田志剛，王鵬飛

（1.晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物工程學(xué)院，山西 晉中030600；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷030801）

秸稈是農(nóng)作物的主要副產(chǎn)品，含有大量的有機(jī)物質(zhì)和豐富的礦質(zhì)元素［1］，是一種可再生的寶貴生物資源。我國農(nóng)作物秸稈資源豐富，但利用率較低。目前，秸稈處理主要方式為就地焚燒、隨意丟棄，造成了環(huán)境污染、資源浪費(fèi)［2］。作為物質(zhì)、能量和養(yǎng)分的載體，秸稈還田后不僅能有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量［3］、顯著提高土壤養(yǎng)分有效性［4］、明顯提升土壤質(zhì)量［5］，而且還能顯著提高作物產(chǎn)量［6］、改善作物品質(zhì)［7］、提升經(jīng)濟(jì)效益［8］。由于秸稈還田對環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)增效、促農(nóng)增收等方面均具有十分重要的意義，使其一直是可持續(xù)農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)。

多年來，我國果園的土壤管理以免耕或清耕為主，導(dǎo)致了土壤質(zhì)量退化、果實(shí)產(chǎn)量降低和品質(zhì)變劣［9］。秸稈覆蓋淺施作為一項(xiàng)有效措施越來越被果園管理者重視。周江濤［10］研究發(fā)現(xiàn)，蘋果園覆蓋玉米秸稈能減輕土壤酸化、提高土壤養(yǎng)分。秦嗣軍［10］報(bào)道顯示，果園秸稈覆蓋可增強(qiáng)土壤保水能力、促進(jìn)果樹生長發(fā)育，并能有效提高蘋果產(chǎn)量。也有報(bào)道顯示，秸稈還田后能減小果園土壤溫度振幅、增加微生物含量［12］。王進(jìn)［13］在研究山地李果園秸稈覆蓋和地膜覆蓋時(shí)發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋顯著地提高了果園土壤水分含量、改善了土壤結(jié)構(gòu)、增加了果樹根系數(shù)量和活力，蔡銘陽［14］也報(bào)道了類似的研究結(jié)果。另外，秸稈覆蓋還具有改善樹體水分狀況、提高果樹光合速率等作用［15］，同時(shí)也能顯著改善果實(shí)品質(zhì)［16］。

山西省左權(quán)縣盛產(chǎn)核桃，左權(quán)核桃以其高含油量、口感香脆，在國際上享有盛譽(yù)。2001年左權(quán)縣被國家林業(yè)局命名為“中國核桃之鄉(xiāng)”。近年來，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的土壤管理意識淡薄，導(dǎo)致了果園有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤結(jié)構(gòu)變差、土層厚度變薄，造成核桃產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣、獨(dú)特口感淡化，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)睾颂耶a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文針對左權(quán)縣核桃園土壤管理中存在的問題，以生草、地膜、玉米秸稈、小麥秸稈為覆蓋材料，研究核桃園不同覆蓋材料對土壤養(yǎng)分含量、核桃產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，旨在為提高果園土壤質(zhì)量及核桃產(chǎn)量、質(zhì)量，彰顯左權(quán)核桃獨(dú)特口感，為核桃園土壤管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山西省左權(quán)縣麻田鎮(zhèn)云頭底村，海拔1 210 m，屬溫帶大陸季節(jié)性氣候。常年日照2 570 h，年均氣溫7.4℃，晝夜溫差15～21℃，年無霜期為150 d，年降雨量為540 mm左右。試驗(yàn)園耕層土壤基礎(chǔ)肥力為：pH為7.68，有機(jī)質(zhì)含量為17.054 g·kg-1，總氮含量為1.20 g·kg-1，總磷含量為0.70 g·kg-1，總鉀含量為14.84 g·kg-1，堿解氮為88.37 mg·kg-1，速效磷為9.86 mg·kg-1，速效鉀為95.23 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以長勢旺且均勻一致的秦核1號品種為材料，試驗(yàn)于2010年開始，以不覆蓋為對照（CK）設(shè)4個(gè)處理：覆蓋地膜（T1）、生草（T2）、覆蓋小麥秸稈（T3）、覆蓋玉米秸稈（T4）。每年秋季結(jié)合施肥進(jìn)行深翻，將上一年秸稈或青草翻入土中，然后再于地表覆蓋地膜或粉碎的秸稈，CK正常深翻。翻土深度為30 cm，秸稈覆蓋厚度為15 cm。小區(qū)面積100 m2，隨機(jī)排列，3次重復(fù)。所有地表覆蓋處理（T1、T2、T3和T4）均為全園覆蓋。

