不同地面覆蓋材料對綠洲蘋果園土壤環境的影響

兗 攀，王久照，姜繼元，陳奇凌

(新疆農墾科學院林園研究所/庫爾勒香梨種質創新與提質增效兵團重點實驗室，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】新疆綠洲果園灌溉后蒸發量大，水分利用效率低。地面覆蓋不僅可以抑制雜草，還具有保持土壤水分，減少蒸發損失，提高水分利用率的作用，是一種重要的節水保墑技術措施[1,2]。地面覆蓋做為一種應用技術，效果因材料種類和特性、覆蓋方法、生態條件[3]等不同而有差異。研究不同地面覆蓋材料對新疆綠洲蘋果園土壤環境的影響，對地面覆蓋材料的科學應用有重要意義。【前人研究進展】地面覆蓋技術是果園地面管理系統(OFMs orchard floor management systems)中的一種主要技術，包括有機覆蓋和無機覆蓋[4,5]。有機覆蓋包括植物秸稈、植物廢棄物等[6]，如稻草[7]、麥稈、玉米稈[8]、大豆稈[9]樹皮、干草、海草、鋸末[5]、泥炭[10]等。無機覆蓋包括地膜[8]、園藝地布[11]、無紡布[12]、礫石[13]、河沙[14]等加工材料或天然無機材料。有機覆蓋的主要優點是增加土壤有機質，在夏季高溫時降低土壤溫度，但缺點是早春土壤升溫較慢，不利于果樹根系活力的恢復[15]。地膜、地布的主要優點是輕便快捷，早春土壤升溫快[16]，但不能向土壤供應有機養分。國內對果園地面覆蓋的研究主要在渭北[8]、隴東[14]、內蒙古[13]等半干旱區，山東[10]、山西[16]、河北[17]、遼寧[15]等半濕潤區，濕潤區果園也有一些研究[18]。【本研究切入點】對處于干旱區的新疆南疆綠洲果園研究較少。覆蓋對土壤影響主要在土壤溫度[3,15,17]、濕度[3,8,13]、土壤結構和養分[14,16,18]、土壤酶及微生物活性[19,20]、土壤pH[21]、鹽分[22]等。現階段新疆南疆一些新建的矮砧密植蘋果園正在應用這項技術，但地面覆蓋對土壤環境的影響還不清楚。需研究不同覆蓋材料對土壤溫度的調控效果，分析水鹽在根區土層中的分布規律。【擬解決的關鍵問題】采用單因素試驗設計，設置普通無紡布、聚丙烯無紡布、聚乙烯編織布、黑色防水布、白膜、黑膜6個覆蓋處理，對比研究土壤環境的差異，為科學的使用覆蓋材料提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地位于新疆生產建設兵團第三師54團(38.5°N，77.1°E)，年無霜期220 d左右，年平均氣溫12.3℃，年日照時數2 965 h，年平均降水量56.6 mm，無霜期192 d，晝夜溫差大。土壤為砂質土，0～30 cm土層平均土壤容重1.53 g/cm3，有機質和有效養分含量低，偏堿性。品種為煙富8，矮化自根砧，砧木為M9T337，定植2 a，株行距1 m×4 m。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

選擇4種地布和2種地膜，共6種覆蓋材料進行單因素試驗：普通無紡布(NW)、聚丙烯無紡布(PP)、聚乙烯編織布(PE)、防水布(TA)、透明白膜(WP)、黑膜(BP)，白膜和黑膜統稱為地膜。每處理50 m2，重復3次，以清耕裸地為對照。2020年4月2日(積雪完全融化后)，沿種植行兩側，各鋪設一道0.8 m寬的地布地膜，每種材料鋪設100 m長，鋪設前先將地整平，鋪設后用松土掩埋周邊固定。試驗區灌溉方式為漫灌，指標測定在灌溉后30 d進行。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 透光率、透水率和透氣率

透光率采用Spectrum 3415F光量子計，光源光照強度為900 μmol/(m2·s)，測定覆蓋不同材料后的光照強度，其值與光源光照強度的比值為透光率。透水率采用最下方有放水口的玻璃瓶，在相同水量、水位和水壓前提下，分別測定不同材料在單位時間內從放水口留出的水的質量，其值與對照(無材料封堵)的比值為透水率，透氣率參照透水率的數據。

