黄土高原坡地苹果园土壤质量演变研究——以陕西省富县为例

采用空间代时间的方法,对不同种植年限苹果园土壤质量演变进行了研究。结果表明,随着种植年限增加,果园土壤pH值有降低趋势;土壤有机碳含量呈缓慢降低趋势。土壤氮磷含量富集;真菌和放线菌数量都表现为先增大后减少的变化规律;但细菌占微生物总量比例呈下降趋势,真菌、放线菌所占比例呈增加的趋势。据主成分分析的结果将不同年限果园土壤质量综合分为:质量最好(9龄果园),良好(5龄和14龄),较差(17和23龄)和差(1龄)共4个等级。农田改建果园后,5a左右进入盛果期,土壤质量状况良好;到第9a时,土壤质量状况最好,土壤养分和酶活性最高;14a左右进入衰退期;至17～23a时土壤质量下降明显,果树退化严重。     

药用植物宁夏枸杞 (Lycium barbarum L.) 土壤细菌群落演替特征

【目的】研究土层、季节和树龄对宁夏枸杞土壤细菌群落结构的影响,对揭示枸杞种植区域土壤质量变化规律具有重要意义。【方法】以宁夏枸杞之乡—宁夏回族自治区中宁县为研究区,采用高通量测序分析了不同土层、季节和树龄条件下枸杞土壤细菌生物量及细菌群落结构和丰度的变化趋势。【结果】随着枸杞树龄增加,与幼龄 (种植当年,< 1 年) 枸杞土壤相比,春季和夏季 0—20 cm 中龄 (6 年) 和老龄 (12 年) 土壤总有机碳 (total organic carbon,TOC) 及 0—40 cm 土壤总有机氮 (total organic nitrogen,TON) 含量先增加后减少;春季不同树龄 0—20 cm 土壤微生物生物量碳 (microbial biomass carbon,MBC)和微生物生物量氮(microbial biomass nitrogen,MBN)一直增加,但春季和秋季 20—40 cm 则呈相反趋势。夏季中龄植株表层土壤 MBC 最高,但 MBN 却最低。随着树龄增加,枸杞表层土壤细菌多样性普遍呈先增加后减小的趋势。枸杞土壤变形菌门 Proteobacteria、放线菌门 Actinobacteria、拟杆菌门 Bacteroidete 在细菌群落中占绝对优势。相同季节老龄土壤 Proteobacteria 相对丰度普遍高于幼龄和中龄,幼龄土壤 Planctomycetes 和绿弯菌门 Chloroflexi 丰度高于中龄和老龄。变形杆菌中黄色单胞菌 Xanthomonadales、红杆菌 Rhodobacterales 和根瘤菌 Rhizobiales 占主导地位,尤其是在秋季中龄和 3 个季节的老龄枸杞土壤。土层、季节和树龄对土壤微生物数量影响不同。【结论】随着树龄增加,宁夏枸杞表层土壤微生物生物量和细菌多样性呈先增加后降低的趋势。老龄植株土壤 Xanthomonadales 数量相对最多。土层对枸杞土壤碳分布有极显著影响,树龄主要显著影响土壤氮源和细菌群落多样性,季节对枸杞土壤碳源、微生物量碳氮均有极显著影响。     

苹果园土壤微生物生态特征研究

2003—2004年开展对9个有代表性的不同产量的苹果园秋季土壤的养分、微生物类群及土壤酶活性的研究,获得不同产量苹果园的土壤微生物生态状况。结果表明,各苹果园的土壤养分、微生物数量、多样性和酶活性均表现出较大差异。随土壤碱解氮、速效磷、速效钾、总碳含量的增加,产量水平呈增高趋势。高产园土壤微生物数量高,多数土壤酶活性强,微生物多样性好。土壤微生物中细菌数量、微生物多样性、蛋白酶、磷酸酶活性可作为评价果园土壤肥力的生物指标。果树产量与土壤微生物类群和数量具有显著正相关,与速效磷、速效钾、碱解氮和全氮含量显著正相关,且与蛋白酶和磷酸酶显著正相关。     

