不同地面覆蓋材料對(duì)綠洲蘋果園土壤環(huán)境的影響

兗 攀，王久照，姜繼元，陳奇凌

(新疆農(nóng)墾科學(xué)院林園研究所/庫(kù)爾勒香梨種質(zhì)創(chuàng)新與提質(zhì)增效兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】新疆綠洲果園灌溉后蒸發(fā)量大，水分利用效率低。地面覆蓋不僅可以抑制雜草，還具有保持土壤水分，減少蒸發(fā)損失，提高水分利用率的作用，是一種重要的節(jié)水保墑技術(shù)措施[1,2]。地面覆蓋做為一種應(yīng)用技術(shù)，效果因材料種類和特性、覆蓋方法、生態(tài)條件[3]等不同而有差異。研究不同地面覆蓋材料對(duì)新疆綠洲蘋果園土壤環(huán)境的影響，對(duì)地面覆蓋材料的科學(xué)應(yīng)用有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】地面覆蓋技術(shù)是果園地面管理系統(tǒng)(OFMs orchard floor management systems)中的一種主要技術(shù)，包括有機(jī)覆蓋和無(wú)機(jī)覆蓋[4,5]。有機(jī)覆蓋包括植物秸稈、植物廢棄物等[6]，如稻草[7]、麥稈、玉米稈[8]、大豆稈[9]樹(shù)皮、干草、海草、鋸末[5]、泥炭[10]等。無(wú)機(jī)覆蓋包括地膜[8]、園藝地布[11]、無(wú)紡布[12]、礫石[13]、河沙[14]等加工材料或天然無(wú)機(jī)材料。有機(jī)覆蓋的主要優(yōu)點(diǎn)是增加土壤有機(jī)質(zhì)，在夏季高溫時(shí)降低土壤溫度，但缺點(diǎn)是早春土壤升溫較慢，不利于果樹(shù)根系活力的恢復(fù)[15]。地膜、地布的主要優(yōu)點(diǎn)是輕便快捷，早春土壤升溫快[16]，但不能向土壤供應(yīng)有機(jī)養(yǎng)分。國(guó)內(nèi)對(duì)果園地面覆蓋的研究主要在渭北[8]、隴東[14]、內(nèi)蒙古[13]等半干旱區(qū)，山東[10]、山西[16]、河北[17]、遼寧[15]等半濕潤(rùn)區(qū)，濕潤(rùn)區(qū)果園也有一些研究[18]。【本研究切入點(diǎn)】對(duì)處于干旱區(qū)的新疆南疆綠洲果園研究較少。覆蓋對(duì)土壤影響主要在土壤溫度[3,15,17]、濕度[3,8,13]、土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分[14,16,18]、土壤酶及微生物活性[19,20]、土壤pH[21]、鹽分[22]等?，F(xiàn)階段新疆南疆一些新建的矮砧密植蘋果園正在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，但地面覆蓋對(duì)土壤環(huán)境的影響還不清楚。需研究不同覆蓋材料對(duì)土壤溫度的調(diào)控效果，分析水鹽在根區(qū)土層中的分布規(guī)律?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置普通無(wú)紡布、聚丙烯無(wú)紡布、聚乙烯編織布、黑色防水布、白膜、黑膜6個(gè)覆蓋處理，對(duì)比研究土壤環(huán)境的差異，為科學(xué)的使用覆蓋材料提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)地位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師54團(tuán)(38.5°N，77.1°E)，年無(wú)霜期220 d左右，年平均氣溫12.3℃，年日照時(shí)數(shù)2 965 h，年平均降水量56.6 mm，無(wú)霜期192 d，晝夜溫差大。土壤為砂質(zhì)土，0～30 cm土層平均土壤容重1.53 g/cm3，有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分含量低，偏堿性。品種為煙富8，矮化自根砧，砧木為M9T337，定植2 a，株行距1 m×4 m。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇4種地布和2種地膜，共6種覆蓋材料進(jìn)行單因素試驗(yàn)：普通無(wú)紡布(NW)、聚丙烯無(wú)紡布(PP)、聚乙烯編織布(PE)、防水布(TA)、透明白膜(WP)、黑膜(BP)，白膜和黑膜統(tǒng)稱為地膜。每處理50 m2，重復(fù)3次，以清耕裸地為對(duì)照。2020年4月2日(積雪完全融化后)，沿種植行兩側(cè)，各鋪設(shè)一道0.8 m寬的地布地膜，每種材料鋪設(shè)100 m長(zhǎng)，鋪設(shè)前先將地整平，鋪設(shè)后用松土掩埋周邊固定。試驗(yàn)區(qū)灌溉方式為漫灌，指標(biāo)測(cè)定在灌溉后30 d進(jìn)行。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 透光率、透水率和透氣率