1.2.2.2 覆蓋材料破損率及雜草覆蓋度

破損率=破損面積/單位面積，雜草覆蓋度=雜草覆蓋面積/單位面積，均在地面覆蓋5個月后統計。

1.2.2.3 土壤溫濕度

于2020年8月下旬，用自動溫度記錄儀測定土壤日均溫，測定位置在主干一側40 cm處(地面覆蓋材料寬度的中間)，測定深度為5m、20 cm。用烘干法[23]測定土壤質量含水量，取樣位置同土壤溫度，取樣深度為10、20和30 cm，取樣時間為09：00、13：00、17：00和21：00，每處理重復3次。

1.2.2.4 土壤pH值

用pH計測定，取樣深度為0 cm(表層)、10 cm、20 cm，取樣時間為17點，每處理重復3次，土樣風干15 d后，按水土比2.5:1[23]測定。

1.2.2.5 土壤電導率EC值

用電導率儀測定，取樣方法同土壤pH值，按水土比5∶1[23]測定。

1.3 數據處理

應用Microsoft Excel 2016軟件進行數據整理，SPSS 21.0軟件進行方差分析、Duncan多重比較和相關分析。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋材料的特性及對雜草的影響

研究表明，地面覆蓋后，顯著降低了雜草覆蓋度，從100%降至10%以下，但普通無紡布的雜草覆蓋度依然較高，普通無紡布和聚丙烯無紡布的透水率和透氣率均較高，聚乙烯編織布的透水性和透氣性較低。防水布、白膜和黑膜不透水也不透氣，防水布由于較厚，無破損，無雜草，地膜由于較薄，易被堅韌雜草頂破，且易產生人為破壞，有少量雜草。表1

表1 覆蓋材料特性

2.2 不同覆蓋材料對土壤溫度的影響

研究表明，對照土壤表層溫度峰值出現在18 h，深層溫度峰值出現在24 h，表現出滯后性，滯后6 h，與熱量在土壤中的傳輸有關。鋪設覆蓋材料后，峰值時間并未發生顯著變化，覆蓋并未改變熱量傳輸的速率。黑膜土壤表層溫度日較差為17.36℃，白膜為14.73℃，防水布為13.02℃，均大于對照的12.61℃，與其增溫保溫作用有關，而其余材料均小于對照。普通無紡布、聚丙烯無紡布和聚乙烯編織布的顏色深且透氣好，黑膜土壤深層溫度日較差為5.66℃，大于對照的4.69℃，而其它材料均小于對照。黑膜最低溫僅有20.89℃，比白膜低了3.34℃，黑膜雖然能提高土壤表層溫度，但由于其不透光和黑色吸熱的特性，傳輸到下層土壤的熱量較白膜少。

表層土壤溫度最大值，黑膜>白膜>防水布>對照>聚乙烯編織布>普通無紡布和聚丙烯無紡布，與對照相比，不透氣材料增溫，透氣材料降溫。深層土壤溫度最大值，白膜>黑膜>對照>防水布>聚乙烯編織布>聚丙烯無紡布>普通無紡布，地膜增溫作用最大。地膜表層土壤溫度可達36.6℃(白膜與黑膜的平均值)，比對照高5.3℃，深層土壤溫度可達26.8℃，比對照高2.1℃。地膜的土壤日均溫也較高，表現出增溫作用，其它材料表現出降溫作用，普通無紡布的土壤日均溫最低。圖1

注：豎線為日較差

2.3 不同覆蓋材料下土壤濕度變化

研究表明，地膜表層土壤濕度最高可達15.5%(白膜與黑膜的平均值)，比對照高1.8%，中層土壤濕度可達16.7%，比對照高1.5%，而深層土壤濕度為18.7%，比對照低1%。地膜有增加土壤濕度的作用，且在表層表現較明顯。各覆蓋材料的土壤日均濕度與對照差異不顯著，地膜的土壤濕度為13.1%，高于對照0.2%，而其它材料均低于對照，其中聚丙烯無紡布最低，地布未表現出增濕作用。圖2

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著，P<0.05

2.4 不同覆蓋材料對土壤酸堿度的影響

研究表明，對照土壤pH值大致在8.5～9.5，為堿性土，表層土壤堿性顯著低于中層和深層土壤。地面覆蓋后，防水布和白膜顯著提高了表層土壤的pH值，普通無紡布和聚丙烯無紡布則顯著降低了pH值。中層和深層土壤，覆蓋后的土壤pH值與對照差異不顯著。覆蓋處理并未顯著降低土壤堿性，根據10 cm和20 cm土層pH值的平均值，聚丙烯無紡布和聚乙烯編織布增加了土壤堿性。圖3

