自然生草對渭北旱塬蘋果園土壤氮及果實品質(zhì)的影響

白崗栓，周 楠，邵發(fā)琦，杜建會，郭江平

自然生草對渭北旱塬蘋果園土壤氮及果實品質(zhì)的影響

白崗栓1,2，周 楠2，邵發(fā)琦3，杜建會4，郭江平5

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，楊凌 712100；2. 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，楊凌 712100；4. 江南大學(xué)后勤系統(tǒng)，無錫 214122；5. 博爾塔拉蒙古自治州林業(yè)和草原局，博爾塔拉 833400）

為了減少土壤硝態(tài)氮的積累，防止蘋果缺鈣癥狀的發(fā)生，該研究以果園清耕為對照，探討渭北旱塬果園自然生草（繁縷和牛繁縷群落，自然生草2、4、6和8 a）對土壤有機質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、水溶性鈣含量和蘋果果實中的氮、磷、鉀、鈣含量及果實缺鈣癥狀和果實品質(zhì)等的影響。結(jié)果表明果園自然生草可提高0～40 cm土層土壤有機質(zhì)、全氮和水溶性鈣的含量，略微提高40～60 cm土層土壤水溶性鈣含量，且自然生草年限越長，土壤有機質(zhì)、全氮和水溶性鈣含量越高，但對40 cm土層以下的土壤有機質(zhì)、全氮和60 cm土層以下的土壤水溶性鈣含量無顯著影響。自然生草2和4 a 0～60 cm土層土壤銨態(tài)氮略低于清耕，6和8 a的略高于清耕，自然生草對土壤銨態(tài)氮無顯著影響。自然生草2、4、6和8 a 0～80 cm土層土壤硝態(tài)氮較清耕分別降低16.28%，31.31%，40.13%和47.41%，均極顯著低于（<0.01）清耕；>80～240 cm土層分別降低4.38%，12.41%，16.90%和19.39%，自然生草4、6和8 a的均極顯著低于（<0.01）清耕；但自然生草對240 cm以下土層土壤硝態(tài)氮基本無影響。不同生長年限自然生草的生物量、全碳、全氮、全磷、全鉀和全鈣均基本相同。自然生草提高了果實中的鈣含量，降低了果實中的氮鈣比、磷鈣比和鉀鈣比，降低了果實缺鈣癥狀的發(fā)生率，提高了果實著色面積、果實硬度和果實可溶性固形物含量。渭北旱塬果園自然生草，可有效提高果園土壤有機質(zhì)，減少硝態(tài)氮積累，減少缺鈣癥狀發(fā)生，提高果實品質(zhì)。

土壤；氮肥；自然生草；蘋果；土壤水溶性鈣；缺鈣癥狀；果實品質(zhì)

0 引 言

渭北旱塬是中國乃至世界最大的優(yōu)質(zhì)蘋果（Borkh.）生產(chǎn)基地，但該區(qū)域土壤有機質(zhì)含量低，土壤養(yǎng)分貧乏，不利于優(yōu)質(zhì)高效蘋果產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展[1-3]。為了提高果實產(chǎn)量，渭北旱塬大量施用氮肥，有的果園高達(1 032 ± 32) kg/hm2[4]，但渭北旱塬為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，降水偏少且年際分布不均，土層深厚且無灌溉水源，過量施用的氮肥難以淋溶到地下水中而在土壤中形成硝態(tài)氮積累層[5-6]，不但降低氮肥的利用率[7]及造成土壤酸化[8]，而且影響果樹對鈣、鎂、鐵、鋅等其他營養(yǎng)元素的吸收并產(chǎn)生生理病害[9]，成為渭北旱塬蘋果優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)中出現(xiàn)的新問題。歐美及日本等發(fā)達國家果園采用生草制并實行土壤水肥一體化，減少氮肥施用量并促使果園種植的牧草吸收多余的養(yǎng)分，從而提高土壤有機質(zhì)，改善果園土壤環(huán)境，促進果樹生長[10-11]。果園生草有人工生草和自然生草2種方式[12-13]，渭北旱塬人工生草存在著與果樹爭水及爭肥的問題[14-16]，且果園人工生草需配置相應(yīng)的灌溉設(shè)施及增加施肥量，無形中增加了果園的投入。自然生草經(jīng)過多年的自然淘汰與選擇，能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)毓麍@的生態(tài)環(huán)境，且草種較多、覆蓋度高、覆蓋期長、耗水量少，能有效改善果園的土壤環(huán)境[17-21]。Hartemink等報道，田箐（(Retz.) Poir.）與玉米（L.）輪作，深根性的田箐能夠吸收利用深層土壤中的硝態(tài)氮，減少硝態(tài)氮在深層土壤中的積累[22]。渭北旱塬西部的長武塬區(qū)，果園自然生草以繁縷（(L.) Cyr）和牛繁縷（(L．)Fries）為主，有關(guān)其對土壤水分的影響已有報道[23]，但有關(guān)其對果園土壤有機質(zhì)、土壤氮素、土壤水溶性鈣及蘋果果實缺鈣癥狀的影響，特別是對土壤硝態(tài)氮及果實缺鈣癥狀的影響未見報道。本研究以果園清耕對照，探討渭北旱塬果園自然生草（繁縷和牛繁縷群落，自然生草2、4、6和8 a）對土壤有機質(zhì)、土壤氮素、土壤水溶性鈣含量和蘋果果實缺鈣或鈣元素不平衡引起的生理病害及果實品質(zhì)的影響，以期為渭北旱塬果園自然生草提供支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2011—2019年在中國科學(xué)院長武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站進行。該試驗站位于渭北旱塬西部的長武縣王東村，北緯35°12'，東經(jīng)107°40'，海拔1 220 m，年均日照時數(shù)2 226.5 h，光照百分率為51%，年均降水量為551.7 mm，其中果樹休眠期11月至翌年3月降水57.6 mm，生長期4—10月降水量494.1 mm，7—9月降水量占全年的60.0%以上，年均氣溫9.1 ℃，≥10 ℃積溫為3 029 ℃，無霜期171 d。試驗園土壤為黑壚土，建園前（1996年）耕層（0～20 cm土層）土壤有機質(zhì)含量為8.64 g/kg，全氮為0.87 g/kg，速效氮為63.65 mg/kg，全磷為0.24 g/kg，速效磷為40.28 mg/kg，全鉀為7.26 g/kg，速效鉀為214.25 mg/kg，pH值為7.8，土壤容重為1.32 g/cm3，田間持水量為22.21%，萎蔫系數(shù)為9.2%。>20～300 cm土層土壤容重平均為1.34 g/cm3。試驗前果園土壤管理4月至9月為自然生草，9月至翌年3月為清耕。果園地被植物為繁縷和牛繁縷群落。

