張露荷,管利兵,黃華梨,張廣忠,王延秀 ,胡秉芬 ,戚建莉,趙 通

(1.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，蘭州 730020；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，蘭州 730070)

紅棗是甘肅沿黃灌區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種，該區(qū)域紅棗園普遍采用清耕制的大水漫灌土壤管理模式。這種粗放、落后的管理模式不僅造成土壤板結(jié)、肥水流失及土壤鹽漬化等一系列土壤退化現(xiàn)象[1-2]，還導(dǎo)致果園產(chǎn)量低、果實(shí)品質(zhì)劣及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值低等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重限制當(dāng)?shù)丶t棗產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此探索適宜的土壤管理模式，改善果園生態(tài)環(huán)境，改良果園土壤狀況，提高棗樹(shù)的產(chǎn)量和品質(zhì)已成為該區(qū)域大棗產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)及果園生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

地面覆蓋是改善植物根區(qū)土壤小環(huán)境的重要措施，在果樹(shù)栽培當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用[3]。目前，覆膜、覆蓋秸稈和果園生草在果園實(shí)際管理中有著廣泛的應(yīng)用。已有的研究證明以上3種覆蓋模式不僅能夠顯著改善果園的土壤溫度、地表空氣濕度，還能有效提高水分的利用效率及果樹(shù)的產(chǎn)量和品質(zhì)[4-5]。從目前有關(guān)覆膜的大量研究來(lái)看，關(guān)于甘肅沿黃灌區(qū)棗園土壤覆膜管理的研究成果相對(duì)較少。因此，研究甘肅沿黃灌區(qū)不同土壤覆蓋方式對(duì)棗園土壤水熱狀況、棗吊生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)的影響，對(duì)于提高水分利用效率，改善果園生態(tài)環(huán)境，尋找科學(xué)、高效、適用的土壤管理方式具有一定的指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)以甘肅沿黃灌區(qū)棗園為研究區(qū)域，通過(guò)探究不同覆蓋處理果園微環(huán)境的變化及對(duì)新梢生長(zhǎng)、棗吊生長(zhǎng)、開(kāi)花坐果、果實(shí)外觀(guān)和內(nèi)在品質(zhì)的影響，旨在探索適宜當(dāng)?shù)氐淖罴淹寥栏采w模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在甘肅省白銀市景泰縣五佛鄉(xiāng)興水村王希祿家棗園中進(jìn)行，試驗(yàn)品種為‘駿棗’，砧木為當(dāng)?shù)亍畧A棗’，栽植密度為2 m×4 m，髙接換優(yōu)3 a生棗樹(shù)，果樹(shù)30 cm處主干直徑達(dá)到25 cm。五佛鄉(xiāng)地處黃河之濱，四面環(huán)山，年降雨量185 mm，蒸發(fā)量3 038 mm，年平均氣溫10.8 ℃，無(wú)霜期160 d，于2016年5-11月進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：玉米秸稈覆蓋(YMG)、覆黑膜(HM)、自然生黑麥草(HMC)及以免耕栽培作為對(duì)照(CK)。方法為將當(dāng)?shù)赜衩锥捚戒佊诠麍@土壤表面，覆蓋厚度為20 cm，第1次覆秸稈要用土或石塊壓一下，防止風(fēng)刮或失火。覆膜為全園覆蓋，膜邊用土壓蓋，地膜采用厚度為0.012 mm，寬度為120 cm的規(guī)格。每個(gè)處理重復(fù)3次。黑麥草為全園種植，黑麥草籽種植密度為35 g·m-2。所有試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)分布，水肥管理、病蟲(chóng)害防治均相同。2016年5月9日澆水，5月10日種黑麥草，5月11日覆玉米稈和覆黑膜。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 棗園微環(huán)境 土壤溫度：從6月8日開(kāi)始，每10 d用曲管地溫計(jì)測(cè)定土壤溫度，測(cè)量深度分為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm，測(cè)定時(shí)間為8:00-18:00，每2 h測(cè)定1次；連續(xù)測(cè)定3個(gè)月，求平均值。

