不同耕作方式對棗園土壤溫度、養分和果實品質的影響

程 麗，趙 通，黃華梨，張露荷，朱燕芳，賈旭梅，郭愛霞，王延秀

(1.甘肅農業大學園藝學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省林業科學研究院，甘肅 蘭州 730070)

棗(Zizyphusjujuba)是原產我國的特有果樹。甘肅地處黃河中上游，甘肅中部沿黃灌區棗產業特色明顯[1]。沿黃灌區是甘肅省綜合農業商品生產基地[2]，甘肅中部沿黃灌區果園的土壤耕作多采用單一的耕作方式，導致肥力下降，增加了棗園除草勞力和化肥等生產資料投入，最終影響果品產量和品質[3]。棗園覆蓋和生草可有效蓄水保墑、增加作物產量和調節微域生態環境，可通過改善土壤水分控制土壤溫、濕度[4-5]。揣峻峰等[6]研究發現，不同土壤耕作方式能提高渭北蘋果園0～600 cm土層土壤含水量，且有利于提高果樹產量、單果重及優果率。因此，探索適合的棗園耕作制度對沿黃灌區棗業發展具有重要意義。

果園地面覆蓋和種植生草能抑制水分蒸發，蓄水保墑，防止土壤板結，保持良好土壤結構[7]。目前，眾多研究主要集中在膜覆蓋[8-9]、秸稈覆蓋[10]、生草覆蓋[11]。Odjugo[12]研究發現，膜覆蓋能夠明顯提高土壤溫度和土壤水分含量。秸稈覆蓋具有減少土壤蒸發、保墑蓄水、平抑地溫變幅的效果[13]。李歡等[14]研究發現秸稈和地膜覆蓋對‘灰棗’坐果和品質的促進效果較好。官情等[15]研究發現覆蓋秸稈或者地膜可以有效蓄水、保墑，增加土壤有機質，提高作物產量和水分利用效率。李傳友等[16]也認為果園殘枝粉碎覆蓋之后，可以提高果實的單果重和可溶性固形物。Wu等[17]研究發現，地膜覆蓋可以提高地表溫度，生草覆蓋的降溫效果最好。這些研究尚未關注同一生態系統下不同土壤耕作方式對果園土壤溫度、養分及棗樹生長發育、果實品質影響的研究[18]。

本試驗以‘駿棗’為接穗，當地8 a生‘圓棗’為基砧，研究不同土壤耕作方式下，棗園土壤不同土層溫度、養分狀況和棗果品質的變化，旨在提出最佳耕作方式，以期為沿黃灌區棗園建立經濟、高效的果園管理措施。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗設在甘肅省白銀市景泰縣五佛鄉興水村王希祿家棗園，地處黃河之濱，四面環山，東經103°33′，北緯36°43′，海拔1 274 m，屬溫帶大陸干旱氣候，年平均氣溫9.1℃，年降雨量185 mm，年蒸發量3 038 mm，年平均日照時數2 713 h，無霜期160 d。土壤為黃土母質發育的疏松黑壚土，0～40 cm土層養分為：有機質48.26 g·kg-1，硝態氮183.36 mg·L-1，速效磷0.62 mg·kg-1，速效鉀109.40 mg·kg-1。

試驗以當地8 a生‘圓棗’為基砧，‘駿棗’為接穗，高接換頭3 a，栽植密度2.5 m×4.0 m，主干直徑15 cm，樹冠直徑1.7～2.3 m，多年產量9 000 kg·hm-2。

1.2 試驗設計與方法

試驗設置覆蓋玉米秸稈(YMG)、覆黑膜(HM)和種植黑麥草(HMC)3個處理，清耕為對照(CK)。每小區面積20 m×10 m，每個處理重復3次，每處理5株，所有試驗小區隨機排列，灌水、施肥、病蟲害防治均相同。

