黄土旱塬区苹果园生草覆盖对深层土壤水分和根系分布特征的影响

doi:10.11686/cyxb2022009

摘要/Abstract

摘要：

研究苹果园长期生草覆盖后深层土壤水分及果树根系的分布规律，以期阐明旱作条件下果园根水互作关系，为黄土旱塬区果园生草覆盖实践的优化提供依据。试验于甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站苹果园中进行，设置果园生草覆盖（生草为鸭茅草，2014年建植）和清耕处理，以一年生作物田为对照；连续两年夏季测定果树行上和行间距离树干100和200 cm共4个位置0~500 cm土层的土壤水分和果树细根长密度，分析生草覆盖对果园深层水分亏缺及细根长密度的影响。清耕果园0~300 cm土壤水分较对照农田下降了6.7%~8.3%（P<0.01），而300~500 cm土层土壤水分与对照农田差异不显著（P>0.05）；生草覆盖果园0~500 cm整个剖面的土壤水分均低于清耕果园，平均下降了11.5%~12.3%。果园生草覆盖6~7年后0~500 cm土层土壤较对照农田水分亏缺量为163.9~172.1 mm，是清耕果园水分亏缺量的3.2~4.2倍。果树根系在0~100 cm土层的细根长密度最高，平均密度为0.187 cm·cm^-3，生草覆盖促进了0~100 cm土层果树根系的分布，对深层根系影响不显著。清耕果园和生草覆盖果园0~500 cm土层土壤水分的含量随果树细根长密度的增加而降低，二者呈线性负相关关系，生草覆盖后二者相关性提高，干旱年份二者相关性更高。黄土旱塬区苹果园长期生草可促进果树根系生长，降低深层土壤水分，加剧土壤干燥化，对苹果树的利用年限和农田水分循环具有负面效应。旱作条件下应加强果园生草覆盖管理以保障水分的可持续性。

关键词: 黄土旱塬, 果草复合系统, 土壤水分亏缺量, 细根长密度, 深层干燥化

Abstract:

To clarify the interaction between soil water content and root distribution and provide information for orchard cover crop management in the Loess Plateau， the distribution of apple tree root systems and deep soil moisture contents in the presence or absence of a cover crop were investigated. The experiment was conducted in the apple orchard of Qingyang National Field Station of Grassland Agroecosystems. Two planting patterns were set up， namely， orchard with cover crop （Dactylis glomerata， planted in 2014） and orchard with clean tillage， with annual crop farmland as control. Soil moisture and fine root length density in 0-500 cm soil layer were measured at four locations in the tree rows and between the tree rows for two consecutive years in summer and the effects of cover crop on soil moisture deficit and fine root length density were determined. Soil moisture levels in 0-300 cm soil horizon of orchard with clean tillage decreased by 6.7%-8.3% （P<0.01） compared to the control farmland， while soil moisture in 300-500 cm soil layer was not significantly changed （P>0.05）； soil moisture levels in the whole profile of 0-500 cm of the cover crop treatment were on average 11.5%-12.3% lower than those of the clean tillage treatment. The water deficit in the 0-500 cm soil horizon of the control farmland was 163.9-172.1 mm after 6-7 years of cover crop planting， which was 3.2-4.2 times of that in the clean tillage orchard. In addition， the fine root length density of apple tree roots in the 0-100 cm soil layer was higher than that in deeper layers， and averaged 0.187 cm·cm^-3 in density. Cover crop promoted root length density in the 0-100 cm soil layer. The soil moisture content in the various soil horizons from 0-500 cm decreased with increase in fine root length density and the correlation coefficient was increased by the presence of a cover crop， and was higher in the dry season.In summary， long-term cover crop planting in apple orchards in the dryland area on the Loess Plateau promoted the growth of apple tree roots， reduced deep soil moisture and aggravated deep soil drying， which would have a negative effect on the production of apple trees and water cycling in the local agricultural ecosystem. Cover crop management in apple orchard should be reviewed to ensure sustainable water use.

