2018, Vol. 26
苹果(Malus pumila Mill.)属于蔷薇科(Rosacase)苹果属, 为世界4大水果之一, 我国苹果面积及产量分别占世界苹果总产量和面积的50%以上。甘肃陇东黄土高原为我国苹果优势产区, 面积占全国11.11%, 产量占8.75%(2015年甘肃农村年鉴), 已成为当地脱贫致富的支柱性产业。采用以海棠(Malus spp.)为主的乔化砧木, 品种以‘长富2号’为主的长枝型晚熟苹果栽培在陇东占有主导地位。自20世纪70年代‘富士’品种引入我国, 在陇东80年代出现第1次栽培高潮, 现有成龄园主要为90年代初期栽植, 树龄在20年左右, 占总面积的80%以上, 承担着主要经济收益。但该区干旱少雨、霜冻等自然灾害频发, 始终影响着苹果产业的健康发展, 抗旱栽培成为保证苹果持续稳产的重要措施。
地膜覆盖作为干旱半干旱区一项有效保墒措施, 因简便易行, 已在北方大田作物上广泛应用; 而秸秆覆盖和砂石覆盖也得到部分推广。相关领域学者普遍认为覆膜在改善土壤水热状况、活化土壤养分、提高产量、提高养分和水分利用效率方面作用显著, 但同时也有因地温升高造成有机质矿化[1]和硝态氮淋溶[2], 耗水量大[3], 水分利用效率也不高的报道[4]; 秸秆覆盖改变了地面热量平衡, 在协调地温、提高土壤水分含量, 改变田间耗水规律, 提高产量方面作用显著, 并兼有良好的生态效益, 但也有因地温降低明显造成减产的报道[5]。砂石覆盖为一种传统的保墒措施, 主要分布在西北各省, 具有增温保墒, 排盐压碱等作用, 报道相对较少。这3种覆盖在果园中效果如何, 近年来也有了初步研究, 内容大多侧重于土壤保墒[6], 其次为对部分土壤理化性状[7-9]或土壤微生物和酶类的影响等[10]。而因地面覆盖产生的土壤环境、近地面生态效应及树体地上地下生长的系统研究鲜见报道, 缺乏全面的效应评价和机理探究。苹果为深根性多年生树种, 根系可达数米, 已有水分测定土层多在1 m范围之内[6], 甚至仅在土壤表层[7, 9], 长期覆盖对较深土层水分分布的影响和利用还比较缺乏。现有研究基本以膜和秸秆两种材料覆盖为主, 鲜有将包括沙石在内3种不同性质的材料在同一大龄盛果期果园覆盖多年作系统比较。
本文在19年生苹果园连续3年采用麦秸、细河沙和黑色地膜等材料进行覆盖, 较系统地研究了不同覆盖条件下土壤5 m内水分动态、表层土壤温度、土壤理化性状、近地表环境、树体营养与生殖生长等效应, 分析不同覆盖对各环境因子和树体生长的影响, 以及因此引起果园耗水量不同的主要原因, 探讨不同性质材料的覆盖特征, 分析其机理并提出改进措施, 为生产提供可靠的理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验设在甘肃省泾川县飞云乡元朝村, 属半干旱完全雨养农业区; 当地年均气温10 ℃, 无霜期174 d, 年平均日照2 274 h, 年平均降雨量在450 mm左右, 常年多风, 年蒸发量在1 300 mm以上。试验区为黑垆土, 土层深度 > 10 m, 0~1 m内土壤容重平均为1.316 g·cm-3, 田间持水量29.48%。有机质11.78 g∙kg-1, 全氮0.97 g∙kg-1, 碱解氮68.81 mg∙kg-1, 全磷0.72 g∙kg-1, 有效磷25.95 mg∙kg-1, 全钾21.4 g∙kg-1, 速效钾218.2 mg∙kg-1。品种为‘长富2号’, 19年生, 基砧为怀来海棠(Malus robusta Rehd), 树形自由纺锤形, 主枝数13个, 树高3.0 m; 株行距2.0 m×3.0 m, 南北行向。施肥情况:每年株施尿素1 kg(N46.4%), NPK复合肥1.7 kg(N17%、P2O510%、K2O18%)。试验区设有自动气象站。2011年、2012年和2013年的降雨量如表 1, 其中2013年花芽膨大期(3月26日)至新梢停长期(6月3日)、新梢停长期(6月4日)至果实采收前(10月1日)的降雨量分别为109 mm、495.9 mm。
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表1 2011—2013年的试验区降雨量 Table 1 Rainfall in 2011-2013 in the study area |
