趙 英，郭旭新，杜 璇，閆小紅，高志永，支玉璽

(1.楊凌職業(yè)技術學院，陜西楊凌 712100；2.西安理工大學 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室，西安 710048；3.武功縣園林工作站，陜西武功 712200)

獼猴桃含有豐富的維生素C，被譽為“人間仙果”，深受世界人民喜愛。中國是世界最大的獼猴桃生產(chǎn)國，截至2019年底，中國獼猴桃的栽培面積達29.06萬hm2，總產(chǎn)量達300萬t。陜西獼猴桃產(chǎn)量約占全國產(chǎn)量的40%左右[1]，主要分布在關中地區(qū)渭河以南至秦嶺北麓[2]。獼猴桃根系分布較淺，對土壤水分的需求特別敏感，既不耐旱也不耐澇，要求土壤含水量最好保持在田間持水量的65%～75%。隨著中國農(nóng)業(yè)節(jié)水的不斷發(fā)展，微噴灌、滴灌等微灌方式在獼猴桃園的應用逐年增加。與傳統(tǒng)的地面灌溉相比，微灌濕潤土壤深度淺，灌水周期短，節(jié)水效果明顯，宜成為獼猴桃園的主要灌溉方式[3]。

秸稈覆蓋保墑是一種經(jīng)濟節(jié)水的實用技術，在中國大田糧食作物中被廣泛應用[4-7]。秸稈具有明顯的保溫保墑效果，促進農(nóng)作物生長，顯著提升作物產(chǎn)量和水分利用效率[8-9]。與對照處理相比，使小麥地0～2m土層土壤水分增加1%～23%，產(chǎn)量提升13%～23%，水分利用效率增高24%～33%[10]，使玉米拔節(jié)期土壤水分增加48%，水分利用效率達3.0kg·m-2·mm-1[11]。秸稈覆蓋可以影響土壤肥力、微生物及土壤理化性狀。秸稈覆蓋處理的土壤全氮、有效磷、有機質(zhì)含量較對照分別增加18.6～38.2mg·kg-1、5.6～6.5mg·kg-1和0.6～2.3g·kg-1[12]，可使0～20cm土層可溶性有機氮占全氮的比例、水穩(wěn)定性團聚體數(shù)量、活性有機質(zhì)的數(shù)量、生物數(shù)量和酶活性增加，改變耕作層細菌群落及細菌的分布結(jié)構(gòu)，降低土壤真菌與細菌比[13-15]。

陜西獼猴桃主產(chǎn)區(qū)也是冬小麥、夏玉米的主要種植區(qū)，具有豐富的秸稈資源。近年來，關于秸稈覆蓋對棗、蘋果等果樹土壤水分及產(chǎn)量的影響均有研究[16-18]，但將灌溉與覆蓋結(jié)合起來應用于果樹尤其是獼猴桃上的研究尚未見相關報道。本研究在楊凌五泉鎮(zhèn)開展試驗，比較分析不同秸稈覆蓋對獼猴桃園微灌后土壤水分的影響，篩選出適宜的秸稈覆蓋及覆蓋量，從而達到改善土壤墑情、延長灌水周期的效果，落實“節(jié)水優(yōu)先”方針，為當?shù)爻浞掷媒斩捹Y源促進獼猴桃園的生產(chǎn)提供一定的科學依據(jù)和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

2020年3月至2021年2月，在陜西楊凌示范區(qū)五泉鎮(zhèn)(108°00′E，34°29′N)楊凌豐源農(nóng)業(yè)工程有限公司獼猴桃園內(nèi)開展試驗。該區(qū)地處關中平原腹地，海拔高度431～563 m，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年日照時數(shù)2 163.8 h，無霜期220 d，年均氣溫12.9 ℃，年降水量為635～663 mm，試驗期的降雨量及氣象情況見圖1。

試驗園區(qū)獼猴桃種植面積為4 000 m2，品種為“徐香”，樹齡8 a，東西行向種植，株行距2 m×3 m，長期使用滴灌+微噴灌方式灌溉，為方便農(nóng)事作業(yè)，將滴灌管懸掛于獼猴桃園立柱上方兩側(cè)50 cm處，立柱高度2 m，每行獼猴桃安裝滴灌管2行，滴頭間距50 cm，滴頭設計流量為3 L/h，微噴灌毛管在立柱上方沿行向安裝，微噴頭間距 1 m。平時主要使用滴灌系統(tǒng)灌溉，在夏季高溫季節(jié)和冬春季節(jié)寒凍時采用微噴灌系統(tǒng)降溫增濕和防寒防凍。

