楊詩雨, 曹紅霞, 孫 濤,南學(xué)平,趙 凱,李志軍

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100;2.陜西果業(yè)科技集團(tuán)有限公司,陜西 楊凌 712100)

關(guān)中平原地勢平坦、氣候溫和,是典型的獼猴桃適生區(qū),2019年陜西獼猴桃種植面積達(dá)5.85萬 hm2,產(chǎn)量達(dá)107.24萬 t[1]。然而近年來極端高溫天氣頻發(fā),關(guān)中地區(qū)自然降水與獼猴桃需水期時(shí)空錯(cuò)位,春季果樹需水敏感期干旱少雨,夏、秋季短時(shí)暴雨比較集中[2-4]。且關(guān)中地區(qū)獼猴桃園多實(shí)行單作,傳統(tǒng)清耕法導(dǎo)致土壤蓄水保墑效果差,養(yǎng)分不足,嚴(yán)重限制了獼猴桃的產(chǎn)量及品質(zhì)提高[5]。因此,選擇合適的土壤管理措施改善獼猴桃園土壤水分狀況及獼猴桃生長情況,提升產(chǎn)量,對關(guān)中平原獼猴桃種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

二元覆蓋是指不同覆蓋材料在地面空間(樹下、行間)上相結(jié)合的栽培模式,目前已成為半濕潤、半干旱區(qū)改善農(nóng)田土壤水分環(huán)境的主要技術(shù)措施,廣泛應(yīng)用于多種作物栽培,增產(chǎn)和提高水分利用效率的效果顯著[6]。李芬等[7]研究表明,地膜秸稈二元覆蓋處理的馬鈴薯農(nóng)田全生育期土壤蓄水量高于單一覆蓋處理,生育期土壤水分狀況得到改善,前期耗水量明顯降低;殷濤等[8]研究表明地膜秸稈二元覆蓋可以提高玉米生育前期表層土壤含水率,為玉米生長提供了良好的水分環(huán)境,進(jìn)而使其產(chǎn)量和水分利用效率大幅提高;賈如浩等[4]研究表明,(覆膜+行間種植50%寬度油菜)處理可以促進(jìn)蘋果樹對土壤深層水分的利用,其0～200 cm土層平均土壤含水量較(不覆膜+行間清耕)處理提高了7.9%,且0～200 cm土層未產(chǎn)生土壤水分虧缺;Zheng等[9]研究表明地膜與油菜二元覆蓋模式改善了蘋果樹行間土壤含水率和蘋果產(chǎn)量,2013年和2014年該處理行間土壤蓄水量分別比裸地處理增加17.9%和11.5%,蘋果產(chǎn)量分別提高14.1%、18.8%。

目前,關(guān)于二元覆蓋改善土壤水分環(huán)境和影響玉米、小麥等農(nóng)田作物生長發(fā)育的研究已有大量報(bào)道[8, 10],且在渭北、寧夏旱塬區(qū)已大面積推廣使用[11],但在關(guān)中平原半濕潤區(qū),從土壤水分特征—果樹生長生理特性—果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)的角度,對地布生草二元覆蓋下獼猴桃增產(chǎn)效應(yīng)的研究尚不多見?；诖?本研究以陜西中部平原區(qū)獼猴桃為研究對象,分析不同地布和生草覆蓋模式土壤水分分布、獼猴桃生長生理及其果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)的差異,明確地布生草二元覆蓋措施影響土壤水分環(huán)境和獼猴桃增產(chǎn)提質(zhì)的機(jī)理,以期為該區(qū)獼猴桃園采取適宜的地面覆蓋管理模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年3—10月在陜西省咸陽市武功縣陜西果業(yè)集團(tuán)有機(jī)獼猴桃產(chǎn)業(yè)示范園(34°20′15″N,108°6′00″E)進(jìn)行。該地區(qū)地處關(guān)中平原區(qū)中部,屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū),平均氣溫12.9℃,年蒸發(fā)量1 500 mm,年平均降水量633.7 mm,降水季節(jié)性強(qiáng),6—9月降雨占全年降水的60%,且多為短時(shí)暴雨,冬春季降水較少。2021年獼猴桃生育期降水總量為509.7 mm,其中果實(shí)膨大期～果實(shí)成熟期(6—10月)降雨量占整個(gè)生育期的79.3%(圖1)。該區(qū)土壤質(zhì)地為重壤土,保水保溫性較好,土壤pH值為7.8,土壤容重1.46 g·cm-3,田間持水量約32%。該地區(qū)土壤質(zhì)地均一,土層深厚,全氮含量0.68 g·kg-1,速效磷含量52.6 mg·kg-1,速效鉀含量122.8 mg·kg-1。

