木趣有机覆盖物对土壤理化性质的影响

木趣有机覆盖物对土壤理化性质的影响

随着我国经济的发展和城市化进程的加快，我国城市绿地面积逐年增加。植物在正常生长过程中离不开阳光、空气、水分、土壤、微生物等多方面环境因素的协同作用覆盖物别称地表覆盖物，指在地表覆盖一层具有一定功能性的材料，我国使用的覆盖物分为无机覆盖物和有机覆盖物木趣有机覆盖物是一种由树皮、木材等经过粉碎、发酵等加工工艺后制成的片状或块状覆盖材料(图1)材料和方法1.1地表覆盖材料的设置本试验于2019年8月至2020年4月在江苏省无锡市惠山区美尚生态古庄苗圃进行，该地区常年平均气温为16.2℃,平均降水量为1121.7mm,日照百分率为43%。植物选择了茶梅、小叶栀子、紫薇等3种材料，每棵植物种植在1m×1m的地块内，不同植物种植时中间间隔1m。火山岩、陶粒、松针和木趣有机覆盖物被用作地表覆盖处理，铺设时均匀填充1m×1m的植物种植地块，以不覆盖任何材料的裸露地块作为对照，火山岩、陶粒、松针的铺设厚度为5cm,而木趣有机覆盖物则分别铺设2、5、8cm厚度作为处理，每个覆盖材料处理铺设3个地块，按照随机分布的原则铺设于各地块上。种植与铺设后的实际情况如图2所示。1.2铺面处理的重复性使用温度计对土壤温度进行测定，将玻璃温度计垂直插入土壤待测深度，读数稳定后进行记录，每种铺面处理重复测定3次。用高精度土壤检测仪检测土壤的湿度和pH值，将土壤检测仪垂直插入土壤的待测深度，稳定1min后进行读数并记录，每种铺面处理重复测定3次。土壤温湿度和pH值均分别检测5、20cm等2种深度，于每月的15日进行测定，作为当月的土壤状况数据。1.3杂草覆盖度测定该试验地在进行本研究前进行了1次较彻底的杂草清除，在2020年4月研究结束时进行了杂草覆盖度的测定，杂草覆盖度以地块上生长的杂草的垂直投影面积作为杂草覆盖面积，估算每个地块上的杂草投影面积，并进行记录，杂草投影面积除以地块面积即为各地块的杂草覆盖度，每个覆盖处理进行3个地块的杂草覆盖度记录。1.4数据的统计分析和图表制作所有取样点遵循随机取样的原则；数据统计分析使用SPSS22.0软件进行平均值、标准差与显著性分析，显著性由邓肯氏新复极差法检验，结果与分析2.1不同覆盖物的降温效果由图3-A可知，与裸地相比，各种覆盖材料下的土壤温度稳定性均优于未覆盖的地块；夏季高温期间，有覆盖材料的地块温度显著低于裸地，在2019年8月未覆盖地块的土壤温度超过42℃,而有覆盖材料的地块土壤温度在32～38℃之间，显著低于裸地，其中覆盖8cm木趣有机覆盖物的地块土壤温度最低，显著低于其他覆盖物；相比较而言，覆盖有机覆盖物的地块土壤温度要低于无机覆盖物地块的土壤温度。2019年9—10月的试验结果与2019年8月的试验结果类似，同样覆盖5cm覆盖物时，木趣有机覆盖物的降温效果优于其他覆盖材料，8cm木趣有机覆盖物的降温效果优于5cm。当冬季气温下降时，各种覆盖物对土壤的影响显示出不同的结果，以2020年2月对土壤温度的测定结果为例，低温期间各种覆盖材料对土壤均具有保温作用，未覆盖的裸地土壤温度仅为11.70℃,而有覆盖材料的地块土壤温度在13.40～18.07℃之间，显著高于裸地，覆盖了8cm木趣有机覆盖物的地块土壤温度达到18.07℃,显著高于裸地，而覆盖了5cm木趣有机覆盖物的地块土壤温度达到了16.63℃,与其他覆盖材料间存在显著性差异。在2019年11月至2020年4月之间的试验结果均呈现类似的趋势。综合图3可知，无论是5cm土壤还是20cm土壤，覆盖了地表覆盖材料的地块温度与裸地相比均呈现了差异性，夏季高温时各种覆盖材料降低了土壤温度，而在冬季低温时各种覆盖材料提高了土壤温度，就5cm土壤而言，临界值约为20℃,20cm土壤的临界值约为15℃,即说明裸地土塘温度在临界值以上时覆盖物能够降低土壤温度，在临界值以下时能够提高土壤温度，说明各种覆盖材料均具有维持土壤温度稳定的作用。对于木趣有机覆盖物而言，铺设厚度越大，则对于土壤温度恒定性的维持作用越明显。2.2土壤温度分布由图4-A可知，不同覆盖物对比裸地而言，湿度均有增加，以2019年8月为例，此时正值夏季，天气较为干燥，裸地的土壤湿度仅为27.33%,而覆盖了火山岩和陶粒2种无机覆盖物的地块土壤湿度达到34.00%,覆盖了松针和5cm木趣有机覆盖物的地块土壤温度分别达到35.33%、36.00%;以2020年3月为例，此时虽为冬春更替时节，但气温仍旧较低，各种覆盖物对比裸地而言，湿度仍显著高于裸地，覆盖了8cm木趣有机覆盖物的地块土壤湿度相较于裸地提高13.00%,5cm木趣有机覆盖物覆盖下的土壤湿度相较于裸地提高10.66%。