碎枝覆蓋對荔枝園土壤理化特性及肥力的影響

張建繁 周慶祥 龔學(xué)海

摘要 [目的]通過碎枝覆蓋研究，揭示林下土壤生態(tài)環(huán)境變化過程，為荔枝林碎枝覆蓋技術(shù)推廣提供相關(guān)數(shù)據(jù)。[方法]比較覆蓋10 cm碎枝和未覆蓋處理之間土壤表層溫度、含水量、理化特性及肥力等土壤因子差異，分析碎枝覆蓋1年后土壤理化特性及肥力的變化。[結(jié)果]荔枝枝條粉碎覆蓋后土壤表層溫度變化幅度較未覆蓋變窄約2 ℃，使得土壤溫度更加恒定。在極端氣候條件下，這類效果更加顯著，特別是土壤含水量。覆蓋后土壤含水量基本維持在10%～20%，而未覆蓋則在5%～40%。同時(shí)，覆蓋1年后土壤理化特性也得到了明顯改善，土壤容重降低了20%，總孔隙度增加約7%。肥力檢測數(shù)據(jù)顯示，覆蓋區(qū)域的土壤中全鉀、全鎂及全硼含量顯著提高。[結(jié)論]荔枝枝條粉碎覆蓋1年后能有效改善林下土壤環(huán)境，并一定程度提高土壤肥力，減少營養(yǎng)元素的流失。

關(guān)鍵詞 荔枝;碎枝;覆蓋;土壤;理化特性

中圖分類號 S158.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）05-0159-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.05.044

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract [Objective]To reveal the change process of the field environment under the shredding branches cover， and provide relevant data for the promotion of the cultivation technique. [Method]The experiment had been applied a 10 cm thick cover treatment and uncover treatment. The change of field temperature， water content， physicochemical properties and fertility had been measured after treatments. [Result]After lychee shredding branches cover， the variation of the soil temperature had been narrowed by about 2 ℃， which made the soil temperature was relatively stable. In extreme weather conditions， the effect was more significant， especially for soil moisture. After covering， the soil water content maintained between 10% and 20%， while it was between 5% and 40% in uncovered soil. Moreover， it was found that the soil bulk density had been reduced by 20%， and the total porosity had been increased by about 7% after 1 year cover treatment. It was thought that the physical and chemical properties of soil had been significantly improved during the covering. In addition， the fertility test showed that the available potassium， total magnesium and total boron content was significantly increased in the covered area. [Conclusion]Combined the above results， after 1 year lychee branches shredding cover， the field environment was effectively improved. The loss of nutrients had been reduced， and the soil fertility had been gradually increased.

Key words Lychee;Shredding branches;Cover;Soil;Physicochemical properties

作為嶺南特色水果，廣東省荔枝栽培面積和產(chǎn)量穩(wěn)居全國第一。但其栽培管理技術(shù)仍較傳統(tǒng)，特別是土壤管理方面有待進(jìn)一步提高。長期以來，我國果園多采用“有草必除”的清耕法。其雖有利于果園病蟲害源的清除，但長期運(yùn)用極易導(dǎo)致果園地表裸露、土壤理化特性惡化、肥土大量流失等問題[1]。對于南方本就貧瘠的土壤而言，清耕法很可能造成果園土壤肥力流失、土壤板結(jié)等問題。因此2009年廣東省荔枝園土壤抽樣調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤除有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀等營養(yǎng)元素普遍偏低外，還存在土壤酸化和板結(jié)的現(xiàn)象[2]。為了避免當(dāng)前荔枝園土壤的繼續(xù)惡化，荔枝栽培管理技術(shù)方面急需引入一種新的土壤管理技術(shù)，以改善荔枝園土壤的理化特性，提高土壤肥力狀況，使得荔枝園土壤生態(tài)環(huán)境進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)。