圖1 2021 年獼猴桃生育期降水量

1.2 試驗(yàn)材料

樹下覆蓋材料為聚丙烯黑色園藝地布(地布厚1.2 mm、寬0.5 m,覆蓋于樹行兩側(cè)),行間覆蓋材料為鼠茅草(Vulpiamyuros),其針葉長60～70 cm,自然倒伏匍匐生長,根系分布較淺,存活率高,適合在陜西省關(guān)中平原區(qū)域種植。

供試果樹為‘徐香’獼猴桃(Actinidiadeliciosa‘Xuxiang’),樹齡3 a,處于幼樹階段,果樹株行距2 m×3.5 m,樹干直徑3.5～4.2 cm,樹高1.75～1.80 m,南北走向。根據(jù)‘徐香’獼猴桃生理生長特征,將獼猴桃生育期分為4個(gè)階段:萌芽展葉期(3月下旬～4月下旬)、開花坐果期(5月上旬～5月中下旬)、果實(shí)膨大期(6月上旬～9月上旬)、果實(shí)成熟期(9月上旬～10月上旬)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì),設(shè)樹下覆蓋與行間覆蓋2個(gè)因素,樹下覆蓋設(shè)2個(gè)處理:園藝地布覆蓋和樹下裸地。地布覆蓋(F1):免耕,沿樹行兩側(cè)各覆蓋寬0.5 m寬的園藝地布,地布兩側(cè)用地布釘和土壓實(shí);樹下裸地(F0):清耕使地表裸露。行間覆蓋設(shè)2個(gè)處理:生草覆蓋和行間裸地。生草覆蓋(G1):鼠茅草于3月中旬(氣溫穩(wěn)定在15℃以上)種植,人工行間撒播,播種量為2 kg·667m-2,補(bǔ)充水肥保證其成活,草帶寬2.5 m,9月底作為綠肥還田;行間裸地(G0):清耕使地表裸露。試驗(yàn)共4個(gè)處理:F1G1(樹下地布+行間生草,二元覆蓋)、F1G0(樹下地布+行間裸地,單一覆蓋)、F0G1(樹下裸地+行間生草,單一覆蓋)、CK(樹下裸地+行間裸地,無覆蓋),田間布置示意圖見圖2。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),小區(qū)面積為56 m2(長8 m,寬7 m),每個(gè)處理3次重復(fù),共12個(gè)小區(qū),各小區(qū)周圍設(shè)置保護(hù)樹。采用鋪設(shè)于樹行的滴灌帶灌溉,分別于4月16號(hào)、5月27號(hào)、7月6號(hào)、7月30號(hào)共進(jìn)行4次灌溉,單次灌水定額87 mm。各處理施肥種類、次數(shù)、用量均一致,同一行樹兩側(cè)行間處理一致,樹體管理方法相同。