圖1 獼猴桃生育期內(nèi)基本氣象情況Fig.1 Basic meteorological conditions during growth period of kiwifruit

1.2 試驗設計

試驗共設玉米秸稈、小麥秸稈2種覆蓋材料，用切割機把玉米秸稈和小麥秸稈切割成長度約5 cm的小段后覆蓋在獼猴桃園地表，覆蓋厚度分別設5、10、15 cm 3種，共6個處理，以不覆蓋為對照(CK)，每個處理3次重復，具體見表1。

展葉期末(5月上旬)布設試驗。在獼猴桃園中部選取3行設置試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積 2 m×3 m，沿行向長度3 m，垂直行向長度2 m，在獼猴桃種植行兩側(cè)各1 m，種植有2株獼猴桃，為防止灌水和刮風吹散秸稈，每個小區(qū)周圍用塑料柵欄圍擋，柵欄高度10 cm，小區(qū)內(nèi)按照設計方案覆蓋秸稈。相鄰處理小區(qū)間相隔2 m。每個小區(qū)依據(jù)園區(qū)植株情況和管理經(jīng)驗進行水肥統(tǒng)一、同步管理。試驗期間，共灌水3次，每次灌水3 h，每個小區(qū)每次灌水定額108 L，其余時間依靠降雨補充水分，具體灌水方案如表2所示。

表1 試驗處理設置Table 1 Treatments in this experiment

表2 試驗小區(qū)獼猴桃生育期灌溉制度Table 2 Irrigation schedule in experimental plot during growth period of kiwifruit

1.3 試驗指標測定及計算

1.3.1 土壤水分測定 采用Diviner 2000(Sentek，Australia)測定地表下10～90 cm土層內(nèi)的土壤體積含水量。每個小區(qū)內(nèi)，選取2株獼猴桃中間點向南側(cè)距離約50 cm處測定土壤水分。在覆蓋秸稈前，用土鉆在水分測定點向下打孔100 cm，之后在孔中插設一根100 cm長度的專用PVC管，PVC管高出地表10 cm，在管口加蓋配套封口蓋防止降雨和灌溉水進入管內(nèi)影響水分測值。此外，在試驗地利用烘干法多樣點分層測量土壤含水量，并對Diviner2000測定的多樣點結(jié)果進行標定。于5月12日至11月12日測定不同處理土壤水分變化情況，測定周期10 d。

1.3.2 土壤儲水量的變化量

△W=W末-W始

Wi=0.1×θi×hi

式中，△W為土壤儲水量的變化量，mm；W末和W始為某個生育期結(jié)束和開始時的土壤儲水量，mm；Wi為第i生育期的土壤儲水量，mm；θi為第i生育期的土壤體積含水量，%；hi為第i生育期內(nèi)測定的土層厚度，cm。

1.3.3 耗水量和水分利用效率 獼猴桃在各生育期的耗水量采用水量平衡法來計算，試驗區(qū)域地勢平坦且地下水埋深在10 m以下，地表徑流和深層滲漏量忽略不計，水量平衡方程簡化為 下式：

ET=P+I-△W

式中，ET為獼猴桃在生育期的耗水量，mm；P為生育期降雨量，mm；I為生育期內(nèi)的灌溉量，mm；△W為土壤儲水量的變化量，mm。

水分利用效率采用下式計算：

WUE=Y/ET

式中，WUE為獼猴桃的水分利用效率， kg·m-3；Y為獼猴桃的產(chǎn)量，果實成熟后統(tǒng)計各處理實際產(chǎn)量，折合成公頃產(chǎn)量，kg·hm-2；ET為獼猴桃在全生育期的耗水量，mm。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010(Microsoft,Redmond,USA)進行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS16(SPSS,Chicago,USA)中單因素方差(ANVOA)分析不同處理差異，然后用LSD法在0.05水平進行多重比較，當P<0.05時認為差異達到顯著水平，借助Origin 2016(OriginLab,Northampton,USA)進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋處理獼猴桃土壤水分時空動態(tài)

