杨 湘，苏学德，李鹏程，郭绍杰，李 铭

（1新疆农垦科学院林园研究所，新疆石河子 832000;2库尔勒香梨种质创新与提质增效兵团重点实验室，新疆石河子 832000）

0 引言

行间管理是现代果园管理的重要组成部分，是应用农业、生态和管理的综合生产实践活动，其中行间覆盖是减少除草的人工投入和除草剂的必要手段，符合当前生态和省力化的发展趋势[1]，研究发现行间覆盖管理亦是实现果树优质高产的重要保障：使用堆肥覆盖物进行试验发现覆盖增加低产区和高覆盖率条件下的产量，其产量提高归因于覆盖对土壤水分和土壤温度条件的改善[2]；葡萄园覆盖栽培提高葡萄浆果和葡萄酒的总酚类，从而显著提高葡萄酒品质[3]。另外，张晓霞等[4]研究河西走廊地区温室葡萄覆盖方式发现，不同覆盖方式可增加土壤含水量、调节土壤温度和增加葡萄产量，黑膜+秸秆节水增产效果最显著。张毅等[5]发现温室覆沙栽培可以促进红地球葡萄产量提升并减少病虫害的发生。罗玲等[6]的研究表明，地表覆盖秸秆、地布、透明地膜和反光膜均可促进土壤养分释放，提高微生物对土壤有机碳的利用率。黄尚书等[7]发现稻草覆盖和稻草覆盖与香根草篱结合可显著提高雨季土壤酶活性。还有研究发现树皮覆盖是减少N2O排放的一种策略[8]。

行间覆盖技术中，土壤温度和土壤水分是两大重要土壤肥力因素。土壤温度直接影响着作物的生长发育。土壤中的一切生命活动和化学过程都伴随着热量的吸收和释放，土壤热量主要来自太阳辐射，土壤温度随太阳辐射情况的变化呈昼夜和季节变化；土温日变化的大小主要取决于辐射水平的日变化和土壤的热物理性质，并受地面和大气间热量交换的调节[9]。土壤水分是植物生长必需的，一般来说植物制造一份干物质需要消耗300～500 份水份[10]；植物吸收养分需要水分作为媒介；土壤水分还影响着土壤通气性、土壤温度，以及土壤微生物的活动。所以，土壤水分是土壤肥力因素中最活跃的因素，能影响和制约其它肥力因素[9]。新疆地区夏季白天温度高，蒸发量大于降雨量，行间地表覆盖可以保护土壤温度、调节土壤温度、减少土壤水分的无效蒸发，提高水分利用率；是保持土壤含水量、解决果园高温干旱行之有效的技术措施[11]。但目前新疆地区果园管理中仍以清耕为主，少部分果园行间应用黑色地膜、园艺地布和黑棉毡等覆盖防草。本试验在防草覆盖材料的基础上，研究不同覆盖物对夏黑葡萄土壤温度和土壤水势变化，分析不同生育期土壤温度和土壤水势变化，不同生育期内土壤温度和土壤水势日变化、不同生育期不同时间点土壤温度和土壤水势，以期为新疆地区行间覆盖材料的选择和行间管理提供一定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017 年在新疆农垦科学院葡萄试验基地(44.27°N，85.94°E)进行。试验地海拔443 m，夏季气候干旱，属典型的温带大陆性气候，温差较大，光热资源充足，降水稀少，蒸发强烈，多年平均降水量为200 mm，平均蒸发量为1600 mm。试验田土壤质地为沙壤土，土壤容重1.417 g/cm3，田间持水量为25.35%。本试验以4年生夏黑葡萄园为试验对象，株行距为2×3.5 m，栽培方式为倾斜主干水平龙干树形和水平连棚架，东西行向，呈鱼刺状向南北方向分列新梢。

1.2 试验设计

试验设4个处理，2017年4月份分别将地布（T1处理）、黑棉毡（T2处理）、黑地膜（T3处理）等覆盖材料，沿行向铺设于行间地面，覆盖物宽度为3 m，以不覆盖（不覆盖任何材料且及时除草）作为对照（CK 处理）。本试验各处理灌水条件相同，其年灌水制度见表1，采用地下滴灌灌水。于2017 年5 月初至9 月初左右，测定距地面40 cm深处土壤温度和土壤水势，重复3次。

