碎枝覆蓋對荔枝園土壤理化特性及肥力的影響

張建繁 周慶祥 龔學海

摘要 [目的]通過碎枝覆蓋研究，揭示林下土壤生態環境變化過程，為荔枝林碎枝覆蓋技術推廣提供相關數據。[方法]比較覆蓋10 cm碎枝和未覆蓋處理之間土壤表層溫度、含水量、理化特性及肥力等土壤因子差異，分析碎枝覆蓋1年后土壤理化特性及肥力的變化。[結果]荔枝枝條粉碎覆蓋后土壤表層溫度變化幅度較未覆蓋變窄約2 ℃，使得土壤溫度更加恒定。在極端氣候條件下，這類效果更加顯著，特別是土壤含水量。覆蓋后土壤含水量基本維持在10%～20%，而未覆蓋則在5%～40%。同時，覆蓋1年后土壤理化特性也得到了明顯改善，土壤容重降低了20%，總孔隙度增加約7%。肥力檢測數據顯示，覆蓋區域的土壤中全鉀、全鎂及全硼含量顯著提高。[結論]荔枝枝條粉碎覆蓋1年后能有效改善林下土壤環境，并一定程度提高土壤肥力，減少營養元素的流失。

關鍵詞 荔枝;碎枝;覆蓋;土壤;理化特性

中圖分類號 S158.3 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）05-0159-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.05.044

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract [Objective]To reveal the change process of the field environment under the shredding branches cover， and provide relevant data for the promotion of the cultivation technique. [Method]The experiment had been applied a 10 cm thick cover treatment and uncover treatment. The change of field temperature， water content， physicochemical properties and fertility had been measured after treatments. [Result]After lychee shredding branches cover， the variation of the soil temperature had been narrowed by about 2 ℃， which made the soil temperature was relatively stable. In extreme weather conditions， the effect was more significant， especially for soil moisture. After covering， the soil water content maintained between 10% and 20%， while it was between 5% and 40% in uncovered soil. Moreover， it was found that the soil bulk density had been reduced by 20%， and the total porosity had been increased by about 7% after 1 year cover treatment. It was thought that the physical and chemical properties of soil had been significantly improved during the covering. In addition， the fertility test showed that the available potassium， total magnesium and total boron content was significantly increased in the covered area. [Conclusion]Combined the above results， after 1 year lychee branches shredding cover， the field environment was effectively improved. The loss of nutrients had been reduced， and the soil fertility had been gradually increased.

Key words Lychee;Shredding branches;Cover;Soil;Physicochemical properties

作為嶺南特色水果，廣東省荔枝栽培面積和產量穩居全國第一。但其栽培管理技術仍較傳統，特別是土壤管理方面有待進一步提高。長期以來，我國果園多采用“有草必除”的清耕法。其雖有利于果園病蟲害源的清除，但長期運用極易導致果園地表裸露、土壤理化特性惡化、肥土大量流失等問題[1]。對于南方本就貧瘠的土壤而言，清耕法很可能造成果園土壤肥力流失、土壤板結等問題。因此2009年廣東省荔枝園土壤抽樣調查結果發現土壤除有機質、堿解氮、速效鉀等營養元素普遍偏低外，還存在土壤酸化和板結的現象[2]。為了避免當前荔枝園土壤的繼續惡化，荔枝栽培管理技術方面急需引入一種新的土壤管理技術，以改善荔枝園土壤的理化特性，提高土壤肥力狀況，使得荔枝園土壤生態環境進入一個良性循環。

近年來研究顯示地面覆蓋能促進土壤生態環境的改善。加之北方農地采用地面覆蓋具有較好的保水保墑功能[3]。因此在北方現已大面積推廣應用秸稈覆蓋還田技術。采用秸稈等生物覆蓋后，土壤有機質和礦質元素含量得到了不同程度的增加[4]。且連續長時間秸稈還田能顯著改善土壤物理特性[5]。但不同類型材料覆蓋產生的效果存在差異。覆蓋黑膜、砂石的保水效果比較好，覆蓋小麥秸稈、生草等處理提高土壤肥力效果較好[6]。在南方果園中，人更多關注的是覆蓋后土壤結構和肥力流失的情況。早前研究指出秸稈覆蓋能有效減輕雨水沖刷對土壤結構和營養元素的影響[7]。且在砂糖桔園覆蓋研究中也得出相似結論[8]。