透光率采用Spectrum 3415F光量子計(jì)，光源光照強(qiáng)度為900 μmol/(m2·s)，測(cè)定覆蓋不同材料后的光照強(qiáng)度，其值與光源光照強(qiáng)度的比值為透光率。透水率采用最下方有放水口的玻璃瓶，在相同水量、水位和水壓前提下，分別測(cè)定不同材料在單位時(shí)間內(nèi)從放水口留出的水的質(zhì)量，其值與對(duì)照(無(wú)材料封堵)的比值為透水率，透氣率參照透水率的數(shù)據(jù)。

1.2.2.2 覆蓋材料破損率及雜草覆蓋度

破損率=破損面積/單位面積，雜草覆蓋度=雜草覆蓋面積/單位面積，均在地面覆蓋5個(gè)月后統(tǒng)計(jì)。

1.2.2.3 土壤溫濕度

于2020年8月下旬，用自動(dòng)溫度記錄儀測(cè)定土壤日均溫，測(cè)定位置在主干一側(cè)40 cm處(地面覆蓋材料寬度的中間)，測(cè)定深度為5m、20 cm。用烘干法[23]測(cè)定土壤質(zhì)量含水量，取樣位置同土壤溫度，取樣深度為10、20和30 cm，取樣時(shí)間為09：00、13：00、17：00和21：00，每處理重復(fù)3次。

1.2.2.4 土壤pH值

用pH計(jì)測(cè)定，取樣深度為0 cm(表層)、10 cm、20 cm，取樣時(shí)間為17點(diǎn)，每處理重復(fù)3次，土樣風(fēng)干15 d后，按水土比2.5:1[23]測(cè)定。

1.2.2.5 土壤電導(dǎo)率EC值

用電導(dǎo)率儀測(cè)定，取樣方法同土壤pH值，按水土比5∶1[23]測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 21.0軟件進(jìn)行方差分析、Duncan多重比較和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋材料的特性及對(duì)雜草的影響

研究表明，地面覆蓋后，顯著降低了雜草覆蓋度，從100%降至10%以下，但普通無(wú)紡布的雜草覆蓋度依然較高，普通無(wú)紡布和聚丙烯無(wú)紡布的透水率和透氣率均較高，聚乙烯編織布的透水性和透氣性較低。防水布、白膜和黑膜不透水也不透氣，防水布由于較厚，無(wú)破損，無(wú)雜草，地膜由于較薄，易被堅(jiān)韌雜草頂破，且易產(chǎn)生人為破壞，有少量雜草。表1