于2010年11月17日树叶落尽后, 选择树体长势相近的集中地块试验。包括CK共4个处理, 分别为覆草、覆沙、覆膜和无覆盖处理, 3次重复, 完全随机排列, 小区共计面积120 m2。覆草处理:用当地产麦秸全园均匀覆盖地面, 经踩踏紧实厚度为23 cm(51 000 kg·hm-2), 每年春季补充麦秸至原厚度。覆沙处理:用粒径1~3 mm洗净的细河沙全园均匀覆盖, 厚度为7 cm连续覆盖。覆膜处理:先于树行两侧起垄, 成内高外低的“八”字型微垄, 树根颈处高7 cm左右, 垄宽1.2 m, 坡度≤5°, 垄面覆盖厚0.008 mm、宽1.4 m的黑色微膜, 膜边用土压实, 每年春季在原位置换新膜覆盖。对照(CK)清耕, 常规管理。
1.3 测定指标和方法水分测定:每小区1株, 3次重复; 分别于2011年(3月25日、4月28日、5月31日、6月15日、8月13日、9月25日)、2012年(4月30日、6月1日、6月30日、9月3日、9月26日)和2013年(3月26日、6月3日、10月1日)取土; 位置为行间距试验株主干1.2 m的树冠近外围处(覆膜处理在膜边沿), 20 cm一层, 测定土层2011年0~100 cm, 2012年0~200 cm, 2013年0~500 cm, 烘干法测定(105 ℃, 10 h)土壤质量含水量。2013年按公式W=h×p×b×10计算土壤储水量[W为土壤储水量(mm), h为土层深度(cm), p为土壤容重(g·cm-3), b为土壤质量含水量(%)][4]。其中0~1 m土壤容重各处理采用实测值, 1~5 m均采用文献[11]。按公式ET=P-ΔW计算不同生育期及全生育期内群体蒸散量(ET为该生育期内群体蒸散量(农田耗水量), P为该时段降雨量, ΔW为作物该生育期间土壤储水变化量)[3]。以均值比较。
土温测定:温度计安置在近树冠外围距主干1.0 m的两株间, 沿行向在同一水平线上由北向南依次插入5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm长度5支直插式曲管温度计, 间距1~2 cm, 每处理一组。在3—11月每月的5日、10日、15日、20日、25日和30日测定, 遇雨延后; 每日选在早晨6:30左右日出前后, 中午14:30左右和下午18:30左右日落前后共3次; 不同深度的日均温以每天3次的均值计, 各月以6 d的均值比较, 并以此最大值与最小值之差为生长期地温变幅; 不同深度地温日变幅为一天中的最大值与最小值之差, 各月以6 d的均值比较。
地上小气候测定:离地面50 cm高度, 树冠下距树干50 cm处悬挂干湿温度计测量气温和相对湿度, 2011年每日测定时间同地温记录; 以每日3次的均值代表当日的气温和相对湿度, 各月以6 d的均值比较。
比叶重测定: 2013年8月中旬, 每处理3株, 选择树冠外围大于30 cm的长枝中部成熟混合叶片(一般从基部上数第7~8片叶)100片, 用美国产激光叶面积仪CI-203型扫描计算总叶面积; 此后用105 ℃杀青30 s, 再置入70 ℃烘箱连续烘24 h以上至恒重, 称总叶干重。比叶重=总叶干重/总叶面积(g·m-2)[12]。
果实品质测定: 2011—2013年9月底—10月初果实成熟期, 单株重复, 每株随机采摘树冠中部一大枝上处于树冠外围及内膛的15个果实, 1周后测定各个性状, 2013年包括果实水分含量并计算鲜产量或干产量, 按公式WUE=Y/ET计算产量水平水分利用效率(WUE为鲜产量或干产量水平水分利用效率, Y为鲜产量或干产量, ET为生育期内群体蒸散量)[3]。以均值比较。
土壤养分测定: 2011—2013年11月中旬, 每处理按“S”形5点随机取样, 每样点靠近树冠投影外缘, 取0~60 cm深度土样, 每20 cm一层(0~20 cm, 20~40 cm, 40~60 cm), 共3层, 同层土样均匀混合密封, 及时送测。测定内容包括有机质等17个指标。各指标采用常规法测定。
土壤容重:环刀法测定。
土壤根系测定:壕沟法测定[13]。2013年11月中旬, 单株重复, 于试验株树冠投影中部沿行向挖一条宽度200 cm, 深100 cm的垂直剖面, 每20 cm一层(0~20 cm, 20~40 cm, 40~60 cm, 60~80 cm和80~100 cm)共5层, 分别调查不同粗度根系数量。
枝类组成调查: 2011—2013年于落叶后的11月中旬, 单株重复, 调查试验株新梢生长量及其枝类组成, 并计算出各类枝所占百分数。以均值比较。
1.4 数据统计分析方法采用DPS 8.5, 选择Duncan检验进行差异显著性比较, 采用Microsoft Excel 2003软件绘制图表。