1.2 試驗材料

供試蘋果園建于1996年，面積2.0 hm2，南北行向，株距和行距分別為3.0和4.0 m，品種為紅富士，授粉品種為皇家嘎啦，砧木為新疆野蘋果（(Ledeb.) Roem.），樹形為小冠疏層形，處于盛果期。2011年冬季修剪前樹高為400 cm左右，冠徑為370 cm左右，干徑為8.0 cm左右，株產(chǎn)50.0 kg左右，全園產(chǎn)量為42 000 kg/hm2，處于盛果期。

2011年至2019年，每年的施肥量為N 380 kg/hm2，P2O5240 kg/hm2，K2O 180 kg/hm2，其中60%的N、80%的P2O5和60%的K2O在果實采收后（10月上中旬）施入，20%的N、20%的P2O5和20%的K2O在開花坐果后花芽分化前（5月中下旬）施入，20%的N和20%的K2O于果實采前膨大期（8月下旬）施入，其中2018年開花期遭受特大霜凍危害造成絕收，開花坐果后花芽分化前和果實采前膨大期未進行追肥。果實采收后施肥是在樹行中部開挖深40 cm、寬60 cm的施肥溝，開溝時將收集的地表雜草、枯枝落葉及耕層土壤放置于施肥溝旁，下層土壤放置于施肥溝另一旁，溝底留部分松散土壤，將化肥均勻撒施于溝內(nèi)，然后先填埋地表雜草、枯枝落葉及耕層土壤，后填埋下層土壤。開花坐果后花芽分化前和果實采前膨大期追肥是以樹干為中心，在半徑150 cm左右的圓面上均勻選擇5個點，挖深40 cm、直徑40 cm的施肥坑，挖坑時將收集的地表雜草、枯枝落葉和耕層土壤與下層土壤分別堆放，將化肥均勻撒施于坑內(nèi)，填坑時先填埋地表雜草、枯枝落葉和耕層土壤，后填埋下層土壤，且每次施肥時與上次施肥的位置錯開。試驗期間該果園一直未施有機肥（廄肥），施用的化肥為尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀。每年在幼果膨大期（5月上中旬）葉面噴施0.3%的硝酸鈣水溶液2次，花芽分化期（6月上中旬）葉面噴施0.5%的磷酸二氫鉀水溶液2次，果實采前膨大期（8月下旬至9月上旬）葉面噴施0.5%的硝酸鈣水溶液2次，其他中微量元素肥料均未施用。

果園自然生草的草種主要為繁縷和牛繁縷，均平伏于地表生長，能夠快速自我繁殖，且根系多分布于0～10 cm土層，根系生物量較小[23]。

1.3 試驗設(shè)計與測定

1.3.1 試驗設(shè)計

試驗以果園清耕為對照，監(jiān)測不同自然生草年限（2、4、6和8 a）果園的土壤有機質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和水溶性鈣，不同自然生草年限雜草的生物量及其所含養(yǎng)分狀況，由缺鈣或鈣元素供應(yīng)不平衡引起的果實生理病害發(fā)生狀況和果實品質(zhì)等。

