間作苜蓿綠肥土壤粒徑分布及其分形特征

表2 土壤粒徑分形維數D與各顆粒含量R的相關性分析

由表2可見，20 μm粒徑是荒漠土壤分形維數的臨界粒徑，因為＜20 μm粒徑的顆粒體積含量越高，分形維數D越大；＞20 μm粒徑的顆粒體積含量越高，分形維數越小。土壤體積分形維數和土壤的細顆粒（＜0 μm）體積含量呈正相關（P＜0.01）其中與＜2 μm土壤顆粒含量的相關性最高（r=0.987 0）。

2.1.2 蘋果園間作苜蓿對pH的影響

由圖1可知，種植苜蓿綠肥能夠顯著降低土壤的pH值，降幅范圍為0.04～0.38；0～20 cm土壤的pH降低作用明顯高于20～40 cm和40～60 cm。從季節性變化來看，pH值呈現降低趨勢，5月、7月和9月份苜蓿綠肥顯著低于清耕（P＜0.05），5月份降低幅度最大達0.38。蘋果園苜蓿綠肥翻壓后在分解過程中，會產生較多的小分子有機酸，降低土壤pH值，有利于果樹的生長發育。

圖1 不同月份不同處理下的土壤pH

2.1.3 蘋果園間作苜蓿對土壤全鹽的影響

由圖2可知，蘋果園種植苜蓿綠肥后，土壤含鹽量0～20 cm ＜20～40 cm＜ 40～60 cm，種植苜蓿綠肥引起土壤全鹽含量的增加（8.24%～117.65%），5月差異顯著（P＜0.05），7月和9月差異不顯著。從時間來看，7月土壤全鹽最高，其次為9月和5月。

圖2 不同月份不同處理下的土壤全鹽

2.2 果園間作苜蓿綠肥對土壤化學性質的影響

由表3可見，果園種植苜蓿綠肥翻壓能夠提高土壤的總碳（3.39%～8.53%）和全氮含量（4.55%～18.99%），7月份提高效果最明顯，其次為5月份和9月份。但行間間作苜蓿土壤NH3-N含量低于清耕，且隨土層增加呈降低趨勢。苜蓿綠肥速效磷和速效鉀含量5月份高于清耕，7月份和9月份低于清耕。苜蓿綠肥Cu、Zn、Fe和Mn含量低于清耕，但是差異不顯著。苜蓿綠肥Ca含量高于清耕（P＜0.05）。苜蓿綠肥Mg含量5月高于清耕，7月和9月低于清耕。苜蓿綠肥能夠提高（Ca+Mg）/K的比率，9月＞7月＞5月，其中9月和7月與清耕5月差異顯著（P＜0.05），種植苜蓿綠肥可以減少K，Ca和Mg之間的拮抗，保持土壤養分更好的平衡。

表3 苜蓿綠肥對土壤養分和礦質元素動態測定結果

2.3 相關性分析

pH與TS、AP顯著負相關，與Ca極顯著負相關，與NH3-N顯著正相關。TS與NH3-N、AK顯著負相關，與TC極顯著負相關，與Ca極顯著正相關，與Mg顯著正相關。TC與TN、AK極顯著正相關，與NH3-N和Fe顯著正相關。NH3-N與AK顯著正相關，與AP極顯著負相關，與Ca顯著負相關。Zn與AP極顯著正相關，與Cu、Fe和Mn顯著正相關。AP與Cu顯著正相關。Fe與Mn極顯著正相關，與Mg顯著負相關。Ca與Mg顯著正相關。

表4 土壤理化性質相關性分析

3 討論

不同的土地利用方式是影響土壤顆粒分形特征的重要因子，土壤分形維數不僅很好地反映了土壤中不同粒徑的顆粒損失狀況，還可以體現間作不同綠肥對土壤的改良作用［11］。茶園種植綠肥能夠提高土壤的分形維數，減少砂礫的體積比35.41%和66.04%，提高粉粒和黏粒的體積比，鼠茅草優于黑麥草［12］。連續種植綠肥有利于土壤水穩性大聚體的形成，土壤水穩性團聚體＞5 mm粒級的增加有利于水穩性大團聚體的積累［13］。本次實驗發現果園種植綠肥對果園土壤分形維數沒有改變，苜蓿綠肥能夠增加粉粒和粘粒的體積，減少砂礫的體積，可能苜蓿綠肥作物的根系分布、生物量相關，根系的活動以及根系分泌物、根際微生物、根瘤菌等都會不同程度影響土壤團聚體的形成與結構。