1.3 樣品采用與分析

1.3.1 樣品采集

土壤樣品于2014秋季結(jié)合土壤深翻進(jìn)行。用直徑為5 cm的土鉆取冠層下0～30 cm土壤樣品，每個(gè)小區(qū)按“S”形隨機(jī)取5個(gè)土樣，混勻后經(jīng)去雜、過篩、風(fēng)干備用。根系活力測定取樣分別于2014年春季（4月15日）和秋季（9月15日）進(jìn)行。于2014年進(jìn)行核桃產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)，并于每個(gè)小區(qū)取50粒有代表性的核桃果實(shí)測定單果重、果殼厚度、出仁率及品質(zhì)指標(biāo)。

1.3.2 分析方法

參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［17］測定土壤養(yǎng)分含量：全氮含量用半微量“凱氏法”測定；全磷含量用堿熔-鉬銻抗比色法；全鉀和速效鉀含量采用火焰光度法；堿解氮含量用擴(kuò)散法；速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；總有機(jī)碳（total organic carbon，TOC）含量采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法測定［18］；微生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）的測定采用氯仿熏蒸浸提法［19］；顆粒有 機(jī) 碳（particulate organic carbon，POC）參 照Cambardell［20］的方 法測定；潛 在礦化碳（potential mineralized carbon，PMC）采用密閉培養(yǎng)堿液吸收法［21］；根系活力采用TTC還原法［22］測定；核桃的脂肪含量采用索氏提取法測定［23］；蛋白質(zhì)含量測定采用凱氏定氮法［24］；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)比色法測定［22］；用游標(biāo)卡尺測量果殼厚度；出仁率參考GB/T 20398-2006方法進(jìn)行；單果重采用千分之一天平稱量50粒后取平均值。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，運(yùn)用SPSS13.0軟件進(jìn)行多重比較，差異顯著采用Duncan方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果分析

2.1 不同覆蓋方式對土壤碳含量的影響

不同覆蓋方式對土壤TOC、MBC、POC和PMC含量的影響如圖1。由圖1可知，與CK相比，覆蓋小麥秸稈和玉米秸稈對土壤各類碳素含量有著極顯著影響（p＜0.01）。覆蓋秸稈和生草處理極顯著地提高了土壤的TOC、MBC、POC和PMC含量，CK與覆蓋地膜間差異顯著（PMC除外）。TOC、MBC、POC和PMC含量依次為T4＞T3＞T2＞T1＞CK；T4的TOC、MBC、POC和PMC含量較CK分別提高了47.89%、63.01%、25.92%和23.79%。說明覆蓋翻壓秸稈能有效提高土壤碳素含量，顯著提高土壤肥力和土壤質(zhì)量［25］。

2.2 不同覆蓋方式對土壤養(yǎng)分含量的影響

由圖2可見，不同覆蓋處理對核桃園土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、總鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀含量有極顯著的影響。與CK相比，生草及覆蓋秸稈顯著提高了土壤養(yǎng)分含量。就增加幅度而言，覆蓋秸稈對速效磷含量的提升效果最顯著，T4含量最高（16.43 mg·kg-1），較CK提高了25.33%；總鉀含量增加幅度次之，總氮、堿解氮和速效鉀含量增加幅度再次，有機(jī)質(zhì)增加幅度最小。就處理間差異 性 而 言，CK與T1養(yǎng) 分 含 量 無 顯 著 差 異；T4的各養(yǎng)分含量均極顯著高于其他處理（速效鉀除外）；T3與T2的各養(yǎng)分含量均不具極顯著差異（總磷除外）；T2和T1間的各養(yǎng)分含量差異不顯著。說明覆蓋秸稈顯著提高了土壤的養(yǎng)分含量及其有效性，這可能與秸稈還田后提升了土壤的保肥供肥能力、提高了土壤微生物數(shù)量和活性有關(guān)［26］，而地膜覆蓋對土壤養(yǎng)分的提升效果不顯著。

