王春麗，楊建利，王周禮，張 智，陳文杰

(陜西省雜交油菜研究中心，陜西楊陵 712100)

中國(guó)黃土高原溝壑區(qū)海拔800～1500m，具有北方旱寒區(qū)的典型氣候特點(diǎn)，土地資源豐富，光照充足，晝夜溫差大，干旱寒冷，溫度和降雨量從東南到西北遞減。當(dāng)?shù)啬杲邓?50mm左右,主要集中于6—9月，而且分布不勻,風(fēng)沙干旱年時(shí)有發(fā)生；夏季溫涼，平均極端最高溫度37.9℃，冬季寒冷，極端最低溫度可達(dá)-20℃以下。當(dāng)?shù)刂饕屈S綿土，土層厚而松，由于長(zhǎng)期以來(lái)受到強(qiáng)烈的土壤侵蝕，土壤中的養(yǎng)分嚴(yán)重?fù)p失，有機(jī)質(zhì)含量很低，土壤理化性質(zhì)惡化，土壤板結(jié)，通氣透水性能降低，土壤肥力和質(zhì)量較差。當(dāng)?shù)睾岛臍夂蛱攸c(diǎn)及瘠薄的土壤條件嚴(yán)重影響作物的生長(zhǎng)。

黃土高原溝壑區(qū)是世界公認(rèn)的蘋果最佳適生區(qū)，蘋果種植面積巨大，僅延安地區(qū)蘋果面積已超過(guò)20萬(wàn)hm2，是陜西省蘋果主要產(chǎn)區(qū)之一。干旱和土壤瘠薄嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)靥O果產(chǎn)量和品質(zhì)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)毓麍@土壤有機(jī)質(zhì)平均含量普遍不足1%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家4%～8%的平均水平[1]；當(dāng)?shù)靥O果園養(yǎng)分投入量偏低，其中化肥提供的N、P2O5和K2O占養(yǎng)分總投入量的80%以上，有機(jī)肥投入嚴(yán)重不足[2]。

果園施用有機(jī)質(zhì)可提高土壤保水保肥能力，促進(jìn)果樹根系生長(zhǎng)，增加根系在深層土壤中的分布，提高根系活力，促進(jìn)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收和向果實(shí)中的轉(zhuǎn)移，顯著增加蘋果產(chǎn)量，并可增加果實(shí)可溶性糖、維生素C、可溶性固形物含量，提高糖酸比，改善蘋果品質(zhì)，使蘋果果面光潔、個(gè)大、優(yōu)果率較高[3-5]。大量的研究表明，種植綠肥可以改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，降低土壤的體積質(zhì)量，增加土壤孔隙度和含水量，改良土壤沙、黏、酸、堿、鹽等障礙因子，調(diào)節(jié)土壤氮、磷、鉀庫(kù)，促使土壤中固定的營(yíng)養(yǎng)元素的釋放，促進(jìn)土壤微生物和酶的活性，逐步提高土壤肥力水平[6]。田間長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與不翻壓綠肥地塊相比，種植、翻壓綠肥的田塊土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀及速效磷含量顯著增加，土壤微生物活性、土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性顯著提高[7-9]。

為了改善土壤瘠薄的狀態(tài)和增加土壤有機(jī)質(zhì)，黃土高原地區(qū)從上世紀(jì)90年代就開(kāi)始推廣果園套種并翻壓豆科綠肥如苜宿、沙打旺、黃豆等，但沒(méi)有取得突破性進(jìn)展。紫花苜宿、沙打旺是多年生牧草，可在土壤中形成密集的根系層，引起土壤水分的過(guò)度消耗；黃豆種植成本較高、產(chǎn)草量少；黃豆和牧草的耗水高峰均在6—8月份，正值蘋果膨大、生長(zhǎng)和需水需肥的關(guān)鍵時(shí)期，易與果樹爭(zhēng)水爭(zhēng)肥。

油菜是1a生養(yǎng)地作物，種質(zhì)資源豐富，可分為白菜型、甘藍(lán)型、芥菜型等類型以及冬性、春性等品種。油菜具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和抗逆性,耐寒、耐旱，對(duì)土壤肥力要求不高，坡地、低洼地都可很好地生長(zhǎng)，是北方旱寒區(qū)新型油料作物和生態(tài)作物。油菜春、夏、秋三季都可播種，在雨季播種的油菜可迅速形成較大生物量，且不會(huì)象多年生牧草那樣形成密集厚實(shí)的根系層，避免和果樹爭(zhēng)水爭(zhēng)肥。油菜植株中營(yíng)養(yǎng)元素含量豐富，莖葉易于腐爛，種子廉價(jià)，種植成本低，因而比其他綠肥更具有推廣優(yōu)勢(shì)。

