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农业论文

通过实验分析利于山地板栗幼苗生长的最佳覆盖物

时间:2017年12月29日 所属分类:农业论文 点击次数:

下面文章主要研究不同覆盖物对贫瘠山地板栗土壤环境及板栗幼苗生长的影响,从而选择出幼树抚育阶段的覆盖方式。文章以黑地膜、黑地布、毛毡、白地膜作为覆盖材料,以清耕为参照物,对不同覆盖处理下的土壤温度、水分、容重、土壤酶活性、微生物数量及板栗幼

  下面文章主要研究不同覆盖物对贫瘠山地板栗土壤环境及板栗幼苗生长的影响,从而选择出幼树抚育阶段的覆盖方式。文章以黑地膜、黑地布、毛毡、白地膜作为覆盖材料,以清耕为参照物,对不同覆盖处理下的土壤温度、水分、容重、土壤酶活性、微生物数量及板栗幼苗的生长进行了分析。最终得出毛毡覆盖可显著促进主根的伸长生长、地上部生长和幼苗生物量,并且对提高出苗率具有显著效果,因此非常有利于板栗幼苗的生长。

  关键词:覆盖,山地果园,土壤环境,板栗生长

  农田覆盖是一项历史悠久的栽培措施,因其具有调控水[1]、肥[2]、热[3]、气、微生物[4]等生态功能,可发挥显著的提质增产效果,已成为农业生产中土壤管理的重要措施,尤其在大田作物上如玉米[5]、小麦[6,7]、烟草[8]、马铃薯[9]、棉花等以及花卉、蔬菜等园艺作物上应用较为普遍。近年来,农田覆盖在果树上的研究及应用也相继开展,主要集中于苹果[10,11]、梨[12]等大宗果树,并以提高盛果期产量和品质为目标,而在果树育苗、幼树抚育阶段的探讨则相对较少。

  板栗(Castanea mollissima)属重要的经济林树种,多栽植于山地,所处地形土质瘠薄,保水保肥能力差。板栗幼苗根系浅,经常受到干旱、低温、渍涝等极端气象胁迫,受害后通常导致树体孱弱、缓苗困难、成活率低。目前,鉴于山地地形的复杂性,在板栗育苗及幼树抚育期间栗农面对所遭受的气象灾害经常束手无策。大田作物上常用的秸秆、稻草、锯末等有机覆盖物虽然具备良好的保墒、保温效果,但多因运输不便、易滋生害虫、易燃、价格高等缺点不被采用,致使苗期土壤管理基本无针对性,很大程度制约了板栗的成苗率和速生性。

  从适用性角度考虑,本试验采用生产中常用的商品性覆盖物,如黑地膜、黑地布、毛毡和白地膜等作为试材,通过土表覆盖对土壤环境进行调控,研究不同覆盖物对山地栗园土壤主要生态因子的影响,以及对板栗幼苗生长的影响,以期针对性地改善山地栗园土壤理化状态,为板栗幼树生长创造良好的根域环境,同时也为类似研究和应用提供参考。

  1材料与方法

  1.1研究区概况

  试验地位于山东省泰安市万吉山山脚板栗园,该地属温带大陆性季风气候,雨热同季,年均温12.9℃,年均日照时数2 627.1 h,年均降水量697 mm,全年≥10℃积温4 213℃,极端最高气温41.0℃,极端最低气温-27.5℃。园地坡向朝南,坡度25°,土质为砂质壤土,土层厚度50~70 cm,pH 值6.8,含碱解氮85 mg/kg、速效磷10 mg/kg、速效钾52 mg/kg、有机质8.3 g/kg。土层下部为10~30 cm半风化片麻岩,最底部为片麻岩。

  1.2试验设计

  试验分别于2015年和2016年的4月下旬至5月下旬进行。选择自然通风良好,无光线遮挡的地块,试验前平整土地,无积水,无杂草。挑选个体饱满、大小一致、无病虫害的板栗实生种播种,种子平放,播种深度3~4 cm,每个处理播种50粒,株距30 cm,播种后立即覆盖。