表1 夏黑葡萄生育期时间及灌水量

1.3 测定内容

在葡萄植株行上2 个植株中间土壤垂直方向上40 cm 土壤深处埋设MicroLite-U 盘型温度记录仪和EQ15 土壤水势仪，分别记录土壤温度和土壤水势，温度记录时间间隔为2 h，土壤水势数据采集采用DL2e数据采集器，每1 min 测定一次，每隔0.5 h 记录一次。使用U盘温度计记录气温变化，记录时间间隔为2 h。

1.4 数据处理与分析

试验数据用Excel 2007进行数据统计，用SPSS 19进行数据处理，Duncan 法进行方差分析，用SigmaPlot 12.5进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖物对夏黑葡萄不同生育期土壤温度的影响

各处理土壤温度随生育期变化呈先上升后下降趋势，不同处理开花期土壤温度最低，T1、T2、T3和CK处理平均温度分别为23.97、24.44、27.19、24.08℃，T3处理比CK处理高12.92%，显著高于CK处理，T1和T2处理分别比CK处理低0.46%和1.52%，无显著差异；果实快速膨大期土壤温度达到最高，平均最高土壤温度分别达到29.12、30.53、32.71、29.62℃，其中T1处理比CK处理低1.69%，T2 和T3 处理分别比CK 处理高3.07%和10.43%；果实着色期土壤温度次之。除成熟期（覆盖黑地膜温度较高，其他3 个处理平均土壤温度基本一致外，各生育期不同覆盖物平均土壤温度高低均为T3＞T2＞CK＞T1，与CK处理相比，T2和T3处理显著提高土壤温度，T1处理显著降低土壤温度(P＜0.01)（图1）。

图1 不同生育期土壤温度变化

不同覆盖处理各生育期土壤温度均在14:00 时土壤温度最低，凌晨0:00—2:00点时处于最高点，开花期T1、T2 和T3 处理14 点时土壤温度分别比CK 处理高0.55、0.87、3.25℃，提升开花期最低土壤温度，有利于开花。果实快速膨大期和着色期凌晨2点时土壤温度较高，T1 处理温度分别在29.73℃和29.20℃，分别比CK 处理土壤温度低0.83℃和1.11℃，T2、T3 处理分别比CK 处理高0.71、0.01℃和3.18、2.40℃，T1 处理降低果实膨大期和着色期最高土壤温度，使土壤温度更趋近葡萄根系适宜生长的温度，促进根系正常活动，有利于果实膨大和着色。土壤温度日变化均呈显著的先下降后上升幅度变化，T1、T2、T3和CK处理开花期土壤温度平均日变化幅度分别在0.95、1.21、1.96、2.23℃，幼果膨大期日变化幅度分别在1.08、1.42、2.26、2.36℃，快速膨大期分别在1.25、1.56、2.20、2.26℃，着色期分别在1.18、1.36、2.18、2.32℃，成熟期分别在1.03、1.06、2.01、2.22℃，各生育期T1处理土壤温度日变化幅度最小，其次是T2 处理，CK 处理和T3 处理日变化幅度较高，即T1和T2处理可以使土壤温度保持相对稳定（图2）。

图2 不同生育期土壤温度日变化

表明与不覆盖相比，不同覆盖处理均能提高土壤日均最低温，覆盖黑地膜和黑棉毡提高日均土壤最高温，覆盖地布则降低土壤日均最高温；覆盖地布和黑棉毡，能显著降低各生育期土壤温度的日变化幅度，其中覆盖地布效果更显著，使土壤温度更接近葡萄根系适宜生长的温度环境[12]。

2.2 不同覆盖物对夏黑葡萄不同生育期土壤水势的影响

在相同灌水条件下，不同覆盖物土壤水势变化不同。T1 处理土壤水势近0 kPa，成熟期土壤水势显著低于其他生育期，平均土壤水势为-0.28 kPa，各生育期土壤水势均处在奢侈水势范围[13]；T3处理土壤水势随生育期呈先上升后下降趋势，果实快速膨大期时土壤水势最高，平均土壤水势为-18.06 kPa，成熟期土壤水势最低，为-32.48 kPa；T2处理土壤水势在-195.41～-42.72 kPa之间，CK 处理土壤水势在-341.42～-137.32 kPa，T2 和CK处理土壤水势随生育期呈显著下降趋势。各覆盖处理平均土壤水势高低为地布＞黑地膜＞黑棉毡，分别比CK 处理高99.97%、62.61%和95.38%，显著高于CK处理（图3）。覆盖地布、黑棉毡和黑地膜均显著提高土壤水势，其中覆盖地布使土壤水势接近饱和水势，土壤水势在奢侈水势范围，表明覆盖地布降低了土壤水分的无效蒸腾，在干旱区可以达到节水效果。