本研究針對(duì)黃土高原溝壑區(qū)果園春季干旱缺水、土壤瘠薄以及當(dāng)?shù)貝毫拥纳鷳B(tài)環(huán)境，利用當(dāng)?shù)厍锛径嘤甑臍夂蛱攸c(diǎn)，于夏末秋初在山地蘋果園行間套種不同類型不同品種的油菜，入冬前翻壓還田，檢測(cè)其對(duì)土壤水分、養(yǎng)分含量的影響，以篩選宜作綠肥的油菜類型，探討在耗水較少的條件下能有效培肥土壤的綠肥還田技術(shù)模式，解決黃土溝壑區(qū)果園土壤瘠薄的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，以促進(jìn)蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地位于陜西省延安市寶塔區(qū)河莊坪鎮(zhèn)余家溝村(36°11′～37°09′N，109°21′～110°03′E)的山地果園內(nèi)，海拔1 300 m；研究區(qū)域冬春干旱、秋季多雨，年平均降雨量500 mm 左右，年均氣溫9.4 ℃，無(wú)霜期170～186 d。該區(qū)域土壤質(zhì)地為黃綿土，土質(zhì)疏松，土層深厚。試驗(yàn)地為地勢(shì)平坦的臺(tái)田，蘋果主栽品種為4 a生雨養(yǎng)紅富士(MaluspumilaMill)，八棱海棠作砧木，種植密度為5 m×4 m，平均樹干直徑為17.8 cm，平均樹高為2.6 m，平均冠幅直徑為2.3 m。套種油菜為：‘2002’(V1)、‘春陜2B’(V2)、‘2013’(V3)、‘1721-1B’(V4)、‘浩油11’(V5)、‘09鑒8’(V6)、‘延油2號(hào)’(V7)、‘天油7號(hào)’(V8)、‘天油10號(hào)’(V9)、‘天油8號(hào)’(V10)和‘隴油8號(hào)’(V11)11個(gè)品種；其中V1、V2、V3、V4為甘藍(lán)型(BrassicanapusL.)冬性品種，V5為白菜型(BrassicacampestrisL.)春性品種，V6、V7、V8、V9、V10、V11為白菜型(BrassicacampestrisL.)冬性 品種。

在果園行間距果樹主桿1.2 m套種油菜，油菜行距0.40 m、株距0.10 m、種植密度約25 萬(wàn)株·hm-2，播種時(shí)間為2018-08-14，油菜出苗時(shí)間8月22日前后。統(tǒng)一耕作、統(tǒng)一施肥管理、全程無(wú)灌溉。記載各油菜品種生長(zhǎng)情況。

試驗(yàn)設(shè)置果園套種并翻壓不同品種油菜的處理、以及不種油菜免耕空白(Blank)處理，以不種油菜并用旋耕機(jī)淺耕田為對(duì)照(Control)。秋季雨季來(lái)臨前在果樹行間套種不同品種油菜，秋末(10月30日)用旋耕機(jī)將油菜淺耕還田。每個(gè)油菜品種設(shè)3個(gè)小區(qū)的重復(fù)，重復(fù)內(nèi)各油菜品種隨機(jī)排列，小區(qū)面積12 m2(3.0 m×4.0 m)。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 油菜地上(莖葉)、地下部分(根)生物學(xué)產(chǎn)量、地上部分干質(zhì)量、主根長(zhǎng)度 每小區(qū)選取生長(zhǎng)均勻有代表性區(qū)域，用0.8×1.0 m2取樣框取樣，割取油菜地上部分，稱鮮質(zhì)量并換算，計(jì)為地上生物學(xué)產(chǎn)量(S)；統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)油菜株數(shù)并挖出油菜的根系部分，抖凈泥土，稱量并換算，計(jì)為地下生物學(xué)產(chǎn)量(R)；3次重復(fù)。測(cè)量單株主根長(zhǎng)度， 5次重復(fù)。

將樣方內(nèi)油菜地上部分在105 ℃殺青30 min，然后在60 ℃下烘至恒量，稱量干質(zhì)量，換算成單位面積油菜地上部分干質(zhì)量。3次重復(fù)。

1.2.2 土壤水分含量 分別于油菜生長(zhǎng)旺盛期(10月8日)、翌年春季(3月18日，4月18日)用土鉆分段取0～20、20～40、40～60 cm土層的土壤，裝入鋁盒，土壤水分含量測(cè)定采用烘干稱重法。3次重復(fù)。

