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(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730070)

棗(Zizyphusjujuba)是原產(chǎn)我國的特有果樹。甘肅地處黃河中上游，甘肅中部沿黃灌區(qū)棗產(chǎn)業(yè)特色明顯[1]。沿黃灌區(qū)是甘肅省綜合農(nóng)業(yè)商品生產(chǎn)基地[2]，甘肅中部沿黃灌區(qū)果園的土壤耕作多采用單一的耕作方式，導(dǎo)致肥力下降，增加了棗園除草勞力和化肥等生產(chǎn)資料投入，最終影響果品產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。棗園覆蓋和生草可有效蓄水保墑、增加作物產(chǎn)量和調(diào)節(jié)微域生態(tài)環(huán)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(fā)現(xiàn)，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(chǎn)量、單果重及優(yōu)果率。因此，探索適合的棗園耕作制度對沿黃灌區(qū)棗業(yè)發(fā)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(fā)，蓄水保墑，防止土壤板結(jié)，保持良好土壤結(jié)構(gòu)[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(fā)現(xiàn)，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(fā)、保墑蓄水、平抑地溫變幅的效果[13]。李歡等[14]研究發(fā)現(xiàn)秸稈和地膜覆蓋對‘灰棗’坐果和品質(zhì)的促進(jìn)效果較好。官情等[15]研究發(fā)現(xiàn)覆蓋秸稈或者地膜可以有效蓄水、保墑，增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。李傳友等[16]也認(rèn)為果園殘枝粉碎覆蓋之后，可以提高果實(shí)的單果重和可溶性固形物。Wu等[17]研究發(fā)現(xiàn)，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(guān)注同一生態(tài)系統(tǒng)下不同土壤耕作方式對果園土壤溫度、養(yǎng)分及棗樹生長發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)影響的研究[18]。

本試驗(yàn)以‘駿棗’為接穗，當(dāng)?shù)? 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(yǎng)分狀況和棗果品質(zhì)的變化，旨在提出最佳耕作方式，以期為沿黃灌區(qū)棗園建立經(jīng)濟(jì)、高效的果園管理措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)設(shè)在甘肅省白銀市景泰縣五佛鄉(xiāng)興水村王希祿家棗園，地處黃河之濱，四面環(huán)山，東經(jīng)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(fā)量3 038 mm，年平均日照時(shí)數(shù)2 713 h，無霜期160 d。土壤為黃土母質(zhì)發(fā)育的疏松黑壚土，0～40 cm土層養(yǎng)分為：有機(jī)質(zhì)48.26 g·kg-1，硝態(tài)氮183.36 mg·L-1，速效磷0.62 mg·kg-1，速效鉀109.40 mg·kg-1。

試驗(yàn)以當(dāng)?shù)? 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(chǎn)量9 000 kg·hm-2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)設(shè)置覆蓋玉米秸稈(YMG)、覆黑膜(HM)和種植黑麥草(HMC)3個(gè)處理，清耕為對照(CK)。每小區(qū)面積20 m×10 m，每個(gè)處理重復(fù)3次，每處理5株，所有試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)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(jī)肥，清耕，試驗(yàn)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(fēng)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(yàn)測定，棗果采收于10月初進(jìn)行。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤溫度測定 6月8日開始，曲管地溫計(jì)每10 d實(shí)時(shí)測定溫度日變化，測定時(shí)間為上午8∶00至下午18∶00，每隔2 h記錄一次數(shù)據(jù)。

1.3.2 土壤養(yǎng)分測定 2016年10月12日進(jìn)行土樣采集，按照隨機(jī)、等量、多點(diǎn)混合法，在棗樹行間隨機(jī)5點(diǎn)采集樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)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(biāo)簽，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，測定土壤養(yǎng)分。

速效K測定采用醋酸銨—火焰光度計(jì)法；速效N測定采用堿解擴(kuò)散法；速效P測定采用鉬銻抗比色法；硝態(tài)氮，加入KCI溶液振蕩，靜置，采用吸光度法測定；有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法[19]。

1.3.3 果實(shí)品質(zhì)測定 內(nèi)在品質(zhì)：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(zhì)采用考馬斯亮藍(lán)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(zhì)：棗果橫縱徑，采用游標(biāo)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(shí)重量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

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

2 結(jié)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?zé)o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(nèi)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(yǎng)分的影響

不同土壤耕作方式對棗園土壤養(yǎng)分的影響如表2所示?？傮w來看，3種覆蓋處理都不同程度地提高了土壤速效養(yǎng)分(速效N、速效P、速效K)含量，同一土層中YMG、HM和HMC速效養(yǎng)分含量與CK差異不顯著，但隨著土壤深度的增加，速效養(yǎng)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(yǎng)分影響不顯著。在0 cm土層處，有機(jī)質(zhì)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(tài)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(jī)質(zhì)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(tài)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(jī)質(zhì)、速效K和硝態(tài)氮含量從高到低均為HMC、HM、YMG和CK，其中各處理土壤有機(jī)質(zhì)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(tài)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(tài)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(tài)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(jī)質(zhì)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(yǎng)分含量，且HMC和HM對土壤速效養(yǎng)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(yǎng)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(biāo)同一處理不同土層深度間的顯著性；大寫字母表示各指標(biāo)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(shí)品質(zhì)的影響