注:CK: 樹下裸地+行間裸地;F1G1：樹下地布+行間生草;F0G1：樹下裸地+行間生草;F1G0：樹下地布+行間裸地。下同。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤水分指標(biāo)的測定 采用TRIME-T3管式TDR系統(tǒng)(德國IMKO公司)每隔10 d左右測定獼猴桃生育期0～100 cm土層土壤含水率,Trime管分別埋設(shè)于距獼猴桃樹40、80 cm處(圖2),測量深度為100 cm,每20 cm一層,共5層,每次測定重復(fù)3次。試驗(yàn)區(qū)地勢平坦,假設(shè)重力勢能忽略,根據(jù)土壤水分運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律,土壤水分從基質(zhì)勢低的地方向基質(zhì)勢高的地方運(yùn)移,通過計(jì)算樹下和行間土壤含水率差值比率(Soil moisture difference ratio,SMDR)可判斷競爭現(xiàn)象,公式如下[4]：

SMDRi=(SWCci-SWCui)/SWCui

(1)

式中,SWCci和SWCui分別表示獼猴桃樹行內(nèi)和行間作物覆蓋區(qū)第i層土壤含水率(cm3·cm-3);SMDRi絕對值越大,表示水分競爭現(xiàn)象越嚴(yán)重。

1.4.2 獼猴桃生長指標(biāo)的測定 新梢生長指標(biāo)于4月初開始測量,分別從冠層的東、西、南、北4個(gè)方向上各選取2條長勢相當(dāng)?shù)男律?每7 d用卷尺和游標(biāo)卡尺測量一次新梢長度和新梢直徑,直至新梢停止生長。葉片生長指標(biāo)于4月中旬開始測量,從已標(biāo)記新梢上選取4片樹葉,每7 d用卷尺和游標(biāo)卡尺測量葉片最大長度和寬度、葉柄長度及直徑。獼猴桃葉面積通過稱重法得到,計(jì)算公式如下:

S=0.7926LW+ 2.3975R2=0.9882**

(2)

式中,S表示葉片面積(cm2);L表示葉片主葉脈長(cm);W表示葉片橫徑(cm)。**表示在P<0.01水平上極顯著相關(guān)。

1.4.3 獼猴桃生理指標(biāo)的測定 獼猴桃葉片光合特性指標(biāo)用全自動(dòng)便攜式光合儀(Li-6800,美國)測定,在開花坐果期、果實(shí)膨大期以及果實(shí)成熟期選擇灌溉后日照充足的日期測定胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)及凈光合速率(Pn),測定時(shí)間為上午10∶00,每個(gè)生育期測3次。每個(gè)處理選擇3株樣樹,每株樣樹選3個(gè)葉片,葉片取自樹冠南向中部,各葉片每次連續(xù)采取3個(gè)穩(wěn)定的數(shù)據(jù),取平均值。

1.4.4 獼猴桃果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的測定 果實(shí)生長指標(biāo)從5月下旬開始測量,每10 d測量一次,果樹東、南、西、北4個(gè)方向上各選取4個(gè)果實(shí),用電子游標(biāo)卡尺分別測量果實(shí)的縱徑、橫徑和側(cè)徑。選取已經(jīng)標(biāo)記的3棵樹,于采摘測定產(chǎn)量前一天,記錄各處理試驗(yàn)樹的果實(shí)數(shù)量;從每棵樹各方向選取10個(gè)果實(shí),電子天平稱重,取其平均質(zhì)量作為單果質(zhì)量;單株產(chǎn)量為單果質(zhì)量和單株果實(shí)數(shù)量的乘積。獼猴桃果實(shí)形似橢球或橢圓柱狀,其體積采用橢球體積計(jì)算公式乘以折減系數(shù)得到,公式如下[12]：

V=βπXiYiZi

(3)

式中,V表示果實(shí)體積(cm3);Xi表示橫徑(cm);Yi表示側(cè)徑(cm);Zi表示縱徑(cm);β表示折減系數(shù),本研究取0.8。

采摘后當(dāng)果實(shí)硬度達(dá)到1.0～1.2 kg·cm-2后測定果實(shí)品質(zhì)指標(biāo),可溶性固形物含量采用WAY-2S型阿貝折射儀測定[13],干物質(zhì)含量采用烘干法測定,維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法測定,可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定,可滴定酸含量采用NaOH滴定法測定[14],糖酸比為可溶性固形物含量與可滴定酸含量的比值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用R 4.0.5軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素(One-way ANOVA)和雙因素(Two-way ANOVA)方差分析,使用最小顯著性差異法(LSD)在P<0.05的顯著性水平上進(jìn)行多重比較,使用Origin 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋模式對獼猴桃樹下和行間土壤水分和水分競爭的影響