清耕：試驗前果園土壤管理為半自然生草半清耕（4月至9月為自然生草，9月至翌年3月為清耕），2011年3月底用低矮型旋耕機對全園進行旋耕（深度15 cm），2011年3月至2019年12月每隔2～3個月對全園旋耕1次，同時對果樹行間及樹盤下的雜草及時去除，保持果園沒有雜草滋生。

自然生草8 a：試驗前果園土壤管理為半自然生草半清耕，2011年3月底對該試驗小區(qū)進行旋耕。自然生草期間出現(xiàn)的反枝莧（L.）、灰藜（L.）等高大雜草及時去除，保留繁縷、牛繁縷和蒲公英（Hand.-Mazz.）、馬唐（(L.) Scop.）、薺菜（(Linn.) Medic.）、雞腸草（(L.) A. Br. et Aschers.）、箭葉旋花（L.）等低矮草本。自然生草期間雜草的高度低于30 cm，2011年4月至2019年12月一直未進行刈割及旋耕，保持自然生草狀態(tài)，但在施肥時對雜草及枯枝落葉進行收集（用柴扒收攏）并深埋于施肥溝或施肥坑中。

自然生草6 a：2011年至2013年3月地面管理為清耕，及時去除雜草；2013年4月至2019年12月試驗小區(qū)不再進行旋耕，讓其自然生草，期間的地面管理同自然生草8 a。

自然生草4 a：2011年至2015年3月地面管理為清耕，及時去除雜草；2015年4月至2019年12月期間的地面管理同自然生草8 a。

自然生草2 a：2011年至2017年3月地面管理為清耕，及時去除雜草；2017年4月至2019年12月期間的地面管理同自然生草8 a。

試驗重復(fù)3次，共15個小區(qū)，每個小區(qū)南北長30 m，東西寬40 m，每個小區(qū)有9行蘋果樹，每行10株。試驗期間不同處理的施肥、疏花蔬果、修剪、病蟲防治等管理措施均相同。

1.3.2 試驗監(jiān)測

1）土壤有機質(zhì)、土壤全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效氮 2019年蘋果成熟期（10月10日），每個小區(qū)采用“S”型布點，在樹行中部選取5個采樣點，以20 cm為1層，用直徑為3 cm土鉆分別采集0～300 cm土層土壤樣品后，相同土層的土樣混合為一起作為該小區(qū)的土壤樣品。土壤樣品經(jīng)剔除植物殘體、風(fēng)干、磨細和過篩后，土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法測定，土壤全氮用凱氏定氮法測定；硝態(tài)氮、銨態(tài)氮經(jīng)KCl浸提，用流動注射分析儀FIAstar 5 000測定；土壤水溶性鈣經(jīng)醋酸銨浸提，用原子吸收分光光度法測定[24]。

2）自然生草雜草的生物量及養(yǎng)分含量蘋果成熟期每個小區(qū)樹行間隨機選擇3個采樣點，以1.0 m2為單位，近地面收割自然生長的雜草（主要為繁縷和牛繁縷），去除泥土，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，測定其地上部生物量。烘干后的雜草經(jīng)粉碎后，用K2Cr2O7容量法測定全碳含量，凱氏定氮法測定全氮含量，釩鉬黃比色法測定全磷含量，火焰光度計法測定全鉀含量，原子吸收分光光度法測定全鈣含量[24]。

3）果實品質(zhì)及果實養(yǎng)分含量蘋果成熟期每個小區(qū)隨機選擇5棵蘋果樹，測定單株果實產(chǎn)量并折算為單位面積果實產(chǎn)量。每個小區(qū)隨機采收100個果實，百分之一天平稱量單果質(zhì)量，游標(biāo)卡尺測定果實縱徑和橫徑并計算果實指數(shù)（果實縱徑與橫徑的比值），PR-100型數(shù)顯糖度計測定可溶性固形物含量，GY-1型果實硬度計測量果實硬度，NaOH中和滴定法測定可滴定酸含量，目測法測定果實著色面積。稱取部分果實，切碎，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量后經(jīng)H2SO4-H2O2消解，凱氏定氮法測定果實全氮含量，釩鉬黃比色法測定全磷含量，火焰光度法測定全鉀含量，原子吸收分光光度法測定全鈣含量[24]。

