蘋果園行間自然生草的還田方式對土壤養分及果實品質的影響

聶佩顯,李國棟,曾文官,薛曉敏,劉雪梅,高文勝*

(1.山東省果樹研究所,山東泰安 271000;2.山東省農業技術推廣中心,山東濟南 250100;3.山東邁科珍生物科技有限公司,山東泰安 271000)

中國的蘋果(Malusdomestica)種植面積和產量占據全球的一半以上,對于推動國家的區域經濟發展和鄉村振興發揮了重要作用[1]。農機農藝的融合促進了許多果園管理技術的發展和應用。果園間生草技術作為果園重要的土壤管理技術之一,相比于傳統的清耕制管理方法提高了果園表層土壤的穩定性,增加了土壤養分含量,增強了土壤微生物群落的穩定性[2-5]。隨著自走式割草機和自走式旋耕機的廣泛應用,果園生草技術得到了良好的發展。

在自然生草制果園中,主要采用免耕刈割還田的方式。研究表明,免耕刈割還田在一定程度上提高了土壤肥力,但也存在一些問題。例如,長期連續行間免耕生草會導致行間土壤表層板結,透氣性變差以及行間草被老化現象。因此,尋找更為合理的行間草被還田模式成為迫切需要解決的問題。筆者在連續多年自然生草制的蘋果園開展了傳統刈割還田和傳統刈割+草被耕翻還田2種耕作方式的研究,分析了不同草被還田方式下,土壤酶活性、土壤氮組分以及果實品質的變化,為中國自然生草制蘋果園的行間草被精細化管理提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗園概況

試驗地設在山東省果樹研究所天平湖試驗基地(東經117°1′,北緯36°13′)。供試蘋果品種為煙富3/M26/八棱海棠(Malusrobusta),10年生,株行距1.5 m×4.0 m,南北行向。行內土壤肥力一致。2018年開始實行行間自然生草管理。

1.2 試驗設計與方法

試驗于2021、2022年連續2年進行,設2個處理:處理T1,草被刈割還田(每年6、7、8、9月上旬和10月中旬5次刈割,用背負式割草機將行間草被割下,留草高度5～10 cm。割下的草就地覆蓋于行間)。處理T2,草被刈割+旋耕還田(刈割次數和時間同處理T1,只是7月上旬在刈割后,進行1次旋耕,深度10 cm左右,8、9、10月3次刈割的是新草種發出的草被)。以清耕為對照(CK)。試驗處理以行段為小區,隨機區組安排,重復3次。每行長45 m為1次重復。每行分為3段,每段長15 m為1個小區,安排1個處理。處理T1、T2和對照在每次重復內隨機排列,共安排3行。

1.3 土樣采集與預處理

于2022年10月15日對各處理分別在段中部采集0～20 cm土壤樣品,將相同處理土層的土樣充分混勻、四分法取土、去除根系等雜質后分成2份進行指標測定。果實取樣,各處理分別選取5株蘋果植株,每株在東、南、西、北4個方向各取3個果實用于品質指標測定。

1.4 測定指標及方法

土壤全氮含量采用凱氏定氮法測定[6]。微生物量氮含量采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定[7]。土壤硝態氮、銨態氮含量,土壤酶(土壤脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶)活性參考Hoagland等[8]方法測定。土壤有機氮組分參考魯如坤[9]方法測定。果實可溶性糖與可滴定酸含量參照聶佩顯等[10]方法測定。

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0軟件對數據進行統計分析,采用單因素(One-way ANOVA)和LSD法檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同處理對蘋果園土壤酶活性的影響

如表1,在0～20 cm土層,土壤脲酶(Urease)、蔗糖酶(Sucrase)、過氧化氫酶(Peroxidase)3種酶的活性,對照CK的分別為0.72、21.67、1.10 mg/g·d;處理T1的分別達到1.26、29.27、1.58 mg/g·d,均顯著高于對照CK的;處理T2的分別達到1.55、37.73、1.97 mg/g·d,也均顯著高于對照CK的,并且均顯著高于處理T2的。