近年來研究顯示地面覆蓋能促進(jìn)土壤生態(tài)環(huán)境的改善。加之北方農(nóng)地采用地面覆蓋具有較好的保水保墑功能[3]。因此在北方現(xiàn)已大面積推廣應(yīng)用秸稈覆蓋還田技術(shù)。采用秸稈等生物覆蓋后，土壤有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)元素含量得到了不同程度的增加[4]。且連續(xù)長時(shí)間秸稈還田能顯著改善土壤物理特性[5]。但不同類型材料覆蓋產(chǎn)生的效果存在差異。覆蓋黑膜、砂石的保水效果比較好，覆蓋小麥秸稈、生草等處理提高土壤肥力效果較好[6]。在南方果園中，人更多關(guān)注的是覆蓋后土壤結(jié)構(gòu)和肥力流失的情況。早前研究指出秸稈覆蓋能有效減輕雨水沖刷對土壤結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)元素的影響[7]。且在砂糖桔園覆蓋研究中也得出相似結(jié)論[8]。

基于地面覆蓋能明顯改善土壤理化性質(zhì)和肥力，筆者通過荔枝枝條粉碎后覆蓋，研究荔枝林下土壤生物覆蓋后土壤溫度、含水量、理化特性及營養(yǎng)元素含量的變化趨勢。一方面解決荔枝園中每年大量修剪下來的枝條的處理問題;另一方面改善荔枝林下土壤保水保肥能力，減少化肥施用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)園區(qū)位于深圳市南山區(qū)荔林公園，屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫在23 ℃左右，極端最高氣溫38.7 ℃，極端最低氣溫0.2 ℃，年平均降雨量為1 933.3 mm。園區(qū)內(nèi)地形以緩坡地為主，土壤多為砂壤土。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用覆蓋材料為2017年冬季大量修剪下來的荔枝枝條，經(jīng)過粉碎和簡單堆漚后鋪設(shè)到試驗(yàn)區(qū)域。該操作過程未對荔枝碎枝進(jìn)行任何其他處理。覆蓋所用荔枝碎枝大小為長5～10 cm，寬2～3 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

所選定試驗(yàn)區(qū)域荔枝林株行距為6 m×8 m或8 m×8 m。單個(gè)處理覆蓋區(qū)域內(nèi)平均含有12棵樹，覆蓋面積約為600 m.2，覆蓋厚度10 cm。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，荔枝碎枝將按照地形均勻平鋪在荔枝林下土壤上。覆蓋區(qū)域內(nèi)全年停止施肥以減少肥料施用對試驗(yàn)結(jié)果的干擾。覆蓋后，每月分3次采用針式溫度計(jì)測量土壤表層10 cm處溫度。測量時(shí)間選擇多云或晴天的10：00以前。每月監(jiān)測數(shù)據(jù)取平均值以代表當(dāng)月土壤溫度。在極端干旱天氣和雨季大雨過后，選取試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)未積水的5個(gè)點(diǎn)用Trime-Pico TDR便攜式土壤水分測定儀測定土表10 cm處含水量變化，取其均值。

1.4 取樣及檢測

2019年1月，在每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)采用“Z”型采樣法采集5個(gè)樣品點(diǎn)，采集前先將覆蓋層均勻地扒開，土表裸露后采集深度0～20 cm的土壤。采用環(huán)刀法測定土壤容重及孔隙變化[9]。另外將單個(gè)處理區(qū)域內(nèi)樣品點(diǎn)的土樣均勻混合后，去除明顯的碎枝、雜屑等雜物，風(fēng)干后測定營養(yǎng)元素及化學(xué)特性[2]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，差異顯著性分析采用SPSS 13.0數(shù)據(jù)分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 碎枝覆蓋后荔枝林下土壤溫度的變化趨勢

