王春麗，強(qiáng) 成，王建平，曹晨輝，張 智，陳文杰，楊建利*

（1 陜西省雜交油菜研究中心，陜西楊陵 712100；2 寶塔區(qū)果業(yè)技術(shù)推廣和營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心，陜西延安 716000；3 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊陵 712100）

陜北高原地區(qū)土地資源豐富，光照充足、晝夜溫差大，屬于干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候，具有北方旱寒區(qū)典型的氣候特點(diǎn)。干旱、寒冷，冬季極端溫度可達(dá)-20℃ 以下，年降水量500 mm 左右, 降雨量少且年度分布不均，冬春干旱而秋季多雨。當(dāng)?shù)赝寥李?lèi)型主要是黃綿土，土層深厚，土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分含量低，耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量不足1%，土壤板結(jié)、通氣透水性能較低，土壤肥力和質(zhì)量均較差[1]。

陜北半干旱地區(qū)是世界公認(rèn)的蘋(píng)果最優(yōu)適生區(qū)，蘋(píng)果品質(zhì)優(yōu)良、種植面積巨大，僅陜北蘋(píng)果種植面積已超過(guò)20 萬(wàn)hm2。陜北果園蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)季土壤相對(duì)含水量大多小于60%，季節(jié)性干旱嚴(yán)重，0—60 cm 土層貯水量與降水量的變化一致；果樹(shù)根區(qū)0—200 cm 土層水分普遍虧欠[2]。陜北地區(qū)20 年以上果園降雨向深層土壤的下滲接近于零，不同樹(shù)齡的果園2.0—4.0 m土層以下均出現(xiàn)嚴(yán)重或強(qiáng)烈干化；干土層切斷了深層水分與上層的聯(lián)系，形成了土壤-植物-大氣的異常土壤水分循環(huán)模式[3-5]。研究發(fā)現(xiàn)，地膜(包括黑膜和透明膜) 覆蓋、秸稈覆蓋、砂石覆蓋均顯著降低土壤水分蒸發(fā)，提高土壤蓄水量和水分利用效率，顯著促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量[6-7]。進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，砂石覆蓋和地膜覆蓋顯著提高土壤溫度，而秸稈覆蓋可有效降低土壤溫度，抵御夏季高溫對(duì)作物的傷害，并可增加土壤孔隙度，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤細(xì)菌的繁殖和代謝，建立良性的土壤生態(tài)系統(tǒng)[8-10]。顯然，黃土高原蘋(píng)果產(chǎn)量及品質(zhì)主要受限于當(dāng)年降雨和土壤肥力，而采取適宜的覆蓋措施可有效抑制土壤蒸發(fā)，增加雨水下滲和土壤水儲(chǔ)量，控制和減緩深層土壤干燥，培肥土壤，提高蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)。