圖3為不同生育時(shí)期各處理獼猴桃樹下和行間0～100 cm土層的土壤含水率變化規(guī)律和不同生育時(shí)期樹下和行間土壤含水率的差異。結(jié)果表明,F0G1的樹下與行間土壤含水率之間在各生育時(shí)期均無顯著差異;F0G1的行間土壤含水率在萌芽展葉期較CK減少了1.7%,其在開花坐果期較高,在果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期最高,分別較CK增加了10.7%、5.4%、17.0%。F1G0的樹下與行間土壤含水率在萌芽展葉期和開花坐果期無顯著差異,在果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期,樹下比行間土壤含水率分別顯著增加了16.4%、37.4%(P<0.05);F1G0的樹下土壤含水率在各生育時(shí)期均高于其他處理,在開花坐果期、果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期,其樹下土壤含水率較CK分別顯著增加了18.7%、16.8%、38.4%(P<0.05)。F1G1各生育時(shí)期樹下和行間土壤含水率差值的絕對值分別為1.52、2.02、1.01、0.71 cm3·cm-3,均低于相同時(shí)期其他處理樹下和行間差值;F1G1的樹下和行間土壤含水率在萌芽展葉期和坐果期均最低,但在開花坐果期、果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期較CK均有增加。

注:圖中土壤含水率為各生育期多次測定平均值。不同大、小寫字母分別表示不同處理相同位置和相同處理不同位置在P<0.05水平上差異顯著。此處位置指樹下或行間。

表1 不同覆蓋模式對樹下、行間土壤含水率的影響

對獼猴桃各生育時(shí)期樹下和行間土壤含水率進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)(表1、圖3),行間生草覆蓋在萌芽展葉期對樹下土壤含水率有顯著抑制作用(P<0.05),而在果實(shí)膨大期對行間土壤含水率有顯著增加作用(P<0.05)。樹下地布覆蓋和二元覆蓋處理在開花坐果期、果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期對樹下土壤含水率均有顯著增加作用(P<0.05),且地布覆蓋的影響比二元覆蓋更加顯著。表明獼猴桃生長中后期二元覆蓋交互效應(yīng)中,行間生草會(huì)削弱樹下地布覆蓋對樹下土壤水分的促進(jìn)效果。

萌芽展葉期和開花坐果期是獼猴桃需水敏感期,也是鼠茅草生長旺盛期,對水分消耗較大,通過計(jì)算兩個(gè)時(shí)期獼猴桃樹樹下土壤平均含水率和行間土壤平均含水率的差值比率(SMDR),可分析這一時(shí)期是否存在水分競爭現(xiàn)象。由圖4可知,F0G1、F1G0兩處理40～100 cm土層的SMDR絕對值均大于CK,表明這兩個(gè)處理在該土層范圍內(nèi)樹下和行間產(chǎn)生了不同程度的土壤水分競爭;而F1G1處理20～100 cm土層的SMDR絕對值最小,表明該處理樹下和行間的土壤水分競爭最小。由此可知,單一生草覆蓋和單一地布覆蓋可能會(huì)加劇深層土壤水分競爭;而二元覆蓋處理20～100 cm土層樹下和行間土壤水分分布較均勻,有助于緩解水分競爭。