  本试验采用大田常用覆盖材料进行土壤生态调控,设置5个处理,分别为黑地膜、黑地布、毛毡、白地膜和清耕,并以清耕为对照,即为无覆盖处理。黑地膜与白地膜厚均为0.008 mm,黑地布90 g/m2,毛毡450 g/m2。采用随机区组排列,每种覆盖物宽度均为1.2 m,覆盖面积12.0 m2,重复3次。

  1.3测定方法

  土层温度测定采用探针式温度计,选择晴朗无云无风或微风天气,于覆盖后10 d内进行,测定土层深度为0(地表)、10、20、30 cm,每个土层测定3次,取平均值。各土层体积含水量采用TZS-Ⅱ型水分测定仪测定,从覆盖起每5 d测定一次,连续测定4次。土壤容重采用环刀法,测定土层为0~10、10~20、20~30 cm,于覆盖后第15 d进行。采用5点取样法钻取0~20 cm土层土样,测定土壤酶活性及微生物数量。脲酶采用苯酚钠比色法,酸性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法,蔗糖转化酶采用3,5-二硝基水杨酸比色法,蛋白酶采用加勒斯江法,测定值折算为烘干土数值。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基,真菌采用茶彼克琼脂培育基,放线菌采用改良高氏一号培养基,平板涂布法测定微生物数量。游标卡尺测量根系长度、粗度及茎粗,米尺测定苗高,计数器统计侧根数及出苗率,80℃烘干称重法测定幼苗生物量。

  1.4数据处理

  采用Microsoft Excel 2003软件进行试验数据处理及作图,采用SPSS 13.0软件进行显著性检验(LSD法,α=0.05)。

  2结果与分析

  2.1不同覆盖物对土层温度的影响

  不同土层的温度变化趋势不尽相同,但相同土层的温度变化具有相似特征。随着土层的加深,土温的日间变化由剧烈逐渐变为平缓,温度峰值出现的时间也逐渐延迟,其中地表(0 cm)温度变化最为剧烈,峰值出现最早,约在14∶00左右溫度达到最高,表现出明显的“弧形”特征。10 cm土层温度高峰出现较晚,约在16∶00前后,20 cm与30 cm土层的温度高峰出现最晚,约在18∶00前后。不同覆盖物对土壤温度的影响因土层不同而呈现较大差异。4种覆盖物均能显著提高地表温度,其中黑地布的增温效果最明显,从8∶00开始温度急剧上升,并于14∶00达到全天最高温54.5℃,随后在14∶00—16∶00时段温度急剧下降,表现出“快涨快跌”的特征。在地表,与对照相比,黑地膜、白地膜和毛毡的增温效果也较为明显,三者的变化趋势较为相似,但毛毡的增温效果相对较差,最高温度仅达到44.0℃,

  同期分别较黑地膜、白地膜低6.0℃和6.1℃。

  10~30 cm土层温度变化与地表有所不同,其中白地膜、黑地膜和黑地布的增温效果明显优于清耕处理,并以白地膜的效果最显著,黑地膜和黑地布分列其次。与其他3种覆盖效果不同,毛毡处理下10~30 cm土层日间温度始终低于清耕处理,但温度变化幅度也明显小于其他处理。以30 cm土层为例,在毛毡处理下该土层变温幅度仅为2.2%,而在黑地膜、黑地布、白地膜和清耕处理下的变温幅度分别达到11.8%、4.8%、14.5%和6.2%。以上分析可知,毛毡对深层土壤的增温效果虽然较差,但维持土温恒定的效果则明显好于其他处理。

  2.2不同覆盖物对土壤水分含量与容重的影响

  可以看出,覆盖均有利于保墒。在4种覆盖处理下,各土层水分含量均高于清耕处理,但不同覆盖处理间对土层水分的影响存在较大差异。在0~10 cm 土层,保水效果以白地膜为最优,达到显著水平,其次为黑地膜、黑地布和毛毡。如图2A所示,白地膜与黑地膜覆盖的0~10 cm土层含水量表现为先升后降,即在处理后5 d达到最高,其中白地膜覆盖含水量升高最明显,达到35.5%,较5 d前提高10.2%,5 d后二者处理的土壤水分逐渐下降,与其他处理相似。如图2B所示,10~20 cm土层含水量呈逐渐下降趋势,各处理土壤含水量均明显高于清耕处理,其中以黑地膜保水效果最好,以黑地布效果最差。覆盖对于保持深层土壤水分依然有积极作用,如图2C所示,毛毡的保水效果最好,土层含水量不仅最高而且下降幅度最慢,15 d内仅下降了4.2%,而白地膜处理的含水量略高于清耕。

