覆蓋植物對杏園土壤和果實質量的影響

梁芊

摘??? 要：為研究不同覆蓋植物處理對杏園土壤和果實質量的影響，選用長柔毛野豌豆（VV）、紫苜蓿（MS）、紫苜蓿70%和小麥30%的混合物（MSTA）、附地菜（TP）作為冬季覆蓋植物種植，酸模（RA）作為夏季覆蓋植物種植于杏園土壤中，設計隨機完整區組，從每個地塊的0～20 cm和20～40 cm深度進行土壤取樣和物理化學性質分析。覆蓋植物提高了土壤質量，在0～20 cm土壤深度，VV處理增幅最大，其中土壤樣品的有機質含量（OM）、飽和導水率（Ks）、有效含水量（AWC）和土壤結構穩定性指數（SSI）分別增加了70.9%、257.1%、17.2%和9.5%，而土壤容重（BD）減少了11.1%。平均果實質量增加率最高是VV處理，為12.4%。不同覆蓋植物處理的土壤質量物理和化學性質參數之間相關性最高的是電導率EC與飽和導水率Ks（相關系數0.996）、pH值與電導率EC（相關系數-0.986）。不同覆蓋植物對20～40 cm深度土壤物理和化學性質影響不顯著。覆蓋植物處理能夠改善杏園土壤質量并提高果實質量，可以將覆蓋植物納入土壤管理體系。

關鍵詞：覆蓋植物；土壤質量；杏園；果實質量

文章編號：1005-2690（2023）05-0034-05?????? 中國圖書分類號：S66；S153?????? 文獻標志碼：B

作物殘茬管理是作物耕作過程中不可或缺的一個環節[1]。以植物殘體作為覆蓋物，對土壤具有保持水土、循環利用養分及輸入有機質等重要作用[2]。覆蓋植物通過改善土壤物理、化學和生物特性，達到提高其行栽作物產量的目的[3]。

目前，農業生產中普遍集約化使用化肥，不但使生產成本增加，而且使生態環境受到了破壞和污染[4]。覆蓋植物作為可再生資源，在保護生態系統和恢復農業生態時可以發揮出巨大的潛力[5-9]，亟待針對覆蓋植物建立一套環境友好型的模式以便推廣應用[10-12]。

合理種植覆蓋植物可以改善灌木或喬木作物土壤的化學、物理和生物學特性[13]。土壤有機質含量直接關系到作物肥力[14]。有機物質的分解速率與土壤中的碳元素供應量密不可分。有機碳含量可以由施肥過程中碳元素的輸入和流失來調節。長期單一施用無機肥料會使土壤有機質減少，合理運用有機改良劑如作物殘茬或農家肥等可以有效增加有機質[15-17]。

近年來用于改善失衡的土壤、植物養分供給及保持有機質的農業和環境方法，大多圍繞有機廢棄物的循環利用，包括植物殘渣、動物糞便、污泥污水、堆肥、加工副產品等[18]。

其中，覆蓋植物對于減少化學品使用和提高土壤質量越發重要，受到廣泛關注。很多研究證實了對覆蓋植物的合理設計、正確選擇、充分利用和科學管理，不但可以顯著提高生產力，而且可以有效改善土壤和水質[19]。土壤有機質的模式豐富多樣，既可以直接施用有機肥料和動物糞便，也可以利用堆肥或覆蓋植物隨著土壤有機質分解持續向樹木提供養分[20]。

以往對于果園土壤的研究，多集中在土壤理化性質方面[21-28]，零星報道覆蓋植物對果實品質、產量等農藝性狀的影響[29-31]，針對杏園土壤質量的研究尚未見報道。因此，本研究通過評估不同覆蓋植物長柔毛野豌豆、紫苜蓿、小麥、附地菜和酸模對位于河北省的黏土杏園土壤質量和杏質量的影響，旨在為提高果園土壤質量和實現可持續的土壤管理提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗場地

試驗地點位于37°18′N、115°04′E，年平均降水量為648.8 mm，平均氣溫為14.5 ℃，年均日照時數為2 093.8 h。

1.2 田間試驗

選用5種覆蓋植物[32]，包括長柔毛野豌豆（VV）、紫苜蓿（MS）[33]、70%紫苜蓿+30%小麥（MSTA）、附地菜（TP）（冬季）和酸模（RA）（夏季），設置裸露對照地塊（BC）、除草劑對照地塊（HC）和機械對照地塊（MC）。試驗采用隨機完整區組設計，每個地塊為4 m×20 m，4次重復。首次耕作土壤時間為11月的第1周。整地在播種覆蓋植物之前進行，時間為4月中旬。冬季覆蓋植物首次耕作土壤時間為9月中旬，整地時間為11月的第1周。覆蓋植物與杏樹間隔50 cm。酸模種植時間為2019年4月15日和2020年5月2日，其他冬季覆蓋植物種植時間為2019年10月16日和2020年10月16日。