2015年2月底施肥，其中尿素650 kg·hm-2，過磷酸鈣600 kg·hm-2，硫酸鉀310 kg·hm-2，不施有機肥，清耕，試驗前地表無覆蓋。3月底澆水，4月初種多年生植物黑麥草(LoliumperenneL.)、覆玉米稈和黑膜。12月初揭膜，清理秸稈。玉米稈平均鋪于果園土壤表面，每667 m2覆蓋秸稈1 200～1 500 kg，覆蓋厚度為20 cm，第一次覆玉米稈壓土或石塊，防止風刮或失火。全園覆蓋黑膜，膜厚0.012 mm，長度120 cm。2016年4月初，按原行覆玉米稈和黑膜，2016年5-11月試驗測定，棗果采收于10月初進行。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤溫度測定 6月8日開始，曲管地溫計每10 d實時測定溫度日變化，測定時間為上午8∶00至下午18∶00，每隔2 h記錄一次數據。

1.3.2 土壤養分測定 2016年10月12日進行土樣采集，按照隨機、等量、多點混合法，在棗樹行間隨機5點采集樣品，每個采樣點在土層0、20、40 cm和60 cm取土約1 kg。土樣充分混合后用四分法取樣1 kg，自封袋封好，貼上標簽，帶回實驗室風干，測定土壤養分。

速效K測定采用醋酸銨—火焰光度計法；速效N測定采用堿解擴散法；速效P測定采用鉬銻抗比色法；硝態氮，加入KCI溶液振蕩，靜置，采用吸光度法測定；有機質測定采用重鉻酸鉀容量法[19]。

1.3.3 果實品質測定 內在品質：Vc含量采用2，6-二氯酚靛酚溶液滴定法測定；可溶性蛋白質采用考馬斯亮藍法測定；可溶性糖采用蒽酮試劑法測定[20]；可滴定酸采用堿式滴定法以酚酞指示劑測定[21]。外觀品質：棗果橫縱徑，采用游標卡尺測量；單果重、單核重，用電子天平稱量；棗果果肉含水量=(1-干重/濕重)×100%；可食率=果肉重量/果實重量×100%。

1.4 數據處理

用Microsoft Excel 2010軟件進行數據處理和繪圖，用SPSS 22.0軟件進行相關性分析和單因素方差分析，差異顯著性用LSD法進行多重比較，主成成分進行綜合分析。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式對棗園土壤溫度的影響

不同耕作方式對棗園土壤溫度的影響見表1，可以看出，不同處理均能改變同一土層的土溫，耕作方式不同其變幅不同，且隨著土層的加深各處理的溫度均降低。在表層(0 cm)，6月份各處理間土溫無顯著差異；7月份土溫由高到低依次為HM、CK、YMG和HMC，其中CK比YMG和HMC的土壤溫度分別高3.10%、4.07%；8月份土溫從大到小依次為HM、YMG、HMC和CK，分別為28.75℃、26.45℃、26.15℃和26.10℃，HM、YMG和HMC均高于CK，其中HM顯著高于其它處理。

在20、40 cm和60 cm土層中，6月和7月份內各處理間土溫均無顯著性差異；8月份20 cm土層土溫從高到低依次為HM、CK、YMG和HMC，分別是25.90、25.90、25.15℃和24.45℃，HM比YMG、HMC分別高2.98%和5.93%，HM顯著高于YMG；40 cm土層土溫HM(25.55℃)、CK(24.70℃)和HMC(24.70℃)顯著高于YMG(23.50℃)，分別高8.72%、5.11%和5.11%，HM顯著高于YMG；60 cm土層土溫HM(24.40℃)高于HMC(24.05℃)、CK(23.45℃)和YMG(22.90℃)，分別高1.46%、4.05%和6.55%。

綜上所述，6-8月，與CK相比，HM處理的地溫較高，YMG和HMC對不同深度土溫均具有明顯的降溫作用，且表層土壤降溫幅度和增溫作用最為明顯，隨著土層的加深，降溫和增溫幅度減小。

表1 不同土壤耕作方式對棗園土壤不同土層溫度的影響/℃

注：同列不同小寫字母表示同一月份同一土層不同處理間的差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level between the different treatments of the same soil layer in the same month.