圖4 獼猴桃樹萌芽展葉期和開花坐果期SMDR的變化

2.2 覆蓋模式對獼猴桃新梢生長和葉片生長的影響

由圖5可知,獼猴桃的新梢長度和直徑生長總體表現(xiàn)出先升高后平穩(wěn)的變化趨勢,新梢長度較直徑更早停止增加。F0G1的新梢長度和新梢直徑增長量在萌芽展葉期～果實(shí)膨大初期(4月初～6月初)高于其他處理,較CK分別提高了88.2%、19.3%;果實(shí)膨大中期(6月上旬～7月底),獼猴桃由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L,養(yǎng)分逐漸向果實(shí)輸送,因此F0G1處理的新梢長度和直徑增長量較上一時(shí)期分別降低了72.4%、61.8%,但仍高于其他處理;果實(shí)膨大后期～果實(shí)成熟期(8月中旬～10月初),F0G1新梢長度和直徑基本停止增長。F1G1與F1G0新梢長度和直徑的增長趨勢相似,萌芽展葉期～果實(shí)膨大中期(4月初～6月中旬),兩處理新梢長度和直徑增長量均低于F0G1,但較CK分別提高了76.2%、64.5%和1.7%、5.2%;果實(shí)膨大中期～成熟期(7月初～10月初),F1G1、F1G0的新梢長度和直徑基本停止增長。CK的新梢長度和直徑均在果實(shí)膨大前期(6月中旬)最早停止增長。獼猴桃全生育期內(nèi),F0G1、F1G0、F1G1的新梢長度累積增長量分別比CK增加了96.9%、70.6%、73.4%;新梢直徑累積增長量分別比CK增加了40.7%、5.6%、15.9%。

對不同處理新梢長度、直徑和葉面積進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)(表2、表3),地布覆蓋只在果實(shí)膨大期對新梢直徑有顯著影響(P<0.05);生草覆蓋除了在萌芽展葉期對葉面積沒有顯著影響,在各生育時(shí)期對新梢長度、新梢直徑和葉面積3個(gè)生長指標(biāo)均有顯著影響(P<0.05);地布與生草二元覆蓋交互效應(yīng)主要對獼猴桃果實(shí)膨大期與成熟期的新梢長度和新梢直徑有顯著影響(P<0.05)?？梢?二元覆蓋的交互效應(yīng)中,行間生草覆蓋對獼猴桃樹體營養(yǎng)生長的促進(jìn)作用要大于樹下地布覆蓋。

圖5 獼猴桃樹各生育時(shí)期新梢長度和直徑變化

表2 不同覆蓋模式對獼猴桃樹新梢的影響

表3 不同覆蓋模式對獼猴桃樹葉面積的影響/cm2

2.3 覆蓋模式對不同生育時(shí)期獼猴桃光合特性的影響

圖6為不同覆蓋模式對獼猴桃葉片4個(gè)生育時(shí)期的氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,各處理獼猴桃葉片Gs、Tr和Ci均隨生育期推進(jìn)呈先增加后降低的趨勢。在萌芽展葉期和開花坐果期,各處理葉片Gs和Tr變化無明顯規(guī)律;在果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期,各處理葉片的Gs和Tr變化規(guī)律相似,且F1G0和F1G1處理的葉片Gs和Tr在果實(shí)膨大期顯著高于F0G1、CK(P<0.05),F1G1處理葉片Gs和Tr在果實(shí)成熟期顯著高于其他處理(P<0.05)。在萌芽展葉期和開花坐果期,F0G1的葉片Pn最高,較CK分別提高了21.5%、44.1%;在果實(shí)膨大期,F1G1葉片的Pn最高,較CK顯著提高了44.5%(P<0.05);在果實(shí)成熟期,各處理之間Pn沒有顯著差異。在萌芽展葉期和果實(shí)成熟期,各處理葉片Ci之間沒有顯著差異;在果實(shí)膨大期,各處理葉片Ci表現(xiàn)為F1G1>F1G0>F0G1>CK,F1G1處理的葉片Ci較CK顯著提高了8.6%(P<0.05),F0G1、F1G0的葉片Ci較CK分別提高了3.5%、5.6%。

