渭北黄土高原旱地果园生草对土壤物理性质的影响

中国农业科学 2008,41(7):2070-2076

Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2008.07.026

渭北黄土高原旱地果园生草对土壤物理性质的影响

李会科1，张广军1，赵政阳2，李凯荣1

（1西北农林科技大学资源与环境学院，陕西杨凌 712100；2西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100）

摘要：【目的】研究旱地果园生草土壤物理性状的变化特征。【方法】在黄土高原旱地苹果园生草区及清耕区设立标准地，在60 cm土层内分层取样，测定土壤容重、孔隙度、水稳性团聚体的含量等土壤物理性状，分析果园生草土壤物理性质的变化特征。【结果】生草降低土壤容重，增加孔隙度，提高水稳性团聚体含量，其影响主要集中在0～40 cm土层；生草种类不同，对果园土壤物理性状影响存在差异，种植白三叶效果更佳；随着生草年限的增加，果园土壤物理性状愈趋改善，土壤的入渗性能和持水能力得到较大幅度的提高。【结论】长期生草有利于果园土壤物理性状的持续改善。

关键词：黄土高原；果园生草；土壤物理性质；白三叶；黑麦草

Effects of Different Herbage on Soil Quality Characteristics of

Non-Irrigated Apple Orchard in Weibei Loess Plateau

LI Hui-ke1, ZHANG Guang-jun1, ZHAO Zheng-yang2, LI Kai-rong1

2

(1College of Environment and Resource, Northwest Agricultural and Forestry University, Yangling 712100, Shaanxi;

College of Horticulture, Northwest Agricultural and Forestry University, Yangling 712100, Shaanxi)

Abstract:【Objective】 The objective of this article was to study the change feature in soil quality characteristics of orchard after planting herbage. 【Method】The treatment plots were laid out in planting herbage areas and till areas of different herbage in non-irrigated apple orchard from the Weibei Loess Plateau, soil samples from different soil layers within 60 cm depth in every plot were collected. By analyzing soil samples, the changes in soil quality characteristics of the apple orchard after planting herbage were studied. 【Result】Soil bulk density reduced, soil porosity increased and the content of water-stable aggregates increased after different herbage were planted. The changes in soil quality characteristics with growing different herbage in non-irrigated apple orchard were mainly in 40 cm depth soil layer. The change feature of soil quality characteristics was different in various herbage growing land, white clover was better than perennial ryegrass in improving soil quality characteristics. With the increase of years of herbage growing, soil quality characteristics of growing herbage land improved. Soil water content and soil water-holding capacity enhanced greatly. 【Conclusion】Growing herbage in orchard for a long term can improve the soil properties of orchard consistantly. 收稿日期：2007-03-22；接受日期：2007-08-20

基金项目：国家“十五”重点攻关（2002BA16B10）苹果无公害生产关键技术研究与示范；中科院知识创新项目（kzcx1-06-02）黄土高原农果复合

型生态农业模式研究与示范；陕西省农业攻关（2004K01-G2）绿色苹果生产果园生草技术研究项目

作者简介：李会科（1965-），男，陕西武功人，副教授，博士研究生，研究方向为农果复合型生态农业。E-mail：lihuike@nwsuaf.edu.cn。通迅作者

赵政阳（1964-），男，陕西富平人，教授，博士，研究方向为果树栽培。E-mail：zhaozhengyang@nwsuaf.edu.cn

2 中 国 农 业 科 学 41卷

Key words: Loess Plateau; Growing herbage in orchard; Soil quality characteristics; White clover (Trifolium repens L.);

Perennial ryegrass (Lolium perenne L.)