覆蓋植物種植采用種子播撒法。待覆蓋植物開花期后，使用雙盤中耕機分2次將試驗中的覆蓋植物包裹到土壤中，深度約為10 cm。機械控制或施用除草劑在雜草處于4～8片葉子時期（2020年5月15日和2021年5月20日）進行。

1.3 土壤取樣

采用螺旋形土壤鉆分別從0～20 cm和20～40 cm 2個不同深度，對每個處理中的土壤進行取樣，將土壤樣本置于自封袋中并進行鑒定。土壤樣品過2 mm篩子進行篩分后，用于物理、化學和生物土壤分析。

1.4 土壤化學分析

土壤樣品的有機質含量（OM）采用Walkley–Black方法測定[34]。利用Dumas儀器法對總氮含量進行測定。運用EC流量計檢測土壤25 ℃下的電導率。采用比重計測定土壤粒徑分布情況。將土壤制成w∶v=1∶1土壤-水懸浮液，運用pH計測定土壤pH值。利用乙酸銨法測定交換性陽離子[35]。有效磷含量通過0.5 mol/L、pH值為8.5的NaHCO3萃取法測定。通過測量在22 ℃孵化24 h的CO2產量，測定基礎土壤呼吸（BSR）[36]，以mg·CO2/100 g表示。

1.5 土壤物理分析

采用恒定水頭滲透儀測量，根據達西方程計算土壤樣本的飽和導水率（Ks，cm/h）。

Ks=（）（1）

式中：Q為流出量，cm3；A為土柱橫截面積，cm2；t為時間，h；S為土柱長度，cm；H為土柱上的水頭，cm。

采用比重計測定，并用下列公式計算確定土壤結構穩定性指數（SSI）。

SSI=∑b-∑a（2）

式中：b是Calgon試劑分散的粉土和黏土的百分比，a是懸浮液中粉土和黏土的百分比。

采用濕式篩分裝置評估團聚體穩定性（AS）。運用壓力板裝置測量田間持水量（FC）和土壤永久萎蔫點（PWP）。通過計算FC和PWP之間的差值得到有效含水量（AWC）。

測定土壤容重（BD）采用狄曉雙等（2021）[37]的方法。通過以下公式計算得到孔隙度（F）。

F=1-（BD/2.65） （3）

由質量含水量和體積密度的乘積，得到體積含水量（θ）。通過測定濕樣品和干樣品的質量（在105 ℃下）得到質量含水量（W）。使用干篩分法（使用4.00、3.35、2.00、1.40、1.20、1.00、0.50、0.425、0.25 mm篩子）計算平均質量直徑（MWD）。

MWD=W（i）xi（4）

1.6 統計分析

數據整理、計算采用Microsoft Excel 2019軟件。用SPSS 20.0對各指標進行方差分析。如差異顯著（P<0.05），再用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋植物對土壤化學性質的影響

不同覆蓋植物對杏園0～20 cm土壤深度的土壤化學性質有顯著影響（表1）。第2年（2021年）比第1年（2020年）土壤性質的改善效果好。與對照（BC）相比，覆蓋植物處理組的土壤有機質含量顯著增加，不同覆蓋植物處理土壤有機質含量由高到低依次為VV、MS、MSTA、RA、TP、MC、BC、HC，分別為2.58%、2.49%、2.43%、2.30%、2.21%、1.79%、1.51%、1.38%，不同覆蓋植物處理土壤有機質含量增幅在46.4%～70.9%。杏園的總氮含量由對照（BC）的10.6×102 mg/kg增加到18.1×102 mg/kg（VV）（P<0.05）。電導率（EC）為0.67 ds/m～1.04 dS/m，最大值增幅為55.2%（VV）。不同處理有效磷含量平均值為20.0 mg/kg，最高值為22.43 mg/kg（VV）（P<0.05），增幅達41.8%。可交換鉀含量由對照（BC）的3.79×10-2 mg/kg增加到6.62×10-2 mg/kg（VV），增幅達73.3%。不同覆蓋植物處理基礎土壤呼吸（BSR），由對照（BC）的12.8 mg·CO2/100 g增加到40.4 mg·CO2/100 g（VV），增幅達215.6%，平均值為37.5 mg·CO2/100 g，平均增幅為193.0%。不同覆蓋植物處理顯著降低了pH值和可交換鈉，pH值從對照（BC）處理的7.45降至7.09（VV）（P<0.05），降幅為4.8%。可交換鈉含量由對照（BC）處理的0.75×10-2 mg/kg降至0.47×10-2 mg/kg（MS）（P<0.05），降幅為36.4%。20～40 cm土層土壤化學質量指標的差異均不顯著（P>0.05）。在0～20 cm和20～40 cm土壤深度，不同覆蓋植物處理（2020年）的可交換鈣和可交換鎂含量的差異不顯著（P>0.05）。

