地面覆盖作为果园广泛推广的一项耕作技术，能抑制土壤水分蒸发，蓄水保墒，调节地温，改善土壤物理性状，提高水分利用效率^{[1, 2, 3, 4]}。对果园地面覆盖的研究主要集中在生草方面，特别是生草对苹果园土壤性状和土壤水分的影响等^{[3, 5, 6]}。干旱半干旱雨养农业区果园采用生草制，常会发生 “草争夺果树水分”的现象^{[6, 7]}，生草法在春夏季与果树存在争水、争肥现象，在无灌溉条件的旱作果园尤其明显^[8]。生草在干旱年份加剧了干旱对果树的影响^[6]。李会科等^[5]、高茂盛等^[7]认为黄土高原地区(降雨量≤550 mm )果园生草不但消耗每年的降水入渗量，而且还不断利用深层土壤有效储水，造成深层土壤水分亏缺。因此，生草法在旱作果园大面积推广受到限制。

甘肃东部地区常发生春旱和春夏干旱，干旱是果树生长发育的主要制约因素之一。采用有机、无机物对果园地面进行覆盖，可以起到保墒、调节土壤温度和改良土壤结构的作用。近年来，在甘肃果区大面积推广的垄膜保墒集雨覆盖技术，有效地解决了春夏干旱问题，该项技术不仅具有地面覆盖的优点，且通过薄膜创造了一个集雨场所，可以将春夏无效降水有效利用，在干旱地区果园水分高效利用方面具有十分显著的效果。本文结合甘肃省陇东旱塬果园现状，以早酥梨园为对象，研究不同覆盖方式对梨园土壤水热变化的影响，探求地面覆盖对果树生长发育的作用机理，探明干旱半干旱雨养地区垄膜覆盖对果园土壤温湿度变化、土壤物理性状以及土壤养分的影响，以期为该区梨园水分高效利用和同类地区改进果园土壤管理措施提供理论依据。

试验地选在国家梨产业技术体系兰州综合试验站静宁县试验园，试验区为雨养旱作农业区，位于东经105°37.864′、北纬35°34.124′，园地海拔1702 m，年平均气温8.3 ℃，降雨量412.5 mm。土壤为黄绵土，pH 8.26；土壤有机质含量11.8 g/kg，全氮1.00 g/kg，全磷0.99 g/kg，全钾20.69 g/kg，碱解氮75.0 mg/kg，有效磷66.68 mg/kg，速效钾342 mg/kg。

供试品种为早酥梨，砧木为杜梨，树龄13年生，栽植株行距3m×4m，面积2268m²。设置垄膜覆盖、覆草和免耕无覆盖(CK)3个处理。

垄膜覆盖(T1)：春季土壤解冻前，在梨树行向贴近施肥坑外缘两侧挖宽、深分别为20 cm左右的集雨沟，将沟土培于行内，高度15—20 cm，呈树干处高，树行间低的5°—10°斜面，在树行两边斜面上覆黑色地膜(厚度0.01 mm，宽1.4 m，山西迎太塑料有限公司生产)。行间免耕，留约1 m左右的操作行。每年土壤封冻前(11月初)撤去地膜，第2年春季土壤尚未解冻前重新铺设。

覆麦草(T2)：选择当年新鲜麦草覆盖，厚度为15 cm左右。先用1%的尿素将麦草喷湿，上洒少量细土，每年补充麦草，常年保持15 cm左右厚度。

免耕无覆盖(T3，CK)：只进行土壤除草，不耕翻，常年保持土壤无杂草。

于2010年春季土壤开始解冻前进行试验布置，处理顺序排列，单株重复6次，每个处理面积60 m²，试验用地667 m²。2010—2011年连续2a调查0—60 cm土壤温度和含水量变化，2010—2012年连续3年于果实采收后测定土壤养分，2012年9月底测定土壤容重。各处理施肥和树体管理一致。