2.2 不同耕作方式對棗園土壤養分的影響

不同土壤耕作方式對棗園土壤養分的影響如表2所示。總體來看，3種覆蓋處理都不同程度地提高了土壤速效養分(速效N、速效P、速效K)含量，同一土層中YMG、HM和HMC速效養分含量與CK差異不顯著，但隨著土壤深度的增加，速效養分含量均呈先上升后下降的趨勢。其中，土層0～20 cm含量較高，各處理對土層60 cm養分影響不顯著。在0 cm土層處，有機質含量從高到低依次為HMC、HM、YMG和CK，各處理分別比CK高16.95%、15.41%和12.67%，差異不顯著；HMC處理的土壤速效K含量高于其他處理和對照，HMC、YMG和HM分別比CK高8.45%、5.97%和4.81%；速效N含量從高到低依次為YMG、HM、HMC和CK，處理YMG、HM和HMC分別比CK高47.57%、30.50%和27.27%；速效P含量從高到低依次為HM、HMC、YMG和CK，分別比CK高20.90%、13.43%和7.46%；硝態氮含量最高為HMC，其次為HM，分別比CK高18.12%和12.86%。

在20 cm土層處有機質含量最高為HMC，其次是HM，分別比CK高19.00%和18.63%，差異不顯著；土壤速效K含量從高到低依次是YMG、HMC、HM和CK，分別比CK顯著高13.96%、12.35%和9.35%；速效N含量最高的為YMG，其次為HM，分別比CK高38.68%和25.61%；速效P含量從高到低依次是HM、HMC、YMG和CK，各處理分別比CK高35.71%、15.48%和13.10%；硝態氮含量從高到低依次是HMC、YMG、HM和CK，各處理分別比CK高23.11%、18.71%和11.40%。

在40 cm土層，土壤有機質、速效K和硝態氮含量從高到低均為HMC、HM、YMG和CK，其中各處理土壤有機質含量分別比CK高16.60%、14.76%和6.27%，速效K含量分別比CK高6.99%、6.51%和3.17%，硝態氮含量各處理顯著高于CK；土壤速效N含量從高到低為YMG、HMC、HM和CK，各處理分別比CK高32.52%、23.00%和11.90%；土壤速效P含量從高到低為HM、HMC、YMG和CK，各處理分別比CK高20.63%、17.46%和9.52%。

在60 cm土層，土壤速效N、硝態氮含量變化均為HM>HMC>YMG>CK，各處理土壤速效N分別比CK高1.69%、1.52%和0.85%，差異不顯著，硝態氮各處理間差異也不顯著；土壤速效K含量最高的為HMC，比CK高8.54%，其次是HM和YMG，與對照差異不顯著；土壤速效P含量為HMC>YMG>HM>CK，各處理分別比CK高23.08%、15.38%和7.69%；有機質含量各處理間差異不顯著。

綜上所述，HMC、YMG和HM都不同程度地提高了土壤速效養分含量，且HMC和HM對土壤速效養分的影響較為顯著。

表2 不同土壤耕作方式對棗園土壤不同土層養分狀況的影響

注：同列不同字母表示處理間的差異顯著(P<0.05)。下同。同列的小寫字母表示各指標同一處理不同土層深度間的顯著性；大寫字母表示各指標同一土層深度不同處理的顯著性。

Note: Different letter in same column mean significant differences at 0.05 level under different treaments. The same below. The lowercase letters indicate the significance of the depth of the different soil layers to the same treatment; the capital letters indicate the significance of the different treatments to the depth of the same soil.

2.3 不同耕作方式對棗果果實品質的影響

不同土壤耕作方式對果實內在品質的影響如表3所示。與CK相比，HMC、HM和YMG處理果實Vc含量分別提高12.00%、10.58%和1.66%，其中HMC和HM顯著高于其它處理，HMC處理的Vc含量最高(27.58 mg·(100g)-1)。HM和HMC可溶性糖含量顯著高于YMG和CK，且HMC可溶性糖含量最高(14.20%)，是 CK的1.08倍。各處理之間蛋白質含量和可滴定酸含量無顯著差異，說明HMC和HM對棗果的Vc含量、可溶性糖含量影響顯著。