2.4 覆蓋模式對獼猴桃產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表5可知,F0G1的單株果實(shí)數(shù)量最多,但其果實(shí)體積和單果質(zhì)量最小,較CK分別減少了11.0%、15.6%。F1G0的單株果實(shí)數(shù)量最少,但其果實(shí)體積和單果質(zhì)量最大,較CK分別顯著增加了11.5%、12.2%(P<0.05)。F1G1的單株果實(shí)數(shù)量大于F1G0,果實(shí)體積和單果質(zhì)量大于F0G1,且單株產(chǎn)量最高。通過方差分析可知,地布覆蓋對果實(shí)體積和單果質(zhì)量的提高都有顯著促進(jìn)作用(P<0.05);生草覆蓋會(huì)顯著提高果實(shí)數(shù)量(P<0.05),但顯著抑制了果實(shí)體積的增長(P<0.05);二元覆蓋的交互作用會(huì)顯著促進(jìn)單株產(chǎn)量增加(P<0.05)。

不同覆蓋模式對果實(shí)品質(zhì)的影響如表6所示,F0G1的可溶性糖、干物質(zhì)含量和糖酸比最低,且均顯著低于F1G1(P<0.05)。F1G0的維生素C含量、糖酸比較CK分別增加了43.5%、56.7%,且其可溶性固形物含量最高。F1G1的可溶性糖含量、糖酸比高于其他處理,且較CK顯著增加了28.1%、82.1%。對獼猴桃果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行方差分析,結(jié)果表明地布覆蓋對獼猴桃果實(shí)品質(zhì)含量(除可滴定酸和干物質(zhì)含量)均有顯著促進(jìn)作用(P<0.05),而生草覆蓋顯著降低了果實(shí)可滴定酸含量(P<0.05),二元覆蓋會(huì)顯著提高維生素C含量、可溶性糖含量及果實(shí)糖酸比(P<0.05)。

2.5 不同覆蓋模式經(jīng)濟(jì)效益分析

就成本投入而言,各覆蓋模式施肥、疏花疏果、采收等費(fèi)用均無差異,不同覆蓋模式除草成本有所不同,樹下人工除草成本較高,行間機(jī)械除草成本較低,而地布覆蓋與生草覆蓋均可抑制雜草的生長,F1G0、F0G1和CK處理在獼猴桃生育期內(nèi)至少需除草4次,成本分別為每667m2300、340元和500元,而F1G1處理僅需除草2次,每667m2節(jié)省成本50～250元。F1G1、F1G0和F0G1處理增加了地布覆蓋或生草覆蓋的成本,但地布與鼠茅草均可多年使用,為一次性投入。綜合考慮,F1G1處理每667m2總收益和純收益分別為3 759.4元和2 088.6元,均高于其他處理,是本研究推薦的覆蓋模式。

表6 不同覆蓋模式對獼猴桃樹果實(shí)品質(zhì)的影響

表7 不同覆蓋模式經(jīng)濟(jì)效益/(元·667m-2)

3 討 論

3.1 覆蓋模式對土壤含水率的影響

土壤水分是影響作物生長發(fā)育的重要因素,適宜的覆蓋模式可以提高土壤含水率,達(dá)到改善土壤水分環(huán)境的目的[15-16],而覆蓋不當(dāng)則會(huì)帶來不良影響[17]。李芬等[7]研究表明二元覆蓋種植模式在作物不同生育時(shí)期對土壤的保水效果存在差異,其中地膜與秸稈二元覆蓋在馬鈴薯的整個(gè)生育期保水效果較好;Zheng等[9]研究表明地布與生草二元覆蓋改善了蘋果樹樹下與行間土壤的水分環(huán)境,降低了土壤的蒸散量。本研究發(fā)現(xiàn),地布與生草二元覆蓋交互效應(yīng)對土壤含水率的影響主要體現(xiàn)在其改善了土壤水分分布情況,造成這種現(xiàn)象的原因不同,生育期表現(xiàn)也不同。在獼猴桃萌芽展葉期和開花坐果期,樹下地布單一覆蓋顯著增加了行內(nèi)土壤含水率,行間生草單一覆蓋顯著降低了行間土壤含水率,造成兩處理的樹下和行間土壤基質(zhì)勢差值較大,導(dǎo)致土壤水分從基質(zhì)勢低的區(qū)域流向基質(zhì)勢高的區(qū)域[4];而二元覆蓋模式行間生草對樹下土壤水分有所消耗,削弱了樹下地布的保水效果,降低了樹下與行間土壤基質(zhì)勢的差異。在果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期,鼠茅草生長穩(wěn)定,對水分的需求降低,樹下地布覆蓋與行間生草覆蓋均起到了較好的保水作用(圖2),這可能是因?yàn)榈夭己蜕莞采w改變了果樹細(xì)根數(shù)量,擴(kuò)大了細(xì)根水平分布區(qū)域和根系下扎深度[18],從而增加生草與果樹水分利用的空間互補(bǔ)性[19],這與賈如浩等[4]和Bai等[20]的研究結(jié)果一致。