黄土高原沟壑区苹果园土壤重金属含量特征研究

以黄土高原沟壑区的苹果园为研究对象,对6～36 a苹果园土壤重金属含量状况进行研究,结果发现,该区苹果园的高投入种植管理模式,能够影响重金属在土壤中的迁移与富集,使土壤重金属含量发生明显变化。土壤Cu含量随树龄增加而增加,20 a以上的土壤-果树系统对土壤Cu的输入与输出趋于平衡,Cu含量变化不大,且耕层土壤Cu含量较高。Cr含量随树龄线性递增,36 a果园0～20 cm,20～40 cm和40～60 cm土层Cr含量分别比6 a果园增加27.14%,17.09%和19.17%。Cd含量随树龄增加先增加后减少,长期大量施用磷肥是土壤Cd的主要来源,果园生态系统深层土壤Cd含量的峰值比耕层提前出现。Pb含量以15～26 a果园含量最高,树龄〈15 a和〉26 a时Pb含量较低。Hg含量则以15 a为转折点,在不同土层上呈现出不同的变化趋势。As含量在树龄〈15 a时逐渐降低,15～20 a时逐渐增加,20 a以后果园土壤As含量趋于不变,且各土层之间差异不显著。     

黄土高原沟壑区苹果园土壤重金属含量特征研究

以黄土高原沟壑区的苹果园为研究对象,对6～36 a苹果园土壤重金属含量状况进行研究,结果发现,该区苹果园的高投入种植管理模式,能够影响重金属在土壤中的迁移与富集,使土壤重金属含量发生明显变化.土壤Cu含量随树龄增加而增加,20 a以上的土壤-果树系统对土壤Cu的输入与输出趋于平衡,Cu含量变化不大,且耕层土壤Cu含量较高.Cr含量随树龄线性递增,36 a果园0～20 cm,20～40 cm和40～60 cm 土层Cr含量分别比6 a果园增加27.14%,17.09%和19.17%.Cd含量随树龄增加先增加后减少,长期大量施用磷肥是土壤Cd的主要来源,果园生态系统深层土壤Cd含量的峰值比耕层提前出现.Pb含量以15～26 a果园含量最高,树龄＜15 a和＞26 a时Pb含量较低.Hg含量则以15 a为转折点,在不同土层上呈现出不同的变化趋势.As含量在树龄＜15 a时逐渐降低,15～20 a时逐渐增加,20 a以后果园土壤As含量趋于不变,且各土层之间差异不显著.     

不同种植年限酸化果园土壤微生物学性状的研究

土壤微生物学指标能够反映土壤质量,是敏感的土壤质量指标。本文以山东果园土壤急剧酸化为背景,研究了山东5个不同种植年限酸化果园(5a～30a)土壤pH值、土壤的微生物数量、土壤微生物量和酶活性的变化,分析果园土壤微生物学性状与土壤pH值的相关性。结果表明:随着种植年限的延长,除真菌、磷酸酶活性只在一定范围内呈现波动趋势外,土壤pH值与微生物数量,土壤微生物量、土壤酶活性呈现不同程度下降。其中酸化果园土壤pH值与微生物量碳、蔗糖酶、过氧化氢酶之间都存在着极显著相关,相关系数分别为0.92、0.97和0.94。土壤微生物数量、土壤微生物生物量、土壤酶活性之间也存在着某种关联,集中体现在土壤酶活性之间及与土壤微生物生物量之间。     

