不同保水措施对土壤水、热状况及新植核桃幼树生长的影响.doc

不同保水措施对土壤水、热状况及新植核桃幼树生长的影响刘洋1,2基金项目：林业公益性行业科研专项经费项目“太行山干旱退化山地旱涝灾害生态调控技术研究”（201504408）；河北省科技计划项目：“河北省山区核桃近自然生产技术创新与示范”（16236810D）作者简介：刘洋（1991-），男，河北省高阳县人，在读研究生，主要从事经济林栽培生理研究。E-mail：1203110893。*通讯作者：齐国辉（1969-），女，河北省遵化人，博士，教授，主要从事经济林栽培教学及科研工作。E-mail：。，孙萌1,2，赵爽1,2，齐国辉1,2,，张雪梅1,2，李保国1,2（1河北农业大学 林学院，河北保定 071000；2河北省核桃工程技术研究中心，河北临城 053400）摘要：为了探索北方退化干旱山地适宜的土壤保水措施，以2年生“绿岭”核桃嫁接苗为试材，进行保水剂、秸秆覆盖和地膜覆盖等保水措施的不同组合处理，研究了不同保水措施对土壤水、热状况及新植核桃幼树生长的影响。结果表明：所有保水措施均能不同程度地提高了土壤含水量，表现为多重处理双重处理单一处理对照。地膜覆盖具有保温增温效果；秸秆覆盖具有很好的保温效果，使地温维持较为恒定的状态；保水剂对地温的影响不显著。地膜覆盖可提高新栽树的成活率，秸秆覆盖会降低成活率。地膜覆盖使发芽期提前，秸秆覆盖会使发芽期延迟。到新梢停止生长，各处理的新植核桃幼树的新梢平均长度分别为11.22 cm、27.17 cm、16.38 cm、31.51 cm、15.91 cm、27.27 cm、29.31 cm和9.83 cm，有秸秆覆盖的处理（秸秆、保+秸、秸+地和保+秸+地）有地膜覆盖而没有秸秆覆盖的处理（地膜和保+地）保水剂对照。在干旱太行山区新垦地，栽植核桃苗最适宜的土壤保水措施为：春覆地膜夏覆秸秆。关键词：核桃；保水措施；土壤水分；土壤温度；生长Effects of Different Water Conversation Measures on Soil Water Content, Soil Temperature and Growth of Newly Planted Walnut TreeLIU Yang1,2,SUN Meng1,2,Zhao Shuang1,2,QI Guohui1,2,ZHANG Xuemei1,2,LI Baoguo1,2(1.College of Forestry, Heibei Agricultural University, Heibei Baoding, 071000; 2.Research Center for Walnut Engineering and Technology of Hebei, Heibei Lincheng, 053400)Abstract: To determine the suitable soil water conservation measures in arid and degradation mountain regions in north China, 2 years old “Lvling” grafted walnut seedlings were used as materials to study the effects of different combinations of aquasorb, straw and plastic film on soil moisture, soil temperature and growth of newly planted young walnut trees. The results showed that: All the water conservation measures could increase the soil water content in different degrees, and the water retaining effects were multiple processing dual treatment single processing control. Plastic film mulching had the heat insulation and temperature increasing effect; straw mulching had the ideal thermal insulation effect, so as to keep the ground temperature stable; aquasorb had no effect on soil temperature. Plastic film mulching can increase the survival rate of newly planted trees, straw mulch will reduce