3.2 覆蓋模式對獼猴桃生長、生理指標(biāo)的影響

樹體生長量直接反映樹勢強(qiáng)弱,不同覆蓋模式會(huì)顯著影響樹體生長量[21],而果樹營養(yǎng)生長是生殖生長的物質(zhì)基礎(chǔ)[22]。本研究發(fā)現(xiàn),各覆蓋模式之間在果樹新梢直徑、新梢長度和葉面積等生長指標(biāo)方面的差異主要表現(xiàn)在果實(shí)膨大初期前(6月中旬前),該階段后獼猴桃營養(yǎng)生長速度變慢,并向生殖生長階段轉(zhuǎn)變,這與王昌[2]的研究結(jié)果一致。與兩種單一覆蓋模式相比,二元覆蓋在生長發(fā)育前期對獼猴桃營養(yǎng)生長的影響低于單一生草覆蓋,但高于單一地布覆蓋(圖5a、圖5b)。這可能是因?yàn)殛P(guān)中平原處于半濕潤區(qū),前期降水可基本滿足果樹生長需求,生草覆蓋對水分一定程度的消耗使土壤水分更接近閾值,葉片光合效率提高[23-26],從而促進(jìn)了果樹的營養(yǎng)積累;而地布覆蓋良好的保水效果容易造成果實(shí)生育前期土壤水分過量,導(dǎo)致奢侈蒸騰現(xiàn)象[26],不利于果樹營養(yǎng)生長,這也與圖6中Pn、Tr的結(jié)果一致。二元覆蓋下行內(nèi)土壤含水率比單一地布覆蓋低,但行內(nèi)與行間更均勻的土壤水分分布減少了其橫向運(yùn)移,更有利于根系吸收,進(jìn)而促進(jìn)光合速率提高和獼猴桃營養(yǎng)生長。

光合作用是果樹的重要生理過程,也是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)[13]。氣孔導(dǎo)度表示葉片氣孔張開程度,是影響植物凈光合速率和蒸騰速率的主要因素。本研究發(fā)現(xiàn),不同覆蓋模式對獼猴桃生長前期的葉片氣孔導(dǎo)度無顯著影響;地布覆蓋在獼猴桃樹生長發(fā)育中期顯著提高了葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率,這是可能是由于地布覆蓋降低了土壤溫度,提高了土壤水分含量,從而影響了土壤理化性質(zhì)導(dǎo)致的[27]。王亞凱等[26]研究表明作物氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率呈線性關(guān)系,光合速率與蒸騰速率呈非線性關(guān)系,蒸騰速率過高會(huì)降低光合速率,這與本研究的結(jié)果一致。生草覆蓋下獼猴桃樹生育中后期葉片的光合速率較低,這可能是因?yàn)樵摋l件下果樹營養(yǎng)生長過盛,葉片接受的平均光照強(qiáng)度變小,從而降低了光合強(qiáng)度[2]。二元覆蓋下獼猴桃樹葉片中期的光合速率最高,可能是因?yàn)樵撃Ｊ浇档土瞬煌恢脤τ谕寥浪值母偁?適宜的水分環(huán)境下較高的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率促進(jìn)了光合作用[26]。