圖2為不同覆蓋處理條件下，獼猴桃不同生育期土壤水分的時空動態(tài)。圖2表明，在獼猴桃開花坐果、果實膨大和果實成熟期內(nèi)，不同處理土壤水分的活動層主要在10～40 cm土層，CK和覆蓋(MJ15、YJ15、MJ10、YJ10、MJ5、YJ5)處理在10～40 cm土層土壤水分變異系數(shù)的變化范圍為0.11～0.32，而在40～90 cm土層土壤水分變異系數(shù)僅為0.07～0.11，7種處理在10～40 cm土層平均含水量較40～90 cm土層含水量低 2.54%～4.65%。與CK相比，覆蓋處理均能夠提高10～90 cm土層土壤含水量，在開花坐果、果實膨大、果實成熟期，覆蓋處理10～40 cm土層的土壤含水量分別是CK的1.03～1.09、1.09～ 1.29和1.09～1.27倍；40～90 cm土層的土壤含水量分別是CK的1.05～1.11、1.10～1.20和 1.11～1.18倍。不同覆蓋處理10～90 cm土層內(nèi)保墑效果在獼猴桃的果實膨大期強于開花坐果期和果實成熟期，10～40 cm土層水分的大小次序為：YJ10 > YJ15 > MJ5 > MJ10 > YJ5 > MJ15；40～90 cm土層土壤水分的大小次序為：YJ10 > MJ5 > YJ15 > MJ10 > YJ5 > MJ15，其中YJ15、MJ10、YJ10和MJ5較其他覆蓋處理對40～90 cm土層保墑明顯，但YJ10處理的保墑能力最強，該處理使土壤水分維持在38%以上的天數(shù)達61 d，占果實膨大期總天數(shù)的67.8%。從全生育期看，MJ5的保墑能力僅次于YJ10，二者間無顯著性差異。

圖2 獼猴桃生育期不同覆蓋處理的土壤水分時空動態(tài)Fig.2 Spatio-temporal dynamics of soil moisture under different mulching treatments during growth period of kiwifruit

2.2 不同覆蓋處理獼猴桃土壤儲水量變化

開花坐果期是獼猴桃土壤水分的增加期(表3)，7種處理10～90 cm土層儲水量的變化量在44.76～111.68 mm范圍，其中覆蓋處理無論是10～40 cm土層還是40～90 cm土層土壤儲水變化量均高于CK處理，原因在于該生育期內(nèi)降雨量大(圖1)，耗水量小(表4)，覆蓋處理攔蓄并儲存了較多的降雨；覆蓋處理在40～90 cm土層土壤儲水量變化量高于10～40 cm土層土壤儲水量變化量，其中YJ15處理40～90 cm較10～40 cm土層土壤儲水量變化量最大，可達33.03 mm；覆蓋處理在10～40 cm土層或40～90 cm土層土壤儲水變化量差異并不顯著，僅MY15在10～40 cm或40～90 cm土層土壤儲水變化量顯著低于其他處理(P<0.05)，而YJ10在10～90 cm土層土壤儲水變化量最大，為111.68 mm。果實膨大期是獼猴桃土壤水分的損失期，獼猴桃果實膨大期損耗10～90 cm土層內(nèi)土壤水分，YJ15處理分別在10～40 cm和40～90 cm土層土壤儲水量變化量在果實膨大期顯著低于其他處理(P< 0.05)，僅降低17.38和20.13 mm(表3)。果實成熟期土壤水分損失在10～40 cm土層，除YJ10外，其他處理土壤水分的損失量均低于同處理在果實膨大期的損失量。就全生育期10～90 cm土壤儲水量的變化量而言(表3)，CK處理土壤儲水量的變化量最大，較其他處理顯著降低了39.35 mm(P<0.05)，無法滿足獼猴桃在整個生育期的需水要求，而YJ10、YJ15、MJ5和MJ10處理在獼猴桃生育期結(jié)束后，分別可使土壤含水量顯著增加27.76、25.85、21.94和5.94 mm(P<0.05)。