2.2 不同覆蓋植物對土壤物理性質的影響

不同覆蓋植物處理對杏園0～20 cm土壤深度的土壤物理性質有顯著影響（表2）。飽和導水率（Ks）由對照（BC）的0.35 cm/h升至1.25 cm/h（VV），平均值為1.04 cm/h，增幅區間為142.9%～257.1%。與對照相比（BC），土壤結構穩定性指數（SSI）最高值為55.33%，增幅在6.1%（RA）～9.5%（VV）。不同覆蓋植物處理團聚體穩定性（AS）最大值為58.68%，與對照（BC）處理（55.33%）相比，顯著提高（P<0.05），HC處理的值最小，為54.23%。田間持水量（FC）由對照（HC）的37.58%升至42.50%（VV）。與對照（HC）相比，土壤永久萎蔫點（PWP）由21.40%升至22.73%（VV）。覆蓋植物處理不同程度降低了土壤容重（BD），由對照（BC、HC）的1.17 g/cm3降至1.04 g/cm3（VV），降幅為11.1%。不同覆蓋植物處理孔隙度（F）由對照（MC）的0.55 g/cm3升至0.61 g/cm3（VV）。與對照（BC）相比，有效含水量（AWC）增幅在15.5%～17.2%。體積含水量（θ）從對照（BC）處理的30.43%升至VV的38.50%，增幅為27.0%。與對照（HC）相比，平均質量直徑（MWD）最高為0.87 mm（VV），是對照（HC）的1.20倍。20～40 cm土壤深度的土壤物理質量參數差異不顯著（P>0.05）。

2.3 不同覆蓋植物處理土壤質量指標之間的關系

試驗表明，有機質與全N、BSR、Ks、FC、可交換K、AS呈顯著正相關，相關系數分別為0.990、0.968、0.963、0.957、0.950、0.901，有機質與pH值、Na、BD和Ca呈顯著負相關，相關系數分別為-0.974、-0.910、-0.909和-0.861。

Ks與EC具有最大的正相關性，相關系數為0.996；與BD具有負相關性，相關系數為-0.974。

pH值和EC之間具有顯著負相關性，相關系數為-0.986。

2.4 不同覆蓋植物處理對杏單果質量的影響

不同覆蓋植物處理顯著影響了果實質量。不同覆蓋植物處理測定平均單果質量如下：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）。與BC相比，VV和MS的平均果實質量分別增加了12.4%和10.4%。

3 結論

研究結果表明，不同覆蓋植物普遍影響了0～20 cm深度土壤的物理和化學性質，通過增加有機質含量改善了土壤質量和杏果實質量。不同覆蓋植物對20～40 cm深度土壤的物理和化學性質的影響不顯著。覆蓋植物的種類不同對土壤物理和化學性質的影響具有顯著差異。土壤有機質與土壤物理和化學性質之間存在顯著的相關性，土壤有機質的增加直接改善土壤的物理、化學和生物質量屬性，從而提高產量水平。由此可見，果園中可以將覆蓋植物納入土壤管理體系，以提高土壤質量和果樹的產量。

參考文獻：

［1］賈樹龍，孟春香，任圖生，等.耕作及殘茬管理對作物產量及土壤性狀的影響［J］.河北農業科學，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，湯文光，肖小平，等.雙季稻區冬季覆蓋作物殘茬還田對水稻生物學特性和產量的影響［J］.江西農業大學學報，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.果園種草的綜合效益綜述［J］.河北農業科學，2008（8）：130-133.

［6］秦文利.果園生草在田園綜合體建設中的功能［J］.河北農業科學，2019，23（6）：13-17.