1.2.3 單位面積耗水量及單位耗水生物學(xué)產(chǎn)量(干質(zhì)量) 采用環(huán)刀法分別測(cè)量土壤剖面上0～20、20～40、40～60土層土壤體積質(zhì)量 (g·cm-3)，5次重復(fù)。

根據(jù)各層土壤體積質(zhì)量分別計(jì)算0～20、 20～40、40～60土層單位面積的土壤體積質(zhì)量[W，(g·m-3)]；與對(duì)照相比，計(jì)算各土層土壤水分含量的減少值(D，%)；再根據(jù)Cn=W×D，分別計(jì)算0～20、20～40、40～60土層單位面積土壤水分的減少量[Cn，(g·m-3)]，各層土壤水分減少量的總和作為單位面積0～60 cm 土層土壤的耗水量[即單位面積耗水量，(g·m-3)]。

根據(jù)單位面積上油菜地上部分干質(zhì)量及單位面積耗水量，換算單位耗水地上部分的生物學(xué) 產(chǎn)量。

1.2.4 土壤養(yǎng)分含量 油菜翻壓當(dāng)天于還田前(Before soil-returning,BR)(10月29日)和還田后(After soil-returning,AR)的次年春季(3月17日)，分別采集耕層0～20 cm土壤，測(cè)定其養(yǎng)分含量。土壤有效磷含量的測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀含量的測(cè)定采用醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)比色法，堿解氮含量的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表制作，采用 DPS V 7.55進(jìn)行方差分析，應(yīng)用Duncan’s新復(fù)極差法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 果園行間套種并翻壓油菜對(duì)土壤水分含量的影響

在油菜生長(zhǎng)旺盛期，如圖1所示，淺耕空白(Blank)與對(duì)照相比無(wú)顯著差異；甘藍(lán)型冬性品種V1、V2、V3、V4處理的0～20 cm和V3處理的20～40、40～60 cm土層土壤水分含量均顯著低于對(duì)照，而V1、V2、V4處理20～40、40～60 cm土層土壤水分含量與對(duì)照相比差異不顯著；白菜型冬性品種V8、V9、V10處理的0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤水分含量均顯著低于對(duì)照，而品種V6、V7、V11處理的0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤水分含量沒(méi)有顯著變化；白菜型春性品種V5處理的0～20 cm土層水分含量顯著低于對(duì)照。即在油菜生長(zhǎng)過(guò)程中、甘藍(lán)型冬性品種和白菜型春性品種主要消耗并影響0～20 cm土層的土壤水分，而白菜型冬性品種會(huì)導(dǎo)致0～60 cm土層的土壤水分含量降低。

如圖2所示，與對(duì)照相比，油菜翻壓還田后翌年3月份，甘藍(lán)型品種V1、V3處理的0～20 cm、V2處理的40～60 cm土層土壤水分含量顯著降低；白菜型春性品種V5及白菜型冬性品種V8、V9、V10處理的0～20、20～40、40～60 cm、V7處理的20～40 cm 、V11處理的40～60 cm土層土壤水分含量均顯著低于對(duì)照；其余處理(包括淺耕空白Blank)各層次土壤水分含量與對(duì)照相比差異不顯著?？梢?jiàn)，秋季種植并翻壓甘藍(lán)型冬性品種油菜主要引起翌年春季3月份0～20 cm土層土壤水分含量的降低，而白菜型春性及其冬性品種會(huì)導(dǎo)致翌年3月份0～60 cm土層土壤水分含量的降低,秋末淺耕對(duì)翌年3月份土壤水分含量無(wú)顯著影響。

如圖3所示，油菜翻壓還田后翌年4月份，甘藍(lán)型品種V3、V4處理的0～20 cm土層、V2處理的0～20、40～60 cm土層土壤水分含量顯著低于對(duì)照，白菜型春性品種V5及其冬性品種V6、V11處理的0～20 cm土層、V7處理的0～20、40～60 cm土層、V7、V8、V9處理的0～20、20～40、40～60 cm土層土壤水分含量均顯著低于對(duì)照，其余處理(包括淺耕空白Blank)各層次土壤水分含量與對(duì)照相比差異不顯著。顯然，秋季種植并翻壓甘藍(lán)型冬性及白菜型春性油菜主要使翌年4月份0～20 cm土層土壤水分含量降低，而白菜型冬性油菜可使翌年4月份0～60 cm土層土壤水分含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，秋末淺耕對(duì)翌年4月份土壤水分含量無(wú)顯著影響。

