渭北旱塬苹果园持续生产及提质增效技术研究

摘要

渭北旱塬是我国优质苹果产区，苹果产业已成为该地区的支柱产业。随着种植规模的增加和种植年限的增长，大小年明显，深层土壤干燥化加剧，水肥利用率不高等问题越来越严重。为此，本文研究了适度生产力调控、地表覆盖技术以及起垄聚水阻渗技术。其中适度生产力调控和地表覆盖技术为长期定位研究，主要针对土壤水分和苹果产量进行监测，而起垄聚水阻渗技术主要针对土壤和树体响应进行研究。 研究结果表明： （1）针对黄土高原果业生产波动性大，生态系统恶化等问题，通过人工疏花疏果的方式设置5个不同生产力水平，即每公顷挂果1.8×105个（I），2.25×105个（II），2.7×105个（III），3.15×105个（IV）和3.6×105个（V），研究了果园生态系统生产力调控及系统响应。2009–2015年，0–600cm土层年平均含水量：处理II(21.54%)>处理Ⅲ(20.99%)>处理I(20.16%)>处理IV(19.86%)>处理V(19.58%)，其中，处理Ⅱ和Ⅲ均显著高于其他处理。随着生产力水平升高和种植年限的增长，果树对深层水分的消耗增加，土壤深层干燥化现象越来越严重。从经济效益的角度上看，处理II的优果率和经济效益较好。总之，适度生产力控制可以有效地减少产量波动，增强树势，延长盛果期，增加经济效益，增加土壤水库的调控能力，缓解土壤深层干燥化趋势，保持果园生态系统健康发展。在黄土高原沟壑区，盛果期的果树适宜生产力水平为每公顷挂果2.25×105个。 （2）为解决黄土高原资源性缺水对果树生产与生长的影响，通过覆盖减少果园土壤蒸发定位研究表明：不同覆盖措施（生草覆盖、地膜覆盖、秸秆覆盖和砾石覆盖）均可有效增强土壤水库的调控能力，其中秸秆覆盖和地膜覆盖的土壤含水量显著高于其他处理。随着种植年限的增加，对土壤深层水分利用越来越多，土壤水分含量整体呈现减少趋势，土壤深层干燥化加剧现象因为地表覆盖而得到部分缓解。结合果树产量状况分析，不同覆盖措施均可提高水分利用效率，其中砾石覆盖和秸秆覆盖效果最好，与对照处理达到显著性差异。砾石覆盖的整体水分含量虽然较低，但是产量较高，水分利用效率高，在2008–2012年之间覆盖效果较好，后期由于砾石与表土混合覆盖导致效益下降。秸秆覆盖水分含量较高，产量仅次于砾石覆盖，且温度的调控作用优于其他处理。地膜覆盖虽然水分含量较高，但是产量和水分利用效率较低，雨季过后，土壤水分恢复率低，且夏季高温影响果树根系生长。所以，在黄土高原沟壑区，秸秆覆盖与砾石覆盖应是改善果园土壤水热状况的适宜地表覆盖措施。 （3）为了进一步解决资源性缺水与硝态氮深层淋溶无效化问题，通过地表覆盖起垄聚流和壤中深层阻渗等技术及技术集成研究表明：起垄覆膜聚水措施（垄台地膜—秸秆双重覆盖，垄沟醋渣和粉煤灰混合回填，处理L）和起垄聚水阻渗措施（处理FL，为处理F和处理L的结合）2015年到2016年0–300cm土壤平均含水量分别为24.3%和23.6%，可显著提高土壤含水量，防渗层阻渗措施（5cm红黏土人工防渗层，处理F）的土壤含水量（22.7%）略高于对照处理（22.3%），两者之间没有显著差异。处理L和FL在0–40cm（分别为24.5%和23.8%）和40–300cm（分别为24.3%和23.5%）土层内，均可显著增加土壤含水量。处理F在0–40cm土层（22.7%）可显著增加土壤含水量（对照含水量为21.8%），但在40–300cm土层（22.6%）内含水量高于对照（22.4%），但差异不显著。处理FL和L均可明显改善土壤温度，有利于增加土壤微生物活性和活化土壤养分等。处理FL硝态氮含量（74.0mg·kg-1）显著低于对照（101.4mg·kg-1），处理F（98.5mg·kg-1）和处理L（90.9mg·kg-1）改变了硝态氮的空间分布，与对照之间差异不显著。在0–40cm土层处理FL（78.3mg·kg-1）和F（79.9mg·kg-1）硝态氮含量显著高于对照（51.9mg·kg-1），均在40cm土层处达到最大值，而处理L在土壤深层硝态氮含量高于对照，峰值出现在300cm土层（139.0mg·kg-1），对照处理则出现在240cm（140.1mg·kg-1），同比对照处理累积峰下移。将两项技术结合起来的起垄聚水阻渗技术，促进氮肥的吸收，减少了土壤残存的硝态氮含量，而且也中合了两项技术对硝态氮深层淋溶的效应。 （4）处理F、FL和L均可以明显改善果树生长，不论是树冠的大小还是结果枝的多少都有显著提升，其中处理FL效果最好；处理F和处理L能显著改善果树枝条和叶片的生长状况，处理FL与对照差异不显著。处理FL的中短枝比例显著高于其他处理，有利于果树优质、高产和稳产。处理FL的平均叶倾角较小，冠层开度大，通风透光性好，对太阳辐射的截获能力强。处理L的平均叶倾角和冠层开度较小，消光系数较高，叶片紧促，对太阳辐射的截获能力强，但通风透光性较差。处理FL和L叶绿素含量较高，显著高于对照处理。处理FL的百叶鲜重（78.6g）、百叶干重（30.0g）和比叶重（11.6mg·cm-2）最高，显著高于其他三个处理。对照处理百叶鲜重（61.3g）最低，处理F的百叶干重（23.2g）最低，处理L的比叶重（9.4mg·cm-2）最低，但是这三个处理之间差异不显著。 （5）处理F、FL和L均可显著提高苹果品质，如单果重、可溶性糖含量以及果实横径和纵径，其中处理FL的值最高，其次为处理F，对照最低。处理F、FL和L均可显著提高苹果的产量，其中处理FL（44.43t·ha-1）的产量最高，高于对照（30.36t·ha-1）33.17%。苹果果实在幼果期和果实膨大期增长迅速，整个生育期生长速度呈现―S‖形曲线的增长趋势。在花后60d之前，苹果的纵径大于横径，在60d之后横径开始大于纵径。Logistic和Richards方程对苹果横径和纵径的模拟效果很好，其中Richards方程拟合精度高，但是其参数与实际测定值相差较大。 综上所述，起垄聚水阻渗技术很好地结合了地表起垄微聚流措施的聚水作用和壤中人工防渗层技术对水分的阻渗作用，将有限的降雨集中到垄沟内，醋渣和粉煤灰有效阻止了水分的蒸发，创造了一个高水高肥、疏松多孔的微酸性环境，诱导根系聚集在局部区域，形成根丛，有效地提高了土壤水分利用效率，阻断了硝态氮的深层淋溶，在提质增效的同时保证了果园的可持续生产，有一定的推广价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1选题目的和意义