4）果實缺鈣癥狀果實采收期每個小區(qū)隨機采摘200個果實，參照相關(guān)圖片[25]，目測法測定因缺鈣或鈣不平衡引起的果實開裂和苦痘?。üこ霈F(xiàn)紅色或褐紅色斑塊或斑點，果皮下陷等癥狀）的發(fā)生率，然后將每個果實縱橫切成4瓣，目測法測定果實因缺鈣或鈣不平衡引起的水心?。酃。┑陌l(fā)病率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010制作圖表，SPSS19.0軟件進行單因素方差分析；若差異顯著，則采用Duncan’s多重比較進行檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機質(zhì)

由圖1可以看出，果園自然生草主要影響0～20 cm土層及>20～40 cm土層土壤有機質(zhì)，對40 cm土層以下的土壤有機質(zhì)基本無影響。

自然生草2、4、6和8 a 0～20 cm土層土壤有機質(zhì)含量分別為11.32、12.13、13.28、和14.36 g/kg，分別較清耕（10.89 g/kg）提高了3.95%、11.39%、21.95%和31.86%，其中自然生草8 a的顯著高于（<0.05）自然生草6 a，極顯著高于（<0.01）自然生草4 a；自然生草6 a的極顯著高于（<0.01）自然生草2 a和清耕，顯著高于（<0.05）自然生草4 a；自然生草4 a的極顯著高于（<0.01）清耕，顯著高于（<0.05）自然生草2 a；自然生草2 a的略高于清耕，與清耕之間無顯著差異。

自然生草2、4、6和8 a>20～40 cm土層土壤有機質(zhì)含量分別為9.94、10.14、10.36、和10.46 g/kg，分別較清耕（9.76 g/kg）提高了1.84%、3.89%、6.15%和7.17%，其中自然生草6和8 a的顯著高于（<0.05）清耕，其他處理之間無顯著差異。

2.2 土壤氮

2.2.1 土壤全氮

由圖2可以看出，果園自然生草主要影響0～20 cm土層及>20～40 cm土層的土壤全氮。

自然生草2、4、6和8 a 0～20 cm土層土壤全氮含量分別為1.12、1.16、1.17和1.18 g/kg，分別較清耕（1.11 g/kg）提高了0.90%、4.5%、5.41%和6.31%，其中自然生草8 a的顯著高于（<0.05）自然生草2 a的和清耕，自然生草6 a的顯著高于（<0.05）清耕，其他處理之間無顯著差異。

自然生草2、4、6年和8年>20～40 cm土層土壤全氮含量分別為1.08、1.12、1.13和1.14 g/kg，分別較清耕（1.07 g/kg）提高了0.93%、4.67%、5.61%和6.54%，其中自然生草8 a的顯著高于（<0.05）自然生草2 a的和清耕，自然生草6 a的顯著高于（<0.05）清耕，其他處理之間無顯著差異。不同處理>40～200 cm土層土壤全氮含量有一定的差異但無顯著差異，>200～300 cm土層土壤全氮含量則基本一致。

2.2.2 土壤銨態(tài)氮

不同處理的土壤銨態(tài)氮均在40 cm土層左右達到高峰，40 cm土層以下均逐漸降低且不同處理60 cm土層以下的土壤銨態(tài)氮含量基本一致（圖3）。

0～60 cm土層中，自然生草2、4、6和8 a的土壤銨態(tài)氮平均含量分別為13.22、13.58、13.99和14.09 mg/kg，自然生草2和4 a的分別較清耕（13.80 mg/kg）降低4.20%和1.59%，自然生草6和8 a的分別較清耕提高1.38%和2.10%，自然生草不同年限的土壤銨態(tài)氮與清耕之間無顯著差異，但自然生草6和8 a的顯著高于（<0.05）自然生草2 a。

2.2.3 土壤硝態(tài)氮

由圖4可以看出，不同處理的土壤硝態(tài)氮均呈“S”分布，其中0～80 cm土層為淋溶層，呈緩慢下降。>80～240 cm土層為累積層，其中>80～140 cm土層呈快速增長，在140 cm土層左右達到最大值，>140～240 cm土層呈快速下降。>240～300 cm土層為穩(wěn)定層且為最低值。

0～80 cm土層中，自然生草2、4、6和8 a的土壤硝態(tài)氮平均含量分別為48.46、39.76、34.65和30.44 mg/kg，分別較清耕（57.88 mg/kg）降低了16.28%、31.31%、40.13%和47.41%，不同處理之間均存在極顯著差異（<0.01）。

自然生草2、4、6和8 a >80～240 cm土層土壤硝態(tài)氮平均含量分別為81.24、74.42、70.60和68.49 mg/kg，分別較清耕（84.96 mg/kg）降低了4.38%、12.41%、16.90%和19.39%，其中清耕略高于自然生草2 a，極顯著高于（<0.01）自然生草4、6和8 a；自然生草2 a顯著高于（<0.05）自然生草4 a，極顯著高于（<0.01自然生草6和8 a；自然生草4 a顯著高于（<0.05）自然生草6和8 a；自然生草6 a略高于自然生草8 a。