2.2 不同品種油菜單位面積耗水量及單位耗水地上部分生物學(xué)產(chǎn)量的比較

比較不同品種油菜在生長(zhǎng)季節(jié)單位面積0～60 cm土層的耗水量(圖4-A)，可以看出，甘藍(lán)型冬性品種V3及白菜型冬性品種V8、V9、V10耗水較多，甘藍(lán)型冬性品種V1、V2、V4及白菜型春性品種V5、白菜型冬性品種V6、V7、V11耗水較少。反之，單位耗水地上部分生物學(xué)產(chǎn)量(干質(zhì)量)較大的有品種V1、V11，其次是V2、V4、V5、V6、V7，而品種V3及V8、V9、V10單位耗水的生物學(xué)產(chǎn)量最小(圖4-B)。即大多數(shù)甘藍(lán)型冬性品種及部分白菜型(春性和冬性品種)油菜秋季單位面積的耗水量較少、且單位耗水的生物學(xué)產(chǎn)量 較大。

2.3 不同品種油菜地上及地下部分生物學(xué)產(chǎn)量的比較

如表1所示，參試品種油菜秋末地上部分鮮質(zhì)量由大到小依次是V10>V5>V3>V11> V2>V8>V9>V7>V4>V1>V6，白菜型品種V10、V5最大，其次是甘藍(lán)型品種V3(V5與V3間無(wú)顯著差異)，再次是甘藍(lán)型品種V2與白菜型品種V11、V8、V9(這幾個(gè)品種間無(wú)顯著差異)，甘藍(lán)型品種V1、V4及白菜型品種V6、V7的地上部分鮮質(zhì)量相對(duì)較小。品種間比較，秋季甘藍(lán)型油菜與白菜型油菜形成的地上部分莖葉鮮質(zhì)量未呈有規(guī)律的變化。

根部鮮質(zhì)量由大到小依次是V11>V10> V6>V7>V8>V3>V9>V5>V2>V1>V4，白菜型冬性品種V10、V11的根鮮質(zhì)量最大，顯著高于其他品種，其次是白菜型品種V6、V7、V8、V9及甘藍(lán)型品種V3，白菜型春性品種V5及甘藍(lán)型品種V2、V1、V4根鮮質(zhì)量顯著低于其他品種(表1)。甘藍(lán)型冬性品種的根與莖葉鮮質(zhì)量的比值(根/莖葉)為0.102～0.131，白菜型春性品種為0.087，白菜型冬性品種為0.150～0.258，白菜型冬性品種植株根與莖葉鮮質(zhì)量的比值明顯大于甘藍(lán)型冬性和白菜型春性品種(表1)。冬前主根長(zhǎng)以白菜型冬性品種V6最大，其次是V11、V10及V7、V8、V9，這些品種的冬前主根長(zhǎng)均顯著大于甘藍(lán)型冬性品種V1、V2、V3、V4，白菜型春性品種V5與甘藍(lán)型品種間無(wú)顯著差異(表1)。顯然，品種間比較油菜植株冬前形成的根系生物量、根與莖葉鮮質(zhì)量的比值、根系深度，白菜型冬性品種顯著大于甘藍(lán)型冬性品種，白菜型春性品種的根系生物量及主根深度與甘藍(lán)型冬性品種間無(wú)顯著差異。

表1 不同品種油菜地上及地下部分生物學(xué)產(chǎn)量

2.4 油菜翻壓還田對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

和翻壓前相比較，甘藍(lán)型冬性品種V1、V2及白菜型冬性品種V7翻壓還田后顯著提高土壤速效磷含量，白菜型春性品種V5翻壓后土壤速效磷含量顯著降低，其余的甘藍(lán)型冬性品種V3、V4和白菜型冬性品種V6翻壓對(duì)土壤速效磷含量影響不顯著(圖5-A)。品種V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7翻壓還田均顯著提高土壤速效鉀 (圖5-B)、對(duì)土壤堿解氮含量均無(wú)顯著影響(圖5-C)。品種V1、V5還田顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，V7還田后土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著降低(圖5-D)?？傊仕{(lán)型及白菜型油菜秋季翻壓均顯著增加翌年春季土壤速效鉀含量，翻壓甘藍(lán)型冬性油菜的土壤速效磷含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，白菜型春性品種翻壓有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，但土壤速效磷含量顯著降低。

