陕北苹果园绿肥种植模式对土壤物理性质及果实品质和产量的影响*

段志龙，王晨光，宋 云

（1 延安市农业科学研究所，陕西 716000）（2 陕西省农业技术推广中心）

陕西省洛川县是农业农村部确定的两大苹果产业优生带之一，光照充足，昼夜温差大，雨热同季，海拔适宜，出产的苹果肉质细嫩致密、汁多松脆、酸甜适口，“洛川苹果”已成为全国农产品地理标志[1-2]。然而，由于长期采用传统清耕制，部分果园完全依赖化肥，造成土壤板结严重，有机质含量急剧下降，果实品质降低，经济效益下降[3]。

果园种植绿肥并翻压入土，腐解后为果树提供丰富的养分[4]。在果园行间种植绿肥，对改良土壤、调节果园微域生态环境有重要作用[5-7]。研究表明，果园种植绿肥后，土壤孔隙度增加2.5%～5.5%，土壤容重降低4.7%～13.0%[8-9]。李会科等[10]研究表明，不同草种类对果园土壤物理性状影响存在差异，其影响主要集中在0～40 cm 土层。与清耕相比，翻压毛叶苕子可使猕猴桃园土壤含水量增加50.15%，土壤孔隙度增加11.93%，果实可溶性固形物、可溶性糖、维生素C 等含量显著提高[6]。段志龙等[11]研究发现，在延安果区，苹果园豆菜轮茬，鲜草覆盖树盘，减少了土壤裸露时间和面积，降低了水分蒸发，表层土壤含水量增加；果实偏斜率降低10.8%，品质明显改善，每667 m2产量增加171 kg。

2020 年洛川苹果种植总面积35 761.8 hm2，果园绿肥种植模式有自然生草、豆菜轮茬（轮作种植豆科和十字花科绿肥）、毛叶苕子等，生草覆盖率达70%。但是，关于陕北苹果产区果园不同绿肥种植模式对土壤物理性质及苹果品质的影响却鲜有报道。因此，我们于2018—2019 年利用在黄土高原沟壑区延安市洛川县的长期定位试验，研究了不同绿肥种植模式对土壤物理性质和苹果品质的影响，以期为果园种植绿肥提供数据支撑和理论依据，筛选适宜绿肥种植模式。

1 材料与方法

1.1 试验园概况

试验于2018—2019 年在陕西省延安市洛川县凤栖镇西井村（东经109°26′25″，北纬35°46′19″）苹果园进行，当地位于渭北黄土高原沟壑区，海拔1 180 m，暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温为9.2 ℃，昼夜温差15.7 ℃，无霜期167 d，年日照时数2 552 h，平均年降水量622 mm。土壤类型为黑垆土，有机质含量10.65 g/kg，全氮含量0.49 g/kg，全磷含量0.54 g/kg，全钾含量30.22 g/kg。

供试苹果树2014 年春季定植，行株距4.0 m×2.0 m，品种为弘前富士，树龄4～5 年，树高3.0～3.5 m。

1.2 试验设计

试验设3 个处理：果园行间种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬、清耕（对照），绿肥种植覆盖到树冠边缘。每个处理3 次重复，小区面积56 m2，共9 个小区，随机区组排列。

毛叶苕子品种为蒙苕1 号，2017 年8 月上旬播种，翌年8 月中下旬翻压，播种量为30 kg/hm2，之后每年因其自落籽功能生长繁殖，于8 月下旬翻压。豆科绿肥品种为牧绿2 号，4 月下旬播种，8 月上旬翻压，播种量为60 kg/hm2。十字花科绿肥品种为延油2 号，8 月中下旬播种，翌年4 月上旬翻压，播种量为4.5 kg/hm2。清耕处理定期中耕除草。各处理其他管理措施基本一致。

1.3 样品采集

2018 年和2019 年每年8 月在绿肥翻压后采用对角线五点法，在果树行间用土钻采集耕层土壤，相邻取样点间隔1 m，剔除植物根系、落叶、石块等杂物，用于测定土壤物理指标。