自然生草2、4、6和8 a >240～300 cm土層的土壤平均硝態(tài)氮含量分別為9.65、9.67、9.64和9.61 mg/kg，基本與清耕（9.62 mg/kg）處于同一水平，不同處理之間無顯著差異。

不同土層中，自然生草對淋溶層的土壤硝態(tài)氮減少量較多，其次為累積層，對穩(wěn)定層則無影響。自然生草年限越長，土壤硝態(tài)氮降低的幅度越大。

2.3 土壤水溶性鈣

果園自然生草主要影響0～60 cm土層土壤水溶性鈣，對60 cm以下土層基本無影響（圖5）。

自然生草2、4、6和8 a 0～20 cm土層土壤水溶性鈣含量分別為95.58、97.56、99.28和110.89 mg/kg，分別較清耕（92.58 mg/kg）提高了3.24%、5.38%、7.24%和19.78%，自然生草4、6和8 a顯著高于（<0.05）清耕，且自然生草8 a顯著高于（<0.05）自然生草2 a。

自然生草2、4、6和8 a >20～40 cm土層土壤水溶性鈣含量分別為106.38、108.58、109.18和111.04 mg/kg，分別較清耕（104.74 mg/kg）提高了1.57%、3.67%、4.24%和6.01%，自然生草8 a顯著高于（<0.05）清耕。

自然生草2、4、6和8 a >40～60 cm土層土壤水溶性鈣含量分別為140.27、142.14、143.86和144.62 mg/kg，分別較清耕（138.68 mg/kg）提高了1.15%、2.49%、3.74%和4.28%，不同處理之間無顯著差異。不同處理>60～300 cm土層的土壤水溶性鈣含量基本一致，無顯著差異。

2.4 雜草的生物量及營養(yǎng)成分

由表1可以看出，不同自然生草年限的雜草生物量、全碳和全鈣均隨生草年限的增加而緩慢降低，不同生草年限之間無顯著差異；不同生長年限自然生草的全磷和全鉀均隨生草年限的增加而緩慢增加，不同年限之間也無顯著差異；不同生草年限的碳氮比隨生草年限的增加略有降低。不同自然生草年限雜草的生物量及營養(yǎng)成分基本穩(wěn)定，主要與試驗園處于盛果期，果園的樹冠大小與地面透光狀況比較穩(wěn)定和多年來自然生草的雜草群落基本穩(wěn)定密切相關(guān)。

表1 不同自然生草年限的雜草生物量及其養(yǎng)分含量

注：同列不同小寫字母和大寫字母分別表示存在<0.05和<0.01水平的差異。下同。

Note: Different small letters and capital letter within the same column in the table indicate significant difference at< 0.05 and< 0.01, respectively. The same below.

2.5 蘋果果實養(yǎng)分含量與缺鈣癥狀

自然生草2、4、6和8 a的蘋果果實全氮含量分別較清耕降低了6.14%、7.54%、8.51%和9.16%，均顯著低于（<0.05）清耕；全磷分別降低了4.62%、4.62%、3.08%和3.08%，全鉀分別降低了3.10%、1.86%、0.62%和0.46%，與清耕之間無顯著差異；全鈣分別提高了6.98%，9.30%，11.63%和11.63%，自然生草2和4 a的均顯著高于（<0.05）清耕，自然生草6和8 a的均極顯著高于（<0.01）清耕（表2）。

自然生草降低了果實中的氮、磷和鉀含量，提高了果實中的鈣含量，因而自然生草2、4、6和8 a果實中的氮鈣比比清耕分別降低了12.26%，15.41%，18.03%和18.61%，磷鈣比分別降低了10.60%，12.58%，13.25%和13.25%，鉀鈣比分別降低了9.39%，10.19%，10.92%和10.79%，自然生草果實中的氮鈣比、磷鈣比和鉀鈣比均極顯著低于（<0.01）清耕，且自然生草年限越長，降低的幅度越大（表2）。自然生草后果實的氮鈣比、磷鈣比和鉀鈣比降低，有利于減少果實缺鈣癥狀發(fā)生率[26-27]。

由表2可以看出，自然生草2、4、6和8 a的蘋果果實裂果率隨自然生草年限的延長而降低，分別較清耕降低了14.41%、47.10%、51.83%和53.55%，清耕的裂果率極顯著高于（<0.01）自然生草2 a；自然生草2 a的極顯著高于（<0.01）自然生草4、6和8 a；自然生草4 a的顯著高于（<0.05）自然生草6 a，極顯著高于（<0.01）自然生草8 a；自然生草6 a的略高于自然生草8 a。