2 结果与分析 2.1 不同覆盖材料对苹果园土壤水分的影响 2.1.1 连续覆盖的保墒效果由表 2知, 2011—2013年从花芽膨大至幼果期为降雨稀少的干旱期, 0~100 cm土层的平均含水量3种覆盖处理基本显著(P < 0.01)高于CK, 以干旱较重的2011年规律最明显, 且表现出WM处理的水分含量高而稳定, 其次为SM处理及FM处理; 0~200 cm土层的平均含水量(2012—2013年)WM处理显著(P < 0.05)高于CK外, 其他覆盖处理与CK间差异不明显; 0~500 cm土层的平均含水量(2013年)各覆盖处理显著(P < 0.05)高于CK。
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表2 不同覆盖材料处理的苹果各生育期果园土壤含水量 Table 2 Soil moisture contents at different growth stages of apple under different mulching materials |
由图 1知, 覆盖3年后, 3月下旬苹果花芽膨大期, 各覆盖处理0~40 cm的土壤含水量显著(P < 0.01)高于CK; FM处理各土层的含水量始终较高。6月初新梢停长期, 不同覆盖处理100~200 cm的土壤含水量接近, 200 cm以下土层的含水量随深度差别逐渐明显, 其中280~500 cm土层含水量WM处理和SM处理均显著(P < 0.01)高于FM处理和CK。10月初果实成熟期, 各种处理不同土层含水量分布趋势相似, 但FM处理在140~340 cm间各土层显著(P < 0.01)低于CK, 在160~500 cm间各土层显著(P < 0.01)低于WM处理和SM处理, 深层水分未能补偿。
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图 1 苹果花芽膨大期(a)、新梢停长期(b)和果实成熟期(c)不同覆盖材料处理0~500 cm土层含水量 Figure 1 Soil moisture contents in 0-500 cm soil layer at flower bud expanding (a), shoot growth withhold (b) and maturity (c) stages of apple under different mulching materials WM、SM、FM和CK分别代表覆盖麦草、覆盖细河沙、覆盖黑色地膜和不覆盖对照。WM, SM, FM and CK in table represent wheat straw mulching, sand mulching, black film mulching and no mulching, respectively. |
同样可知, WM处理3个时期0~80 cm土层含水量始终保持随土层深度逐渐降低, 100~500 cm土层含水量变动较大, 果实成熟期各土层的含水量基本恢复到花芽膨大期前。SM处理3个时期各土层水分分布相似, 0~60 cm土层含水量基本随土层深度逐渐降低, 以0~120 cm土层的含水量变动大, 果实成熟期各土层的含水量基本得到了恢复。FM处理3个时期0~100 cm各土层含水量始终较高, 100~500 cm土层含水量变动大, 140~500 cm土层含水量未恢复到花芽膨大期。CK处理3个时期0~200 cm土层含水量变动明显大, 200 cm以下土层含水量变动小呈接近平行的下降趋势, 成熟期400~500 cm土层的含水量未能恢复到花芽膨大期。
由表 3知, 覆盖第3年的苹果花芽膨大期各覆盖处理0~500 cm土壤储水量均显著高于CK, FM处理又显著高于SM处理和WM处理, 表现出不同的保墒作用。新梢停长期FM、CK和SM处理的储水量较前期有不同程度降低, 而WM提高, 但不同处理均显著高于CK, 且相互间存在显著差异, 储水量顺序为WM处理 > SM处理 > FM处理 > CK。成熟期各处理的储水量较新梢停长期提高, 其中WM处理和SM处理均显著高于CK和FM处理; 其次除FM处理外, 其他处理的储水量都超过花芽膨大期。各处理叶幕形成前耗水量均较少, 占整个果实采摘前耗水总量的14.5%~38.6%;而WM处理和SM处理的耗水量又显著低于CK(分别低出66.2%和59.7%), FM处理的耗水量显著高于CK和其他覆盖处理(高33.9%~296.4%)。叶幕形成后到采收期各处理的耗水量均较高, 达采摘前耗水总量的61.4%~85.5%, 且各覆盖处理的耗水量都显著高于CK(高出8.6%~36.0%)。从花芽膨大的3月下旬至果实采摘的10月初耗水总量WM处理和SM处理低于CK但不显著, 而FM处理显著高于CK和其他覆盖处理(高26.1%~33.5%)。