0 引言

【研究意义】黄土高原是中国苹果两大优生区之一，以渭北为代表的黄土高原苹果产业已成为促进区域经济发展，解决“三农”问题，改善生态环境的支柱产业。长期以来，由于果园采用传统的清耕制土壤管理模式，导致土壤性状退化，果实产量下降，品质变劣[1]。探索新的土壤管理模式已成为该区域苹果产业优化升级及可持续发展需要重点解决的问题。果园生草是欧美及日本等发达国家普遍推行的果园可持续发展土壤管理模式，取得了良好的生态及经济效益[2]。中国于1998年将果园生草制作为绿色果品生产措施在全国推广[3]，但实践中清耕果园面积占果园总面积段[1,4]。【前人研究进展】近年来中国已开展了不少果园生草方面研究[5~8]，但多数研究集中在南方的橘园、龙眼园等[6~8]，黄土高原地区的研究相对较少，渭北苹果产区则更为薄弱。已有的研究基本上是采用统计分析的方法，就生草对果园土壤物理性质的影响现状进行评价[5~9]，对果园生草后土壤物理性状与牧草的互动效应及其演变方面的研究未见报道。【本研究切入点】黄土高原渭北苹果产区，果园立地条件普遍较差，改善土壤物理性状，提高蓄持和供应水肥的能力对当地苹果生产至关重要，因此，揭示果园生草后土壤物理性质与牧草的互动效应及其演变特征，可深化果园生草对土壤物理性状影响的研究，对指导黄土高原渭北苹果产区建立科学的果园生草技术，改进果园土壤管理具有重要作用。【拟解决的关键问题】本研究以陕

表1 各标准地概况

Table 1 The general condition in different plots

项目 Item 生草区

Herbage planting areas

生草类型 Herbage type 禾本科 Gramineae 豆科

Fabaceae or Leguminosae

清耕区(对照) Till areas (Control)

清耕Till

西渭北黄土高原的旱地苹果园为对象，通过定位观测，探讨和分析果园生草土壤物理性质与牧草的互动效应及其演变特征。

1 材料与方法

1.1 试验设计方案

试验区位于黄土高原苹果代表产区的洛川县，该县地处渭北旱塬中北部，属暖温带半湿润易旱季风气候，平均海拔1 100 m，年均气温9.2℃，日照时数2 552 h，年总辐射量55.41 kJ·cm-2,多年平均降水量610 mm，大于10℃的积温3 040℃，土壤为疏松的黑垆土，质地为中壤，土层深厚，剖面质地均匀。试验地位于洛川县西贝兴村塬面无公害苹果示范园，示范园面积5 苹果）果园，栽植密度2 m×4 m，果园管理水平较高，旱作。试验为大型小区对比试验，每个小区面积为1 ha，设置白三叶（white clover）生草区、多年生黑麦草（perennial ryegrass）生草区和清耕区3个处理，供试草种来源于中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，2000年9月分别种植于生草区（行间生草），白三叶播种量为7.5 kg·ha-1，黑麦草播种量为15 kg·ha-1，各处理的土壤、地形等生态条件及牧草、苹果的田间常规管理措施一致。

为便于定位观测，2002年依据生草种类，采用常规的典型观测样地抽样法，选设3年生黑麦草和3年生白三叶2块观测标准地，各标准地面积（200×200）m2，对照（清耕园）设置1块标准地，生草区各标准地及对照的基本情况如表1所示。

90%以上，果园生草尚处于试验与小面积应用阶 ha，为10～12年生半矮化红富士（富士/M26/新疆野

生草种类/生长年限

Herbage type and the number of years 多年生黑麦草/3年

Perennial ryegrass for three year 白三叶/3年生

White clover for three years

生草方式

Herbage planting pattern 行间生草

Herbage planting in all orchard 行间生草

Herbage planting in all orchard

1.2 测定项目及方法

2072 中 国 农 业 科 学 41卷

1.2.1 土壤容重、孔隙度及持水量的测定 生草第3年即2002年、生草第5年即2004年3月中旬，在各标准地内以梅花形布置5个采样点，按0～20、20～40和40～60 cm用环刀取样，采用环刀法测定各土层土壤容重、孔隙度和田间持水量[10]，并由公式W=10×h×P计算各土层土壤饱和持水量[11]，式中：W：饱和持水量；h：土层厚度（cm）；P：总孔隙度（%）。

1.2.2 土壤团聚体测定 生草第3年、生草第5年3月中旬，在标准地内测定土壤容重、孔隙度的同时，用铝饭盒采集0～60 cm（20 cm为一层）原状土样带回实验室，用湿筛法测定0.25～0.5 mm、0.5～1 mm、1～2 mm、＞2 mm各级水稳性团粒含量，室内试验在西北农林科技大学资源与环境学院科研平台的实验室中进行。