自然生草2、4、6和8 a的果實苦痘病發(fā)病率隨自然生草年限的增加而降低，分別較清耕降低了20.54%、29.20%、41.94%和46.69%，清耕的苦痘病發(fā)病率極顯著高于（<0.01）自然生草2 a；自然生草2 a的極顯著高于（<0.01）自然生草4 a；自然生草4 a的極顯著高于（<0.01）自然生草6 a；自然生草6 a的顯著高于（<0.05）自然生草8 a（表2）。

自然生草2、4、6和8 a的果實水心病發(fā)病率分別較清耕降低了29.12%、40.66%、47.25%和48.63%，清耕的水心病發(fā)病率極顯著高于（<0.01）自然生草2 a；自然生草2 a的極顯著高于（<0.01）自然生草4 a；自然生草4 a的極顯著高于（<0.01）自然生草6 a；自然生草6 a的略高于自然生草8 a（表2）。

表2 不同自然生草年限的蘋果果實養(yǎng)分含量、比率與缺鈣癥狀發(fā)生率

2.6 蘋果果實產(chǎn)量與品質(zhì)

自然生草2、4、6和8 a的蘋果產(chǎn)量較清耕分別提高了-0.62%、3.70%、4.49%和4.58%，自然生草無顯著（>0.05）的增產(chǎn)作用，這可能與2018年晚霜危害造成絕收，2019年為大年有關(guān)。自然生草2 a的蘋果單果質(zhì)量略低于清耕，自然生草4、6和8 a的略高于清耕，不同處理之間無顯著差異。清耕與自然生草2 a的果實果形指數(shù)略低，其他的略高，不同處理之間無顯著差異。自然生草4、6和8 a的果實著色面積、果實硬度和果實可溶性固形物含量均顯著高于（<0.05）清耕，不同生草年限之間無顯著差異。自然生草顯著提高了（<0.05）果實著色面積、硬度和可溶性固形物含量，但對果實可滴定酸含量無顯著影響（表 3）。

表3 不同自然生草年限的蘋果果實產(chǎn)量及果實品質(zhì)

3 討 論

通常狀況下，施入土壤的尿素在土壤微生物的作用下轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，少部分被果樹根系吸收，大部分則在土壤硝化細菌的作用下轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮[28]，雖然果樹根系也可直接吸收利用硝態(tài)氮，且對硝態(tài)氮的吸收利用快于銨態(tài)氮[26,29-31]，但硝態(tài)氮多存在于土壤溶液中，易淋溶，是土壤中遷移和轉(zhuǎn)化最活躍的氮素，而銨態(tài)氮則易被土壤顆粒吸附和固定，并可發(fā)生硝化作用形成硝態(tài)氮進而被根系吸收利用[26,29,32]，因而果園銨態(tài)氮主要存在于施肥層及施肥層附近，即0～60 cm土層中，而硝態(tài)氮不但在0～80 cm土層含量較高，而且淋溶于>80～240 cm土層并大量積累。通常狀況下土壤中的硝態(tài)氮隨土壤水分的遷移而遷移[33-34]，試驗園處于盛果期，消耗的土壤水分較多，普通降水年份240 cm土層以下的土壤難以得到降水補給而出現(xiàn)土壤干層[23]，因而>80～240 cm土層成為土壤硝態(tài)氮的積累層，這與郭勝利等報道的土壤硝態(tài)氮主要積累于>100～200 cm土層，退果還耕后主要積累于200～300 cm土層略有不同[6]，這主要是不同果園對土壤水分消耗不一致及果園土壤采樣部位距果樹位置不同引起的。試驗果園>80～240 cm土層不但有硝態(tài)氮積累層，而且0～80 cm土層土壤硝態(tài)氮含量偏高，且不同生草年限對土壤銨態(tài)氮的影響不顯著，這與黨廷輝等[35]的研究結(jié)果較一致，這可能與土壤中的銨態(tài)氮易被吸附固定及轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，而硝態(tài)氮易隨土壤水分淋溶密切相關(guān)。