表1 不同處理土壤3種酶的活性 mg/g·d

2.2 不同處理對蘋果園土壤不同形態氮組分的影響

如表2所示,在蘋果園0～20 cm土層,不同處理土壤的銨態氮(NH4+-N)、硝態氮(NO3--N)、微生物量氮(MBN)3種形態的氮組分含量,對照CK的分別為12.49、15.75、67.77 mg/kg;處理T1的分別達到17.38、24.49、86.86 mg/kg,分別顯著高于對照CK的;處理T2的分別達到20.32、33.30、125.60 mg/kg,也分別顯著高于對照CK,并且均顯著高于處理T1。

表2 不同處理的土壤3種形態氮組分的含量 mg/kg

2.3 不同處理土壤有機氮組分的影響

由表3可知,在0～20 cm土層,土壤5種有機氮組分含量,酸解氨基糖態氮(ASN)、酸解氨基酸態氮(AAN)2種土壤有機氮組分,處理T1、T2均與對照CK無顯著差異。酸解銨態氮(AMMN)、酸解未知態氮(HUN)、非酸解性氮(NHN)3種土壤有機氮組分,對照CK的分別為199.51、216.75、259.23 mg/kg;處理T1的分別達到238.84、287.85、304.46 mg/kg,均顯著高于對照CK的;處理T2的分別達到287.78、341.59、344.86 mg/kg,也均顯著高于對照CK,并且顯著高于處理T1。

表3 不同處理的土壤5種有機氮組分的含量 mg/kg

2.4 不同處理對蘋果果實品質的影響

如表4,經2021、2022年2年的觀測數據表明,果實的可溶性糖含量、糖酸比均以處理T2最高,處理T1次之,CK最低,處理與對照之間均表現差異顯著;可滴定酸的含量,均是兩處理間無顯著差異,兩處理均顯著高于對照。

表4 不同處理的蘋果果實品質指標比較

3 小結與討論

蘋果園2年的自然生草還田方式的試驗表明,草被刈割還田、草被刈割+耕翻還田2種方式均對土壤酶活性、不同形態氮含量、不同有機氮含量、果實品質等指標均有良好的影響。與傳統清耕園相比,可顯著增加0～20 cm土層的土壤硝態氮、銨態氮和微生物氮含量,酸解氨態氮、酸解未知態氮和非酸解性氮等有機氮的含量,并且顯著提高了果實的可溶性糖含量和糖酸比。草被刈割+耕翻還田技術對土壤理化性質和果實品質提升幅度更大,是一種可行的行間草被管理技術。

本研究中,土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性,草被刈割還田和草被刈割+耕翻還田均較對照清耕顯著提高的結果,與吳玉森等[11]、于波等[12]在果園生草對酶活的研究結果一致;草被刈割+耕翻還田的土壤酶活性提升又顯著高于被刈割還田的,這可能是草被刈割+耕翻還田可以產生更多的草被植物殘體,且土壤耕翻使得草被殘體與表層土壤充分接觸,酶的作用底物被加強,從而使得酶活性提高[13]。

硝態氮NO3--N的淋溶損失是農業氮素損失的主要途徑[14],果園生草后草根系對氮的吸收有助于減少NO3--N的損失[15],同時也減少了果園土壤氮素的徑流損失。

土壤有機氮是礦質氮的源和庫,其礦化速率受到土壤利用變化和農業管理措施等因素的影響[16,17]。果園生草還田能顯著提高果園表層土壤中酸解氮組分中的酸解未知氮和酸解氨態氮含量,也提高了土壤有機氮組分中非酸解氮的含量。分析發現,相較于生草刈割還田,生草刈割+草被耕翻還田均不同程度地提升了土壤中不同形態氮含量,這可能是因為行間自然生草吸收土壤養分并將其貯存在體內,隨之刈割養分釋放到土壤中,在一定程度上有利于土壤中氮素養分的積累[18]。此外,生草會在一定程度上促進土壤硝化作用,使得土壤硝態氮含量增[19]。