油菜是一年生養(yǎng)地作物，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和抗逆性，耐寒、耐旱，對(duì)土壤肥力要求不高，坡地、低洼地都可很好地生長(zhǎng)。油菜春、夏、秋3 季都可播種，生長(zhǎng)迅速，地上生物量大，地下根系較淺，不會(huì)像多年生牧草那樣在土壤中形成密集厚實(shí)的根系層，避免和果樹(shù)爭(zhēng)水爭(zhēng)肥。油菜植株中植物所需營(yíng)養(yǎng)元素含量豐富，油菜干草含氮量(N)可達(dá)到2.52%，含磷量(P2O5) 1.53%[11]，近年來(lái)油菜作為綠肥和養(yǎng)地作物被廣泛種植。本研究針對(duì)黃土高原果園春季干旱缺水、土壤瘠薄以及其惡劣的生態(tài)環(huán)境，利用當(dāng)?shù)厍锛径嘤甑臍夂蛱攸c(diǎn)，選擇宜作綠肥的油菜品種于夏末秋初套種于蘋(píng)果園行間，秋末割倒油菜地上部分覆蓋于果樹(shù)根區(qū)，抑制土壤蒸發(fā)，“秋水春用”以緩解春季土壤干旱，培肥土壤，提高蘋(píng)果產(chǎn)量和質(zhì)量。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地位于陜西省延安市寶塔區(qū)河莊坪鎮(zhèn)余家溝村(36°11′～37°09′N(xiāo)，109°21′～110°03′E)，海拔1100 m；年平均降雨量500 mm 左右，雨量集中在7—10 月份，冬春干旱。年均氣溫9.4℃，無(wú)霜期170～186 天。土壤類(lèi)型為黃綿土，土質(zhì)疏松，土層深厚，土壤容重 1.28 g/cm3，田間持水量為20%；土壤瘠薄，有機(jī)質(zhì)含量0.3%左右。試驗(yàn)地位于丘陵溝壑區(qū)臺(tái)田上地勢(shì)平坦的山地果園內(nèi)，蘋(píng)果主栽品種為雨養(yǎng)紅富士 (MaluspumilaMill.)，八棱海棠作砧木，種植密度為5 m×4 m，樹(shù)齡2 年。

綠肥油菜品種篩選試驗(yàn)(2019 年8 月—2020 年4 月)： 選擇不同類(lèi)型油菜品種，即天油10 號(hào) (V1)、延油2 號(hào) (V2)、天油7 號(hào) (V3)、隴油8 號(hào) (V4)、09鑒8 (V5)、浩油11 (V6)、2002 (V7)、春陜2B (V8)、1721-1B (V9)、秦優(yōu)7 號(hào) (V10)。其中V1～V5 為白菜型 (BrassicacampestrisL.) 冬性油菜品種，V6 為白菜型 (BrassicacampestrisL.) 春性油菜品種，V7～V10 為甘藍(lán)型 (BrassicanapusL.) 冬性油菜品種。油菜播種行距果樹(shù)主桿1.15 m，油菜行距0.30 m，株距0.10 m, 種植密度約33 萬(wàn)株/hm2。2019 年8 月1 日—8 月10 日趁雨播種，8 月17 日前后齊苗。統(tǒng)一耕作，統(tǒng)一施肥管理，全程無(wú)灌溉，記載各油菜品種生長(zhǎng)情況。10 月30 日前割倒油菜地上部分并苫蓋于鄰近果樹(shù)根區(qū)之上，以行間未套種油菜、果樹(shù)根盤(pán)未覆蓋的清耕(CK)作為對(duì)照。每個(gè)油菜品種重復(fù)3 個(gè)小區(qū)，每次重復(fù)內(nèi)各油菜品種隨機(jī)排列，小區(qū)面積100m2(5.0 m×20.0 m)。

2 年定點(diǎn)覆蓋試驗(yàn) (2020 年8 月—2022 年10 月)，2020、2021 年秋季分別將甘藍(lán)型油菜品種V9、V10 套種于果樹(shù)行間，秋末割倒地上部分，分別苫蓋于鄰近果樹(shù)根區(qū)，即處理：覆蓋-V9、覆蓋-V10；分別以清耕空白作為對(duì)照，即清耕-V9、清耕-V10。每個(gè)處理設(shè)3 個(gè)重復(fù)。播種時(shí)間、覆蓋時(shí)間、覆蓋方法、小區(qū)面積、田間管理同上。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 油菜地上生物學(xué)產(chǎn)量的測(cè)定 油菜還田前每小區(qū)選取生長(zhǎng)均勻有代表性的區(qū)域，用0.8 m×1.0 m取樣框取樣，刈割油菜地上部分，60℃烘干 (105℃殺青30 min) 稱(chēng)重，換算為地上生物學(xué)產(chǎn)量，3 次重復(fù)。

