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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。


指标
Indicator
主成分
Principal
component
方差贡献率
Variance contribution
rate (%)
累计贡献率
Cumulative contribution
rate (%)
载荷矩阵
Load matrix
综合得分
Composite
scores
综合排名
Comprehensive
ranking
根系 Root 1 63.66 63.66 根长、分支数 Root length, Branch number CK 0.98 1
2Y 0.24 2
2 25.49 89.15 导管直径、导管密度 Vessel diameter, Catheter density 4Y -0.50 3
6Y -0.72 4
土壤 Soil 1 59.98 59.98 物理性黏粒含量、水稳性团聚体平均几何直径、有机质含量、水稳系数、团聚体破坏率
Physical clay particles content, Geometric mean diameter of water-stable aggregates, Organic matter content, Water stability coefficient, Aggregates processing damage rate
CK 0.10 2
2Y 0.93 1
2 26.37 86.34 土壤密度、土壤压实度 Soil density, Packing density of soil 4Y -0.12 3
6Y -0.91 4
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表5 甘肃陇东苹果园覆膜后亚表层根系与土壤各性状主成分分析
正文中引用本图/表的段落
根系性状指标多样, 借助主成分分析通过降维, 对细根根长、表面积、直径、比根长、比表面积、根尖数、分支数和导管直径等16个指标抽取主要因子, 探究覆膜处理对苹果细根生长发育的影响。由表5可知, 根据主成分方差贡献率和累积贡献率选出2个主成分(>85%), 代表89.15%综合信息, 可利用该主成分的主要载荷因子作为综合评价苹果细根变异的指标。第一主成分中载荷值较大的指标为根长和分支数, 代表根系数量、分支特性; 第二主成分为导管直径和导管密度, 代表根系解剖特征。即亚表层土壤中苹果细根由数量、分支和解剖特性产生生长差异应对覆膜年限差异带来的影响。对各处理进行综合得分排名, 覆膜不利于亚表层土壤苹果细根生长, 尤其是长期覆膜(4Y和6Y)综合得分为-0.50、-0.72, 表现出显著抑制作用, 并随覆膜年限延长而增大。
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