不同浓度棉隆熏蒸对老龄苹果园土壤微生物环境的动态影响

通过向25年老龄苹果园土壤中施入不同浓度(T1,0.02‰;T2,0.1‰;T3,0.5‰)的棉隆,利用微生物平板培养、实时荧光定量PCR(qPCR)、微生物碳源利用(biolog-ECO)、末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)、生物多样性指数Biodap等方法研究不同浓度棉隆熏蒸下土壤可培养微生物(细菌、真菌)数量、群落结构及其多样性指数随时间变化的演变趋势,并进行平邑甜茶盆栽验证,以期为减轻苹果连作障碍筛选棉隆浓度提供理论依据。结果表明:0.1‰的棉隆施用量对连作土壤再植平邑甜茶幼苗的生长促进作用最为显著。老龄苹果园土壤中微生物数量随棉隆施用量的增大而显著性降低,30天时,各处理(T1、T2、T3)可培养细菌数量较CK分别降低了57%,81%,87%,可培养真菌数量(T1、T2、T3)较CK分别降低了75%,81%,100%,层出镰孢菌基因(F.Proliferatum)拷贝数较CK分别降低了57%,80%,85%;微生物单一碳源利用率(biolog-ECO)结果表明,微生物活性(用平均每孔颜色变化率(AWCD)表示)在熏蒸后的土壤中随时间逐渐恢复,但施加浓度越高,恢复速度越慢,30天时,T1(0.02‰)的AWCD显著低于CK;60天时,该处理的AWCD已与CK无差异,而T3(0.5‰)AWCD直到90天时仍显著低于CK;微生物T-RFLP主成分分析表明,各处理均改变了老龄苹果园土微生物群落结构,棉隆施用浓度越大,群落改变越显著,但高浓度熏蒸下的群落结构很不稳定,随时间波动明显;聚类分析显示,随时间推移,T1(0.02‰),T2(0.1‰)与CK的群落结构相似度逐渐升高,并逐渐向CK移动。而T3(0.5‰)始终与CK保持低相似度;在微生物多样性分析中,T3(0.5‰)对微生物多样性指数(Shannon index)与丰富度指数(Margalef index)降低程度最为显著。     

不同种植年限苜蓿对土壤理化性质、微生物群落和苜蓿品质的影响

随着种植年限的延长,苜蓿地土壤质量及牧草品质逐步退化。通过对不同种植年限苜蓿土壤理化性质、牧草品质的测定,分析比较了土壤质量及牧草质量的变化。结果表明:在苜蓿生长季内,土壤含水量随月份的递增其变化规律各异,随取土深度的增加呈先增加后降低的变化趋势;随种植年限的延长,碱解氮和速效钾含量逐渐下降,速效磷含量呈先增加后降低的变化规律;各种植年限苜蓿地土壤微生物区系以细菌为主,真菌数量最少,微生物总数以4年生苜蓿地最高,3年生最低;苜蓿品质随种植年限延长而逐渐下降,即栽培年限对苜蓿地的土壤质量及牧草品质均有不同程度的影响。     

设施土壤微生物学特性变化研究

采用定点取样的方法，研究了不同种植年限设施土壤微生物主要类群、生物量碳和5种酶活性的变化特点，结果表明：（1）不同种植年限设施土壤微生物主要类群随季节变化不一致，细菌数量先升后降，高峰出现在6月，10月最低；真菌和放线菌数量均在3月最多，而后逐渐减少。随设施种植年限的延长，微生物总数逐渐增加，但真菌和放线菌占微生物总数的比例却呈下降趋势。与露地相比，设施栽培中真菌增加快于细菌。（2）不同种植年限设施土壤微生物生物量碳在3月和6月含量最高，随设施种植年限的延长，微生物生物量碳含量也增加。（3）不同种植年限设施土壤酶活性季节变化明显，除过氧化氢酶外，脲酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶和转化酶活性高峰主要出现在3月，土壤酶的总体活性随设施种植年限的延长有所下降。     

种植年限及密度对渭北旱塬苹果园深层土壤干燥化的影响

为探究种植年限及密度对苹果园土壤干燥化变化的影响,以渭北旱塬洛川县不同种植年限和密度的果园为研究对象,采用烘干法测土样,2008年及2015年分别2次测得不同果园15 m深土层含水量,以自然条件下农田为对照,分析其干燥化变化规律。结果表明:1)2008年测定5、10、15、20、25 a果园的土壤干燥化指数分别为6.46%、32.68%、37.65%、63.33%和62.81%,2015年测定当年果园经过7 a后的12、17、22、27、32 a果园的土壤干燥化指数分别为35.98%、59.65%、42.21%、75.06%和70.09%,随着树龄增大,土壤干燥化指数整体增大,干燥化程度加剧;5 a生苹果幼园土壤干燥化轻微,程度接近自然条件下农田;树龄15 a后的果园土壤干燥化波及深度达11 m左右的古土壤蓄水层,至17 a后渭北旱塬古土壤层的缓冲作用已经丧失,果园产量及果实品质受限于当年降雨。2)研究中株行距密度从3 m×4 m变为4 m×6 m的22、25和32 a果园,干燥化进程得到控制,干燥化速率大幅下降,降低果园密度可以缓解因苹果树树龄增长造成的果园干燥化加剧,间伐措施后的果园降雨有所盈余,可以改善土壤干燥化现状;但在亏水年,间伐后的果园在充分利用降雨时,还需深层土壤水分的弥补,在树龄大的果园尤为常见,单靠间伐措施只能延迟土壤干层的形成。因此,要控制和减缓土壤干燥化的发展,应在干燥化影响波及古土壤层前采取措施,也即种植12 a左右,果园处于中度干燥化程度时采取相应对策最佳。     