the survival rate. Plastic mulch will advance the germination period of newly planted walnut trees and Straw mulch delayed germination period.Till the shoot growth stopping period, the average shoot lengths of the newly planted walnut trees of each treatments were 11.22 cm, 27.17 cm, 16.38 cm, 31.51 cm, 15.91 cm, 27.27 cm, 29.31 cm and 9.83 cm, those of the treatments that including straw mulching (straw, aquasorb + straw, straw + plastic film and aquasorb + straw + plastic film) the treatments that including plastic film mulching and no straw mulching (plastic film and aquasorb + plastic film) aquasorb the control. The suitable soil water conservation measures for planting walnut trees in newly reclaimed regions in the arid Taihang Mountains was using mulching plastic film in spring and mulching straws before the hot and rainy summer.Keywords: walnut; soil and water conversation; soil moisture; soil temperature; growth我国是一个严重干旱缺水的国家，人均水资源量仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源非常贫乏的国家之一1-2，此种状况于北方山区更为严峻。水资源严重不足是制约北方干旱退化山地综合治理的主要因素。减少土壤水分散失是缓解水资源短缺矛盾的有效途径。土壤水分匮缺和春季低温是限制我国北方经济树种成活、生长的主要因子，在北方干旱山地栽植果树或种植农作物时施用保水剂3-6、采取地面覆盖等7-9措施可以有效减少土壤水分蒸发，提高水分利用效率，还具有调节地表温度10-11、改善土壤理化性状12、防止水土流失13的作用，地膜覆盖可显著提高栽植成活率，而秸秆覆盖可显著增加植物的生长量。目前，关于保水措施研究多是针对保水剂或覆盖单一措施的效果研究，而对保水剂和覆盖措施综合作用效果研究的报道较少，而且保水措施对新栽树的影响尚未见报道。核桃是近年北方干旱山区发展速度迅速的重要经济林树种，是山区农民脱贫致富的主要农业支柱产业。为了探索北方山地果园适宜的土壤保水模式，本试验以2年生绿岭核桃嫁接苗为试材，研究了不同保水措施组合对土壤水、热状况及新植核桃幼树生长的影响，以期为北方干旱退化山地发展节水经济林产业提供科学依据。1 材料与方法1.1 试验地概况试验地设在河北省中部太行山东麓、滹沱河上游的平山县银泰葫芦峪农业科技开发有限公司的核桃生产基地。地理位置为东经114538114733，北纬38265382747。该地区属暖温带半干旱季风大陆性气候，年平均气温12.7，年较差29.5。无霜期130-190 d，年太阳辐射总能量为131-139 kcal/cm2，多年平均日照时数2611 h，年有效积温4853.5。多年平均降水量609 mm，多年平均汛期降水量430 mm，占全年降水量的70.6%。多年平均水面蒸发量1815.4 mm，年平均干燥度1.38。1.2 试验设计与试验方法试验以2年生“绿岭”核桃嫁接幼树为试材，根系分布于10-30cm土层。试验设清耕（CK）、栽植坑内施用保水剂（以下简称保水剂）、秸秆覆盖（以下简称秸秆）、地膜覆盖（以下简称地膜）、栽植坑内施用保水剂+秸秆覆盖（以下简称保+秸）、栽植坑内施用保水剂+地膜覆盖（以下简称保+地）、秸秆覆盖+地膜覆盖（以下简称秸+地）、栽植坑内施用保水剂+秸秆覆盖+地膜覆盖（以下简称保+秸+地），共8个处理。每处理每个小区30株树，采用随机区组排列，3次重复。2015年3月24日栽植。保水剂为从北京汉力淼新技术有限公司购进的XL型保水剂（粒径4-6mm），施用量20g/株；秸秆为普通食用花生的外壳，覆盖厚度10cm；地膜为普通农用黑色PE薄膜。栽植前每个栽植坑内施入25kg腐熟鸡粪，与土壤充分混匀。