不同土壤耕作方式對果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的影響如表3所示。與CK相比，HMC、HM和YMG處理果實(shí)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(zhì)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?xiàng)椆麑?shí)外在品質(zhì)比較。其中，HMC處理?xiàng)椆麢M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(yǎng)分和果實(shí)品質(zhì)的相關(guān)性分析

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

表3 不同耕作方式對果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的影響

2.5 主成分分析

表6為主成分分析對相關(guān)指標(biāo)的綜合評價(jià)。提取特征值大于1的3個(gè)主成分，分別為6.614、5.485、3.901，前3個(gè)主成分累加占到總方差的100%，即3個(gè)主成分包含總體信息，無數(shù)據(jù)丟失，符合分析要求。因此，可用3個(gè)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(zhì)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(biāo)值越大，Vc含量、蛋白質(zhì)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(jī)質(zhì)含量、速效K含量、速效N含量、速效P含量、硝態(tài)氮含量的信息，其中有機(jī)質(zhì)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(fù)向分布，即在PC2正向坐標(biāo)值越大，有機(jī)質(zhì)含量、速效K含量的值越大，速效N含量的值越小；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(fù)向分布，即在PC3正向坐標(biāo)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(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，負(fù)相關(guān)指標(biāo)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，F(xiàn)1,F2,F3分別為第一～第五主成分。

根據(jù)主成分分析結(jié)果，各成分的旋轉(zhuǎn)得分系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)，求出3個(gè)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(jié)論

果園地面覆蓋是農(nóng)田保墑的重要措施之一，能改善土壤理化性質(zhì)、調(diào)節(jié)地溫、增加濕度，提高土壤肥力，促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量[22-23]。本研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)果一致?？锸痰萚25]研究也發(fā)現(xiàn)，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(wěn)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(jié)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(fā)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(fā)，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(jié)果一致。因此HMC和YMG整體增強(qiáng)了土壤溫度的相對穩(wěn)定性，而HM處理的土溫相對穩(wěn)定性能最差。

表4 不同耕作方式對果實(shí)外觀品質(zhì)的影響

表6主成分分析旋轉(zhuǎn)后的成分載荷矩陣

Table6Principalcomponentanalysisofthecomponentloadmatrixafterrotation

指標(biāo)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(jī)質(zhì)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(tài)氮含量 Nitrate nitrogen content0.4520.638-0.623Vc含量 Vc content0.8310.5150.208蛋白質(zhì)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(xiàn)率/%Contribution rate of variance41.33634.28024.383累計(jì)貢獻(xiàn)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(biāo)的綜合評價(jià)

李會(huì)科等[30]研究發(fā)現(xiàn)，黃土高原旱地蘋果園生草能提高土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量。大量研究表明，生草栽培可顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，改善土壤結(jié)構(gòu)和環(huán)境，促進(jìn)微生物活動(dòng)[31]。本研究中，YMG、HM和HMC均能提高棗園原有土壤速效養(yǎng)分含量，促進(jìn)土壤礦質(zhì)元素的礦化利用，且HMC作用顯著，這與吳玉森等[32]的研究結(jié)果一致。另外，地膜覆蓋盡管減少土壤水分蒸發(fā)，但影響著地表透氣性，且覆膜時(shí)CO2釋放速率低、土壤微生物活性不高，從而對土壤速效養(yǎng)分的提高作用較低[25]。有研究表明，地膜覆蓋下土壤速效養(yǎng)分的增加是以消耗土壤肥力為代價(jià)，連年地膜覆蓋將會(huì)導(dǎo)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(yǎng)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(yǎng)分含量較明顯提升，而60 cm土層的養(yǎng)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(yǎng)分，導(dǎo)致養(yǎng)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(yǎng)分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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(jī)質(zhì)含量，從而改善果實(shí)品質(zhì)[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，YMG、HM和HMC均能不同程度的提高棗果果實(shí)品質(zhì)，其中HMC對Vc含量、蛋白質(zhì)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(yǎng)生長，促進(jìn)了生殖生長，有利于果樹開花結(jié)果[36]；另一方面可能是甘肅中部沿黃灌區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)缺乏，生草可使棗園環(huán)境得到改善，從而使果實(shí)品質(zhì)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(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，減少土溫變幅，提高果實(shí)品質(zhì)，為果樹連年優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。主成分分析在作物性狀評價(jià)與種質(zhì)資源的綜合評價(jià)中得到了廣泛運(yùn)用[38-39]，本研究將16個(gè)指標(biāo)綜合成為3個(gè)主成分因子，可代表4種不同覆蓋措施100%的原始數(shù)據(jù)信息量，彼此間互不干擾，從而達(dá)到簡化和綜合的目的。相關(guān)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(qū)改善土壤養(yǎng)分，提高棗果品質(zhì)的最佳棗園覆蓋模式，值得推廣應(yīng)用。