2018年3月至2019年3月的荔枝林土壤溫度變化結(jié)果顯示，土壤溫度總體呈先升后降的趨勢，且碎枝覆蓋較未覆蓋處理能明顯降低土壤最高溫，提高土壤最低溫（圖1）。周年來看，土壤最高溫度出現(xiàn)在7—8月，最低溫度則位于12月。但覆蓋處理最高溫度為26.9 ℃，較未覆蓋處理低0.5 ℃，而覆蓋處理最低溫度為17.9 ℃，較未覆蓋處理高2 ℃。這直接使得覆蓋后林下土壤周年溫度變化幅度降低為9 ℃。而同時(shí)期未覆蓋處理土壤周年溫度變化幅度則高達(dá)11.6 ℃。

2.2 極端氣候條件下碎枝覆蓋對土壤溫度和含水量的影響

極端氣候條件下，覆蓋處理后土壤極端溫度和土壤含水量變化幅度較未覆蓋處理明顯縮小（表1）。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，在極端外界高溫和低溫的條件下土壤表面溫度也受到了極大的影響。在極端低溫氣候條件下，未覆蓋處理土壤溫度15.0 ℃，而同時(shí)期覆蓋處理土壤溫度則17.2 ℃。相反，在極端高溫氣候條件下，未覆蓋處理土壤溫度27.0 ℃，而同時(shí)期覆蓋處理土壤溫度則26.5 ℃。土壤含水量方面，干旱季節(jié)未覆蓋處理的土壤含水量約為5%。覆蓋處理的土壤含水量則高達(dá)10%。雨季未覆蓋處理的土壤含水量為40%以上的飽和狀態(tài)，而覆蓋處理的土壤含水量則維持在20%左右。

2.3 不同碎枝覆蓋厚度對林下土壤理化特性的影響

覆蓋處理后，荔枝林下土壤理化性質(zhì)得到了明顯改善（表2）。無論是覆蓋處理，還是未覆蓋處理1年后土壤pH基本未發(fā)生任何變化。但覆蓋條件下，土壤總孔隙度則顯著增加，且容重明顯降低了20%。而未覆蓋的土壤總孔隙度和容重則幾乎未發(fā)生顯著變化。陽離子交換率結(jié)果顯示，覆蓋處理使得土壤陽離子交換率呈顯著下降趨勢，而同時(shí)期未覆蓋土壤則未發(fā)生顯著變化。電導(dǎo)率方面，雖然覆蓋與未覆蓋處理的土壤電導(dǎo)率總體均呈升高趨勢，但未覆蓋處理土壤電導(dǎo)率升高幅度遠(yuǎn)高于覆蓋處理。

2.4 不同碎枝覆蓋厚度對林下土壤營養(yǎng)元素含量的影響

土壤檢測結(jié)果顯示，土壤各營養(yǎng)元素含量整體呈增加趨勢。覆蓋處理明顯提高了土壤礦質(zhì)營養(yǎng)（表3）。比較結(jié)果顯示，雖然覆蓋處理和未覆蓋處理的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷含量均呈增加趨勢，但是未覆蓋處理的增長幅度顯著高于覆蓋處理。其中未覆蓋處理土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量增長了40%左右，而覆蓋處理則增長了10%。但覆蓋處理則顯著提高了土壤礦質(zhì)元素含量，特別是有效鉀和硼元素含量增幅較大。而未覆蓋處理的土壤中礦質(zhì)元素含量則基本維持不變，甚至硼元素含量大幅減少近50%。

3 討論

3.1 碎枝覆蓋使得土壤溫度波動(dòng)幅度降低

根據(jù)周年荔枝林下土表溫度來看，碎枝覆蓋處理未改變林下土壤溫度周年變化趨勢，即12月出現(xiàn)最低溫度，7月出現(xiàn)最高溫度（圖1）。但覆蓋處理與未覆蓋處理之間又存在一些差異。其主要體現(xiàn)在低溫階段，覆蓋處理土壤溫度明顯高于未覆蓋處理，1 ℃ 以上，呈一種保溫效果[10]。而在高溫階段，覆蓋處理則又略降低了土壤溫度，表現(xiàn)出降溫效應(yīng)[11]。在結(jié)合土壤周年變化情況發(fā)現(xiàn)碎枝覆蓋通過降低高溫、提高地溫的效果，來縮小土壤表層溫度變幅，從而為植物根系生長提供一個(gè)更加穩(wěn)定的環(huán)境。