  如图3所示,土壤水分的空间分布因覆盖物不同存在明显差异。在白地膜处理下,土层越浅,含水量越高,表现出水分向表层聚集的现象,而其他处理的土壤含水量则随土层加深而增大。

  如图4所示,土壤容重呈现出随土层加深而逐渐增大的趋势,但经覆盖后土壤容重有所降低,表明覆盖有助于保持土壤疏松状态。通过对覆盖后15 d的容重测定,结果表明覆盖处理后各土层的容重均低于清耕处理。在4种覆盖物中,以毛毡和黑地布效果尤为明显,其中毛毡效果最好,0~30 cm土层容重仅增长了2.7%,深层土壤仍较为疏松,而清耕处理的容重增长了3.9%,其深层土壤已趋于紧实。黑地膜与白地膜可明显降低0~20 cm土层容重,但20~30 cm土层容重上升幅度较快,说明黑地膜与白地膜仅对保持浅层土壤结构作用明显,而对改善深层土壤结构的作用不及毛毡和黑地布。

  2.3不同覆盖物对土壤酶活性与微生物量的影响

  不同覆盖物对土壤酶活性的影响存在明显差异。如表1所示,在4种覆盖方式中,仅白地膜能显著提高脲酶活性,其他3种覆盖处理的脲酶活

  性均显著低于对照。与清耕相比,4种覆盖方式均显著降低了蔗糖转化酶活性,其中白地膜处理的蔗糖转化酶活性最高,约为对照的81.2%,毛毡处理的最低,仅为对照的35.0%。 4种覆盖物中仅有毛毡可明显提高土壤蛋白酶活性,黑地膜、白地膜处理效果与对照相差不明显,而黑地布处理酶活性显著低于对照,仅为对照的59.8%。在4种覆盖处理下,酸性磷酸酶活性仅毛毡处理酶活性与清耕差异不显著,约为清耕的92.0%,其他3种处理酶活性均显著低于清耕。

  不同覆盖物对土壤微生物數量的影响分化较为明显。由表1可以看出,在黑地膜覆盖下,土壤中细菌、真菌和放线菌数量均明显低于对照,仅为对照的51.5%、41.1%和1.3%。毛毡处理的细菌数量最多,达到8.21×106cfu/g,较清耕处理提高2.2倍,黑地布和白地膜处理细菌数量也明显高于清耕。仅白地膜覆盖可略微增加真菌数量,但未达显著水平,其他3种覆盖则降低了真菌数量。4种覆盖方式对放线菌数量的影响差异明显,其中毛毡覆盖可显著增加放线菌数量,较清耕提高37.0%。黑地布处理放线菌数量较清耕略有降低,但未达显著水平,而黑地膜与白地膜处理下放线菌数量大幅下降,仅为2.866×103cfu/g和4.312×103cfu/g,均不及清耕处理的2.0%。以上分析可知,在黑地膜覆盖处理下,土壤中细菌、真菌和放线菌数量均有不同程度降低,其微生物总数明显低于清耕,而黑地布、毛毡和白地膜处理则整体提高了微生物总数,其中毛毡效果最明显,并达到显著水平。

  2.4不同覆盖物对板栗幼苗生长的影响

  不同覆盖物对板栗幼苗主根生长的影响不尽相同。由表2可见,经毛毡处理的幼苗主根最长,为26.10 mm,显著高于其他处理。白地膜处理主根长尚不及对照,但其粗度达到8.62 mm,并显著大于除黑地膜之外的其他处理,可见白地膜覆盖可明显促进主根的加粗生长,而毛毡覆盖最有利于主根的加长生长。4种覆盖处理均可显著诱导板栗侧根的伸长生长,其中黑地布处理的侧根最长,达66.64 mm,其后依次为白地膜、黑地膜、毛毡,以上处理较对照分别提高37.3%、23.1%、21.8%和21.2%。4种覆盖处理并不能诱导更多侧根的产生,且侧根数量均低于清耕处理,其中黑地布处理侧根最多,达到5.80条,白地膜侧根数最少,仅为对照的61.7%。