圖3 不同覆蓋材料下土壤pH值變化

2.5 不同覆蓋材料對土壤鹽分含量的影響

研究表明，與土壤pH值相反，隨土壤深度增加，EC值呈降低趨勢，表層土壤堿性顯著高于中層和深層土壤。地面覆蓋后，聚乙烯編織布、聚丙烯無紡布和黑膜顯著提高了表層土壤的EC值。但在10 cm和20 cm土層，所有覆蓋處理和對照的EC值基本在同一水平，無顯著差異。覆蓋并未顯著降低根區土壤鹽分含量，僅對表層土壤鹽分有一定影響。圖4

圖4 不同覆蓋材料下土壤EC值變化

2.6 不同覆蓋材料對土壤指標間相關性的影響

研究表明，對照土壤溫度與濕度顯著正相關，土壤濕度與酸堿度顯著正相關，但與鹽分含量顯著負相關。與對照相比，地布覆蓋有降低指標間相關性的趨勢，而地膜覆蓋則有增強指標間相關性的趨勢，尤以白膜最為突出。表2

3 討 論

3.1地膜具有增溫作用，與許多研究結果[16,17,22]一致，地布則表現出降溫作用，因為黑色地布阻擋和吸收了部分太陽輻射，傳入土壤的熱量減少[24]。黑色地膜雖然增溫，但也因顏色較深，與白膜相比，減少了深層土壤的熱量。地膜和地布具有相反的溫度調節功能，在生產中應有不同的應用。在秋冬季和春季以保溫和增溫為主要目的時，可考慮使用地膜，以保護根系、促進根系活力恢復。在生長季以防草和降溫為主要目的時，可使用地布。

3.2地膜也具有一定的保水作用，與許多研究結果[8,16,17]一致，但地膜覆蓋主要提高了0～20 cm表層土壤的含水量，30 cm處的土壤含水量卻低于對照。卜玉山等[16]認為由于地膜滲水性差影響了降水對土壤水的補充，認為與覆膜的增溫作用有關，一方面熱量的提高增強了土壤的蒸發能力，水分上移，另一方面蒸發的水分被地膜阻擋，返還到土壤，使表層土壤水分高于對照。地膜的這種作用，使土壤水分的垂直分布更加均勻，但也可能會抬高根系分布層。地面覆蓋的保濕作用并不明顯，可能跟漫灌后控水時間較長有關，初期保持的水分在大地長期的蒸散作用下消耗殆盡，今后的研究還應持續動態監測，也有必要在滴灌條件下開展研究[22]。

3.3一些研究[21,24]發現覆蓋能降低土壤pH值，而研究并未發現明顯改善，可能與土壤類型不同有關。研究發現一些覆蓋材料顯著提高了表層土壤的EC值，但對整個土層影響不大，與Shahnavaz等[25]的結果一致，研究表明[22]地布覆蓋可以降低鹽分，可能跟土壤類型和灌溉制度不同有關。地面覆蓋技術還需結合土壤改良、排鹽、水肥一體化等技術，才能可能達到降鹽降堿目標。

4 結 論

4.1大多數覆蓋材料可顯著降低雜草覆蓋度，從100%降至10%以下，但質地柔軟的普通無紡布防草效果較差。

4.2地面覆蓋對土壤溫度和濕度的峰值有顯著影響，但對均值影響不顯著。地膜表層土壤溫度可達36.6℃，比對照高5.3℃，深層土壤溫度可達26.8℃，比對照高2.1℃。地膜的土壤日均溫較高，表現出增溫作用，其它材料表現出降溫作用。

4.3地膜的土壤濕度為13.1%，高于對照0.2%，而其它材料均低于對照，地布未表現出增濕作用。

4.4地面覆蓋對土壤表層酸堿度有顯著影響，最大增加3.2%，但在10 cm和20 cm土層，無顯著差異。

4.5地面覆蓋后，聚乙烯編織布、聚丙烯無紡布和黑膜顯著提高了表層土壤的EC值，最大提高82.1%。但在10 cm和20 cm土層，無顯著差異。