圖1 不同處理對土壤各類碳素含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on the contents of various kinds of soil carbon

2.3 不同覆蓋方式對核桃根系活力的影響

由圖3可知，不同覆蓋方式對核桃根系活力有極顯著影響，不同處理間其根系活力依次為T4＞T3＞T2＞T1＞CK，且春季和秋季均表現(xiàn)出相同的規(guī)律。不同覆蓋處理均在一定程度上提高了核桃樹的根系活力，其中春季測定平均提高了16.31%，秋季測定平均提高了15.23%。春季、秋季的根系活力以覆蓋玉米秸稈處理（T4）最高，分別較CK提高26.45%（春季）和25.84%（秋季）。說明覆蓋玉米秸稈提升了核桃根系的吸收能力，這可能與覆蓋玉米秸稈后提高了土壤的保溫和保墑能力，增加了土壤速效養(yǎng)分含量，促進(jìn)了土壤微生物活性，優(yōu)化了根系生長環(huán)境有關(guān)［27］。

圖2 不同處理對土壤養(yǎng)分含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on the contents of different soil nutrients

2.4 不同覆蓋方式對核桃營養(yǎng)成分的影響

表1 不同處理對核桃果實(shí)品質(zhì)特征的影響Table 1 Effects of different treatments on the qualities of walnuts fruits

由表1可見，不同覆蓋處理均可顯著提高核桃的脂肪、可溶性蛋白和總蛋白等含量。脂肪含量以CK最低（58.68%），T1次之（60.27%），T2再次（62.13%），T4的脂肪含量最高（66.49%）；CK的脂肪含量顯著低于其他處理（T1除外）。就可溶性蛋白含量而言，T4含量最高（1.30%），較CK提高了35.42%，4種覆蓋處理的可溶性蛋白含量較CK平均提高了24.48%。總蛋白含量顯示，CK顯著低于地表覆蓋處理，各處理果仁的總蛋白含量較CK分別提高了7.27%（T1）、12.51%（T2）、17.79%（T3）和22.97%（T4）。綜上，地表覆蓋秸稈（尤其是玉米秸稈）顯著提高了核桃仁營養(yǎng)成分的含量，進(jìn)而改善核桃的品質(zhì)。

2.5 不同覆蓋方式對核桃果實(shí)特性和產(chǎn)量影響

由表2可見，地表覆蓋對核桃的單果重有顯著影響，以CK最低，T4的 單果重 較CK提高 了13.39%；4個(gè)覆蓋處理的單果重較CK平均增加了9.21%。果殼厚度以CK的果殼最厚（0.12 cm），T3和T4的果殼最薄，均為0.10 cm，較CK降低了16.67%。核桃的出仁率以T4最高（66.87%），較CK提高了5.32%；4個(gè)處理較CK平均提高了5.32%。由表2可以看出，覆蓋處理顯著增加了核桃產(chǎn)量，以T4的產(chǎn)量最高（3 234.33 kg hm-2）；與CK相比，各處理的產(chǎn)量分別提高了4.91%（T1）、6.86%（T2）、9.46%（T3）和11.25%（T4），且處理間差異顯著。地表覆蓋（尤其是覆蓋玉米秸稈）顯著增加了核桃單果重、出仁率和產(chǎn)量，降低了核桃果殼厚度，長期覆蓋秸稈可增加核桃產(chǎn)值和提升經(jīng)濟(jì)效益。

表2 不同處理對核桃果實(shí)性狀及產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of different treatments on fruit traits and yield of walnuts

3 討論

土壤有機(jī)碳含量及其動(dòng)態(tài)平衡是評價(jià)土壤肥力和功能的主要指標(biāo)之一，影響著土壤的養(yǎng)分、結(jié)構(gòu)、持水性及微生物量［28］。大量研究表明，秸稈還田能顯著提高土壤有機(jī)碳含量［29］。本研究表明，與CK相比，地表覆蓋顯著提高了土壤總有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳、微生物量碳和潛在可礦化碳的含量，且以覆蓋地膜（T1）的效果最差，生草（T2）次之，覆蓋秸稈（T3和T4）的效果最好，這主要是因?yàn)樯莺透采w秸稈直接增加了有機(jī)物料，經(jīng)微生物分解后提升土壤有機(jī)碳含量。覆蓋玉米秸稈處理（T4）的總有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳、微生物量碳和潛在可礦化碳等含量較CK分別提高了47.89%、151.33%、25.92%和23.79%，這主要是因?yàn)檫€入土壤的秸稈經(jīng)土壤微生物作用，分解腐化后進(jìn)入土壤進(jìn)而增加了土壤碳素含量。