  不同覆盖对幼苗地上部生长的影响表现不一,毛毡可略微促进茎的加粗生长,而其它处理下的茎粗均不及对照,其中白地膜处理的茎粗仅为对照的44.1%,差异显著。毛毡和黑地布处理可促进茎的加长生长,其中毛毡的作用最明显,苗高较对照高24.0%,白地膜和黑地膜处理下的苗高则不及对照,其中白地膜最差,苗高仅为对照的55.9%。覆盖处理对幼苗生物量积累的效果表现不一,经毛毡处理的幼苗生物量明显高于其他处理,每株达到25.7 g,而白地膜处理的幼苗生物量最小,略低于清耕处理。覆盖处理均能显著提高板栗出苗率,其中毛毡效果最好,出苗率高达85.5%, 白地膜效果最差,但也高出对照38.1%。

  3讨论

  土壤温度是影响果树根系生长、土壤养分利用、微生物活性的重要因素之一,生产中采用覆盖方式的重要目的就是要为作物根系生长创造适宜、稳定的温度条件。覆盖物多种多样,因材质、厚度、添加物,甚至铺设时间等差异,具有不同的增温效果。滕保琴等[11]对苹果园的研究表明,覆草、覆膜、覆沙均可提高地温,但以覆膜和覆沙效果最明显。周江涛等[10]对冷凉地区果园的研究表明,利用秸秆、稻草等有机覆盖物可以减缓春季土壤温度上升速度,虽然不利于果树前期生长,但降低了夏季土壤的最高温,提高了秋冬季土壤的最低温。李银芳等[13]利用黑地膜等覆盖物可明显提高冬季地温,减轻果树冻伤。

  本试验研究表明,采用黑地膜等4种覆盖处理均可大幅提高地表温度,但其效果不一,5种处理的增温效应为白地膜>黑地膜>黑地布>清耕>毛毡。其中白地膜的增温效果最明显,10 cm土层温度高达38.8℃,远超根系生长所需,并可能产生高温伤害。黑地膜与黑地布增温特征相似,易导致土壤表层温度过高,容易灼伤根径部皮层。毛毡覆盖的效应并非增温,而是起到温度缓冲作用,使土壤温度维持在较为稳定的范围,在其作用下10~30 cm土层温度恰处于根系所需温度[14],故毛毡覆盖最利于幼树根系的生长发育。

  由于降低了地面蒸发,所有覆盖物均有助于提高土壤含水量。卜玉山等[15,16]在玉米上的研究表明,秸秆、地膜等都有良好的保墒作用,10~90 cm土层含水量均高于无覆盖处理,特别是10 cm表土层效果最明显。王喜庆等[17]研究表明,经地膜覆盖后土壤水分具有明显的向表层聚集的现象,即下层土壤水分上升后受到覆盖物的阻挡,会相对聚积到上层土壤中。本试验研究表明,覆盖处理均能明显增强土壤保水能力,这一结果与卜玉山的研究结论基本一致,其中密闭性最好的黑地膜与白地膜,对提高0~20 cm土层含水量效果最明显,而透气性最好的毛毡则对提高20~30 cm土层含水量效果最好。另据测定覆盖第10 d各土层含水量,仅采用白地膜处理的土壤,其水分才具有明显的向表层聚集的现象,即土层越浅含水量越高,这与王喜庆的结论相似,而其他覆盖处理并未出现这一现象。