表4為不同處理棗果實外在品質比較。其中，HMC處理棗果橫徑、縱徑、單果重、含水量、可食率較高，分別為30.74 mm、44.22 mm、20.56 g、60.61%和97.55%,均高于其它處理。對單核重影響從大到小依次為YMG(0.61)、CK(0.56)、HM(0.53)和HMC(0.49)，HMC比YMG、CK、HM分別低24.49%、14.29%、8.16%。由此可見，HMC對棗果的橫縱徑、單果重、含水量、可食率有顯著影響。

2.4 不同耕作方式與土壤養分和果實品質的相關性分析

將相關的16個指標分析，得相關系數矩陣如表5?？扇苄蕴呛颗c速效N和單核重呈負相關，其中與單核重呈顯著負相關(P<0.05)；可溶性糖含量與其他各指標呈正相關，與Vc含量和可滴定酸呈顯著正相關(P<0.05)，與其他指標的相關性不顯著。

表3 不同耕作方式對果實內在品質的影響

2.5 主成分分析

表6為主成分分析對相關指標的綜合評價。提取特征值大于1的3個主成分，分別為6.614、5.485、3.901，前3個主成分累加占到總方差的100%，即3個主成分包含總體信息，無數據丟失，符合分析要求。因此，可用3個主成分的綜合變量判斷不同土壤耕作方式的適宜性。

表6可看出，第一主成分(PC1)綜合Vc含量、蛋白質含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、棗果橫徑、棗果縱徑、單果重、核重的信息，且在第一主成分上呈正向分布，即在PC1正向坐標值越大，Vc含量、蛋白質含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、棗果橫徑、棗果縱徑、單果重、核重的值越大；第二主成分(PC2)綜合有機質含量、速效K含量、速效N含量、速效P含量、硝態氮含量的信息，其中有機質含量、速效K含量在第二主成分上呈正向分布，速效N含量呈負向分布，即在PC2正向坐標值越大，有機質含量、速效K含量的值越大，速效N含量的值越??；第三主成分(PC3)綜合土壤溫度、含水量、可食率的信息，其中土壤溫度在第一主成分上呈正向分布，含水量、可食率呈負向分布，即在PC3正向坐標值越大，土壤溫度的值越大，含水量、可食率的值越小。

本研究數據標準化時，負相關指標為1-x，因此，不同土壤耕作方式的綜合得分越高，其適宜性越好。

綜合得分：

F=F1×41.336%+F2×34.280%+F3×24.383%

式中，F1,F2,F3分別為第一～第五主成分。

根據主成分分析結果，各成分的旋轉得分系數矩陣轉化后的數據，求出3個主成分的綜合得分見表7，可以看出，不同耕作方式的效果依次為HMC>HM>YMG>CK。

3 討論與結論

果園地面覆蓋是農田保墑的重要措施之一，能改善土壤理化性質、調節地溫、增加濕度，提高土壤肥力，促進作物生長，提高作物產量[22-23]。本研究發現，6-8月，與CK相比，HM土溫較高，而YMG和HMC土溫低于CK，這與張義等[24]研究結果一致?？锸痰萚25]研究也發現，YMG和HMC對不同深度土溫均具有明顯的降溫作用，可緩解高溫干旱，維持果園地表溫度的相對穩定。8月份，HM處理下各土層的土壤溫度顯著高于其他處理，與劉克長等[26]和劉小勇等[27]研究結果相似。地膜覆蓋土壤溫度較高，易造成地表水淺層土壤水分含量過高[28]，使棗樹吸水根系浮于地表，對棗樹根系發育不利。而HMC和YMG處理下土溫相對較低，可能是由于覆蓋減少太陽光對地面的直射，減緩熱量向深層的傳遞，有效降低水分蒸發，使地表溫度升高較慢，這與曹銓等[29]對果園土壤生草的研究結果一致。因此HMC和YMG整體增強了土壤溫度的相對穩定性，而HM處理的土溫相對穩定性能最差。