3.2 碎枝覆蓋能一定程度保護(hù)土壤免受外界惡劣氣候的影響

碎枝覆蓋后，土壤表面出現(xiàn)了一個(gè)保護(hù)層，可以較好地保護(hù)土壤免受外界環(huán)境的影響。其使用運(yùn)用不僅能保水保墑，還能提高植物對水分利用率[3]。在外界高溫的氣候條件下，覆蓋形成了一個(gè)隔熱層使得土壤表層溫度較未覆蓋土壤低。而外界低溫時(shí)，覆蓋處理又能提高土壤表層溫度，為植物均衡生長提供了一個(gè)良好的溫濕度環(huán)境[11]。

覆蓋除對土壤溫度的影響外，對土壤含水量也存在較大的影響。地面覆蓋能有效提高土壤含水量，但不同覆蓋材料對土壤含水量提高的程度存在差異[6，12]。在干旱季節(jié)未覆蓋土壤表層含水量偏低。同時(shí)期碎枝覆蓋處理的土壤含水量提高了1倍以上（表1）。在雨季時(shí)，連續(xù)的降雨導(dǎo)致未覆蓋處理土壤含水量接近40%的飽和狀態(tài)。而碎枝覆蓋處理的土壤含水量則維持在20%左右。這一現(xiàn)象在之前的研究中未見報(bào)道。這可能是由于生物覆蓋材料會蓄含一部分水份。這表明碎枝覆蓋通過縮小土壤溫度和含水量的變化幅度，為荔枝園土壤提供一個(gè)保護(hù)層。

3.3 碎枝覆蓋提高土壤理化特性，增強(qiáng)土壤肥力

覆蓋處理直接調(diào)控了土壤的溫濕度。然而長時(shí)間的覆蓋，間接使得土壤的理化特性產(chǎn)生變化。碎枝覆蓋1年后，表土土壤容重顯著降低了20%，總孔隙度提高了7%。這表明生物覆蓋能有效改善容重等土壤理化指標(biāo)[13]，進(jìn)而使得土壤環(huán)境更有利于植物根系的生長發(fā)育。但覆蓋處理未對土壤pH產(chǎn)生影響。這表明1年的碎枝覆蓋僅能改善土壤物理特性，對其化學(xué)特性的影響較小。在分析碎枝覆蓋1年后表土層營養(yǎng)成分時(shí)發(fā)現(xiàn)荔枝碎枝覆蓋僅提高了速效鉀、全鎂和全硼含量，而對速效氮和速效磷含量未見明顯增幅效應(yīng)（表3）。這與早前研究均認(rèn)為覆蓋處理能顯著提高氮、磷、鉀等元素含量存在差異[13-14]。這可能是由于早前研究覆蓋多采用秸稈、稻草和雜草等極易自然分解的生物材料，能在相對短的時(shí)間內(nèi)分解進(jìn)入土壤，提高了土壤營養(yǎng)元素含量。而該試驗(yàn)所用的荔枝枝條相對較難分解，因此在1年時(shí)間內(nèi)難以提高營養(yǎng)元素的目的。但礦質(zhì)元素分析結(jié)果顯示覆蓋后雨水沖刷減輕，土壤中各營養(yǎng)元素流失減少導(dǎo)致的[8]。這可能是導(dǎo)致荔枝碎枝覆蓋后土壤中礦質(zhì)元素較未覆蓋處理大幅增加的原因。

4 結(jié)論

該研究結(jié)果表明，荔枝碎枝覆蓋能有效縮小土壤溫度和含水量變化幅度，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的土壤環(huán)境，有利于植物根系生長發(fā)育;覆蓋后雨水沖刷減輕，進(jìn)一步減少了土壤中各營養(yǎng)元素的流失，特別是礦質(zhì)元素。

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