1.2.3 土壤入渗性能测定 生草第3年、生草第5年4月在各标准地内进行土壤入渗试验。土壤入渗试验均为野外积水入渗，采用玛立奥特瓶加双环定水头供水法，双环内环直径35.5 cm，高25 cm，打入土中15 cm；外环直径50.5 cm，环高及打入深度与内环相同。内外环之间维持水层深度为5 cm，采用马氏瓶自动供水，计时采用秒表，每隔3 min记录1次玛立奥特瓶水位的变化[12]，同一标准地3个重复，取平均值。 1.2.4 数据处理 所有数据采用Excel 2003处理，运用DPS软件进行方差分析和显著性检验。

影响。如表2所示，各标准地0～20 cm层土壤容重均低于20～60 cm层，土壤容重自表层沿剖面均呈现递增趋势，各标准地土壤容重垂直剖面特征一致，但与清耕区相比，生草区0～60 cm各土层土壤容重的演变趋于降低。对生草第3年与第5年各土层土壤容重进行多重比较，结果表明，生草第5年，白三叶及黑麦草区0～20 cm层、20～40 cm层土壤容重均与第3年差异显著（P＜0.05），0～20 cm层差异显著性高于20～40 cm层，40～60 cm层土壤容重有所降低，但差异不显著，土壤容重的这一演变一方面反映随着生草年限的增加，生草区土壤有机质积累量及其分解程度增加，及牧草地被根系穿插作用增强，进而对土壤容重产生显著影响。另一方面反映生草对土壤容重的影响主要集中在0～40 cm土层，持续生草深层土壤容重有降低的趋势。而在清耕区，虽然清耕能疏松表层土壤，但0～60 cm层土壤容重趋于增加，演变趋劣，这与已有研究结论一致[5]。

在0～60 cm土层，生草第3年，生草区该土层容重平均值与清耕区无显著差异，而第5年均与清耕区差异显著（P＜0.05），表明随着生草年限的增加生草对0～60 cm土层土壤容重整体影响较大，长期生草有利于整体土壤容重的持续改善，另一方面说明生草对土壤容重的影响是一个渐进的积累过程，只有达到一定年限、土壤有机质含量达到较高水平才对土壤容重具有良好效应。但生草类型不同，其对土壤容重的影响程度不同，如表2所示，无论在生草第3年还是在第5年，白三叶区0～60 cm土层容重均值低于黑麦草区，白三叶对土壤容重的效应强于黑麦草。

2 结果与分析

2.1 生草对土壤容重影响

容重是表征土壤松紧状况的指标，在同一气候和土壤条件下，其性状的优劣除与成土母质、气候条件有密切关系外，还受植被、耕作、土壤有机质等因素

表2 各标准地土壤容重 (g·cm-3) Table 2 Soil bulk density in different plots

标准地 Plots

土层 Soil layer (cm) 黑麦草区 Perennial ryegrass

0～20 20～40

容重 Soil bulk density (g·cm-3) 生草第3年 orchard for three years

1.31a 1.35a

生草第5年 orchard for five years

1.20b 1.26b

Planting herbage in apple Planting herbage in apple

有机质 Organic matter (g·kg-1)

生草第3年 Planting herbage in apple orchard for three years

0.8744 0.6440

生草第5年 Planting herbage in apple orchard for five years

1.0179 0.7990

2

40～60 平均 Mean

白三叶区 White clover

0～20 20～40 40～60 平均 Mean

清耕区 Till

0～20 20～40 40～60 平均 Mean

中 国 农 业 科 学

1.32a 1.33A 1.30a 1.36a 1.31a 1.32A 1.23a 1.37a 1.35a 1.32A

1.30a 1.25B 1.18b 1.26b 1.29a 1.24B 1.25a 1.37a 1.36a 1.33A

0.4500 0.6561 0.8643 0.6018 0.5632 0.6964 0.8013 0.6824 0.5646 0.6964

0.6568 0.8246 1.1586 1.1215 0.8675 1.0492 0.7315 0.6064 0.5237 0.6205

41卷

同一标准地不同字母表示在0.05水平上差异显著（LSD）。下同

The different letters in the same plots in different year indicate significant difference at 5% level (LSD). The same as below