2018 年和2019 年每年10 月，在每个处理小区随机选取5 株长势一致、结果正常的植株，每株采摘5 个果实，测定品质。

1.4 测定指标及方法

土壤含水量用烘干称重法（105 ℃烘8 h）测定，土壤容重和土壤孔隙度用环刀法测定，土壤pH值用PB-10（德国赛多利斯）便携式微机型酸度计按照水土比2.5∶1 测定[12]。

测量果实纵径与横径，其比值为果形指数，果实硬度用GY-1 型果实硬度计测定，可溶性固形物含量用TR-100 型数字折光仪测定，可滴定酸含量用NaOH 中和滴定法测定[13]。

测定单株苹果产量，折合为单位面积产量。

绿肥生物学产量测定方法：选取未被利用且具有代表性的样方（1 m2），测定样方内作物的地上生物量，估算生物学产量。

1.5 数据分析

数据整理和图表制作采用Excel 2016，显著性分析和相关性分析采用SPSS 22.0 统计分析软件。

2 结果与分析

2.1 绿肥栽培模式对土壤物理性质的影响

由表1 可知，2 种绿肥种植翻压还田模式对苹果园土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度及土壤pH值均有显著影响。苹果园行间种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬，翻压还田后土壤含水量均显著高于对照，其中，2018 年分别提高164.44%、128.89%，2019 年分别提高324.14%、217.24%；种植毛叶苕子土壤含水量显著高于豆科与十字花科轮茬。

表1 苹果园不同绿肥种植模式土壤物理性质

种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬，翻压还田后土壤容重均显著低于对照，其中2018 年分别降低11.97%、9.86%，2019 年分别降低13.67%、10.79%；种植毛叶苕子土壤容重显著低于豆科与十字花科轮茬（表1）。

种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬，翻压还田后土壤孔隙度均显著高于对照，其中，2018 年分别提高13.83%、11.38%，2019 年分别提高15.08%、11.91%；种植毛叶苕子土壤孔隙度显著高于豆科与十字花科轮茬（表1）。

种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬，翻压还田后土壤pH 值均显著低于对照，其中2018 年分别降低3.01%、1.54%，2019 年分别降低6.98%、4.65%；种植毛叶苕子土壤pH 值显著低于豆科与十字花科轮茬（表1）。

2.2 绿肥栽培模式对苹果果实品质的影响

由表2 可知，2 种绿肥种植翻压还田模式均可显著提高苹果果形指数、硬度和可溶性固形物含量。其中，种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬2年的果形指数均显著高于对照，种植毛叶苕子果形指数2018 年显著高于豆科与十字花科轮茬。种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬硬度2018 年分别比对照提高6.94%、2.78%，2019 年分别比对照提高9.86%、5.63%；种植毛叶苕子硬度显著高于豆科与十字花科轮茬。种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬可溶性固形物含量2018 年分别比对照提高16.41%、15.62%，2019 年分别比对照提高17.05%、14.73%；种植毛叶苕子可溶性固形物含量和豆科与十字花科轮茬的显著性2 年不一致。3 个处理2 年果实可滴定酸含量差异均不显著。

表2 苹果园不同绿肥种植模式果实品质

2.3 绿肥栽培模式对苹果产量的影响

由表3 可知，2 种绿肥种植翻压还田模式均可提高苹果产量。2018 年，种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬产量分别比对照提高1.56%、1.97%，差异均显著。2019 年，种植毛叶苕子产量与对照差异不显著，豆科与十字花科轮茬产量比对照提高2.10%。种植毛叶苕子、豆科与十字花科轮茬产量2018 年无显著性差异。

表3 苹果园不同绿肥种植模式苹果产量

2.4 2 种绿肥种植模式绿肥的生物学产量比较

由表4 可知，毛叶苕子生物学667 m2产量2018年和2019 年均在3 000.00 kg 以上，豆科绿肥与十字花科绿肥轮茬在3 170.00～3 272.00 kg，毛叶苕子与豆菜轮茬生物学产量2 年差异均不显著。