地表空氣相對(duì)濕度的測(cè)定：從6月8日開(kāi)始，用希瑪儀表公司生產(chǎn)的AR827型溫濕度計(jì)每10 d 實(shí)時(shí)測(cè)定濕度日變化，從8:00-18:00，每隔2 h記錄1次數(shù)據(jù)；溫濕度計(jì)靠樹(shù)體主干緊貼地面直立放置 。

1.3.2 葉片光合作用 各處理于2016年6月中旬選3株樹(shù)，每株分別在樹(shù)冠東、西、南、北4個(gè)方向的外圍(距樹(shù)干大于0.6 m) 第1層主枝選取生長(zhǎng)勢(shì)好且長(zhǎng)勢(shì)一致的新梢的第7、8片無(wú)機(jī)械損傷、無(wú)病蟲(chóng)害的2片葉作為測(cè)定葉片，測(cè)量時(shí)盡量保持葉片原來(lái)的位置和角度；每株測(cè)定8片。連續(xù)測(cè)定6-9月4個(gè)月；利用LI-6400便攜式光合測(cè)定分析儀(美國(guó)Li-COR公司生產(chǎn))于晴天9:00-11:00對(duì)凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)和蒸騰速率(Tr)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育 各處理選3株樹(shù)，新梢、棗吊和花蕾發(fā)育觀(guān)測(cè)從6月上旬開(kāi)始，在每棵樹(shù)東、西、南、北4個(gè)方向分上下兩層選取8個(gè)新梢(避免用內(nèi)膛徒長(zhǎng)枝)進(jìn)行測(cè)定，用標(biāo)簽牌依次標(biāo)上序號(hào)，用鋼卷尺每 15 d 測(cè) 1 次新梢長(zhǎng)度；每棵樹(shù)不同方向相對(duì)同一位置選取 8 個(gè)棗吊并掛標(biāo)簽牌，每隔 15 d 測(cè)定其長(zhǎng)度；記錄所選棗吊的花蕾總花數(shù)、花蕾開(kāi)花數(shù)和最終幼果坐果數(shù)。

1.3.4 棗果品質(zhì) 10月初待果實(shí)成熟時(shí)，每種處理按照從下而上分別采摘樹(shù)冠下層、中層、上層的棗果，每層采摘的數(shù)量大體相同；采摘時(shí)盡量包含當(dāng)年生枝和二次生枝棗果，包含木質(zhì)化棗吊和非木質(zhì)化棗吊上的棗果，每個(gè)處理采摘100顆，帶回甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)的測(cè)定。用電子天平分別稱(chēng)單果質(zhì)量、果核質(zhì)量；可食率=果肉質(zhì)量/果實(shí)質(zhì)量×100%；用游標(biāo)卡尺分別測(cè)定棗果的縱橫徑、果核的縱橫徑、果肉厚度，果形指數(shù)=果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑，核形指數(shù)=果核縱徑/果核橫徑；可溶性糖用蒽酮比色法進(jìn)行測(cè)定[6]；可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)用氫氧化鈉滴定法測(cè)定[6]；可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[6]；維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)用2,6-二氯酚靛酚法進(jìn)行測(cè)定[6]；用刀片將棗果肉削到干凈的培養(yǎng)皿中，用電子天平稱(chēng)果肉的濕質(zhì)量，將削好的果肉和培養(yǎng)皿整體放入烘箱中，在85 ℃的環(huán)境下烘24 h，取出后冷卻至室溫，稱(chēng)其干質(zhì)量；棗果含水量=1-干質(zhì)量/濕質(zhì)量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖，用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和差異顯著分析(P≤0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對(duì)棗園微環(huán)境的影響

