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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
植物生态学报
2021, 45 (9):
972-986.
DOI: 10.17521/cjpe.2021.0248
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。
表3
甘肃陇东苹果园覆膜后亚表层土壤物理性状相关性
正文中引用本图/表的段落
细根平均直径、比根长和比表面积属于根系形态性状, 反映细根在土壤中资源获取效率及投入成本(图3)。各处理细根直径均表现为随土层加深而增大, 且各覆膜处理细根直径均大于CK, 以6Y处理最显著, 在表层和亚表层土壤中直径为CK的157.41%和204% (p < 0.05); 比根长和比表面积表明单位生物量可构建、维持细根的长度、表面积大小, 反映根系吸收养分和水分的能力。2Y处理提高表层土壤中细根比根长和比表面积, 分别为CK的147.1%和167.21% (p < 0.05)。在亚表层土壤中, 覆膜对细根的促进作用随覆膜年限增长而减弱, 6Y处理表现出显著抑制作用(p < 0.05), 分别为CK的65.03%和80.31%。
土壤密度是土壤的重要物理性质, 土壤紧实度的敏感性指标, 影响根系在土壤中的穿透阻力。由表3可知, 亚表层土壤密度与该土层黏粒含量、物理性黏粒含量、PD和PAD均呈极显著正相关关系(r = 0.655**、0.673**、0.628**、0.694**), 与水稳性团聚体MWD和GMD呈极显著负相关关系(r = -0.678**、-0.697**)。即土壤团聚体稳定性差, 导致土壤结构体破碎, 活性黏粒随水移动填充土壤孔隙, 因此PD增大、土壤密度较高; 土壤含水量与物理性黏粒含量和PAD均呈极显著负相关关系(r = -0.737**、-0.745**), 与水稳性团聚体MWD和GMD均呈极显著正相关关系(r = 0.746**、0.73**), 表明物理性黏粒的累积和团聚体的不稳定状态不利于土壤水分存蓄; 而土壤有机质含量与土壤含水量、水稳性团聚体GMD均呈极显著正相关关系(r = 0.784**、0.678**), 与物理性黏粒含量、PAD均呈极显著负相关关系(r = -0.696**、-0.605**), 表明土壤含水量下降、结构退化不利于土壤有机质含量的提高。黄土高原的土壤细粉粒和中粉粒占比最大, 物理性黏粒由黏粒、粗黏粒、细粉粒和中粉粒在内的直径<0.05 mm的土壤颗粒组成, 是黄绵土的主要构成成分, 因此本试验中土壤物理性黏粒含量与各土壤物理性状的相关关系大于黏粒总含量。
本文的其它图/表
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