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表3 不同覆盖材料处理苹果园0~500 cm土壤储水量及耗水量 Table 3 Soil water storage and water consumption in 0-500 cm soil layer of apple orchard under different mulching materials |
由图 2知, 各处理不同深度土温变化趋势总体相似。3—6月和8月地温上升, WM和CK处理5~25 cm 5个土壤深度及其平均日均温在8月出现峰值(CK处理5~10 cm土温在6—8月份较平稳), SM处理和FM处理的峰值在6月(除FM处理25 cm在8月外); 地温表现为FM处理 > SM处理 > CK > WM处理, 以较浅深度的地温差异较大。与CK相比, WM处理3月5 cm地温低4.27 ℃(P < 0.05), 4—6月份各深度地温低3.41~ 8.79 ℃(P < 0.01)。而FM处理5—6月份各深度地温比CK高1.47~4.05 ℃, 差异显著(P < 0.05)。5~25 cm平均地温表现为: WM处理4—6月份比CK低3.76~7.15 ℃(P < 0.05), FM处理5—7月份比CK高2.30~2.80 ℃(P < 0.01)。9—11月地温下降, 降幅大小基本同之前地温顺序, 表现为FM处理 > WM处理 > SM处理或CK, 但差异小。
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图 2 不同覆盖材料处理苹果园苹果生长期5~25 cm各土壤深度日均温动态变化 Figure 2 Dynamic changes of daily average temperatures of different layers of 5-25 cm soil of apple orchard under different mulching materials during apple growth season WM、SM、FM和CK分别代表覆盖麦草、覆盖细河沙、覆盖黑色地膜和不覆盖对照。WM, SM, FM and CK in table represent wheat straw mulching, sand mulching, black film mulching and no mulching, respectively. |
3月份各处理10 cm以下地温低于7 ℃, 根系未开始生长[13], 4—11月份基本在生长范围内。根系生长期各处理5个深度及平均地温变幅顺序均为FM处理(13.89~18.28 ℃) > SM处理(13.99~16.37 ℃) > CK(13.23~14.90 ℃) > WM处理(10.96~13.01 ℃), 并且地温变幅均随土壤深度加大而减小。
3—8月各处理日均地温随深度逐渐降低, 温差也逐月缩小(WM处理除3月外), 同月不同土温温差表现为FM处理(0.01~5.91 ℃) > CK(0.02~5.42 ℃) > SM处理(0.08~3.26 ℃) > WM处理(0.02~1.24 ℃); 9—11月份各处理(除FM处理各深度接近外)逐渐转为随深度地温升高, 土温温差总体变小, 在0.01~1.27 ℃之间, 规律性不再明显(图 2)。
2.2.2 5~25 cm土壤温度日变幅动态由图 3知, 3—11月份4个处理5~25 cm不同深度地温日变幅均随深度逐渐降低, 其中3—9月份又随月份逐渐降低, 10—11月份有所升高。3—11月份不同深度地温日变幅顺序为WM处理 < SM处理 < CK < FM处理(3—4月份FM处理 < CK)。其中, WM处理5~15 cm土壤(3—11月份)和20~25 cm土壤(6—7月份)的日变幅均显著(P < 0.05)低于CK。5~25 cm土壤平均地温日变幅WM处理3—11月份显著(P < 0.05)低于CK, 而FM处理7月份显著(P < 0.05)高于CK。