表1 覆蓋材料特性

2.2 不同覆蓋材料對(duì)土壤溫度的影響

研究表明，對(duì)照土壤表層溫度峰值出現(xiàn)在18 h，深層溫度峰值出現(xiàn)在24 h，表現(xiàn)出滯后性，滯后6 h，與熱量在土壤中的傳輸有關(guān)。鋪設(shè)覆蓋材料后，峰值時(shí)間并未發(fā)生顯著變化，覆蓋并未改變熱量傳輸?shù)乃俾?。黑膜土壤表層溫度日較差為17.36℃，白膜為14.73℃，防水布為13.02℃，均大于對(duì)照的12.61℃，與其增溫保溫作用有關(guān)，而其余材料均小于對(duì)照。普通無(wú)紡布、聚丙烯無(wú)紡布和聚乙烯編織布的顏色深且透氣好，黑膜土壤深層溫度日較差為5.66℃，大于對(duì)照的4.69℃，而其它材料均小于對(duì)照。黑膜最低溫僅有20.89℃，比白膜低了3.34℃，黑膜雖然能提高土壤表層溫度，但由于其不透光和黑色吸熱的特性，傳輸?shù)较聦油寥赖臒崃枯^白膜少。

表層土壤溫度最大值，黑膜>白膜>防水布>對(duì)照>聚乙烯編織布>普通無(wú)紡布和聚丙烯無(wú)紡布，與對(duì)照相比，不透氣材料增溫，透氣材料降溫。深層土壤溫度最大值，白膜>黑膜>對(duì)照>防水布>聚乙烯編織布>聚丙烯無(wú)紡布>普通無(wú)紡布，地膜增溫作用最大。地膜表層土壤溫度可達(dá)36.6℃(白膜與黑膜的平均值)，比對(duì)照高5.3℃，深層土壤溫度可達(dá)26.8℃，比對(duì)照高2.1℃。地膜的土壤日均溫也較高，表現(xiàn)出增溫作用，其它材料表現(xiàn)出降溫作用，普通無(wú)紡布的土壤日均溫最低。圖1

注：豎線為日較差

2.3 不同覆蓋材料下土壤濕度變化

研究表明，地膜表層土壤濕度最高可達(dá)15.5%(白膜與黑膜的平均值)，比對(duì)照高1.8%，中層土壤濕度可達(dá)16.7%，比對(duì)照高1.5%，而深層土壤濕度為18.7%，比對(duì)照低1%。地膜有增加土壤濕度的作用，且在表層表現(xiàn)較明顯。各覆蓋材料的土壤日均濕度與對(duì)照差異不顯著，地膜的土壤濕度為13.1%，高于對(duì)照0.2%，而其它材料均低于對(duì)照，其中聚丙烯無(wú)紡布最低，地布未表現(xiàn)出增濕作用。圖2

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著，P<0.05

2.4 不同覆蓋材料對(duì)土壤酸堿度的影響

研究表明，對(duì)照土壤pH值大致在8.5～9.5，為堿性土，表層土壤堿性顯著低于中層和深層土壤。地面覆蓋后，防水布和白膜顯著提高了表層土壤的pH值，普通無(wú)紡布和聚丙烯無(wú)紡布則顯著降低了pH值。中層和深層土壤，覆蓋后的土壤pH值與對(duì)照差異不顯著。覆蓋處理并未顯著降低土壤堿性，根據(jù)10 cm和20 cm土層pH值的平均值，聚丙烯無(wú)紡布和聚乙烯編織布增加了土壤堿性。圖3

圖3 不同覆蓋材料下土壤pH值變化

2.5 不同覆蓋材料對(duì)土壤鹽分含量的影響

研究表明，與土壤pH值相反，隨土壤深度增加，EC值呈降低趨勢(shì)，表層土壤堿性顯著高于中層和深層土壤。地面覆蓋后，聚乙烯編織布、聚丙烯無(wú)紡布和黑膜顯著提高了表層土壤的EC值。但在10 cm和20 cm土層，所有覆蓋處理和對(duì)照的EC值基本在同一水平，無(wú)顯著差異。覆蓋并未顯著降低根區(qū)土壤鹽分含量，僅對(duì)表層土壤鹽分有一定影響。圖4

圖4 不同覆蓋材料下土壤EC值變化

2.6 不同覆蓋材料對(duì)土壤指標(biāo)間相關(guān)性的影響

研究表明，對(duì)照土壤溫度與濕度顯著正相關(guān)，土壤濕度與酸堿度顯著正相關(guān)，但與鹽分含量顯著負(fù)相關(guān)。與對(duì)照相比，地布覆蓋有降低指標(biāo)間相關(guān)性的趨勢(shì)，而地膜覆蓋則有增強(qiáng)指標(biāo)間相關(guān)性的趨勢(shì)，尤以白膜最為突出。表2