2.2 生草对土壤孔隙度影响

土壤总孔隙度是指单位体积土壤孔隙所占的百分数，土壤总孔隙度包括毛管孔隙和非毛管孔隙，是由土壤容重和比重决定的，对于相同类型的土壤，比重是相对恒定的。在其它条件相同的情况下，土壤容重的大小决定孔隙度的大小，由于生草改变了果园土壤

表3 各标准地土壤孔隙度 Table 3 Soil porosity in different plots

标准地 Plots

土层 Soil layer (cm) 总孔隙度 Porosity (%) 生草第3年 apple orchard for three years s

黑麦草区 ryegrass 白三叶区 White clover 清耕区 Till

0～20 40～60 平均 Mean 0～20 20～40 40～60 平均 Mean 0～20 20～40 40～60 平均 Mean

50.38a 47.26a 49.59a 49.08A 51.32a 47.06a 50.83a 49.74A 52.42a 46.82a 46.84a 48.69A

Perennial 20～40

生草第5年 apple orchard for ive years 54.73b 51.18b 50.93a 52.28B 55.04b 51.24b 51.52a 52.60B 51.11a 46.83a 47.76a 48.57A

毛管孔隙度Capillary porosity (%) 生草第3年

生草第5年

非毛管孔隙度Noncapillary porosity (%) 生草第3年 Planting herbage in apple orchard for three years s

23.51a 21.18a 22.71a 22.47a 24.48a 21.82a 23.97a 23.42A 25.59a 22.21a 21.98a 23.26A

生草第5年 Planting herbage in apple orchard for five years 25.58b 22.55a 22.36a 23.49a 25.76b 23.79b 24.44a 24.66B 25.27a 22.31a 22.73a 23.43A

容重，对土壤孔隙度产生了明显影响。如表3所示，无论生草第3年还是第5年，生草区0～60 cm土层总孔隙度平均值均高于清耕区，各标准地总孔隙度大小为：白三叶区＞黑麦草区＞清耕区。

生草第3年，生草区0～60 cm土层总孔隙度均值与清耕区差异不显著（P＜0.05），第5年有较大幅度

Planting herbage in Planting herbage in Planting herbage Planting herbage

in apple orchard in apple orchard for three years

26.87a 26.08a 26.88a 26.61A 26.84a 25.24a 26.86a 26.31A 26.83a 24.61.a 24.86a 25.43A

for five years

29.15b 29.03b 28.57a 28.91B 29.28b 27.45b 27.08a 27.94A 25.84a 24.52a 25.03a 25.13A

的提高，与清耕区达显著差异（P＜0.05），总孔隙度这一演变与该土层土壤容重演变一致。在0～60 cm垂直剖面上，各标准地0～20 cm层总孔隙度均高于20～60 cm层，这与生草与清耕降低了表层土壤容重密切相关，但生草区0～60 cm各土层孔隙度演变趋于增大，0～40 cm层增加幅度较大，生草第5年，白三叶及黑麦草区0～40 cm层总孔隙度均与第3年达显著差异（P＜0.05）。

在0～60 cm土层，各标准地孔隙度大小分配均表现为毛管孔隙度大于非毛管孔隙度，表明生草未改变

土壤孔隙大小分配的基本规律。与清耕区相比，随着生草年限的增加生草区毛管孔隙度及非毛管孔隙度均有不同程度增加。由于所生牧草类型不同，其对大小孔隙的影响不同，生草第5年，黑麦草区0～60 cm土层毛管孔隙度与第3年差异显著（P＜0.05），提高幅度大于非毛管孔隙，而白三叶区非毛管孔隙度与生草第3年差异显著（P＜0.05），种植白三叶对非毛管孔隙效应较大。不同类型生草区毛管孔隙及非毛管孔隙这一变化特征可能与所生牧草根系类型及发育特征有关，根据田间观测，黑麦草根系为须根系，没有明显