Key words: Loess Plateau dryland, tree-grass system, soil water deficit, fine root length density, deep soil desiccation

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图/表 12

图1 庆阳试验站2020和2021年月降水气温变化趋势及其与多年平均值的比较

Fig.1 Dynamics of precipitation and air temperature at Qingyang experimental station in 2020 and 2021 and comparison with the long-term average

表1 清耕苹果园0~500 cm不同土层土壤容重和田间持水量

Table 1 Soil bulk density and field water capacity in the 0-500 cm soil profiles in apple orchard

土层深度 Soil depth （cm）	土壤容重 Soil bulk density （g·cm^-3）	田间持水量 Field water capacity （cm³·cm^-3）
0~10	1.43	28.0
10~20	1.38	27.8
20~30	1.36	28.4
30~40	1.35	29.0
40~60	1.43	30.0
60~80	1.39	31.6
80~100	1.43	28.8
100~150	1.40	29.8
150~200	1.38	28.7
200~250	1.39	29.4
250~300	1.40	29.3
300~350	1.39	28.5
350~400	1.39	27.8
400~450	1.37	28.6
450~500	1.36	28.2

图2 果园生草覆盖系统中果草配置及生草覆盖（a）和清耕果园（b）土壤取样位置

Fig.2 Diagram of apple tree-cover crop system and soil sampling points in cover crop （a） and clean tillage （b） treatments

图3 苹果园及对照农田0~500 cm土壤剖面含水量分布

Fig.3 Soil water content distribution of 0-500 cm profiles in apple orchards and the reference crop field

图4 2020年生草和清耕苹果园果树行上和行间距离树干不同位置0~500 cm剖面土壤含水量分布

Fig.4 Soil water content distribution of 0-500 cm profiles at different places on the tree row and inter row in apple orchards with and without cover crop in 2020

图5 2021年生草和清耕苹果园果树行上和行间距离树干不同位置0~500 cm剖面土壤含水量分布

Fig.5 Soil water content distribution of 0-500 cm profiles at different places on the tree row and inter row in apple orchards with and without cover crop in 2021

图6 2020和2021年清耕与生草覆盖果园不同取样点0~500 cm土层土壤总贮水量

Fig.6 Soil water storage in 0-500 cm soil profiles at different sampling points in apple orchards with and without cover crop in 2020 and 2021

图7 2020和2021年与对照农田相比果园0~100 cm、100~300 cm和300~500 cm土层及0~500 cm整个剖面土壤水分亏缺量

Fig.7 Soil water deficit in 0-100 cm， 100-300 cm， 300-500 cm and 0-500 cm soil layers in apple orchards as compared with reference crop field in 2020 and 2021

图8 清耕与生草覆盖果园0~500 cm土壤细根长密度的分布

Fig.8 Distribution of fine root length density in 0-500 cm in apple orchards with and without cover crop

表2 苹果园0~100 cm浅层土壤细根长密度和统计分析

Table 2 Fine root length density and statistical analysis of 0-100 cm shallow soil in apple orchards

土壤深度 Soil depth （cm）	细根长密度 Fine root length density （cm·cm^-3）	年际 Year （Y）	覆盖模式 Mulching pattern （MP）	年际×覆盖模式 Y×MP
0~10	0.121	NS	NS	NS
10~20	0.125	NS	NS	NS
20~30	0.197	NS	NS	NS
30~40	0.197	**	*	NS
40~60	0.150	**	NS	NS
60~80	0.121	*	NS	NS
80~100	0.059	NS	NS	NS

图9 清耕与生草覆盖果园在30~40 cm土层土壤细根长密度不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。Different lowercase letters indicate significant differences among treatments （P<0.05）.

Fig.9 Fine root length density in 30-40 cm in apple orchards with and without cover crop

图10 清耕和生草果园土壤含水量与苹果树细根长密度的相关关系y1表示生草覆盖果园； y2表示清耕果园。y1 indicates orchard with cover crop； y2 indicates orchard with clean tillage.

Fig.10 Correlation between soil water content and fine root length density of apple trees in apple orchards with and without cover crop

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