1.2.2 土壤水分含量測(cè)定 品種篩選試驗(yàn)翌年3 月(2020 年3 月)、定點(diǎn)覆蓋試驗(yàn)第2 年油菜生長(zhǎng)旺盛期 (2021 年10 月中旬)、翌年 (2022 年) 3 和5 月份中下旬，用土鉆分層取0—20、20—40、40—60 cm 土層的土壤、或者取0—25、25—50、50—75、75—100、100—125、125—150、150—175 cm 土層的土壤，裝入鋁盒，105℃烘干、稱(chēng)重，測(cè)量土壤水分含量，3 次重復(fù)。

1.2.3 蘋(píng)果產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)及蘋(píng)果質(zhì)量的測(cè)定 定點(diǎn)覆蓋試驗(yàn)進(jìn)行兩年后(2022 年10 月)，每小區(qū)選擇3 株果樹(shù)，稱(chēng)重每株果樹(shù)蘋(píng)果產(chǎn)量，以平均值計(jì)為單株蘋(píng)果產(chǎn)量；單果重采用稱(chēng)重法，單果直徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，每小區(qū)10 次重復(fù)，計(jì)算平均值。

采用高效液相色譜法(GB5009.86—2016)測(cè)定蘋(píng)果維生素C 含量，采用酸堿滴定指示劑法 (GB/T12456—2008) 測(cè)定總酸含量，采用3、5-二硝基水楊酸比色法(NY/T2742—2015) 測(cè)定可溶性總糖含量，采用折射儀法 (NY/T2637—2014) 測(cè)定可溶性固形物含量。

1.2.4 土壤養(yǎng)分含量的測(cè)定 定點(diǎn)覆蓋試驗(yàn)進(jìn)行2 年后 (2022 年8 月)，采集耕層0—20 cm 的土壤，測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。采用硫酸消解—?jiǎng)P氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量，采用硫酸高氯酸消解—鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷含量，采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷含量，采用醋酸銨浸提—火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀含量，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量，采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及圖表制作采用Excel 2010 和DPS V7.55 分析軟件。采用相關(guān)分析法計(jì)算相關(guān)系數(shù)，方差分析采用Duncan 新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類(lèi)型油菜果樹(shù)根區(qū)覆蓋對(duì)土壤水分含量的影響

果樹(shù)根區(qū)覆蓋油菜后的翌年3 月，與清耕(CK)對(duì)照相比，白菜型春性品種V6、甘藍(lán)型品種V9、V10 的覆蓋處理顯著增加0—20、20—40、40—60 cm土層土壤水分含量 (P<0.05)；甘藍(lán)型品種V7、V8處理顯著增加0—20 cm 土壤水分含量 (P<0.05)；白菜型冬性品種V1、V2、V3、V4 處理0—20、20—40、40—60 cm 土層的土壤水分含量與對(duì)照相比無(wú)顯著變化，V5 處理僅使0—20 cm 土壤水分含量顯著增加 (圖1)。顯然，與對(duì)照相比，白菜型冬性品種覆蓋保墑效果不顯著，白菜型春性品種和甘藍(lán)型冬性品種覆蓋可顯著增加翌年3 月份0—60 或0—20 cm土壤水分含量。

圖1 不同品種油菜秋末覆蓋對(duì)果樹(shù)根區(qū)翌年3 月份土壤水分含量的影響Fig.1 Effects of late autumn mulching with different rapeseed varieties on soil water content in root area of fruit tree in the following March

2.2 不同類(lèi)型油菜地上生物學(xué)產(chǎn)量與春季土壤水分含量的相關(guān)性分析

如表1 所示，參試油菜品種秋季地上生物學(xué)產(chǎn)量表現(xiàn)為：V10>V6>V9>V4>V8>V3>V1>V2>V7>V5，白菜型春性品種V6 和甘藍(lán)型冬性品種V9、V10 的地上生物學(xué)產(chǎn)量顯著大于白菜型冬性品種V1、V2、V3 和V5。秋末以油菜地上部分覆蓋果樹(shù)根區(qū)，翌年3 月果樹(shù)根區(qū)20—40 cm 土層土壤水分含量與油菜地上生物學(xué)產(chǎn)量顯著正相關(guān) (P<0.05)，40—60 cm土壤水分含量與油菜地上部分生物學(xué)產(chǎn)量極顯著正相關(guān) (P<0.01)。即油菜覆蓋處理下，秋季油菜地上生物學(xué)產(chǎn)量(即覆草量)與翌年3 月20—60 cm 土層土壤水分含量顯著正相關(guān)。