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图 3 不同覆盖材料处理苹果园苹果生长期5~25 cm各深度地温日变幅动态 Figure 3 Dynamic changes of temperature daily amplitudes of different layers of 5-25 cm soil of apple orchard under different mulching materials during apple growth season WM、SM、FM和CK分别代表覆盖麦草、覆盖细河沙、覆盖黑色地膜和不覆盖对照。WM, SM, FM and CK in table represent wheat straw mulching, sand mulching, black film mulching and no mulching, respectively. |
由图 4知, 不同材料覆盖处理离覆盖层50 cm处的气温除11月份外基本为WM处理 < CK < FM处理 < SM处理, 相差0~1.7 ℃, 差异不显著。相对湿度的大小顺序与气温相反, WM处理较CK提高3.18%~18.13%。7—10月份WM处理的相对湿度为87.6%~96.8%, 其中7月份和9月份显著(P < 0.05)高于其他处理(67.7%~86.5%), 8月份和10月份显著(P < 0.05)高于SM处理(分别为75.4%和66.9%)。
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图 4 不同覆盖材料处理苹果园苹果生长期近地表气温及相对湿度动态 Figure 4 Dynamic changes of near-surface temperature and relative humidity of apple orchard under different mulching materials during apple growth season WM、SM、FM和CK分别代表覆盖麦草、覆盖细河沙、覆盖黑色地膜和不覆盖对照。WM, SM, FM and CK in table represent wheat straw mulching, sand mulching, black film mulching and no mulching, respectively. |
由表 4知, 同土层各年份有机质及各大量、中微量元素含量总体表现为WM处理 > CK > FM处理 > SM处理(2011年主要是大量元素有效速效养分含量基本SM处理 > CK, 中微量元素SM处理 > CK或WM处理), 相互间多差异显著(P < 0.01), 且随年份规律性越明显。WM处理各土层有机质、大量(除20~60 cm土层全磷外)和中微量元素总体随年份以较大幅度增加, 2013年较2011年分别增加9.32%~29.09%、23.28%~167.5%和25.00%~603.46%; SM处理各土层有机质、碱解氮和水溶性钙以较大幅度降低, 分别降低5.57%~15.57%、21.92%~45.12%和28.57%~ 50.00%; FM处理0~20 cm土层有机质降低4.27%。各处理养分含量基本随土层逐渐降低, 但硝态氮SM处理各年份随土层深度逐渐增加为主, 而CK以降低为主, WM处理和FM处理由表层含量高, 1年后均下移至20~40 cm土层。土壤全盐量WM处理和FM处理0~20 cm土层均显著(P < 0.01)低于CK, SM处理0~60 cm各土层均显著(P < 0.01)低于其他处理。
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表4 不同覆盖材料处理苹果园0~60 cm土壤理化性状 Table 4 Soil physical and chemical properties in 0-60 cm layer of apple orchard under different mulching materials |
土壤pH总体WM处理较低, 但SM处理始终随土层深度逐渐升高。2013年FM处理0~20 cm土层容重显著(P < 0.05)低于CK。
2.5 不同覆盖材料对苹果园不同深度土层苹果根系的影响连续覆盖3年后, 2013年11月中旬苹果各级根系如图 5。< 1 mm的根系WM处理随土层深度增加逐渐减少, 0~20 cm土层WM处理显著(P < 0.01)高于其他处理; CK先随土层加深逐渐增多后又逐渐降低, 在40~60 cm土层最高且显著(P < 0.05)高于其他处理; 其他覆盖处理在20~80 cm土层较高。1 mm以上根系各处理在不同土层变化不大, 各处理间差异基本不显著。