基于van Genuchten模型的渭北苹果园土壤水分能量特征分析

针对渭北地区干旱缺水,果树生长发育受限的客观实际,开展了苹果树生育期0～150 cm土壤水吸力动态变化规律研究。依据渭北果园土壤剖面构型,将离心机法与水汽平衡法相结合,按照发生学土层,逐层测定了供试土壤水分特征曲线,并用van Genuchten模型拟合。基于该模型,将在幼龄果园、老龄果园以及农田定期逐层监测的土壤水分含量转化为土壤水吸力,以农田为对照,评价植果条件下土壤水分的胁迫状况。结果表明,van Genuchten模型能很好地拟合渭北果园耕层、农田耕层、黑垆土层及黄土母质层的水分特征曲线,拟合精度均达0.96以上。渭北地区农田受干旱胁迫较严重,3月中旬－7月初,0～100 cm土层均处于水吸力高于3.98的重度胁迫状态;受植被冠层覆盖及果树生育期的影响,干旱对果树的胁迫程度较农田小,对老龄果园胁迫程度比对幼龄果园的大,幼龄果园在3月中旬－5月初、5月底－7月初仅0～20 cm土层为高水吸力区,直至6月中旬－7月中旬高水吸力区才延伸到40～70 cm土层;老龄果园在3月中旬－4月底的0～40 cm土层、5月底－7月中旬的30～100 cm土层和7月中旬－8月底的0～20 cm土层为高水吸力区。可得出,渭北不同园龄苹果园在不同生育期的不同深度土层会间歇性地出现高水吸力的土壤水分胁迫区,但相对于农田而言,果园受到的干旱胁迫相对较轻,渭北地区植果有助于缓解干旱胁迫。     

宝鸡不同密度旱作苹果园产量和深层土壤水分动态响应模拟

为揭示半湿润黄土台塬沟壑区不同密度旱作苹果园产量长周期演变趋势与深层土壤水分变化动态, 应用WinEPIC模型定量模拟分析了1965-2009年期间宝鸡6种种植密度(D1: 2 m×3 m; D2: 2 m×4 m; D3: 2.5 m× 4 m; D4: 3 m×4 m; D5: 4 m×4 m; D6: 4 m×5 m)苹果园果品产量和0~15 m土层土壤水分变化动态, 并据此确定了当地旱作苹果园最佳种植密度和适宜种植年限。结果表明: (1)在1968-2009年42年苹果产果期间, 各密度苹果园果品产量呈现逐渐增高后又强烈波动性降低趋势, 前21年平均产量明显高于后21年。(2)随着种植密度增大, 苹果园果品产量逐渐增加, 当种植密度达到D3(2.5 m×4 m)~D4(3 m×4 m), 即833~1 000 株·hm^-2后, 增产幅度趋缓。(3)随着种植密度增加, 果园0~15 m土层土壤有效含水量逐渐降低, 深层土壤干层形成时间逐渐缩短。(4)从产量、干旱胁迫日数、土壤有效含水量和土壤剖面湿度分布演变趋势和变幅分析, 宝鸡旱作苹果园地最佳种植密度为D3(2.5 m×4 m)或D4(3 m×4 m), 即833株·hm^-2或1 000株·hm^-2, 种植年限为30年左右为宜。     