采用小管出流节水灌溉系统进行灌水，灌溉次数由土壤含水量决定，在土壤容积含水量低于20%（长时间低于此含水量会导致核桃幼树缺水而死）时对相应处理的核桃树进行补水灌溉，每次灌水量为25 kg/株。1.3 测定内容及方法土壤容积含水量：采用TRIME-T3 TDR土壤含水量测量系统进行测定，从4月份开始，每10天测定一次，测定到10月底新梢停止生长。并计算其生长期均值、变幅、变异系数。其中，变幅是指相邻两次土壤含水量测定结果之差的绝对值，变异系数为标准差与平均值的比值。土壤温度：采用天津今明仪器有限公司生产的JM624 数字温度计进行测定。分别在2015年春季和夏季，选择天气晴朗的一天，测定各处理土壤温度的日变化，从早上7点测定到晚上8点，并计算日均值、日最高温、日最低温、日温差。萌芽期：核桃幼树栽植后，观察不同处理核桃幼树萌芽情况，记录萌芽日期。成活率：在9月份，统计不同保水措施处理下的核桃幼树的成活株数，计算成活率。新梢长度：在不同处理中随机选取5棵树，从核桃幼树萌芽起到落叶前，每10天测定一次全树所有新梢的长度。1.4 数据分析方法用SPSS 22.0统计分析软件对试验数据进行方差分析与多重比较。方差分析用单因素方差分析方法 one-way analysis of variance，多重比较用Duncan法进行。2 结果与分析2.1 不同保水措施对园地土壤水分环境的影响2.1.1 不同保水措施对园地土壤含水量的影响不同保水措施新植核桃园0-20 cm土壤容积含水量如图1所示。由图1可见，从4月6日至10月24日，所有处理0-20 cm土壤含水量随时间的变化趋势基本一致，但各处理间存在较大差异。所有处理的0-20 cm土壤含水量夏季的变化幅度最大，春季次之，最小的为秋季。原因在于春季气温低，土壤水分蒸发散失速度慢，偶尔的降雨虽能增加土壤含水量，但降雨量小，不会使土壤含水量发生太大变化；夏季高温多雨，土壤蒸发快，降雨量大，均会引起土壤含水量的巨大变化；进入秋季以后，降雨量减少，温度逐渐降低，土壤蒸发减缓，植物生长减缓，对土壤水分消耗减少。图1 不同保水措施下0-20cm土层土壤含水量Fig.1 Soil water contents in 0-20 cm layer of different water conservation measures in different periods不同保水措施新植核桃园20-40 cm土壤容积含水量如图2所示。由图2可见，从4月6日至10月24日，所有处理20-40 cm土壤含水量随时间的变化趋势基本一致，各处理间存在一定差异。与对照相比，所有保水措施20-40cm土壤含水量均有不同程度的增加。20-40cm土壤含水量变化趋势与0-20 cm较为相近，但与0-20cm相比，各处理土壤含水量之间的差异较小，主要原因是土层越深，受到气温和降雨的影响越小。图2 不同保水措施下20-40cm土层土壤含水量Fig.2 Soil water contents in 20-40 cm layer of different water conservation measures in different periods2.1.2不同保水措施对园地土壤水分稳定性的影响不同保水措施不同土层土壤水分稳定性指标如表1所示。由表1可见，研究期间，0-20cm土层，所有保水措施的土壤含水量均高于对照，以保+秸+地处理的最高；所有保水措施土壤含水量的变幅均小于对照，有地膜覆盖的处理（地膜、保+地、秸+地、保+秸+地）有秸秆覆盖无地膜覆盖的处理（秸秆、保+秸）有地膜覆盖而没有秸秆覆盖的处理（地膜和保+地）保水剂处理对照。图5 不同保水措施下新植核桃幼树新梢生长动态Fig.5 The shoot growth dynamics of newly planted walnut trees of different water conservation measures at different periods3 讨论经济林是北方山区农民的主要收入来源，在山区和丘陵区，灌溉条件差，土壤瘠薄和干旱缺水是限制经济林优质、丰产的两大自然因素。提高水分利用效率对发展山区经济林产业有着十分重要的意义。本试验对山地新植核桃幼树采取不同保水措施处理后，表明保水措施可有效地减少土壤水分蒸发和利用自然降雨，提高水分利用效率，这与张义14和揣俊峰15等人的研究结果基本一致。保水措施在改变土壤含水量的同时，对土壤温度也产生了一定的影响，地膜覆盖大幅度减少了土壤与外界的水分交换，从而降低了潜热交换的损失，同时也减弱了土壤与外界的显热交换，使土壤热通量增大，从而实现增温，这与员学锋16和孙仕军17的研究结果基本一致；秸秆覆盖在土壤表面形成了一道物理阻隔层，能拦截并吸收太阳辐射，阻碍了土壤和大气间的水热交换，从而能使土壤温度保持一个相对稳定的状态，这与Roger-Estrade J18等人的研究结果基本一致。水热条件是影响作物生长发育最重要的因素，植物的生长发育往往是二者综合作用的结果，本研究也证实了这一点。