2.3 不同覆蓋處理獼猴桃耗水量及水分利用效率

不同處理的獼猴桃耗水量見表4。表4表明，在開花坐果期，CK處理的耗水量最大，該生育期的總耗水量為110.54 mm，顯著高于除MJ15處理外的其他處理(P<0.05)，日耗水強度高達 2.40 mm·d-1。果實膨大期是獼猴桃的主要耗水期，耗水量為477.63～507.35 mm，日耗水強度為5.64～5.12 mm·d-1，耗水模數(shù)為 71.48%～79.45%，土壤儲水量的變化量出現(xiàn)負值(表4)，該生育期內(nèi)僅依靠降雨和1次灌溉已無法滿足獼猴桃需水要求，建議在該生育期內(nèi)適量灌溉，以滿足其生育期內(nèi)水分虧缺，另外，YJ15處理的耗水量顯著低于其他處理(P<0.05)，較CK處理少耗 31.51 mm。各處理在果實成熟期的耗水量無顯著差異(P>0.05)，耗水強度較果實膨大期降低3.38～3.86 mm·d-1。在全生育期內(nèi)，CK處理的耗水量最大，顯著高于YJ15、YJ10和MJ5處理65.20、67.10和61.28 mm，CK處理的日耗水強度最大，較其他處理高 0.17～0.36 mm·d-1。與CK處理的水分利用效率(WUE)相比，覆蓋處理提高了獼猴桃的WUE(圖3)，CK處理的WUE最低，僅為2.75 kg·m-3，YJ10處理的WUE最高，顯著高于其他處理 (P<0.05)，是其他處理的1.12～1.33倍。

3 討 論

本試驗結(jié)果顯示，在獼猴桃全生育期內(nèi)，CK的土壤水分損耗高于其他處理(表4)，秸稈覆蓋可以顯著減少土壤水分棵間蒸發(fā)消耗量[19-20]，具有較大的水分截獲能力，攔蓄并儲存了較多的降雨，不僅影響林冠穿透雨在土壤中的再分配，而且避免了較大雨強的降雨對土表面打擊和土壤結(jié)構(gòu)的破壞，增大了土壤入滲能力，降低了產(chǎn)流的可能[21-22]，進而有效提升土壤墑情。其中，小麥秸稈覆蓋厚度以5 cm保水效果最好，其次為10、15 cm厚度效果相對較差；玉米秸稈覆蓋厚度則以10 cm保水效果最好，其次為15、5 cm厚度效果相對較差(表3)?？赡茉蛟谟冢盒←溄斩捈毝彳浫菀孜采w過厚(>10 cm)容易使灌水或降雨被秸稈本身吸附而影響進入下層土壤中的水量；玉米秸稈較粗，鋪設厚度適宜時，不容易將地表完全覆蓋，有利于灌水持續(xù)向下入滲，但過厚也會影響水分的下滲率，覆蓋過薄則不能很好地阻擋棵間蒸發(fā)，難以有效地提高土壤水分含量。黨昆等[23]研究認為，在水稻田中以60%的秸稈還田量最為適宜，可見秸稈覆蓋量并不是越多越好。本試驗不同覆蓋處理的水分利用效率均高于對照，其中YJ10處理的WUE顯著高于其他處理(P<0.05)。

表3 不同覆蓋處理在各生育期內(nèi)土壤儲水量的變化 Table 3 Changes of soil water storage under different mulching treatments during different growth stages mm

表4 不同覆蓋處理在生育期的耗水量Table 4 Water consumption of different mulching treatments during growth period of kiwifruit

本研究也表明即使進行秸稈覆蓋，也不能滿足作物生育期全部需水量，還需要適時補充灌溉，但灌水量能適當減少，較全生育期微灌處理節(jié)水量達21.5%(表2，表4)。秸稈覆蓋+微灌是獼猴桃園節(jié)水增產(chǎn)的有效措施，很適合缺水地區(qū)使用。

圖3 不同覆蓋處理獼猴桃水分利用效率(WUE)Fig.3 Water use efficiency (WUE) of kiwifruit under different mulching treatments