對施用有機物后作物生長的某一特定時期土壤pH的變化，結論不盡一致，有增加的，也有降低的報道，造成這種差異的原因可能與綠肥翻壓量、種類以及觀測土壤pH有關。在中性至微酸性土壤上，綠肥翻壓量越大，土壤pH降低越明顯，翻壓20 000～30 000 kg/hm2綠肥，可以降低土壤 pH 0.1～0.6［14］，本次試驗在荒漠堿性土壤蘋果園種植苜蓿綠肥，能夠降低土壤的pH值，pH與NH3-N變化趨勢一致，顯著正相關（P＜0.05）。在酸性土壤上種植綠肥可以提高pH，種植3種綠肥能提高茶園土壤pH，其中白三葉（Trifolium repensL.）pH提高10%［15］；3種豆科植物提高茶園土壤pH，pH的增幅與植物物料所含灰化堿的大小相一致［16］。

土壤水溶性鹽是鹽堿土的一個重要屬性，也是限制植物生長的障礙因素。綠肥植物對土壤鹽分有吸收和體內累積作用，土壤中部分鹽分被耐鹽植物吸收后，通過收割帶去鹽分，生物量越大，帶走土壤表層鹽分越多［17］。本次研究發現蘋果園種植綠肥對土壤的鹽分有增加趨勢，且0～20 cm差異顯著（P＜0.05），可能是苜蓿綠肥中能夠積累一定的鹽分，植株翻壓還田導致0～60 cm鹽分增加，綠肥植物與根系對土壤的穿插和擠壓作用，改善了土壤的結構，使土壤疏松，增加了團聚體含量，能促進鹽分的淋溶，可能在干旱地區蒸騰作用大于淋溶作用。土壤含鹽量的季節性存在差異，這可能與蒸發量和土壤含水量有一定關系。

在果樹生命周期的各個階段，土壤N、P、K等礦質營養元素的穩定供應是保證果樹正常生長發育的前提。果園生草提高果園土壤有機質，增加果園土壤礦質養分含量，活化土壤礦質元素的能力，不同的草種之間存在差異，葡萄園行間種植白三葉（T.repensL.）和紫花苜蓿（M.sativaL.）堿解N、全N、速效K含量升高，種植高羊茅（Festuca arundinaceaSchreb.）速效P的含量提高［18］。在梨園種植白三葉（T.repensL.）土壤堿解N含量較高、種植多年生黑麥草（Lolium perenneL.）速效K含量較高。火龍果果園生草，種植紫花苜蓿（M.sativaL.）、百喜草（Paspalum natatuFlugge）和柱花草（Stylosanthes guianensis（Aubl）Sw.）均可使土壤全N、堿解N含量明顯增加，且種植紫花苜蓿和百喜草后土壤有效磷和速效鉀含量明顯增加，但種植柱花草后土壤有效P和速效K明顯減少。蘋果園間作紫花苜蓿可以改善蘋果園生態系統［19］和生物結構組成［20］；庫爾勒香梨套種苜蓿能顯著提高果園土壤的有效養分和微量元素含量，0～60 cm土層有機質、堿解氮以及有效鉀含量得到提高，0～90 cm土層苜蓿套種果園土壤的有效鐵、有效鋅和有效銅含量顯著高于清耕果園土壤［21］。本次研究苜蓿綠肥翻壓之后，能夠提高有機質和全氮的含量，苜蓿綠肥能夠活化礦物元素，5月份高于清耕，7和9月低于清耕，可能是苜蓿綠肥生長從土壤中吸收了部分礦質元素，導致土壤的含量降低，但是能夠在9月到第二年5月腐解礦化之后釋放出來。紫花苜蓿綠肥間作園顯著提升礦質元素，可能苜蓿根系具有根瘤，分泌物有機酸等有關，特別是Ca的顯著增加，能減輕蘋果苦痘病的發病率［22］。

4 結論

（1）在干旱荒漠地區果園種植苜蓿綠肥能夠降低土壤 pH值，pH與 Ca顯著負相關（P＜0.01），與NH3-N顯著正相關（P＜0.05）。

（2）果園種植苜蓿綠肥能夠提高土壤的總碳3.39%～8.53%，全氮含量4.55%～18.99%。

（3）果園種植苜蓿綠肥能夠活化K、P、Cu、Zn、Fe、Mn礦質元素，顯著提高土壤Ca的含量和（Ca+Mg）/K的比率，能夠增強養分的平衡能力。