2.1.1 不同覆蓋方式對(duì)不同土層溫度的影響 從圖1可以看出，同一層土壤溫度在不同處理下的變化趨勢(shì)不同。與免耕區(qū)相比，表層5 cm處，所有處理均降低了土壤溫度，其中生草區(qū)降溫幅度最為顯著，達(dá)5.06 ℃，而覆蓋黑膜處理降溫效果最弱。在10 cm土層處，覆蓋玉米秸稈和生草處理均降低了土壤溫度，但是隨著土壤深度的增加，降溫效應(yīng)逐漸減少。與此相反，覆蓋黑膜處理增加了土壤溫度，并且隨著土層深度的增加，增溫現(xiàn)象更加明顯。究其原因可能是3種處理均能形成土壤和大氣的隔離層，試驗(yàn)進(jìn)行期間能夠減弱太陽(yáng)的輻射。表層土壤溫度由于太陽(yáng)輻射的減弱而降低。但是覆蓋黑膜處理阻止了土壤和大氣之間的水熱交換，導(dǎo)致深層土壤溫度增加，而覆蓋玉米秸稈和生草處理減弱了太陽(yáng)輻射，減少了進(jìn)入土壤中的熱量，降低了深層土壤溫度。

2.1.2 不同覆蓋方式對(duì)棗園地表空氣相對(duì)濕度的影響 由表1可以看出，4種處理6-8月份的地表空氣平均相對(duì)濕度變化總趨勢(shì)基本一致，即平均地表相對(duì)濕度呈上升趨勢(shì)，6月份地表空氣相對(duì)濕度最大的是覆蓋黑膜處理，為43.78%，比免耕高14.78%，差異性顯著。6月份地表空氣相對(duì)濕度各處理從大到小依次是HM>HMC>YMG>CK；7月份果園地表空氣相對(duì)濕度最高的是覆黑膜處理，為56.42%，顯著高于免耕；8月份地表空氣相對(duì)濕度均顯著高于免耕，覆蓋黑膜高達(dá)60.04%，比免耕高18.70%。

YMG.玉米秸稈覆蓋 Maize stalk multching; HMC.自然生黑麥草 Natural grown ryegrass; HM.覆黑膜 Black film covering; CK.免耕栽培 Zero-tillage cultivation；誤差線(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)差，不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。下同 Error bars represent standard deviation,different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.The same below

2.2 不同覆蓋方式對(duì)葉片光合生理學(xué)參數(shù)的影響

從圖2可以看出，不同處理下，葉片光合生理學(xué)參數(shù)的響應(yīng)也不盡相同。與免耕區(qū)相比，所有處理均顯著增加了7、8月的棗樹(shù)凈光合速率和蒸騰速率，增幅大小為HM>YMG>HMC。在8月份，棗樹(shù)的凈光合速率和蒸騰速率均達(dá)到最大值，然而在9月份，二者均達(dá)到最小值。與此不同，覆蓋黑膜處理顯著增加了棗樹(shù)的氣孔導(dǎo)度，但是覆蓋玉米秸稈和種植黑麥草處理沒(méi)有出現(xiàn)顯著性差異。同樣，3種處理的胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)均未表現(xiàn)出顯著差異。

表1 不同覆蓋方式對(duì)果園空氣濕度的影響Table 1 Effect of different mulching on ochard air humidity %

注：同列不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

Note: Different lowercase letters within the same column of the same index indicate that significant difference at 0.05 level.The same below.

圖2 不同覆蓋方式對(duì)葉片光合生理學(xué)參數(shù)的影響Fig.2 Effect of different mulching on photosynthetic physiological parameters of leaf

圖3 不同覆蓋方式對(duì)樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育的影響Fig.3 The effect of different mulching on growth and development of jujube tree

2.3 不同覆蓋方式對(duì)樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由圖3可知，生長(zhǎng)速率在6月25日mass fraction 以后逐漸下降，7月10日mass fraction 以后基本停止生長(zhǎng)。與此相似，棗吊在觀(guān)測(cè)期內(nèi)隨著物候期的推進(jìn)在不斷的生長(zhǎng)，但生長(zhǎng)速率在7月10日mass fraction 之后才逐漸下降。棗吊上花蕾的開(kāi)花數(shù)在6月25日均達(dá)到最大值，所以6月25日左右為開(kāi)花盛期；7月10日為開(kāi)花末期；6月25日YMG、HM、HMC和CK的開(kāi)花數(shù)分別為18.73、28.38、18.06和25.85。