  造成这一现象的原因,一是白地膜具有良好的透光性,浅层土壤经照射后升温快且温度高,调动了深层水分向上层快速移动;二是白地膜良好的密闭性同时阻止了土壤水分向大气散失,昼夜的冷热交替使水分聚集到浅层土壤。其它覆盖物因无法同时具备以上两点,故产生相异的结果。4种覆盖方式均可降低0~30 cm土层容重,有助于保持土壤疏松状态,这与该土层为耕作层且有机质含量较高有关[18],如果30 cm以下土层有机质含量较低,其降低容重的效果将有待商榷。

  土壤酶和土壤微生物是土壤生物化学特性的重要组成部分,也是评价土壤质量的重要指标。Gupta等[19]发现土壤酶与耕作方式有一定关系,保护性耕作的表土中土壤酶活性较传统耕作更高。陈锡时等[4]采用地膜覆盖玉米,发现覆膜使表层土壤的脲酶活性比裸地提高 14.0%。杨青华等[20]采用液体地膜覆盖棉田,结果表明液体地膜能显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶、中性磷酸酶活性,并增加土壤微生物数量。王倩等[21]研究也表明覆盖对改善旱地苹果园土壤酶和微生物数量具有积极意义。在本试验中,4种覆盖方式对土壤酶活性的影响既有共性也存在较大差异,这与前人研究结果不尽相同。如对土壤酶的影响,4种覆盖方式均不能提高蔗糖转化酶与酸性磷酸酶活性,因此不利于土壤有机碳转化与有机磷矿化。黑地膜、毛毡和白地膜可提高蛋白酶活性,这3种覆盖方式则有利于土壤中氮素的转化。4种覆盖方式中仅有白地膜能提高脲酶活性,而其他覆盖效果则明显低于清耕。

  4种覆盖方式对土壤微生物数量的影响也存在明显差异,黑地布、毛毡、白地膜可增加微生物总数,其中毛毡对增加细菌和放线菌数量效果最显著,白地膜对增加真菌数量最明显,黑地膜则分别降低了3种微生物数量。分析与前人研究差异的原因,一是由于覆盖物本身所具有独特效应,如黑地膜的遮光效应,白地膜的增温作用,毛毡的通气效应等,改变了土壤中的水、肥、气、热条件,甚至形成了极端的微域环境,从而直接影响到相关酶活性。二是覆盖物改变了土壤的物理性状,如pH值、容重、团聚体等[22],同样影响到对土壤酶活性及微生物数量,而土壤酶和微生物对这种极端土壤环境的响应特征,则需要进一步研究。

  覆盖处理可提高成苗率、促进植株生长,不仅在大田作物上应用广泛,在黧蒴锥(Castanopsis fissa)[23]、长白落叶松(Larix olgensis)[24]、水青树(Tetracentron sinense)[25]等林木育种上也有报道。本试验研究表明,不同覆盖物对板栗幼苗生长的影响既有一致性又存在差异,如4种覆盖方式均能增加侧根长和出苗率,但不能誘导更多侧根的发生;黑地布对侧根的加长生长最明显,白地膜对主根的加粗生长最明显,但对增加主根长、侧根数、地上部生长及生物量的作用不及其它覆盖处理,甚至低于清耕。毛毡覆盖可显著促进主根的伸长生长、地上部生长和幼苗生物量,并对提高出苗率具有显著效果,在4种覆盖处理中最有利于对板栗幼苗的生长。

  4结论

  板栗在不同的生长发育阶段对土壤环境的要求存在明显差异,在幼树阶段,板栗根系分布较浅,1年生幼苗根系主要分布在0~20 cm土层,对于土壤温度、水分、空气等生态因子的响应远较成龄树敏感,容易受到高温、干旱、渍涝等胁迫,因此在选择适合的覆盖方式时,不仅要保墒保温,还要兼顾土壤透气性好、抑制土温过高等其它要求。在本试验中,经黑地膜、黑地布和白地膜覆盖处理的土壤生态因子通常会发生剧烈变动,容易产生极端条件,因此均不利于板栗幼苗的生长。毛毡在增温、保墒等方面虽不及其它覆盖物,但其隔热、保温、透气性好,所诱发的综合效应能更好地满足板栗幼苗阶段生长所需,因此可作为瘠薄山地板栗园幼树抚育阶段理想的覆盖方式。

  参考文献:

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