基于地面覆蓋能明顯改善土壤理化性質和肥力，筆者通過荔枝枝條粉碎后覆蓋，研究荔枝林下土壤生物覆蓋后土壤溫度、含水量、理化特性及營養元素含量的變化趨勢。一方面解決荔枝園中每年大量修剪下來的枝條的處理問題;另一方面改善荔枝林下土壤保水保肥能力，減少化肥施用。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗園區位于深圳市南山區荔林公園，屬于熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫在23 ℃左右，極端最高氣溫38.7 ℃，極端最低氣溫0.2 ℃，年平均降雨量為1 933.3 mm。園區內地形以緩坡地為主，土壤多為砂壤土。

1.2 試驗材料

試驗所用覆蓋材料為2017年冬季大量修剪下來的荔枝枝條，經過粉碎和簡單堆漚后鋪設到試驗區域。該操作過程未對荔枝碎枝進行任何其他處理。覆蓋所用荔枝碎枝大小為長5～10 cm，寬2～3 cm。

1.3 試驗設計

所選定試驗區域荔枝林株行距為6 m×8 m或8 m×8 m。單個處理覆蓋區域內平均含有12棵樹，覆蓋面積約為600 m.2，覆蓋厚度10 cm。按照試驗設計，荔枝碎枝將按照地形均勻平鋪在荔枝林下土壤上。覆蓋區域內全年停止施肥以減少肥料施用對試驗結果的干擾。覆蓋后，每月分3次采用針式溫度計測量土壤表層10 cm處溫度。測量時間選擇多云或晴天的10：00以前。每月監測數據取平均值以代表當月土壤溫度。在極端干旱天氣和雨季大雨過后，選取試驗區域內未積水的5個點用Trime-Pico TDR便攜式土壤水分測定儀測定土表10 cm處含水量變化，取其均值。

1.4 取樣及檢測

2019年1月，在每個處理區域內采用“Z”型采樣法采集5個樣品點，采集前先將覆蓋層均勻地扒開，土表裸露后采集深度0～20 cm的土壤。采用環刀法測定土壤容重及孔隙變化[9]。另外將單個處理區域內樣品點的土樣均勻混合后，去除明顯的碎枝、雜屑等雜物，風干后測定營養元素及化學特性[2]。

1.5 數據處理與分析

試驗數據采用Excel軟件進行統計處理，差異顯著性分析采用SPSS 13.0數據分析軟件。

2 結果與分析

2.1 碎枝覆蓋后荔枝林下土壤溫度的變化趨勢

2018年3月至2019年3月的荔枝林土壤溫度變化結果顯示，土壤溫度總體呈先升后降的趨勢，且碎枝覆蓋較未覆蓋處理能明顯降低土壤最高溫，提高土壤最低溫（圖1）。周年來看，土壤最高溫度出現在7—8月，最低溫度則位于12月。但覆蓋處理最高溫度為26.9 ℃，較未覆蓋處理低0.5 ℃，而覆蓋處理最低溫度為17.9 ℃，較未覆蓋處理高2 ℃。這直接使得覆蓋后林下土壤周年溫度變化幅度降低為9 ℃。而同時期未覆蓋處理土壤周年溫度變化幅度則高達11.6 ℃。

2.2 極端氣候條件下碎枝覆蓋對土壤溫度和含水量的影響

極端氣候條件下，覆蓋處理后土壤極端溫度和土壤含水量變化幅度較未覆蓋處理明顯縮?。ū?）。數據結果顯示，在極端外界高溫和低溫的條件下土壤表面溫度也受到了極大的影響。在極端低溫氣候條件下，未覆蓋處理土壤溫度15.0 ℃，而同時期覆蓋處理土壤溫度則17.2 ℃。相反，在極端高溫氣候條件下，未覆蓋處理土壤溫度27.0 ℃，而同時期覆蓋處理土壤溫度則26.5 ℃。土壤含水量方面，干旱季節未覆蓋處理的土壤含水量約為5%。覆蓋處理的土壤含水量則高達10%。雨季未覆蓋處理的土壤含水量為40%以上的飽和狀態，而覆蓋處理的土壤含水量則維持在20%左右。

2.3 不同碎枝覆蓋厚度對林下土壤理化特性的影響

覆蓋處理后，荔枝林下土壤理化性質得到了明顯改善（表2）。無論是覆蓋處理，還是未覆蓋處理1年后土壤pH基本未發生任何變化。但覆蓋條件下，土壤總孔隙度則顯著增加，且容重明顯降低了20%。而未覆蓋的土壤總孔隙度和容重則幾乎未發生顯著變化。陽離子交換率結果顯示，覆蓋處理使得土壤陽離子交換率呈顯著下降趨勢，而同時期未覆蓋土壤則未發生顯著變化。電導率方面，雖然覆蓋與未覆蓋處理的土壤電導率總體均呈升高趨勢，但未覆蓋處理土壤電導率升高幅度遠高于覆蓋處理。