表1 果樹(shù)根區(qū)土壤水分含量與油菜地上部生物量的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficients between soil water contents around fruit tree root area and the aboveground biomass of rapeseed

2.3 綠肥油菜生長(zhǎng)季節(jié)對(duì)土壤水分含量的影響

兩年定點(diǎn)覆蓋試驗(yàn)中，油菜品種V9、V10 生長(zhǎng)季(2021 年10 月)果樹(shù)行間0—25、25—50 cm 土層土壤水分含量顯著低于清耕對(duì)照，而50 cm 以下(不包含50 cm)各土層土壤水分含量無(wú)顯著差異 (圖2A、2B)；果樹(shù)根區(qū)各土層土壤水分含量與清耕對(duì)照相比均無(wú)顯著差異 (圖2C、2D)。雖然油菜生長(zhǎng)季節(jié) (秋季) 顯著降低了果樹(shù)行間0—50 cm 土層土壤水分含量，但對(duì)鄰近果樹(shù)根區(qū)土壤水分含量無(wú)顯著影響。

圖2 油菜生長(zhǎng)季節(jié)果樹(shù)行間和根區(qū)土壤水分含量Fig.2 Soil water content in rapeseed planting area and fruit tree root area during rapeseed growing season

2.4 綠肥油菜覆蓋期間對(duì)果樹(shù)根區(qū)土壤水分含量的影響

由圖3 可知，在覆蓋試驗(yàn)實(shí)施2 年后，3 月份V9 覆蓋處理 0—150 cm 各土層土壤水分含量比清耕對(duì)照顯著增加了16.6%～30.0%，平均增加了21.8%，V10 覆蓋處理各層土壤水分含量增加了4.8%～25.9%，平均增加了17.6% (P<0.05)。5 月份V9 覆蓋處理0—125 cm 各土層土壤水分含量比清耕對(duì)照顯著增加了8.2%～17.9%，平均增加了12.5%，V10 處理0—100 cm 各土層土壤水分含量顯著增加了7.2%～39.9%，平均增加了21.6% (P<0.05)?？傊瑑蓚€(gè)油菜品種V9、V10 地上部分秋末刈割后覆蓋在果樹(shù)根區(qū)，顯著增加了來(lái)年果樹(shù)根區(qū)3 月份0—150 cm、5 月份0—100 cm 土層的土壤水分含量。

2.5 連續(xù)兩年覆蓋對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

與清耕對(duì)照相比 (表2)，V9、V10 連續(xù)2 年秋末覆蓋果樹(shù)根區(qū)處理土壤有效磷含量分別顯著增加32.2%、44.9% (P<0.05)，速效鉀含量分別顯著增加146.4%、95.4% (P<0.05)，全氮含量分別顯著增加25.2%、25.6% (P<0.05)，有機(jī)質(zhì)含量分別顯著增加23.8%、37.7% (P<0.05)。V10 覆蓋處理顯著增加土壤全磷含量11.8% (P<0.05)，堿解氮含量顯著增加62.7% (P<0.05)。連續(xù)2 年油菜覆蓋處理顯著增加耕層土壤有效磷、速效鉀、全氮和有機(jī)質(zhì)含量，土壤全磷含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

表2 連續(xù)兩年油菜覆蓋和清耕處理下果樹(shù)根區(qū)土壤養(yǎng)分含量Table 2 Soil fertility in fruit tree root area under two years’ mulching and clear tillage treatments

