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黄土高原长期覆膜苹果园土壤物理退化与细根生长响应
孙文泰, 马明
植物生态学报    2021, 45 (9): 972-986.   DOI: 10.17521/cjpe.2021.0248
摘要   (655 HTML12 PDF(pc) (1374KB)(1214)  

甘肃陇东黄土高原为中国苹果主产区之一, 生产中多采取覆膜方式节水保墒, 但长期覆膜易导致土壤物理性状退化及苹果根系生长障碍。为探明长期覆膜对苹果园表层土壤(0-20 cm)、亚表层土壤(20-40 cm)物理特性、土壤结构稳定性及苹果细根数量、形态、构型、解剖性状的影响, 以18年生苹果树为试验材料, 于苹果树发根高峰(果实采后至落叶期), 以清耕(CK)为对照, 采用土壤剖面法系统调查覆膜2年(2Y)、覆膜4年(4Y)、覆膜6年(6Y)的表层土壤、亚表层土壤物理性状变化趋势, 苹果根系根长、表面积、比根长、导管直径、导管密度等指标的空间分布特征。并借助主成分分析, 抽取覆膜条件下根系与土壤变化主要因子, 分析应对根际土壤物理退化的苹果树细根生长适应策略调整。结果表明: 短期覆膜(2Y)可有效改善亚表层土壤含水量、总孔隙度, 分别比CK提高了18.04%、4.53%, 土壤密度降低了2.36%, 促进细根在亚表层土壤中的生长, 比表面积为CK的151%; 覆膜促使黏粒向亚表层土壤移动, 产生明显的淀积黏化作用。土壤物理性黏粒在亚表层土壤中高于表层土壤, 2Y、4Y和6Y处理亚表层土壤物理性黏粒为表层土壤的115.64%、115.58%和114.21%, 呈现土壤紧实化。土壤质地、团聚体特征、有机质含量为主导亚表层土壤退化进程的主要载荷因子, 使根系数量、构型特征受到抑制, 导致长期(4Y、6Y)覆膜苹果的细根集中分布于表层土壤中。亚表层土壤中细根变粗、抑制延伸生长、增大导管直径, 以弥补细根数量、形态性状弱化带来的吸收功能减弱, 促使根系采取“密集型”根系构建策略。综上所述, 长期覆膜果园亚表层土壤出现物理“隐形”退化, 影响果树根系健康生长和土壤可持续利用。2年为适宜陇东旱塬的连续覆膜年限, 生产中应适时揭膜, 促进根系生长和土壤结构优化。


土层深度
Soil depth
(cm)
全氮含量
Total nitrogen (N) content
(g·kg-1)
全磷含量
Total phosphorus (P) content
(g·kg-1)
全钾含量
Total potassium (K) content (g·kg-1)
有机质含量
Organic matter content (g·kg-1)
碱解氮含量
Alkaline hydrolysis N content (mg·kg-1)
速效磷含量
Available P content (mg·kg-1)
速效钾含量
Available K content (mg·kg-1)
pH
20 1.27 1.12 16.86 14.69 96.25 47.3 377.04 8.35
40 0.74 0.80 16.82 9.57 47.25 14.7 182.96 8.85
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表1 甘肃陇东苹果园试验区土壤理化性状
正文中引用本图/表的段落
不同果园管理措施对根际土壤生态环境影响不同, 良好的深层土壤结构、水肥保蓄能力对果树生产可持续发展具有不可忽视的作用(魏彬萌等, 2021)。西北雨养农业区覆膜条件下亚表层土壤健康及根系生长响应规律研究尚显不足。为探明膜下根域环境调控机理, 本研究以红富士苹果树为研究对象, 通过对不同覆膜年限苹果园亚表层土壤物理质量的演化规律及根系生长特征的研究, 拟探究如下问题: (1)覆膜如何影响亚表层土壤结构与稳定性? 覆膜年限是否造成土壤特性的显著性差异? (2)黄土高原雨养农业区黄绵土在长期覆膜后会产生何种“隐型”退化? (3)苹果根系生长动态对土壤“隐型”退化的响应规律? 从而探明长期覆膜黄土高原黄绵土亚表层土壤物理质量退化机理, 并深入明确土壤物理退化对根系功能、结构、解剖性状的调节机制, 为实现土壤健康、绿色可持续发展奠定基础。
试验地位于甘肃省平凉市静宁县国家苹果产业体系平凉综合试验站内(35.40° N, 105.72° E, 试验园面积3.3 hm2), 海拔1 561 m, 年降水量450 mm, 集中在7-9月, 年蒸发量1 531 mm, 干燥度2.53。年日照时间2 238 h, 无霜期159天, 年平均气温7.1 ℃。土壤为黄绵土, 为粉砂质壤土, pH 7.6-8.9, 土层深厚, 有机质含量低, 深层土壤水调节作用差, 团聚作用微弱, 易受侵蚀, 造成水土流失(表1)。
采集亚表层土壤样品约1 kg, 装入硬质盒中运回室内风干, 在风干过程中剔除其中的动植物残体, 并沿自然裂隙分成直径1 cm左右的小土块, 待充分风干后用于土壤团聚体组成及稳定性研究。每处理团聚体质量测定3次, 取平均值。
土壤团聚体作为土壤结构、功能的基本单元, 对土壤水分移动、养分循环具有重要意义。对亚表层土壤团聚体分布及稳定性进行分析(图1), 2Y处理提高WSC、水稳性团聚体MWDGMD, 为CK的218.38%、117.24%和328.57% (p < 0.05), 而PAD仅为CK的80.78%, 表明短期覆膜可提高团聚体机械稳定性和水稳性。随覆膜年限增加, WSC和水稳性团聚体GMD逐渐降低, PAD增大。6Y处理团聚体稳定性最差, 水稳性团聚体GMD仅为CK的85.71%。
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