本試驗(yàn)表明，地表覆蓋顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，且以覆蓋秸稈的效果最高，生草次之，覆蓋地膜的效果最差，這可能是因?yàn)樽魑锝斩捠且环N含碳豐富的能源物質(zhì)［30］，含有大量的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素等含碳物質(zhì)，施入土壤后經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化進(jìn)而增加了有機(jī)質(zhì)含量，這與矯麗娜［31］的研究報(bào)道一致。本試驗(yàn)中地表覆蓋后土壤的氮、磷、鉀含量均顯著提高，且以覆蓋作物秸稈的效果最為顯著，這與前人報(bào)道的秸稈還田可提高土壤氮、磷、鉀含量的結(jié)果一致［32］。這主要是因?yàn)榈乇砀采w后改善了土壤水熱狀況，加速了土壤礦化作用進(jìn)而增加了土壤養(yǎng)分。此外，地表覆蓋處理還提高了土壤的氮、磷、鉀的有效性，尤其是覆蓋秸稈處理，這主要是因?yàn)槭┤胗袡C(jī)物料后，既改善了土壤條件、增加了土壤氮、磷、鉀含量，又促進(jìn)了土壤微生物的生長和繁殖，從而進(jìn)一步提高了氮磷鉀的有效性［33］，李純燕［34］的研究與本試驗(yàn)結(jié)果具有一致性。同時(shí)，地表覆蓋也顯著提高了核桃根系活力，且以覆蓋育苗秸稈的效果最好。

圖3 不同處理對核桃根系活力的影響Fig.3 Effects of different treatments on root vitality of walnuts plants

核桃仁中含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物等營養(yǎng)成分，其中脂肪和蛋白質(zhì)是最為重要營養(yǎng)指標(biāo)［35］，其含量直接決定著核桃果實(shí)品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，地表覆蓋處理對核桃仁的脂肪、可溶性蛋白和總蛋白含量有顯著影響，且以覆蓋玉米秸稈的效果最好。這可能是因?yàn)楦采w秸稈后改善了土壤水溫條件［10］、提升了肥力水平、增加了微生物量和酶活性及提高了土壤質(zhì)量，提升了植株根系的吸收能力，進(jìn)而改善了核桃樹體的營養(yǎng)狀況。

地表覆蓋后核桃的單果重、出仁率和產(chǎn)量得到了顯著提高；CK的單果重、產(chǎn)量和出仁率顯著低于覆蓋處理（T1的出仁率除外）。覆蓋處理后顯著降低了核桃的果殼厚度；CK的果殼厚度顯著大于覆蓋處理，其原因有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究采用地表覆蓋方式進(jìn)行核桃園的土壤管理，分析了不同處理對土壤質(zhì)量及核桃品質(zhì)和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，覆蓋翻壓秸稈顯著提高了總有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳、微生物量碳和潛在可礦化碳的含量，與CK相比，各處理的4類碳素含量分別提高了24.91%、35.56%、14.71%、12.90%，土壤質(zhì)量得到了顯著提升；顯著增加了土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷和鉀等養(yǎng)分含量，土壤肥力水平得到了顯著提升；顯著增強(qiáng)了根系吸收能力，T4的根系活力較CK提高了16.31%（春季）和15.23%（秋季）；顯著提高了核桃仁的脂肪、可溶性蛋白和總蛋白含量，較CK分別提高了7.70%、24.48%和15.13%，核桃營養(yǎng)水平得到了顯著提升。顯著增加了核桃的單果重、出仁率和產(chǎn)量，降低了核桃的果殼厚度，各處理的產(chǎn)量較CK平均提高了8.12%，經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。因此，在該區(qū)域核桃園應(yīng)采取覆蓋翻壓秸稈（尤其是玉米秸稈）方式土壤管理，以改善土壤質(zhì)量、提升營養(yǎng)水平、增強(qiáng)了根系吸收能力、彰顯品質(zhì)特質(zhì)和增加經(jīng)濟(jì)效益。