2.6 連續(xù)2 年覆蓋對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

與清耕對(duì)照相比，V9 連續(xù)2 年覆蓋處理對(duì)單果直徑和單果重及總糖含量的增加幅度不顯著，但蘋(píng)果產(chǎn)量顯著增加了5.81 kg/株，V10 連續(xù)覆蓋顯著提高了單果直徑、單果重和單株產(chǎn)量及總糖含量(P<0.05)。V9、V10 覆蓋處理均顯著降低果實(shí)總酸含量，增加維生素C 含量，對(duì)可溶性固形物含量的影響不顯著 (表3)。總之，甘藍(lán)型冬性油菜秋末覆蓋果樹(shù)根區(qū)可顯著增加蘋(píng)果產(chǎn)量，改善果實(shí)品質(zhì)。

表3 油菜覆蓋對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量及品質(zhì)的影響Table 3 Effect of the rapeseed mulching on apple yield and quality

3 討論

一般來(lái)講，綠肥種植期間不同程度地降低土壤水分含量[12-16]。黃土高原溝壑區(qū)土壤水分的蓄積主要發(fā)生在7 月至10 月中旬，3—6 月份季節(jié)性干旱明顯[17]，干旱季節(jié)當(dāng)?shù)毓麍@土壤水分虧缺度高達(dá)18.5%～47.5%[18]。因而該地區(qū)果園常通過(guò)地面覆蓋來(lái)保持土壤墑情，增加土壤水分含量，覆蓋材料包括了麥草、稻草簾、玉米秸稈、礫石、黑膜、白膜、生草等[19-21]。然而，這些覆蓋物對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)和結(jié)果有不同程度的不利影響，如果樹(shù)行間種植玉米等高稈作物會(huì)造成果樹(shù)遮光，麥秸、稻秸等在黃土高原地區(qū)較短缺，地膜覆蓋后不利于果樹(shù)施肥、灌水等耕作，增加環(huán)境污染，且薄膜覆蓋還會(huì)加重夏季高溫對(duì)樹(shù)根生長(zhǎng)的影響；秸稈覆蓋不僅顯著增加了土壤水分貯存，且可調(diào)節(jié)耕層土壤溫度[19]。但較厚的地面秸稈覆蓋在一定程度上會(huì)減少降雨向土壤中的滲透[22]。本研究結(jié)合黃土溝壑區(qū)秋季多雨的氣候特點(diǎn)，夏末秋初在果樹(shù)行間套種生物量較大的白菜型春性和甘藍(lán)型冬性油菜品種，秋末刈割覆蓋于果樹(shù)根區(qū)，顯著增加了翌年3 月份果樹(shù)根區(qū)0—60 或0—20 cm 土壤水分含量，且土壤水分含量與油菜地上部分生物學(xué)產(chǎn)量顯著正相關(guān)。本研究還發(fā)現(xiàn)，由于黃土高原地區(qū)雨熱同季，秋季雨量較多，果樹(shù)行間套種甘藍(lán)型冬性油菜，其盛長(zhǎng)期降雨較多，因而油菜生長(zhǎng)主要消耗0—50 cm 土壤水分，對(duì)50 cm 以下土層土壤水分及鄰近果樹(shù)根區(qū)土壤水分無(wú)顯著的競(jìng)爭(zhēng)性消耗；秋末用此油菜覆蓋果樹(shù)根區(qū)，連續(xù)進(jìn)行2 年后，春季0—150 cm (3 月)和0—100 cm (5 月)土壤水分含量顯著增加，實(shí)現(xiàn)“秋水春用”。