由图4-B可知，与5cm土壤类似，各种覆盖物下20cm土壤湿度均高于未覆盖的裸地土壤，但整体的差异性要低于5cm土壤。由此可说明，各种覆盖物无论对浅层土壤还是深层土壤均具有保湿作用，且对于5cm浅层土壤的保湿效果比20cm深层土壤更显著。无论是在夏季高温期还是冬季低温期，各种覆盖物覆盖均能提高土壤湿度，并且由结果可知，木趣有机覆盖物在几种覆盖物中具有最佳的保湿效果，当覆盖厚度相同时，木趣有机覆盖物覆盖下的土壤湿度均明显高于其他覆盖物。2.3不同覆盖物对土壤ph值的影响该试验地的土壤原pH值约为6.82,为中性偏弱酸性土壤。由图5-A可知，在2019年8月至2020年4月这段试验期内，该试验地土壤pH值有一定程度的下降，其中，覆盖了无机覆盖物火山岩和陶粒的地块pH值变化趋势基本与裸地相同，并未产生大的显著性差异，说明无机覆盖物对该地块的pH值变化影响较小。而对于有机覆盖物而言，覆盖了松针和不同厚度木趣有机覆盖物的地块pH值则产生了显著性变化，在2020年4月，松针覆盖的地块pH值下降至6.53,覆盖了2、5、8cm木趣有机覆盖物的地块pH值则分别下降至6.57、6.40、6.33,使该地块土壤向酸性转化，说明有机覆盖物能够调节土壤的pH值，同等厚度的松针和木趣有机覆盖物相比，木趣有机覆盖物具有更好的调节土壤pH值的能力。由图5-B可知，各种覆盖物对深层土壤的pH值影响相对较小且结果与浅层土壤的试验结果类似，2种无机覆盖物并未对土壤pH值产生显著性影响，有机覆盖物虽然对土壤pH值产生了影响，但整体变化幅度小于其对浅层土壤产生的影响。在各种覆盖处理下，对土壤pH值变化影响最大的是8cm木趣有机覆盖物，在试验结束时其pH值下降至6.56。该试验地土壤在整个试验阶段内整体呈现pH值下降的趋势，排除掉各种覆盖物所产生的影响外，猜测植物本身在生长过程中向环境中释放的各种物质也会对土壤pH值产生影响。2.4陶粒和松针覆盖下的杂草覆盖度由2020年4月实地拍摄的照片(图6-A至图6-G)和柱状图(图6-H)可以看出，未覆盖裸地和陶粒、松针2种覆盖物覆盖的地块杂草覆盖度最大，分别达到91.33%、87.33%、89.67%,且陶粒和松针覆盖下的杂草覆盖度与裸地间未存在显著性差异，说明这2种覆盖物对杂草不存在抑制作用；火山岩覆盖下的杂草覆盖度为52.00%,显著低于裸地的杂草覆盖度，说明火山岩对于杂草有一定程度的抑制作用；2、5、8cm木趣有机覆盖物覆盖下的杂草覆盖度分别下降至33.33%、24.00%、15.67%,显著低于裸地和其他覆盖物，且2cm的覆盖厚度已经对杂草产生了显著性的抑制作用，说明木趣有机覆盖物能够有效地抑制杂草的生长，降低杂草覆盖度，对比其他覆盖物而言具有优势。2.5不同覆盖物对植物生长的影响由图6中实地拍摄照片可以看出，裸地栽培的茶梅出现了凋亡现象，根据试验观察记录凋亡时间约为2019年10月，猜测是由于2019年8—10月一直处于夏秋季高温时期，植物的根系长时间处于较高温度的土壤中，根系活力降低，且裸地湿度相比其他地块低，植物未能正常获取水分和营养，因此造成枯萎凋亡，而覆盖了不同覆盖物地块上种植的植物均生长正常，说明覆盖物对植物生长具有保护作用，木趣有机覆盖物覆盖的地块生长的植物叶片颜色相较于其他覆盖物更深，猜测是叶片中积累了更多的叶绿素，说明木趣有机覆盖物对植物生长有更强的保育作用。不同覆盖物对土壤温度的影响综上所述，无论是无机覆盖物还是有机覆盖物均能够对土壤的理化性质产生一定的影响。主要表现为覆盖了各种覆盖物后，对土壤能够起到夏季降温冬季保温的作用，且在覆盖期内能够显著增加土壤湿度，对土壤整体稳定性的维持具有积极影响，此结果与卜鹏图等的研究结果无机覆盖物与有机覆盖物相比而言，有机覆盖物除了同样具有调节土壤温湿度外，还可以调节土壤pH值，在覆盖了有机覆盖物松针和木趣有机覆盖物后，土壤的pH值有显著降低，陈玉娟等的研究相比于其他覆盖物而言，木趣有机覆盖物具有的优势在于在同等厚度的覆盖条件下，木趣有机覆盖物具有维持土壤温度恒定、保持土壤湿度的性能明显优于其他覆盖物，且覆盖了木趣有机覆盖物后，能显著降低地块的杂草覆盖度，且对于土壤pH值的调节