图3 不同生育期土壤水势变化

T1 处理土壤水势在着色期10:00—16:00 点、成熟期6:00—20:00 点低于0 kPa，14:00 时土壤水势最低，土壤水势均大于-1 kPa，其他时间土壤水势呈饱和状态。T2 和CK 处理土壤水势随生育期显著下降(P＜0.01)，T2 和CK 处理成熟期平均日最高土壤水势分别比开花期降低了151.43 kPa和209.23 kPa，日最低土壤水势分别比开花期降低了155.30 kPa和203.78 kPa，T3处理各生育期平均土壤水势高低为快速膨大期＞着色期＞幼果膨大期＞开花期＞成熟期，成熟期平均日最高土壤水势比快速膨大期降低了12.35 kPa。T2、T3和CK 处理不同生育期22:00—2:00 点土壤水势最高，10:00—14:00 点土壤水势最低，呈先下降后上升幅度变化，变化幅度不显著，开花期土壤水势日变化幅度分别在2.82、0.24、18.08 kPa，幼果膨大期分别在1.69、0.27、14.16 kPa，快速膨大期分别在5.11、0.37、15.3 kPa，着色期分别在11.08、0.51、16.16 kPa，成熟期分别在6.68、1.09、12.63 kPa，CK处理日变化幅度最大，显著大于覆盖处理，T1 和T3 处理土壤水势日变化幅度最小（图4）。

图4 不同生育期土壤水势日变化

在相同灌水条件下，与不覆盖相比，覆盖地布、黑棉毡和黑地膜均显著提高土壤水势，其中覆盖地布使土壤水势接近饱和水势，土壤水势在奢侈水势范围，覆盖黑地膜土壤水势随生育期变化和日变化幅度均小于覆盖黑棉毡和对照处理，表明覆盖地布和黑地膜减小了土壤水势的变化幅度，降低了土壤水分的无效蒸腾，减少水分散失，保持根系周围土壤墒情，在干旱区可以达到节水效果。

2.3 不同覆盖物下土壤温度和土壤水势的相关关系

各处理土壤温度与土壤水势呈极显著相关性(P＜0.01)，其中T1和T2处理相关系数|r|＜0.2，表明覆盖地布和黑棉毡时，土壤温度和土壤水势相关性极弱；T3处理和CK 处理相关系数0.2＜|r|＜0.4，表明覆盖地膜和不覆盖时，土壤温度与土壤水势呈弱相关。已知土壤中水热运动是相互影响的，土壤水分运动影响土壤热容量及导热率，从而影响土壤温度；同时土壤温度的变化也影响水分运动，出现土壤温度与土壤水势呈弱相关性的原因可能是土壤温度对土壤水分的影响主要是水汽扩散，其远大于温度对土壤水势的影响。

3 结论

表2 不同覆盖物处理土壤温度与土壤水势相关性分析

本试验通过研究不同覆盖物对夏黑葡萄开花期—成熟期内土壤温度和土壤水势的影响，发现与不覆盖相比，不同覆盖物可以降低各生育期土壤温度的日变化幅度，提高开花期土壤最低温度，覆盖黑地膜和黑棉毡提高果实迅速膨大期和着色期土壤最高温度，覆盖地布则降低土壤最高温度，使土壤温度更接近葡萄根系适宜生长的温度环境；在相同灌水条件下，不同覆盖材料均可降低土壤水势日变化幅度，提高最高和最低土壤水势，保持根系周围土壤墒情，有利于根系对水分的吸收；减少土壤水分散失，有利于节水，其中覆盖地布和黑地膜效果更显著。综合比较各种覆盖材料对土壤温度和土壤水势的影响效果，地布处理效果最好。

4 讨论

地表覆盖作为旱地农业生产中常用的抗旱增产技术，不仅可以降低土壤水分蒸发，防止土壤被风水侵蚀，缓冲土壤温度变化，有利于改善土壤结构。还具有提高土壤酶活性，增加土壤有益生物等特点[14]。