春季时，秸秆覆盖的土壤水分并不比地膜覆盖的低，但地膜覆盖的新梢生长速度要远快于秸秆覆盖，究其原因在于核桃根系于10地温即开始生长，地温17-19为根系生长的适温20，在低温少雨的春季，地膜可增高土壤温度和保持水分，有利于新植核桃幼树根系活动，使得萌芽提前，有利于根系和新梢的生长，这与赵长增22的研究结果基本一致，秸秆覆盖会降低白天的土壤温度，不利于核桃根系活动，使得萌芽延迟，降低了新栽核桃幼树的成活率。夏季时，地膜覆盖的土壤温度也并不比秸秆覆盖的低多少，但新梢生长速度远慢于后者，其原因在于在一定土壤温度范围内，根系水分传导随土壤温度增加而增加；但超过此范围后，其根系水分传导随温度增加而降低21。进入高温多雨的夏季后，地膜覆盖会使白天时的土壤温度过高，会损伤新植核桃幼树的根系，从而抑制核桃幼树的生长，许树宁23在试验中也得出了相似的结论。而秸秆覆盖可降低白天的土壤温度，使核桃根系免受高温的危害，而且可以有效地利用降雨，从而促进了新梢的快速生长，这在花永辉24的试验中也得到了验证。但耿桂俊25在研究地表覆盖及保水剂与 PAM 对河套灌区土壤水热盐和番茄生长的影响时，却发现地膜覆盖可显著提高番茄的生物量和产量，而秸秆覆盖却降低了番茄的生物量和产量。其主要是因为番茄栽植密度高，进入夏季后，其冠层遮盖地面，阳光不能直射地面，地膜和秸秆覆盖的地温差异不显著，而地膜土壤含水量高于秸秆，从而生长量更大。新植核桃幼树采用秸秆覆盖，会使萌芽期延迟，降低成活率；但如果已经栽植成活的核桃树采用秸秆覆盖，就不存在降低成活率的问题，使萌芽期延迟可能会有效的防止倒春寒的危害。4 结论4.1 保水措施均可显著提高土壤含水量。保水效果为多重处理双重处理单一处理对照；单一处理中以地膜处理的保水效果最好；双重处理中以秸杆+地膜处理的保水效果最好。4.2保水措施使得土壤热量平衡过程发生了一定程度的变化。地膜覆盖保温增温；秸秆覆盖可使土壤温度维持相对稳定的状态；保水剂对土壤温度的影响不显著。4.3保水措施对新植核桃幼树的生长发育影响存在较大差异。地膜覆盖可使萌芽期提前，显著提高成活率，在春季可促进生长，但进入高温的夏季，反而会抑制生长；秸秆覆盖使萌芽期延迟，降低了成活率，但对新梢生长有极大的促进作用；保水剂可有效防止核桃幼树抽干。4.4在干旱太行山区新垦地，栽植核桃苗适宜的土壤保水措施为：春覆地膜夏覆秸秆。参考文献1 王媛,盛连喜,李科.中国水资源现状分析与可持续发展对策研究J.水资源与水工程学报,2008,19(3):10-14.2 武敏.中国水资源现状与利用问题研究J.新乡学院学报,2011,25(3):25-27.3 杜社妮,耿桂俊,白岗栓,等.保水剂施用方式对土壤水分及向日葵生长的影响J.水土保持学报,2011,25(4):139-143.4 侯贤清,李荣,何文涛,等.保水剂施用量对旱作土壤理化性质及马铃薯生长的影响J.水土保持学报,2015,29(5):325-330. 5闫永利,魏占民,任秀苹,等.保水剂对土壤持水性影响及在不同土壤中效果比较J.节水灌溉,2016,(1):34-38.6 Zahra Moslemi, Davood Habibi, Ahmad Asgharzadeh, et al. Effects of super absorbent polymer and plant growth promoting rhizobacteria on yield and yield components of maize under drought stress and normal conditionsJ. African Journal of Agricultural Research,2011, 6(19): 4471-4476.7 温晓霞,殷瑞敬,高茂盛,等.不同覆盖模式下旱作苹果园土壤酶活性和微生物数量时空动态研究J.西北农业学报,2011,20(11):82-88.8 Som B,Pao S,Ouk M ,et al. Effects of straw mulch on mungbean yield in rice fields with strongly compacted soilsJ.Field Crops Research ,2011,124(3):295-301.9 Moslem J, Jalil A, Pour H and Hamid Z. Mulching impact on plant growth and production of rainfed fig orchards under drought conditionsJ. Journal of Food, Agriculture & Environment, 2012, 10(1): 428-433.10梁美英,卜玉山,李伟,等.不同覆盖材料土壤水温效应与作物增产效应分析J.中国农学通报,2011,27(9):328-335.11陈素英,张喜英,裴冬等.秸秆覆盖对夏玉米田棵间土壤温度影响J.排水学报,2004