表4 苹果园不同绿肥种植模式绿肥生物学产量

2.5 苹果果实产量、品质与果园土壤物理性质的相关性

从表5 可以看出，产量与果形指数呈极显著正相关，与可溶性固形物含量、土壤孔隙度均呈显著正相关，与土壤容重呈极显著负相关。可溶性固形物含量、硬度和果形指数与土壤含水量、土壤孔隙度均呈极显著正相关，与土壤pH 值和土壤容重均呈极显著负相关。可滴定酸含量与土壤含水量、土壤孔隙度均呈显著正相关。可溶性固形物含量与果实硬度、果形指数均呈极显著正相关，硬度和可滴定酸含量与果形指数均呈显著正相关。土壤含水量、土壤pH 值、土壤容重和土壤孔隙度相互之间相关性均为极显著。总而言之，土壤物理性质显著影响着果实品质。

表5 苹果果实产量、品质与苹果园土壤物理性质的相关系数

3 讨论与结论

果园绿肥栽培模式是苹果高产的关键，合理的轻简化栽培技术不仅能提高果树对土壤水分和养分的利用，还能提高其经济效益[14]。相关研究表明，果园种草可改善土壤结构，降低土壤板结发生的可能性，提高土壤渗水能力和保水能力，对果园土壤容重、土壤孔隙度等产生显著影响[15-18]。本研究中不同栽培模式绿肥翻压还田均能显著降低土壤容重，提高土壤孔隙度及土壤含水量，与李会科等[10]的研究结果一致。绿肥就地翻压增加了土壤有机质和养分含量，增加了水稳性团聚体，降低了土壤容重，从而增加了土壤耕层孔隙度，进而增强了土壤的蓄水能力[6,19]；且绿肥覆盖有效减少了地表径流，增强了土壤抵抗侵蚀的能力，进而达到了蓄水保墒的目的[9]。本研究发现，随着绿肥栽培年限的增加，土壤容重逐渐降低、土壤孔隙度逐渐增加。这表明长期种植绿肥有利于果园土壤容重及孔隙度的持续改善。与豆菜轮茬相比，种植毛叶苕子显著提高了土壤孔隙度及土壤含水量，提高2.21%～2.84%和15.53%～33.70%，可能是由于毛叶苕子草层稠密，苹果膨大期时毛叶苕子枯死并覆于地表，增加了土壤生物蚯蚓的数量，优化了土壤结构，提高了土壤涵养水分的能力[11]。

提升苹果果实品质及产量对经济效益增长至关重要。相关研究表明，果园种植绿肥树体微系统与地表牧草微系统在物质循环、能量转化方面相互连接，通过提高耕地质量，改善果园生态环境，进而影响果实品质及产量[20-23]。苹果园覆盖绿肥后，可溶性固形物含量较对照提高4.9%～13.3%，单果重比对照提高18.06%～21.88%，产量比对照增加12.73%～31.57%[24]。本研究发现，不同栽培模式绿肥翻压还田可显著提高果实可溶性固形物含量、硬度及果形指数，可溶性固形物含量较清耕提高14.73%～17.05%，硬度提高2.78%～9.86%，同时还发现土壤物理性质显著影响果实品质，且不同栽培模式绿肥翻压还田对苹果产量均有影响。果园行间翻压绿肥增加土壤中有益微生物菌群，在益生菌的作用下产生对果树生长有益的生理活性物质，提高果树生长激素水平，刺激和调控果树生长，从而提高果品中的可溶性固形物和糖分的含量，进而使果形指数得到改善[25-26]。苹果生长依赖土壤养分，果树通过吸收土壤中的碳、氮、磷等养分实现有机质的积累，同时在多种土壤微生物的作用下，促进机体的生长发育进而提高果实产量[27]。与清耕相比，种植绿肥可改善土壤物理性质，增加土壤通透性，提高其蓄水保墒能力，使苹果根系生长环境得到了大幅改善，促进了果树健壮生长发育，提高了果实产量和质量。本研究中，苹果园行间种植毛叶苕子与豆菜轮茬苹果产量差异不显著，但豆菜轮茬每年种植2 次，增加了种植成本和人工成本，毛叶苕子种植1 次可以连续生长3～5 年，因此在本地区种植毛叶苕子可节本增效。

果园行间种植绿肥有利于土壤改良，促进果品质量提升。本研究条件下，苹果园行间种植毛叶苕子，蓄水保墒能力及果实品质均高于豆菜轮茬，且种植毛叶苕子可节本增效，因此在陕北苹果栽培区果园种植毛叶苕子更有利于提高苹果质量。