3 討 論

3.1地膜具有增溫作用，與許多研究結(jié)果[16,17,22]一致，地布則表現(xiàn)出降溫作用，因?yàn)楹谏夭甲钃鹾臀樟瞬糠痔?yáng)輻射，傳入土壤的熱量減少[24]。黑色地膜雖然增溫，但也因顏色較深，與白膜相比，減少了深層土壤的熱量。地膜和地布具有相反的溫度調(diào)節(jié)功能，在生產(chǎn)中應(yīng)有不同的應(yīng)用。在秋冬季和春季以保溫和增溫為主要目的時(shí)，可考慮使用地膜，以保護(hù)根系、促進(jìn)根系活力恢復(fù)。在生長(zhǎng)季以防草和降溫為主要目的時(shí)，可使用地布。

3.2地膜也具有一定的保水作用，與許多研究結(jié)果[8,16,17]一致，但地膜覆蓋主要提高了0～20 cm表層土壤的含水量，30 cm處的土壤含水量卻低于對(duì)照。卜玉山等[16]認(rèn)為由于地膜滲水性差影響了降水對(duì)土壤水的補(bǔ)充，認(rèn)為與覆膜的增溫作用有關(guān)，一方面熱量的提高增強(qiáng)了土壤的蒸發(fā)能力，水分上移，另一方面蒸發(fā)的水分被地膜阻擋，返還到土壤，使表層土壤水分高于對(duì)照。地膜的這種作用，使土壤水分的垂直分布更加均勻，但也可能會(huì)抬高根系分布層。地面覆蓋的保濕作用并不明顯，可能跟漫灌后控水時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān)，初期保持的水分在大地長(zhǎng)期的蒸散作用下消耗殆盡，今后的研究還應(yīng)持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，也有必要在滴灌條件下開(kāi)展研究[22]。

3.3一些研究[21,24]發(fā)現(xiàn)覆蓋能降低土壤pH值，而研究并未發(fā)現(xiàn)明顯改善，可能與土壤類型不同有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)一些覆蓋材料顯著提高了表層土壤的EC值，但對(duì)整個(gè)土層影響不大，與Shahnavaz等[25]的結(jié)果一致，研究表明[22]地布覆蓋可以降低鹽分，可能跟土壤類型和灌溉制度不同有關(guān)。地面覆蓋技術(shù)還需結(jié)合土壤改良、排鹽、水肥一體化等技術(shù)，才能可能達(dá)到降鹽降堿目標(biāo)。

4 結(jié) 論

4.1大多數(shù)覆蓋材料可顯著降低雜草覆蓋度，從100%降至10%以下，但質(zhì)地柔軟的普通無(wú)紡布防草效果較差。

4.2地面覆蓋對(duì)土壤溫度和濕度的峰值有顯著影響，但對(duì)均值影響不顯著。地膜表層土壤溫度可達(dá)36.6℃，比對(duì)照高5.3℃，深層土壤溫度可達(dá)26.8℃，比對(duì)照高2.1℃。地膜的土壤日均溫較高，表現(xiàn)出增溫作用，其它材料表現(xiàn)出降溫作用。

4.3地膜的土壤濕度為13.1%，高于對(duì)照0.2%，而其它材料均低于對(duì)照，地布未表現(xiàn)出增濕作用。

4.4地面覆蓋對(duì)土壤表層酸堿度有顯著影響，最大增加3.2%，但在10 cm和20 cm土層，無(wú)顯著差異。

4.5地面覆蓋后，聚乙烯編織布、聚丙烯無(wú)紡布和黑膜顯著提高了表層土壤的EC值，最大提高82.1%。但在10 cm和20 cm土層，無(wú)顯著差異。