［7］秦文利.河北省果園生草生態功能和草種選擇［J］.河北農業科學，2021，25（1）：54-57.

［8］翟玉柱，張寶玲，梁鳳芹，等.間作苜蓿對蘋果園生態系統效應的分析［J］.河北農業科學，2008（1）：38-39.

［9］趙柏霞，閆建芳，潘鳳榮.櫻桃果園生草對土壤微生態的影響［J］.西南農業學報，2022，35（4）：889-895.

［10］盧向陽.一種林下種植的優良覆蓋植物［J］.北京農業，2009（13）：28-29.

［11］曾志林.值得推廣的地面覆蓋植物——麥冬［J］.四川農業科技，2006（10）：29.

［12］王勝男，王頔.板栗園生草栽培及不同土壤管理模式對比試驗［J］.河北果樹，2022（2）：7-9.

［13］蹇述蓮，李書鑫，劉勝群，等.覆蓋作物及其作用的研究進展［J］.作物學報，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，楊殿林，王麗麗，等.茶園多植物覆蓋種植對土壤酶活性和有機碳礦化特征的影響［J］.農業資源與環境學報，2020，37（3）：371-380.

［17］鄒秀鳳，陳恩，葉菁，等.長期不同植草方式下果園土壤有機質組成的變化研究［J］.福建農業科技，2022，53（4）：73-76.

［18］徐四新，諸海燾，蔡樹美，等.施用餐廚有機廢棄物堆肥產品對設施蔬菜產量和土壤有機質含量的影響［J］.上海農業科技，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］張國印，王麗英，孫世友，等.土地利用方式對土壤質量性狀的影響［J］.河北農業科學，2004（1）：1-5.

［22］孫聰偉，陳展，魏建國，等.蘋果土壤營養研究進展［J］.河北農業科學，2015，19（6）：29-33.

［23］徐勝濤，王攀磊，何翔，等.植物覆蓋對蕉園土壤質量和微生物多樣性的影響［J］.南方農業學報，2020，51（3）：496-504.

［24］闞麗艷，奚霄松，何曉穎，等.有機覆蓋物對城市園林植物土壤養分狀況的影響［J］.上海交通大學學報（農業科學版），2014，32（1）：79-88.

［25］張艷，闞麗艷.有機覆蓋物對城市園林植物土壤含水量的影響［J］.江西農業學報，2013，25（8）：30-34.

［26］樊文霞，孟炎奇，陳國棟，等.生草覆蓋栽培對果園土壤理化性質的影響研究進展［J］.安徽農學通報，2022，28（6）：116-120.

［27］王田利.生草果園土壤水分的變化［J］.北方果樹，2022（1）：15-16.

［28］吉爽秋，李旭嬌，張弛，等.生草不同處理方式對果園土壤溫度、含水量及養分的影響［J］.草學，2021（6）：58-65，70.

［29］劉麗.覆蓋對免耕梯田作物產量和養分流失的影響［J］.水土保持應用技術，2021（3）：8-10.

［30］吳玉蓉，吉光鵬，張棟海，等.生草和地布覆蓋對干旱鹽堿區蘋果園土壤性質及果實品質的影響［J］.農業科技通訊，2022（1）：182-184.

［31］余錦林，尤龍輝，徐惠昌，等.果園生草改善土壤質量和錐栗農藝性狀的效果［J］.草業科學，2021，38（12）：2460-2470.

［32］李淑杰.果園生草的意義及草種選擇技術［J］.南方農業，2021，15（35）：27-29.

［33］張戰備，楊印斌，段國琪，等.種植紫花苜蓿對果園土壤理化性狀及生長環境變化的影響［J］.耕作與栽培，2021，41（6）：26-29.

［34］李國傲，陳雪，孫建伶，等.土壤有機碳含量測定方法評述及最新研究進展［J］.江蘇農業科學，2017，45（5）：22-26.

［35］尚德強.乙酸銨交換法測定土壤中陽離子交換量的不確定因素分析［J］.南方農業，2019，13（30）：123-124.

［36］沈晨，范利超，韓文炎.pH和肥料對茶園土壤基礎呼吸的影響［J］.土壤通報，2017，48（5）：1226-1232.

［37］狄曉雙，武紅旗，賈宏濤，等.新疆主要草地土壤容重與有機碳含量關系模型構建［J］.土壤通報，2021，52（6）：1323-1329.

作者簡介：梁 芊（1976—），女，漢族，山西盂縣人，本科，實驗師，研究方向為實驗室管理及土壤成分分析。