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图 5 不同覆盖材料处理苹果园0~100 cm土层苹果不同级别根系分布 Figure 5 Distribution of apple roots with different diameters in 0-100 cm soil layers of apple orchard under different mulching materials WM、SM、FM和CK分别代表覆盖麦草、覆盖细河沙、覆盖黑色地膜和不覆盖对照。同一土层不同小写字母和大写字母分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。WM, SM, FM and CK in table represent wheat straw mulching, sand mulching, black film mulching and no mulching, respectively. Bar with different lowercase letters and capital letters in the same soil depth indicate significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively. |
由表 5知, 各覆盖处理与CK的生长量在2011年差别较小, 但2012年后各覆盖处理生长量均大于CK, SM处理的新梢长度在2012年和2013年分别比CK高30%和38.9%(P < 0.05)。2013年各覆盖处理比叶重均高于CK。试验期间各处理新梢粗、总枝量及枝类比例间差异均不显著。
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表5 不同覆盖材料处理下苹果树体生长量、枝类组成及比叶重 Table 5 Growth amount, shoots composition and specific leaf weight of apple trees under different mulching materials |
由表 6知, 各种覆盖处理的单果重第一年(2011年)以SM处理较高, 后两年(2012—2013年)以WM处理最高。其他性状差异较小。
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表6 不同覆盖材料处理下苹果果实性状 Table 6 Fruit qualities of apple under different mulching materials |
由表 7知, 干物质含量覆盖处理低于CK。鲜产量及干产量覆盖处理均高于CK, 其中WM处理鲜产量显著(P < 0.05)高于CK。鲜产量水分利用效率和干产量水分利用效率的顺序均为WM处理 > SM处理 > CK > FM处理, WM处理的鲜产量水分利用效率较其他处理显著(P < 0.01)提高(高18.7%~55.9%)。
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表7 不同覆盖材料处理下苹果产量及水分利用效率 Table 7 Yield and water use efficiency of apple under different mulching materials |
试验结果表明, 果园覆盖麦草首先对土壤水分产生明显影响。覆草不但保墒作用显著, 使表层土壤含水量高而稳定, 而且协调了土壤水分时空供应, 即在叶幕未完全形成前显著降低了土壤的无效蒸发, 而在叶幕形成后果实膨大期的需水关键期[14]显著增加了树体的有效蒸腾, 使果实整个发育阶段耗水总量低于不覆盖处理, 以利于产量形成。其次, 果园覆草降低了春夏季土壤温度, 提高了秋季土壤温度, 在整个生长期根层土壤的温度变幅显著低于对照, 有利于根系生长及养分的吸收供给[13, 15]。另外, 覆草明显提高了表层土壤有机质含量, 增加了各种养分尤其是速效钾含量(2013年较2011年分别增加29.1%和55.3%), 但覆草的1~2年0~20 cm土层的碱解氮显著降低, 这与土壤微生物分解腐化麦草消耗大量氮素有关[8]。同时, 覆草抑制土壤盐分表聚, 与棉花大田研究结果相同[16], 但水溶性镁的含量显著降低未有报道。麦草覆盖对土壤容重的影响不大, 这与有关报道结果不同[7-8], 可能是由于本试验麦草连年未做耕翻还田有关。覆草后土壤表层细根显著增多的结果与有关报道一致[13, 15-17]。