在3種不同的處理下，每吊花數(shù)均顯著少于CK，每吊總花數(shù)從大到小是CK、HM、YMG和HMC，分別是56.20、49.15、47.83和43.20(表2)。與此相反，3種處理顯著增加了棗吊的坐果率，YMG、HM、HMC和CK的坐果率分別是8.89%、8.73%、9.44%和7.56%。而每吊坐果數(shù)則沒(méi)有顯著性差異。

2.4 不同覆蓋方式對(duì)棗果品質(zhì)的影響

如表3所示，果園生黑麥草處理下的單果質(zhì)量顯著高于免耕空白對(duì)照，而覆蓋黑膜處理和覆蓋玉米秸稈處理下的單果質(zhì)量卻顯著低于對(duì)照。與此不同，相對(duì)于對(duì)照，3種處理均顯著增加了棗果的制干率和核型指數(shù)。但不同處理后的果肉厚度、果形指數(shù)、果核質(zhì)量和可食率均無(wú)顯著性差異。

表2 不同覆蓋方式對(duì)棗樹(shù)開(kāi)花坐果率的影響Table 2 Effect of different mulching on flowering fruit rate of jujube

表3 不同覆蓋方式對(duì)棗果實(shí)外觀(guān)品質(zhì)的影響Table 3 The effect of different mulching on jujube fruit external quality

如表4所示，與免耕區(qū)相比，果園生草、覆蓋玉米秸稈和覆黑膜下的棗果含水率分別顯著下降了1.67%、2.27%和6.03%。而紅棗中維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照，分別增加了12.02%、1.66%、10.60%。果園種植黑麥草處理顯著提高了果實(shí)中可溶性糖和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但是覆蓋玉米秸稈和覆黑膜下的棗果相比于對(duì)照則沒(méi)有顯著性差別。同樣，3種處理均沒(méi)有顯著改變棗果中可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表4 不同覆蓋方式對(duì)棗果內(nèi)在品質(zhì)的影響Table 4 The effect of different mulchingonjujube fruit internal quality

3 討 論

本研究表明，對(duì)果園進(jìn)行覆膜、覆蓋秸稈和果園生草3種處理后，均對(duì)土壤微環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。對(duì)果園進(jìn)行覆蓋和生草后，提高果園的相對(duì)濕度，但只有覆蓋黑膜處理增加顯著。然而土壤溫度對(duì)3種處理表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。除覆蓋黑膜增加了深層土壤溫度外，其他2種處理均降低了土壤溫度，但隨著土壤深度的加深，降溫和增溫幅度均有所減少。這樣現(xiàn)象的產(chǎn)生，有研究認(rèn)為覆蓋以后形成的隔離層，具有反射作用和隔離作用，能夠阻止環(huán)境條件進(jìn)入土壤層，也會(huì)阻止土壤層的水熱氣等流動(dòng)到大氣中去，這樣勢(shì)必會(huì)形成2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生態(tài)環(huán)境，果園的空氣相對(duì)濕度主要是通過(guò)阻止或者加速土壤水分的蒸發(fā)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的[7]。類(lèi)似的研究在蘋(píng)果園、玉米地、梨園等均有實(shí)際應(yīng)用，且降溫效果明顯[8-10]，極大緩解了夏季極端高溫對(duì)樹(shù)體表層根系的傷害[11,14-15]。但關(guān)于覆蓋地膜提高了土壤溫度的研究也有相關(guān)報(bào)道[9,16]；歸其原因，果園和農(nóng)田相比有其獨(dú)特性，前人研究表明與免耕對(duì)照相比，果園覆蓋秸稈和果園生草后在地表上形成一層與大氣熱交換的障礙層，不但減少了到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射，而且減少了土壤熱量向大氣中散發(fā)，同時(shí)吸收長(zhǎng)波輻射，吸收和轉(zhuǎn)化部分太陽(yáng)能[12]，但隨著土層的加深，覆蓋對(duì)土壤溫度的調(diào)節(jié)作用減小[13]。覆膜顯著增加果園地表相對(duì)濕度，有利于果園空間的熱容量增加，減緩氣溫急劇升高，減輕果實(shí)的灼傷，有利于果園果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