表4 不同耕作方式對果實外觀品質的影響

表6主成分分析旋轉后的成分載荷矩陣

Table6Principalcomponentanalysisofthecomponentloadmatrixafterrotation

指標Index第一主成分The first principalcomponent(PC1)第二主成分The second principalcomponent(PC2)第三主成分The third principalcomponent(PC3)土壤溫度 Soil temperature0.190-0.3790.905有機質含量 Organic matter content0.3980.898-0.187速效K含量 Available K content0.1930.824-0.533速效N含量 Available N content0.447-0.8580.253速效P含量 Available P content0.2260.8480.479硝態氮含量 Nitrate nitrogen content0.4520.638-0.623Vc含量 Vc content0.8310.5150.208蛋白質含量 Protein content0.9240.069-0.375可溶性糖含量 Soluble sugar content0.8820.3490.318可滴定酸含量 Titratable acid content0.6370.5520.538棗果橫徑 Jujube fruit diameter0.701-0.3830.601棗果縱徑 Jujube fruit vertical diameter0.847-0.472-0.245單果重 Single fruit weight0.726-0.660-0.191單核重 Single nuclear weight0.960-0.0450.276含水量 Water content0.499-0.570-0.653可食率 Edible rate0.538-0.404-0.740特征值 Eigen value6.6145.4853.901方差貢獻率/%Contribution rate of variance41.33634.28024.383累計貢獻率/%Cumulative contribution rate of variance41.33675.617100.000

表7 利用主成分分析法對不同土壤耕作方式各因子指標的綜合評價

李會科等[30]研究發現，黃土高原旱地蘋果園生草能提高土壤有機質和速效養分含量。大量研究表明，生草栽培可顯著提高土壤中有機質和速效養分含量，改善土壤結構和環境，促進微生物活動[31]。本研究中，YMG、HM和HMC均能提高棗園原有土壤速效養分含量，促進土壤礦質元素的礦化利用，且HMC作用顯著，這與吳玉森等[32]的研究結果一致。另外，地膜覆蓋盡管減少土壤水分蒸發，但影響著地表透氣性，且覆膜時CO2釋放速率低、土壤微生物活性不高，從而對土壤速效養分的提高作用較低[25]。有研究表明，地膜覆蓋下土壤速效養分的增加是以消耗土壤肥力為代價，連年地膜覆蓋將會導致土壤肥力下降[33]；而YMG的腐化和分解在一定程度上不如HMC，所以YMG的速效養分含量相比HMC較低。本研究中，各覆蓋處理0～20 cm表層土壤速效養分含量較明顯提升，而60 cm土層的養分含量提升不顯著，這可能是棗樹根系從深層土壤中吸收養分，導致養分含量減低，房燕等[34]研究也表明，各覆蓋處理及對照中的速效養分質量百分數均隨著土層加深而逐漸降低。

果園生草可以減少土壤溫度變幅，提高土壤有機質含量，從而改善果實品質[35]。本研究發現，YMG、HM和HMC均能不同程度的提高棗果果實品質，其中HMC對Vc含量、蛋白質含量、可溶性糖含量、棗果橫徑、棗果縱徑、單果重、含水量、可食率的影響均顯著大于YMG和HM，一方面可能是覆草栽培抑制了棗樹的營養生長，促進了生殖生長，有利于果樹開花結果[36]；另一方面可能是甘肅中部沿黃灌區土壤有機質缺乏，生草可使棗園環境得到改善，從而使果實品質得到改善[37]，這表明HMC更適用于棗園覆蓋。

綜上所述，生草栽培可提高土壤有機質和速效養分含量，減少土溫變幅，提高果實品質，為果樹連年優質豐產奠定基礎。主成分分析在作物性狀評價與種質資源的綜合評價中得到了廣泛運用[38-39]，本研究將16個指標綜合成為3個主成分因子，可代表4種不同覆蓋措施100%的原始數據信息量，彼此間互不干擾，從而達到簡化和綜合的目的。相關性及主成分分析得出，不同耕作方式的效果為HMC>HM>YMG>CK。因此，HMC是沿黃灌區改善土壤養分，提高棗果品質的最佳棗園覆蓋模式，值得推廣應用。