1.2国内外研究进展

1.2.1渭北旱塬果业发展的影响因素

1.2.2适度生产力

1.2.3地表覆盖措施

1.2.4起垄聚水阻渗技术

1.3已有研究基础

第二章 研究内容与方法

2.1试验区基本情况

2.1.1研究区降雨量变化

2.1.2试验果园近年主要气候及病虫害

2.2研究内容

2.2.1黄土高原苹果园生态系统对适度生产力的响应

2.2.2长期不同地表覆盖模式对黄土高原苹果园土壤水分和产量的影响

2.2.3起垄聚水阻渗技术对土壤水分、地温及硝态氮的影响

2.2.4起垄聚水阻渗技术对果树枝条和叶片的影响

2.2.5起垄聚水阻渗技术对苹果果实和根系生长的影响

2.3试验设计

2.3.1适度生产力调控

2.3.2不同地表覆盖措施

2.3.3起垄聚水阻渗技术

2.4技术路线

第三章 黄土高原苹果园生态系统对适度生产力的响应

3.1不同生产力水平对土壤垂直剖面含水量的影响

3.2不同生产力水平对土壤储水量的影响

3.3不同生产力水平对不同土层的含水量的影响

3.4不同生产力水平对腐烂病的影响

3.5不同生产力水平经济效益分析

3.6结论与讨论

第四章 长期不同地表覆盖模式对黄土高原苹果园土壤水分和产量的影响

4.1不同覆盖措施对土壤水分的影响

4.1.1不同覆盖措施对土壤剖面含水量的影响

4.1.2不同覆盖措施对不同土层土壤含水量的影响

4.1.3不同覆盖措施对土壤储水量的影响

4.2雨季降水对土壤水分的补偿作用

4.3不同覆盖措施对土壤温度的影响

4.4不同覆盖措施对枝条生长的影响

4.5不同覆盖措施对产量和水分利用效率的影响

4.6结论与讨论

第五章 起垄聚水阻渗技术对土壤水分、地温及硝态氮的影响

5.1不同处理0–300 cm储水量年变化

5.2不同处理土壤含水量垂直变化趋势

5.3防渗层上下土壤水分的变化

5.4不同处理对果园土壤温度的影响

5.5不同处理土壤硝态氮含量垂直变化趋势

5.6结论与讨论

第六章 起垄聚水阻渗技术对果树枝条和叶片的影响

6.1不同处理对枝条和叶片生长动态的影响

6.2不同处理对树冠的影响

6.3不同处理对枝条比例的影响

6.4不同处理对叶片叶绿素含量和百叶鲜重的影响

6.5结论与讨论

第七章 起垄聚水阻渗技术对苹果果实和根系生长的影响

7.1不同处理对苹果果实横径和纵径的影响

7.2.1理论生长方程及数学特性解析

7.2.2苹果果实方程模拟结果

7.3苹果体积和单果重的估算

7.4.1根系生长概况

7.4.2根系生长随时间的变化趋势

7.4.3不同土层苹果根系的变化特征

7.5不同处理对苹果果实产量及品质的影响

7.6结论与讨论

第八章 结论与展望

8.1结论

8.1.1适度生产力技术

8.1.2地表覆盖技术

8.1.3起垄聚水阻渗技术

8.2展望

参考文献

致谢

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