果樹(shù)的表觀(guān)變量和生理生態(tài)指標(biāo)也是影響果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素之一。本研究表明，不同土壤覆蓋方式對(duì)果肉厚度、果形指數(shù)、果核質(zhì)量及可食率的影響不顯著，但卻顯著提高了七八月份果樹(shù)的凈光合速率和葉片蒸騰速率。覆蓋黑麥草處理下果實(shí)的可溶性糖、維生素C和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于免耕空白對(duì)照。相關(guān)研究表明，果園相對(duì)濕度對(duì)蘋(píng)果的光合作用有明顯的影響，果園空氣相對(duì)濕度太低，蒸騰作用就增強(qiáng)，光合速率就會(huì)降低；反之，呼吸作用加強(qiáng)，影響碳水化合物的積累[17]。侯方舟等[18]研究表明地膜覆蓋相較于無(wú)覆蓋和稻草覆蓋處理，能更好地積蓄熱量，起到很好的保溫作用，而稻草覆蓋有平抑地溫、減小穴內(nèi)溫度波動(dòng)的作用，覆蓋栽培能增強(qiáng)烤煙生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的光合特性，以稻草覆蓋效果最佳；覆蓋栽培相較于裸栽有效提高了株高、葉數(shù)和葉面積等指標(biāo)。覆草改善了蘋(píng)果樹(shù)的生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)[19]。趙鵬等[20]研究表明覆蓋秸稈和枝條可以增加梨的可溶性糖和可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。侯建安[21]研究表明，覆蓋地膜配以適當(dāng)施肥，可以增加棗樹(shù)葉片光合作用，促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)，改善品質(zhì)，尤其能顯著提高果實(shí)總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)。與免耕對(duì)照相比，果園生黑麥草、覆膜和覆玉米稈能顯著增加果園相對(duì)濕度，提高果樹(shù)的光合速率。與覆蓋黑膜相比，果園生黑麥草處理雖然具有較低的光合速率，但是由于其較低的葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度使果樹(shù)的呼吸作用減弱，因而增加了果實(shí)中可溶性糖、維生素C和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的累積量。周婷婷等[22]研究表明，旋耕秸稈覆蓋處理紅棗單果質(zhì)量大，然而本研究中覆蓋黑膜處理和覆蓋玉米秸稈處理下的單果質(zhì)量顯著低于免耕空白對(duì)照，這一結(jié)果應(yīng)該是由本試驗(yàn)取樣問(wèn)題所導(dǎo)致的。

4 結(jié) 論

綜上所述，6-8月份，覆蓋玉米秸稈、黑膜和種植黑麥草能不同程度地改變0～25 cm的土溫，表層土溫變化幅度最為明顯，隨著土層的加深，變化幅度減少；不同覆蓋方式不同程度地增強(qiáng)了同一層次土壤溫度的相對(duì)穩(wěn)定性。人工種植黑麥草后不同深度地溫的穩(wěn)定性最大。甘肅沿黃灌區(qū)棗園覆蓋黑麥草、黑膜和玉米稈在夏秋季生長(zhǎng)期能顯著改善果園地表相對(duì)濕度，有利于果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)的改善。土壤不同覆蓋方式均能提高地表空氣相對(duì)濕度、凈光合速率、坐果率、棗果制干率；以覆蓋黑膜提高空氣相對(duì)濕度和凈光合速率的幅度最大，以種植黑麥草提高坐果率和制干率的幅度最大。土壤不同覆蓋方式均能提高果實(shí)維生素C和可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)；棗園種植黑麥草能顯著增加果實(shí)的單果質(zhì)量和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。綜合以上因素，甘肅沿黃灌區(qū)棗樹(shù)生產(chǎn)上推薦以生黑麥草作為土壤覆蓋方式。