已有研究在冬小麥、棉花、馬鈴薯、蘋果園、棗園等種植田進行秸稈覆蓋，結(jié)果均表明，秸稈覆蓋能增加土壤的含水量[24-26]。普雪可等[27]認為采用地膜和秸稈溝壟雙覆蓋尤其能提高馬鈴薯生育關鍵期(播后70～90 d)的保水效果，這與該研究的規(guī)律相似。本研究顯示秸稈覆蓋能有效提升獼猴桃果實膨大期這一需水關鍵期的土壤含水量，但覆蓋處理在40～90 cm土層土壤儲水量變化量高于10～40 cm土層土壤儲水量變化量(表3)，不同覆蓋處理在需水關鍵期的土壤含水量是CK處理的1.09～1.29倍(圖2)，再次說明秸稈覆蓋能有效改善作物需水關鍵期的土壤水分狀況，促進作物的生長，從而影響作物的產(chǎn)量，使覆蓋處理對獼猴桃的水分利用效率顯著高于CK處理 (圖3)。

張婷婷等[28]研究認為，旱作農(nóng)田有秸稈覆蓋的情況下，土壤微生物多樣性高且群落穩(wěn)定，特別是當小麥秸稈還田覆蓋度為50%時，能夠使土壤微生物群落保持在較穩(wěn)定水平。小麥秸稈還田覆蓋度為70%時也對土壤微生物群落多樣性有較大正面影響。Indranil等[29]在印度恒河三角洲濱海鹽堿地開展研究，認為滴灌和秸稈覆蓋對番茄的土壤pH、采后有機碳、氮、磷、鉀狀況和土壤微生物種群數(shù)量以及果實的生化品質(zhì)參數(shù)均有顯著影響。獼猴桃園種植覆蓋白三葉草和黑麥草等作物也改變了土壤環(huán)境因子，影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成[30-32]。秸稈分解速率受土壤含水量影響很大[33]，較大的降雨加速了秸稈的分解，玉米秸稈翻壓還田210 d后(降雨425 mm)，秸稈殘留量達62.14%，分解率達58 kg·hm-2·d-1[34]，隨著秸稈的分解，其持水性能和組成分發(fā)生變化，秸稈在分解的過程中不斷參與土壤碳氮的形成,土壤有機碳和氮是決定土壤肥力的關鍵因子[35-36]，秸稈碳對CO2釋放的貢獻較土壤原有有機碳大，秸稈覆蓋3年后土壤中的碳氮比較無覆蓋處理顯著增加了6.2%，溶解有機碳和氮分別顯著增加21%和10.5%[19,37]，然而，我們對于秸稈覆蓋結(jié)合滴灌對獼猴桃園土壤微生物群落、土壤理化性質(zhì)及土壤肥力在土壤剖面分布運移規(guī)律、時空變異特征尚不明確，后續(xù)需要進一步試驗研究。

4 結(jié) 論

4.1 獼猴桃園土壤水分的活動層主要在10～40 cm土層，但10～40 cm土層平均含水量較40～90 cm土層含水量低2.54%～4.65%；與CK相比，在獼猴桃各生育內(nèi)，覆蓋處理(MJ15、YJ15、MJ10、YJ10、MJ5、YJ5)均能夠提高10～90 cm土層的土壤含水量。

4.2 開花坐果期是不同處理的儲水期，YJ10在10～90 cm土層土壤儲水變化量最大，占CK的249.51%；而果實膨大期是獼猴桃的主要耗水期，同時也是覆蓋處理保墑效果最為明顯期，YJ10處理的保墑能力最強，使40～90 cm土層土壤水分維持在38%以上的天數(shù)占果實膨大期總天數(shù)的67.8%，MJ5處理的保墑效果僅次于YJ10。但覆蓋處理提升的水分無法滿足耗水需求，仍然出現(xiàn)水分虧缺現(xiàn)象。

4.3 就全生育期而言，CK處理的耗水量最大，可使10～90 cm土層的土壤儲水量顯著降低 (P<0.05)，YJ10處理的耗水量最小，同時該處理的水分利用效率顯著高于其他處理(P< 0.05)，是CK處理的1.33倍。MJ5處理的耗水量僅大于YJ10，二者間無顯著性差異。

4.4 陜西關中地區(qū)獼猴桃園秸稈覆蓋材料首選玉米秸稈，厚度10 cm，次選小麥秸稈，厚度5 cm。