許多研究證實(shí)，秸稈覆蓋和綠肥還田可有效增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷含量，降低土壤容重和pH，促進(jìn)土壤微生物的代謝和土壤細(xì)菌的繁殖，土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶等活性顯著提高[10,23-26]。油菜植株養(yǎng)分含量豐富，水分含量高，易腐解，其腐爛過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸可以調(diào)整土壤pH，促進(jìn)土壤中難溶性養(yǎng)分的釋放，將油菜作綠肥翻壓，可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)及土壤N、P、K 等的含量，增加土壤毛管孔隙度，抑制病原菌，顯著提高早稻及后茬稻產(chǎn)量[11,27-28]。本研究連續(xù)兩年以油菜綠肥秋末覆蓋果樹(shù)根區(qū)，顯著增加了耕層土壤有效磷、速效鉀、全氮和有機(jī)質(zhì)含量。

采用地面覆蓋技術(shù)，增加土壤貯水量，可顯著增加農(nóng)作物產(chǎn)量[29-32]。干旱缺水和土壤瘠薄嚴(yán)重影響黃土高原蘋(píng)果的產(chǎn)量和品質(zhì)，改善果園土壤水分狀況、緩解深層土壤干燥化，可顯著提高單果重、蘋(píng)果產(chǎn)量及優(yōu)果率[6,33-34]。蘋(píng)果一般在9、10 月份進(jìn)入成熟期，對(duì)水分、養(yǎng)分需求較少，在果實(shí)生長(zhǎng)后期適當(dāng)控水能提高酸轉(zhuǎn)化酶活性，增加蘋(píng)果可溶性糖含量及可溶性物質(zhì)總量，降低滴定酸含量，改善品質(zhì)且不會(huì)影響單果重量[35]。這也解釋了為什么本研究通過(guò)秋季果園套種和覆蓋油菜，不僅改善了土壤的水肥條件，而且提高了蘋(píng)果的產(chǎn)量和品質(zhì)。

有研究結(jié)果顯示，在黃土高原半干旱地區(qū)種植、覆蓋黃豆秸稈，相對(duì)于聚乙烯薄膜覆蓋和不覆蓋增加凈收入，且避免了薄膜覆蓋帶來(lái)的環(huán)境污染[36]。半干旱地區(qū)果園很容易滋生多年生雜草并形成致密的根系層，特別在雨熱同季(5—10 月份)雜草生長(zhǎng)更加茂盛，與果樹(shù)爭(zhēng)肥爭(zhēng)水；因此常規(guī)栽培條件下，每年需要多次清除果園雜草，增加栽培成本。顯然，本研究在高溫高濕季節(jié)(7—10 月份)在陜北果園套種和覆蓋一年生油菜綠肥，不僅顯著提高蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)，還可有效清除和抑制雜草生長(zhǎng)，節(jié)省成本，增加收入，減少環(huán)境污染，當(dāng)然，這有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

地上生物學(xué)產(chǎn)量較大的白菜型春性和甘藍(lán)型冬性油菜秋季套種于果園不會(huì)與果樹(shù)爭(zhēng)水，秋末油菜覆蓋果樹(shù)根區(qū)可顯著增加翌年3 月份土壤水分含量，且20—60 cm 土層土壤水分含量與油菜地上生物學(xué)產(chǎn)量(覆草量)顯著正相關(guān)。甘藍(lán)型冬油菜秋季覆蓋果樹(shù)根區(qū)連續(xù)實(shí)施兩年后，分別顯著增加翌年3、5 月份0—150、0—100 cm 土壤水分含量，顯著增加耕層土壤有效磷、速效鉀、全氮及有機(jī)質(zhì)含量；顯著提高蘋(píng)果產(chǎn)量，果品總酸含量顯著降低，維生素C 含量顯著增加，總糖含量增加?？傊?，地上生物學(xué)產(chǎn)量較高的白菜型(BrassicacampestrisL.)春性和甘藍(lán)型(BrassicanapusL.)冬性油菜適宜于黃土高原果園秋季套種和覆蓋，油菜覆蓋能有效保墑蓄水，培肥土壤，提高蘋(píng)果產(chǎn)量，改善蘋(píng)果營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。