黄土高原不同林龄苹果树根系吸水策略对降水的响应

在黄土高原陕西省长武塬区选取品种和管理手段均相同的3种林龄果园(尚未结果的5年幼龄果园、已结果的8年初果园和13年壮果园)苹果树,采用空间换时间的试验设计,分别于2015年7月12日和8月19日对0—500cm深度土壤及对应取样处的苹果树枝条取样,测定土样和枝条样中水分的稳定氢氧同位素,并利用贝叶斯模型量化降水前后不同土层对苹果林耗水的贡献。结果表明:(1)不同林龄苹果树降雨前后的主要水分来源深度不同。干旱时,13年壮龄果树的主要吸水深度比5年和8年果树深;而生长旺季,雨季降水只能补充未挂果的5年幼龄果园土壤水分消耗,即使降水量很大,也无法满足已经开始挂果的8年和13年果园土壤水分消耗。(2)在干旱期,5年和8年果树50%以上的水分来自表层0—100cm土壤,而13年果树50%的水分来自100—300cm土层。而降水后,5年和8年果树的主要水分来源变为100—300cm土层,贡献值在40%左右;13年果园的主要水分贡献层为0—100cm土层,贡献了近50%的水分。(3)3种林龄果树根系对300—500cm土层土壤水分的吸收对降雨的响应非常弱,降雨前后贡献率始终保持在30%。     

黄土高原不同树龄苹果园土壤水分及硝态氮剖面特征

为揭示黄土高原农田转变为苹果园后土壤水分及硝态氮剖面变化特征,以洛川县为研究区,采集农田(对照)和8,17,25年苹果园共40个0-600 cm剖面土样,分析土壤水分、NO3--N浓度及其储量。结果表明:与农田相比,8年苹果园0-600 cm土壤水分含量及贮水量偏高(旧县镇)或相当(槐柏镇),而NO3--N浓度及其累积量则没有显著差异;17,25年苹果园0-600 cm土层贮水量则显著降低(P<0.05),分别下降150,230 mm,且该差异主要与300 cm以下土层水分变化有关;0-500 cm土层NO3--N浓度随苹果种植年限显著增加,17,25年苹果园0-600 cm土层NO3--N累积量分别为6 830,8 370 kg/hm2,二者显著高于农田(695 kg/hm2)和8年果园(440 kg/hm2)。综合可知,农田转变为苹果园这一土地利用方式变化可导致深层土壤水分亏缺(>300 cm)和硝态氮累积,黄土高原大力发展苹果种植过程中应重视蓄水保墒及氮肥减施等措施。     

黄土高原沟壑区苹果园土壤剖面水分及矿质氮分布特征

面对苹果园大量施肥带来的潜在环境问题,在黄土高原沟壑区典型流域,分别选取不同树龄和地貌类型的苹果园,分析土壤水分含量和土壤矿质氮在土体剖面中的变化,为促进该流域农业发展提供相关数据支持。在陕西长武县王东沟流域,分别选取不同树龄(14,18,23,28,32树龄)和地貌类型(塬、梁、坡地)的果园,用直径为4 cm的土钻,在每株果树周围距离树干1 m处,采集15个不同样地0—400 cm土层样品,12个果园样地0—600 cm土层样品,分别测定土壤水分、硝态氮、铵态氮含量。结果表明:随着树龄的增加,0—600 cm土壤含水量和贮水量出现明显下降,尤其在300—600 cm处,不同树龄果园贮水量差异显著(P<0.05),贮水量大小表现为18树龄>23树龄>32树龄。流域内各树龄果园各土层铵态氮含量均较低,对矿质氮在土体中的分布基本不构成影响;硝态氮含量较高,矿质氮在土壤中的分布主要受其影响。各果园不同树龄600 cm以上土层硝态氮含量变化幅度较大,且硝态氮主要分布在土层深处。坡地果园18,23,32树龄0—200 cm土层硝态氮累积总量分别占0—400 cm土层累积总量的50%,41%和38%,表现出土壤硝态氮随树龄的增长而向深层累积的趋势。3种地貌类型下硝态氮累积量都表现出随果园树龄增长而增加的特点。黄土高原沟壑区果园土壤深层干燥化和硝态氮累积现象明显,而且随着果园树龄的增加趋于严重。     