土壤温度与葡萄根系植株的生长发育以及土壤微生物关系密切，葡萄的正常生长发育需要适宜的土壤温度环境，当高于或低于这一阈值时其生长发育就会受到影响，因此有效调节土壤温度对现代葡萄生产有重要意义[15]。地表覆盖使得土壤热量平衡过程发生了变化，不同覆盖对土壤温度有截然不同的效应，覆盖对土壤温度的影响主要由覆盖材料的质地、颜色、覆盖量和热力学特性以及气候条件所决定[11]。本试验通过研究发现，与对照进行比较，覆盖处理可以降低各生育期土壤温度变化幅度，使土壤温度日变化相对稳定，T1处理土壤温度日变化幅度最小；覆盖处理可以提升各生育期土壤最低温，开花期土壤温度最低，覆盖地布、黑棉毡和黑地膜处理分别提升日均土壤最低温0.55、0.87、3.25℃，提高开花期日均最低土壤温度，有利于开花；果实膨大期和着色期土壤温度最高，覆盖黑棉毡和黑地膜均提高日均土壤温度，覆盖地布可以降低果实膨大期和着色期日均最高土壤温度，降低了0.83℃和1.11℃，可以使土壤温度更趋近于葡萄根系适宜生长的温度范围，促进根系正常活动，有利于果实膨大和着色。

土壤水分含量是影响作物产量和果实品质形成的重要因素，它在很大程度上决定了植物能否有充足的水分可以利用[16]，因此有人认为水分是决定浆果质量的最重要因素[17]。土壤水势在能量水平上表达土壤水分，可以评价土壤水分的迁移方向[18]。土壤水势与土壤水分和土壤质地有关，是土壤水所具有的势能[16]，以土壤水势为指标控制灌溉，可以不考虑作物土壤类型、本身遗传特性、蒸腾量和降雨量等的影响，直接反映土壤水分与植株生长之间的关系[19-20]，利用土壤水势确定灌溉制度，考虑因素较少，能更精准的反应土壤水分信息[21]。研究发现，土壤水势高于或低于水势阈值范围时，会影响果树生理变化，积累到一定程度时表现为形态变化，从而影响植物生产[22]。覆盖能够保护和疏松表土层，减少地表径流，增加土壤表层含水量，并使之维持在较高的水平，是果园节约用水，提高蓄水保墒能力的一条重要途径[23]，不同覆盖材料对表层土壤水分的保持能力具有很大差异。本试验研究发现，在相同灌溉条件下，覆盖地布处理土壤水势在-1～0 kPa之间，土壤水势属于奢侈土壤水势范围，覆盖黑棉毡和黑色地膜，土壤水势在适宜水势范围，对照处理土壤水势在亚健康水势-适宜水势范围，不同覆盖物均可以提高土壤水势，降低土壤水分的无效蒸腾，达到干旱区节水目的，其中覆盖地布处理效果最显著，其次是覆盖黑地膜处理；另外，覆盖处理减小各生育期土壤日变化幅度，覆盖地布和黑地膜处理效果较明显，这可能是因为果园地面覆盖使地面呈半封闭状态，能减少土壤中的水分进入到空气中，降低土壤地表水分蒸发量，增加水分在土壤中的横向传输[24]。

本试验研究发现，土壤温度呈先下降后上升趋势，不同处理在各生育期土壤温度在14:00时最低，0:00—2:00时最高，这可能是因为太阳光的波长较短，可透过覆盖物照射到地面，地面吸收太阳光后地温升高，热量由土壤表面慢慢地向深处传递，使下层地温也慢慢升高[9,15]，随土壤深度的增加温度达到最大值的时间滞后性越来越大[14]，土壤温度最高值出现的时间并不在土壤吸收热量最多而在积累热量最多的时候，土壤温度最低值出现的时间出现在热量损失最多的时间[25]。

土壤中水热运动是相互影响的，土壤水分运动影响土壤热容量及导热率，从而影响土壤温度；同时土壤温度的变化也影响水分运动[26]。Hopmans[27]等、张一平等[28]、康绍忠等[29]认为温度升高，土壤水吸力降低，土水势增加，土壤水分能量提高，与之相似，本试验发现，各处理在10:00—16:00 之间出现最低土壤水势，22:00—2:00之间出现最高土壤水势，与土壤温度出现最低值和最高值的时间相呼应；同时，本试验研究中发现，各处理土壤温度和土壤水势呈弱相关性，这可能是因为温度对水汽运动，特别是水汽扩散的影响要远大于温度对土壤水势的影响[26,30]。