自然生草的生物量比較小[23]，但易腐解為土壤有機質(zhì)[36]。試驗園自然生草的草種主要是繁縷和牛繁縷，雖然其全年生長的生物量較小，但其在生長過程中遭受破壞或翻耕后在夏季2個月內(nèi)或春秋季3個月內(nèi)就可快速恢復(fù)生長到全年的生長量。試驗園每年施肥3次，自然生長的雜草每年有3次隨果園施肥被壓入0～40 cm土層中，因而自然生草果園0～40 cm土層土壤有機質(zhì)、全氮和水溶性鈣高于清耕，且隨自然生草年限的延長含量越高，這與其他地區(qū)果園自然生草的結(jié)果基本相同[12,14,16-20,36-37]。自然生草對果園銨態(tài)氮雖無顯著影響，但自然生草2和4 a 0～60 cm土層銨態(tài)氮略低于清耕，自然生草6和8 a的略高于清耕，說明自然生草初期對果園土壤銨態(tài)氮有一定的競爭和消耗作用，隨著生草年限的延長則對果園土壤銨態(tài)氮具有一定的促進作用，這與部分學(xué)者的報道基本一致[14,16-20,36-38]。自然生草降低果園上層及深層土壤的硝態(tài)氮，首先是自然生草提高了果園0～120 cm土層土壤水分，特別是顯著提高了0～40 cm土層土壤水分[23]，大量的硝態(tài)氮存儲于上層土壤中，利于果樹根系吸收和消耗，從而導(dǎo)致滯留于上層土壤中的硝態(tài)氮和淋溶到下層土壤中的硝態(tài)氮減少，且自然生草年限越長，上層土壤水分含量則越高[23]，果樹根系吸收的硝態(tài)氮則越多，淋溶到下層土壤的硝態(tài)氮則越少，因而自然生草年限越長，土壤硝態(tài)氮含量越低，自然生草通過影響土壤剖面的水分分布從而影響了硝態(tài)氮在土壤剖面中的分布；其次是自然生草后，上層土壤中的部分硝態(tài)氮被雜草和隨施肥翻入土壤的雜草吸收、吸附及轉(zhuǎn)化，部分硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為土壤有機質(zhì)及土壤全氮；第三是自然生草提高了土壤有機質(zhì)，而土壤有機質(zhì)可有效減少硝態(tài)氮在深層土壤中的累積[39]。

試驗園土壤不但硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量較高[2-3,40-41]，而且氮肥、磷肥和鉀肥的施用量也相對偏多[40-41]，因而清耕果園蘋果果實中的全氮、全磷及全鉀含量高于或略高于自然生草。自然生草后隨著果園土壤有機質(zhì)及土壤全氮的提高，蘋果果實中的全氮、全磷及全鉀的含量也從降低轉(zhuǎn)為緩慢提高。鈣是植物必需的營養(yǎng)元素，是植物代謝和發(fā)育的主要調(diào)控者[26,42]。通常蘋果果實發(fā)生缺鈣癥狀，并不是土壤中缺鈣，而是蘋果根系不能正常從土壤中吸收足量的鈣[26,42]。土壤硝態(tài)氮的累積可造成土壤酸化[8]，影響蘋果根系對鈣的吸收[43]，而鈣不足會導(dǎo)致果實氧自由基清除能力下降，細胞壁分解加快，生理失調(diào)，導(dǎo)致果實出現(xiàn)缺鈣癥狀[44]。雖然硝態(tài)氮促進鈣的吸收，銨態(tài)氮抑制鈣的吸收[45-46]，但土壤中過高的氮鈣比、磷鈣比、鉀鈣比及鎂鈣比等，都會影響根系對鈣的吸收，導(dǎo)致果實出現(xiàn)缺鈣癥狀[26,42,44]。自然生草提高了果園土壤有機質(zhì)及土壤全氮含量，降低了土壤硝態(tài)氮含量，提高了果實中的鈣含量，降低果實中的氮鈣比、磷鈣比及鉀鈣比，故自然生草果園果實的缺鈣癥狀顯著低于清耕果園，且自然生草年限越長，缺鈣癥狀越低。此外，試驗園蘋果的苦痘病及其他缺鈣癥狀的發(fā)病率相對較低，一是苦痘病的主要發(fā)病率為果實貯藏期，而本試驗是在蘋果采收期測定，不是苦痘病的發(fā)病高峰期；二是幼果膨大期和果實采前膨大期葉面噴施了硝酸鈣，降低了苦痘病及其它缺鈣癥狀的發(fā)病率；三是自然生草提高了果園空氣濕度，降低果園空氣溫度及土壤溫度[47]，有利于根系吸收的鈣向果實轉(zhuǎn)運，降低苦痘病及缺鈣癥狀的發(fā)生[27]。

土壤有機質(zhì)和土壤全氮是影響蘋果果實品質(zhì)最重要的土壤因子[40,48]。自然生草提高了果園土壤有機質(zhì)，提高了土壤全氮和水溶性鈣的含量，降低了果實中的氮鈣比、磷鈣比和鉀鈣比[2,46,48]，因而提高了果實硬度、可溶性固形物及減少果實缺鈣癥狀的發(fā)生；自然生草提高了果園的空氣濕度，降低果園空氣溫度，有利于果實著色及減少葉片對樹體水分的蒸騰消耗[47]，減少果實缺鈣癥狀的發(fā)生[27]。自然生草提高了蘋果果實品質(zhì)，這與自然生草在梨樹（Rehder）和琯溪蜜柚（(Burm) Merr.）園得到的結(jié)論相一致[12,49]。