麦草覆盖对近地微域环境也产生了明显影响, 近地温度降低、湿度提高, 这与地面有效辐射减少有关[18], 但对苹果开花物候期没有明显影响。
3.2 细沙覆盖具有良好的保墒和促进树体生长发育的作用, 但土壤养分降低较大试验结果表明果园覆盖细河沙其一具有良好的保墒作用, 0~500 cm土层内的含水量总体高于不覆盖, 与张义等[19]用大粒砂石覆盖结果不同, 可能与所用砂石粒径大小和覆盖厚度不同有关[20]。细沙覆盖耗水规律与麦草覆盖相同, 耗水总量略低于不覆盖与同一区域通过茎流测定蒸腾[21]的结论基本一致。其二细沙覆盖主要提高了4—7月5~25 cm各土壤温度, 但增幅较小, 这可能与细沙层的热传导较小及良好通透性有关。其三细沙覆盖0~60 cm土层有机质及各种养分含量随覆盖年限呈现出先增后降的趋势, 全盐量也始终显著低于不覆盖处理, 与许强、宋日权等[22-23]对砂田研究的结论相似。其原因可能是较厚的细沙层有利于雨水接纳入渗[24]以及形成的土壤水温环境促进了有机质的分解和潜在肥力的有效化[22]。另外, 覆沙使近地表气温有所升高, 5月份增幅最明显, 但全年增幅不大, 这可能与地面有效辐射有关[18]。覆沙后促进了树体生长发育, 增加了产量, 这与之前的相关研究结果一致[19, 25]。
3.3 黑膜覆盖保墒集雨作用显著, 但土壤耗水量也较明显果园树盘起垄覆盖黑色地膜具有显著的保墒集雨作用, 其突出的优点不但能够减少土壤蒸发, 而且可将大多数无效降雨(< 5 mm)通过垄面集雨转变为有效降雨, 在树盘垄面地膜边侧局部降雨富集, 并向膜下侧渗和土壤深层下渗, 使降雨得到有效保蓄, 而膜侧下部正是苹果60%~70%根系的分布区域, 满足了水分对根系的供给。但是, 研究发现连续地膜覆盖3年后, 幼果期至果实成熟期140~500 cm土层的含水量低于不覆盖, 水分消耗大, 未能在秋季丰水期降雨后恢复。同时, 覆膜后果实整个发育阶段的耗水量始终显著高于不覆盖, 此结果与同一区域树干茎流测得的规律一致[26], 也与大田作物的相关试验结果相同[3]。覆膜后土壤耗水量增高的原因可能与地膜增温提墒促进树体水分利用[13, 26-28]、加速行间裸露土壤水分蒸发, 以及暴雨后径流损失等因素相关。黑色地膜对自然光反射率较低[29], 大部分光能被其吸收转化为土壤的热能[30]。果园覆盖黑膜后5~20 cm地温明显升高, 6月份以前较不覆膜增温幅度最大, 但对近地面气温影响甚微。
黑膜覆盖后随着年限的延长0~20 cm土层有机质总体呈降低趋势, 这与同一试验区相关研究结果一致[10], 而全氮、碱解氮、有效硼及有效锌含量也始终显著低于不覆盖处理(其中有效锌在0~60 cm土层), 这可能与土壤表层地温偏高、水热气等适宜微生物繁衍, 有机质的矿化和无机态养分的转化加速, 树体吸收利用消耗养分更多有关[10]。但黑膜覆盖同样降低了0~20 cm土层盐份[31]。覆膜后水分垂直蒸发受阻, 土壤水分从深层上移至地表后经蒸发凝结在膜表面, 再回落、入渗至土壤中[3], 盐分随水分下渗到20 cm以下土层; 反复的蒸散与淋溶也使表土层的容重降低。
4 结论陇东旱塬雨养区苹果园利用麦草覆盖、细沙覆盖、黑膜覆盖3种覆盖处理均能显著提高土层0~100 cm的土壤含水量。麦草覆盖明显改善了土壤与近地微域环境, 地温变幅小、土壤含水量与多种养分含量增加, 促进了树体生长发育及产量与水分利用效率的提高, 但覆草后降低了浅土层碱解氮的含量, 因此在果园覆草后须喷布一定量的尿素补充因秸秆腐化的氮素损失。细沙覆盖与麦草覆盖的利好功能一致, 并且有显著的抑制盐分的作用, 但同时加速了土壤多种养分的消耗损失, 所以长期覆沙果园需重视增施有机肥补充养分恢复地力, 关于养分消耗量较大的问题有待今后深入细致研究。黑膜覆盖提高土壤含水量的保墒集雨和促进树体生长发育等作用毋庸置疑, 但整个生育期耗水量较高、水分利用效率较低, 致使部分深层土壤含水量降低, 多年连续覆膜可能加剧深层土壤干燥, 同时, 覆膜降低了浅土层有机质、氮素等养分, 这些问题还需进一步研究明确。
从3种覆盖方式的综合功能比较, 果园覆草是一项集保墒、提高土壤有机质、改良土壤、秸秆还田利用、肥沃土壤的表本兼治多功能技术措施, 应大力推广应用。果园覆沙因受沙源、投入高的条件限制大面积应用困难。果园覆膜仅治表不治本, 且残膜对土壤及环境有一定污染, 应逐步淘汰。
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