不同种植年限苹果园土壤磷状况和无机磷组分特征

通过采集胶东地区不同年限苹果园0—100 cm土层土壤,分析了不同种植年限苹果园土壤全磷、有效磷、无机磷含量和无机磷组分特征,以期为苹果园科学施用磷肥提供依据。结果表明:胶东地区苹果园0—40 cm土层土壤全磷、无机磷、有效磷平均含量为0.76 g/kg,681.10 mg/kg,73.05 mg/kg。种植年限显著影响了苹果园土壤磷含量,随着种植年限的增加耕层土壤全磷、有效磷和无机磷含量呈上升趋势。不同种植年限的苹果园土壤全磷、有效磷及各无机磷组分均随着土层的加深整体呈递减趋势。无机磷组分主要以Al-P、O-P的形式存在,其次为Fe-P、Ca-P。种植年限明显影响了无机磷各组分的组成,11～15年苹果园Al-P比例最高,而16～20年苹果园O-P比例最高。相关性分析及通径分析结果表明,Al-P是该地区相对较为有效的磷源。     

种植苹果树对渭北果园土壤胶结物质分布的影响

本研究通过系统研究种植果树对土壤胶结性物质的演化规律及其与土壤团聚体稳定性之间关系的影响,探索影响果园土壤团聚体状态的因素,以期为果园科学管理提供理论依据。在渭北旱塬苹果主产区分别选取10 a、20 a的苹果园和农田(冬小麦-夏玉米轮作,对照)各4个,在果树冠层投影范围内距树干2/3处逐层采集0~100 cm土层土壤样品和0~50 cm土层原状土壤样品,研究不同植果年限果园及农田土壤剖面黏粒、有机质、CaCO_3等团聚体胶结物质的分布及其与团聚体稳定性之间的关系。结果发现:在0~100 cm土层范围内,各果园土壤黏粒含量基本随土层深度的增加而递增,且在0~40 cm土层表现为农田10 a果园20 a果园,40 cm以下土层则呈现相反的态势;种植果树相比农田可显著增加0~100 cm土层土壤有机质总储量,但随着种植果树年限的增加,土壤有机质总储量呈递减趋势;在0~100 cm土层土壤CaCO_3总储量表现为10 a果园农田20a果园,但在0~40 cm土层CaCO_3含量及储量表现为10 a果园农田20 a果园,而40~100 cm土层则为20 a果园10 a农田。皮尔森相关分析发现(29)0.25 mm土壤团聚体的数量和平均重量直径(MWD)与土壤黏粒、有机质和CaCO_3含量密切相关,其中机械稳定性团聚体的数量和稳定性主要受土壤中CaCO_3、有机质含量的影响,水稳性团聚体的数量和稳定性主要受土壤中黏粒和CaCO_3的影响。总之,植果显著改变了土壤中黏粒、有机质、CaCO_3的演化过程和趋势,随植果年限增加,果园土壤黏粒和CaCO_3在土壤较深土层淋溶淀积明显;各果园土壤有机质总储量虽然高于农田,但随植果年限增加,有逐渐减少的趋势。可见植果明显加速了渭北黄土塬地土壤的残积黏化和钙化过程,影响着表层土壤团聚作用和底层土壤的紧实化和坚硬化程度。     

黄土塬面果园土壤养分特征及演变

为了探明黄土高原沟壑区长期种植果树对果园土壤肥力的影响,应用空间代时间的方法,对不同种植年限果园的土壤肥力状况进行多元统计分析。结果表明,果园土壤全磷、速效磷和速效钾含量丰富,有机质、全氮、碱解氮含量属中等偏下水平。不同果园中各养分变异较大的是土壤速效磷、速效钾,土壤有机质和全氮的变异系数最小。与当地农田土壤养分相比,果园土壤养分除有机质含量差异不显著,全氮含量显著低于农田外,其余养分含量均显著高于农田。总体上看,不同种植年限间果园土壤养分含量差异显著。果园土壤肥力综合指数与种植年限二者之间有显著的相关性,其变化趋势符合y=-0.0011x2+0.0419x+0.2078模型。在黄土高原沟壑区种植果树能够提高土壤肥力,但当果树种植年限超过19年时果园土壤肥力开始衰退,果园生态系统质量下降。