3.3 覆蓋模式對獼猴桃產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)的影響

果園覆蓋有利于改善樹體生長狀況,提高果實(shí)產(chǎn)量,改善果實(shí)品質(zhì)[27]。本研究表明,二元覆蓋中樹下地布與行間生草覆蓋的交互效應(yīng)是正向的,具體表現(xiàn)為其單株產(chǎn)量、可溶性糖含量、糖酸比均高于單一覆蓋(表5、表6),這是因?yàn)槎采w下獼猴桃樹營養(yǎng)生長良好,增大了果樹光合面積,且果實(shí)膨大期與成熟期較高的光合速率更有利于有機(jī)物的合成,促進(jìn)了獼猴桃生殖生長,這與Zheng等[9]的研究結(jié)果一致。單一生草覆蓋會(huì)顯著抑制獼猴桃體積增加,其果實(shí)數(shù)量卻最多(表5),這可能是因?yàn)樯莞采w改善了果園小氣候,空氣濕度增加,氣溫降低[13],且生長旺盛的枝葉保護(hù)了幼果,使其免受日灼的危害,降低了獼猴桃落果率[28],而生殖生長時(shí)期較低的光合作用和較高的果實(shí)數(shù)量影響了光合產(chǎn)物分配,抑制了果實(shí)體積增加;該處理對獼猴桃果實(shí)品質(zhì)(除可滴定酸含量)無顯著影響(表6)。單一地布覆蓋對獼猴桃果實(shí)體積和單果質(zhì)量增加均有顯著促進(jìn)作用,這與郭學(xué)軍等[29]的研究結(jié)果一致,但其降低了獼猴桃的果實(shí)數(shù)量(表5),且單一地布覆蓋下果實(shí)維生素C含量、可溶性固形物含量與糖酸比均有顯著提高(表6),這可能是因?yàn)樵诠麑?shí)膨大期獼猴桃葉片光合速率提高,而較少的果實(shí)數(shù)量使光合產(chǎn)物的分配比較集中。

4 結(jié) 論

1)單一地布覆蓋有效促進(jìn)了獼猴桃全生育期樹下0～100 cm土層土壤水分增加,單一生草覆蓋促進(jìn)了獼猴桃生育中后期行間0～100 cm土層土壤水分增加,但兩種單一覆蓋模式均增大了樹下和行間的土壤水分競爭,而二元覆蓋模式下獼猴桃樹和行間鼠茅草對土壤水分利用空間互補(bǔ),其水分競爭最小。

2)二元覆蓋模式提高了獼猴桃樹的新梢長度、直徑和葉面積,其葉片凈光合速率在果實(shí)膨大期較不覆蓋處理也顯著增加(P<0.05),有利于果實(shí)內(nèi)有機(jī)物的形成,在保證良好營養(yǎng)生長的同時(shí)促進(jìn)獼猴桃生殖生長。

3)與不覆蓋模式相比,各覆蓋模式對獼猴桃樹單株產(chǎn)量的增加均有促進(jìn)作用,其中二元覆蓋促進(jìn)效果顯著(P<0.05);二元覆蓋模式在增加獼猴桃單果體積和單果質(zhì)量的同時(shí)對果實(shí)品質(zhì)(維生素C含量、可溶性糖含量、糖酸比)也有顯著提升作用(P<0.05)。同時(shí),二元覆蓋模式雖然增加了覆蓋成本,但降低了除草成本,該模式的每667m2總收益和純收益均高于其他覆蓋處理。

綜上,樹下地布+行間生草二元覆蓋模式能有效改善獼猴桃生育期土壤水分環(huán)境及獼猴桃樹勢,其提高獼猴桃產(chǎn)量和品質(zhì)效果顯著,同時(shí)增加了獼猴桃園的經(jīng)濟(jì)效益,可作為關(guān)中獼猴桃的推薦種植模式。