4 結(jié) 論

渭北旱塬果園自然生草可提高0～40 cm土層土壤有機質(zhì)、全氮和水溶性鈣，且自然生草年限越長效果越顯著，但對40 cm土層以下的土壤有機質(zhì)、全氮和60 cm土層以下的土壤水溶性鈣無顯著影響。自然生草對土壤銨態(tài)氮無顯著影響，但降低了0～240 cm土層土壤硝態(tài)氮含量，其中0～80 cm土層土壤硝態(tài)氮自然生草2、4、6和8 a分別降低16.28%，31.31%，40.13%和47.41%，>80～240 cm土層分別降低4.38%，12.41%，16.90%和19.39%。自然生草提高了蘋果果實中的鈣含量，降低了果實中的氮鈣比、磷鈣比和鉀鈣比，降低了果實缺鈣癥狀的發(fā)生率，提高了果實著色面積、果實硬度和果實可溶性固形物含量。渭北旱塬果園可開展自然生草。

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Effects of self-sown grass on soil nitrogen and apple fruit quality in the Weibei dry platean

Bai Gangshuan1,2, Zhou Nan2, Shao Faqi3, Du Jianhui4, Guo Jiangping5

(1.,,712100,; 2.,,712100,; 3.,,712100,; 3.,214122,; 4.833400,)

Weibei dry plateau of western China is an important production base of high-quality apples in the world. But a large amount of nitrogenous chemical fertilizer is normally applied to promote the growth of fruit trees and yield in orchards, due mainly to the low content of organic matter in soil in recent years. An accumulation layer of nitrate nitrogen in soil inevitably incurred to break the supply balance of soil nutrients, leading to the physiological diseases of fruit trees and soil environmental pollution. Alternatively, the self-sown grass can be widely expected to enhance the soil organic matter, nutrient, and moisture in the local ecological environment, suitable for a better-balanced supply of soil nutrients, fruit quality and yield. This study aims to systematically investigate the effects of self-sown grass on soil nitrogen and apple quality in the Weibei dry plateau. The self-sown grass (andcommunity) of 2, 4, 6, and 8 years was taken as the research object, with the clean tillage as control. Some parameters were continuously monitored, including the soil organic matter, total nitrogen, nitrate nitrogen, ammonium nitrogen, and available calcium content, as well as the contents of nitrogen, phosphorus, potassium, and calcium in apple fruit, together with the fruit yields and quality. The results showed that the self-sown grass contributed to the increase of the organic matter, total nitrogen and available calcium content in the soil layer of 0-40 cm in the apple orchard. The soil available calcium content also slightly increased in the soil layer of 40-60 cm. There were much higher organic matter, total nitrogen and available calcium content in the soil, as the years of self-sown grass increased. But there was no effect on the organic matter and total nitrogen content in the soil layer below 40 cm and the available calcium in the soil layer below 60 cm. In addition, the ammonium nitrogen contents of self-sown grass of 2 and 4 years in the soil layer of 0-60 cm were slightly lower than that of clean tillage, while those of 6 and 8 years were slightly higher, but those of different years under 60 cm soil layer were basically the same as that of clean tillage. Compared with the clean tillage, the nitrate nitrogen contents of self-sown grass of 2, 4, 6 and 8 years decreased by 16.28%, 31.31%, 40.13% and 47.41% in the soil layer of 0-80cm, respectively, while those in the soil layer of 80-240 cm decreased by 4.38%, 12.41%, 16.90%, and 19.39%, respectively, but there was no significant effect on the nitrate nitrogen in the soil below 240 cm soil layer. There were all the same contents of total carbon, nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, and biomass of self-sown grass in different growth years. The calcium content increased significantly, while the contents of N/Ca, P/Ca and K/Ca decreased in apple fruits. It inferred that the self-sown grass contributed to reducing the incidence of calcium deficiency symptoms, while improving the coloring area, firmness, and soluble solid content in the fruit. Therefore, the self-sown grass can be expected to extensively promote the organic matter content, total nitrogen, and available calcium, while effectively reduce the accumulation of nitrate nitrogen in an apple orchard for a high-quality apple fruit free of calcium deficiency in the Weibei dry plateau of China.

soils; nitrogen fertilizers; self-sown grass; apple; soil available calcium; fruit calcium deficiency symptoms; fruit quality

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.10.012

S661.1；S143.1

A

1002-6819(2021)-10-0100-10

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Bai Gangshuan, Zhou Nan, Shao Faqi, et al. Effects of self-sown grass on soil nitrogen and apple fruit quality in the Weibei dry platean[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(10): 100-109. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.10.012 http://www.tcsae.org

2020-10-22

2021-05-11

國家重點研發(fā)計劃“黃土高原生態(tài)修復(fù)模式的格局-結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系”（2016YFC0501602）；延安山侖院士工作站科研項目“黃土高原經(jīng)濟林（果）節(jié)水增效技術(shù)與綠色發(fā)展”（20181201）

白崗栓，研究員，研究方向為果樹栽培及農(nóng)田生態(tài)。Email：gshb@nwsuaf.edu.cn