2.4 不同碎枝覆蓋厚度對林下土壤營養元素含量的影響

土壤檢測結果顯示，土壤各營養元素含量整體呈增加趨勢。覆蓋處理明顯提高了土壤礦質營養（表3）。比較結果顯示，雖然覆蓋處理和未覆蓋處理的土壤有機質、堿解氮和有效磷含量均呈增加趨勢，但是未覆蓋處理的增長幅度顯著高于覆蓋處理。其中未覆蓋處理土壤有機質和有效磷含量增長了40%左右，而覆蓋處理則增長了10%。但覆蓋處理則顯著提高了土壤礦質元素含量，特別是有效鉀和硼元素含量增幅較大。而未覆蓋處理的土壤中礦質元素含量則基本維持不變，甚至硼元素含量大幅減少近50%。

3 討論

3.1 碎枝覆蓋使得土壤溫度波動幅度降低

根據周年荔枝林下土表溫度來看，碎枝覆蓋處理未改變林下土壤溫度周年變化趨勢，即12月出現最低溫度，7月出現最高溫度（圖1）。但覆蓋處理與未覆蓋處理之間又存在一些差異。其主要體現在低溫階段，覆蓋處理土壤溫度明顯高于未覆蓋處理，1 ℃ 以上，呈一種保溫效果[10]。而在高溫階段，覆蓋處理則又略降低了土壤溫度，表現出降溫效應[11]。在結合土壤周年變化情況發現碎枝覆蓋通過降低高溫、提高地溫的效果，來縮小土壤表層溫度變幅，從而為植物根系生長提供一個更加穩定的環境。

3.2 碎枝覆蓋能一定程度保護土壤免受外界惡劣氣候的影響

碎枝覆蓋后，土壤表面出現了一個保護層，可以較好地保護土壤免受外界環境的影響。其使用運用不僅能保水保墑，還能提高植物對水分利用率[3]。在外界高溫的氣候條件下，覆蓋形成了一個隔熱層使得土壤表層溫度較未覆蓋土壤低。而外界低溫時，覆蓋處理又能提高土壤表層溫度，為植物均衡生長提供了一個良好的溫濕度環境[11]。

覆蓋除對土壤溫度的影響外，對土壤含水量也存在較大的影響。地面覆蓋能有效提高土壤含水量，但不同覆蓋材料對土壤含水量提高的程度存在差異[6，12]。在干旱季節未覆蓋土壤表層含水量偏低。同時期碎枝覆蓋處理的土壤含水量提高了1倍以上（表1）。在雨季時，連續的降雨導致未覆蓋處理土壤含水量接近40%的飽和狀態。而碎枝覆蓋處理的土壤含水量則維持在20%左右。這一現象在之前的研究中未見報道。這可能是由于生物覆蓋材料會蓄含一部分水份。這表明碎枝覆蓋通過縮小土壤溫度和含水量的變化幅度，為荔枝園土壤提供一個保護層。

3.3 碎枝覆蓋提高土壤理化特性，增強土壤肥力

覆蓋處理直接調控了土壤的溫濕度。然而長時間的覆蓋，間接使得土壤的理化特性產生變化。碎枝覆蓋1年后，表土土壤容重顯著降低了20%，總孔隙度提高了7%。這表明生物覆蓋能有效改善容重等土壤理化指標[13]，進而使得土壤環境更有利于植物根系的生長發育。但覆蓋處理未對土壤pH產生影響。這表明1年的碎枝覆蓋僅能改善土壤物理特性，對其化學特性的影響較小。在分析碎枝覆蓋1年后表土層營養成分時發現荔枝碎枝覆蓋僅提高了速效鉀、全鎂和全硼含量，而對速效氮和速效磷含量未見明顯增幅效應（表3）。這與早前研究均認為覆蓋處理能顯著提高氮、磷、鉀等元素含量存在差異[13-14]。這可能是由于早前研究覆蓋多采用秸稈、稻草和雜草等極易自然分解的生物材料，能在相對短的時間內分解進入土壤，提高了土壤營養元素含量。而該試驗所用的荔枝枝條相對較難分解，因此在1年時間內難以提高營養元素的目的。但礦質元素分析結果顯示覆蓋后雨水沖刷減輕，土壤中各營養元素流失減少導致的[8]。這可能是導致荔枝碎枝覆蓋后土壤中礦質元素較未覆蓋處理大幅增加的原因。

4 結論

該研究結果表明，荔枝碎枝覆蓋能有效縮小土壤溫度和含水量變化幅度，從而形成一個穩定的土壤環境，有利于植物根系生長發育;覆蓋后雨水沖刷減輕，進一步減少了土壤中各營養元素的流失，特別是礦質元素。

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