3 討論與結(jié)論

夏閑地種植綠肥可使綠肥翻壓前、小麥播前、開(kāi)花期直至收獲后0～200 cm土層土壤貯水量和剖面水分含量顯著降低[10-12]。和清耕相比，果園種植白三葉和鴨茅降低0～120 cm土層土壤水分含量[13]。草木棲生長(zhǎng)頭1 a對(duì)土壤水分的影響深度至少可達(dá)50 cm以上,2 a生草木棲返青后如果繼續(xù)生長(zhǎng),到第2年雨季前土壤含水量( 特別是下層土壤)顯著低于休閑地[14]。本研究結(jié)果顯示，秋末淺耕對(duì)果園行間土壤水分含量影響不顯著；不同類型油菜生長(zhǎng)過(guò)程中耗水不同，甘藍(lán)型冬性品種普遍耗水量較少，單位耗水地上部分生物學(xué)產(chǎn)量較高，種植翻壓后可降低生長(zhǎng)當(dāng)季及翌年3、4月份0～20 cm土層土壤水分含量；而白菜型油菜品種間差異較大，有些品種單位面積耗水量較少，而有些品種單位面積耗水量較多且單位耗水地上生物學(xué)產(chǎn)量較??；種植翻壓后，白菜型冬性及春性品種可使當(dāng)季及翌年3、4月份0～60 cm土層土壤水分含量顯著降低，且這種降低趨勢(shì)4月份大于3月份。

不同種類的綠肥對(duì)土壤水分的影響與其生物量大小及其根系的深度密切相關(guān)，生物量過(guò)大、根系較深都會(huì)引起土壤水分的過(guò)度消耗。本研究中，白菜型春性品種地上莖葉的生物量大，甘藍(lán)型及白菜型冬性油菜地上莖葉的鮮質(zhì)量呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律的變化，而白菜型冬性品種根鮮質(zhì)量、根與莖葉鮮質(zhì)量的比值(根/莖葉)以及主根長(zhǎng)度均顯著大于甘藍(lán)型品種，故白菜型春性及冬性品種通過(guò)吸收消耗均使秋季及翌年春季較深層的土壤水分含量明顯減少，而甘藍(lán)型冬性油菜秋季形成的根系生物量較少、分布較淺，通過(guò)吸收消耗主要影響秋季及翌年春季較淺層的土壤水分含量。

綠肥翻壓是改良土壤的有效途徑。種植豆科綠肥能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量，顯著提高水分生產(chǎn)效率[12]。夏閑期翻壓綠肥顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、活性有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀及硝態(tài)氮含量，并顯著增加后茬小麥開(kāi)花期、收獲期土壤有效磷含量[10,15]。油菜植株干草含氮量可達(dá)到 2.52%、含磷量(P2O5)約為1.53%、含鉀量(K2O)約為2.57%，油菜作綠肥壓青顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、堿解氮、速效鉀、速效磷等的含量，降低土壤體積質(zhì)量，增加土壤毛管孔隙度，抑制病原菌，還可以調(diào)整土壤pH；稻田油菜綠肥不僅能顯著增加早稻產(chǎn)量，且后效明顯、顯著增加晚稻產(chǎn)量[16-18]。本研究中，秋末翻壓甘藍(lán)型冬性油菜使翌年春季土壤中速效鉀含量顯著增加，土壤速效磷含量有明顯的增加趨勢(shì)；白菜型春性品種由于其地上生物量較大，翻壓還田顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)及速效鉀含量；白菜型冬性品種翻壓還田顯著增加土壤速效鉀含量，而對(duì)其他土壤養(yǎng)分的影響存在品種間差異。

總之，黃土高原溝壑區(qū)秋雨季節(jié)果園套種油菜可迅速形成較大的生物量，油菜植株水分含量高，易于腐爛，翻壓還田后能明顯提高土壤肥力。其中甘藍(lán)型冬性油菜在生長(zhǎng)季節(jié)單位面積耗水量較少，單位耗水的地上生物學(xué)產(chǎn)量較大，植株根系較小、分布淺，種植后主要影響秋季到翌年春季20 cm以內(nèi)淺層土壤的水分含量，翻壓還田顯著增加土壤速效鉀含量，速效磷含量亦有明顯的增加趨勢(shì)，因此更適宜作為綠肥在黃土高原區(qū)種植。另外，油菜還田增加土壤速效鉀含量的效果顯著，可能是由于油菜腐解過(guò)程中要釋放出較多的有機(jī)酸，使土壤中一部分固定態(tài)的鉀釋放出來(lái)，這有待于進(jìn)一步研究。