试验结果用Microsoft Excel 2003和dps3.1软件进行数据分析。

用ZDR-41温度数据记录仪(杭州泽大仪器有限公司生产)定点测定不同处理地表(0 cm)、20、40、60 cm处土壤温度，每15—20 d连续记录3—5 d，计算平均数。用地温计(5只装，0—25 cm)定期记录地表、5、10、15、20 cm和25 cm土壤温度，每隔10 d连续记录10 d，每天6:00—7:00、13:30—14:30、16:30—17:30记录3次，计算平均数。于2010年梨树萌芽前(3月中下旬)开始调查，直到土壤封冻，2011年重复测定。

按照0—20 cm和20—60 cm两个土层分别取样，装入标记好的土盒中，用DGG-9070A干燥箱(上海森信实验仪器有限公司生产)烘干土样，用0.1 g电子天平(ES-1000E，长沙湘平科技发展有限公司)称重，计算土壤含水量。测定时间同土壤温度，每间隔15 d左右测定1次土壤含水量。

土壤容重采用环刀法，测定0—120 cm土层土壤容重变化，每20 cm为一个土层，共分6个土层；计算相应土层土壤孔隙度，总孔隙度计算公式为：总孔隙度(%)=(1-土壤容重/土壤比重)×100。

土壤取样时间为2010年9月、2011年9月、2012年9月果实采收后进行，按“X”或“S”形随机选择5个样点，避开施肥坑，在梨树冠外缘，用土钻分别按0—20 cm、20—60 cm分2个土层采样，将同一土层5个样点的土样混合，用四分法选留1 kg，标记好装入自封袋，并尽快送实验室测定。

土壤养分含量均采用常规方法测定。包括土壤有机质、全氮、全磷、全钾，碱解氮、有效磷、速效钾，速效锌、锰、铜、铁、硼，钙离子、镁离子和pH值等共15个指标。

测定方法：有机质，重铬酸钾法；全氮，半微量凯氏法；全磷，氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法；全钾，氢氧化钠熔融-火焰光度法；碱解氮，碱解扩散法；有效磷，碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法；速效钾，乙酸铵提取-火焰光度法；速效锌、锰、铜、铁，火焰原子吸收分光光度法；钙、镁离子，滴定法；有效硼，甲亚胺-H酸法；土壤pH，采用电极法。

覆盖条件下，梨园0—60 cm土壤温度年变化明显。早春至初夏(萌芽开花期至果实膨大期)时期，垄膜覆盖土壤温度最高，覆草最低；6月上旬至8月上旬，覆草土壤温度迅速上升，至8月上旬达到最高值(17.6 ℃)，而垄膜覆盖处理保持相对平稳的温度，旬平均温度保持在18 ℃以上，免耕无覆盖处理呈缓慢上升态势(15.6—17.7 ℃)，此期正是早酥梨幼果期—果实迅速膨大期—新梢停止生长期—果实成熟前的关键时期。8月上旬至10月中旬(果实成熟前至落叶前)，各处理温度均迅速下降，覆草处理高于免耕无覆盖，与垄膜覆盖相近。全年总体来看，垄膜覆盖处理土壤温度最高，覆草前期温度比免耕低，后期较高(图 1)。

图 1 不同处理对0—60 cm土层平均温度的影响 Fig. 1 0—60 cm soil layer mean temperature of different treatment

图选项

梨树花期至幼果膨大期，不同土层温度均以垄膜覆盖最高，覆草最低。随着外界气温升高，至新梢停止生长后，处理间不同土层温度差异逐渐减小，至落叶期趋于一致。覆草和免耕处理平均最高温度均在8月上旬，地表、20、40、60 cm土壤温度分别为18.08 ℃和18.87、17.80 ℃和17.62、17.60 ℃和17.19、16.76 ℃和17.08 ℃，而垄膜覆盖处理地表和20cm最高温度出现在6月上旬，40cm和60cm出现在8月上旬，浅层(0—20 cm)最高土温呈现明显提前的现象。8月下旬前，覆草处理随土层深度增加温度呈下降趋势，随后各土层温度相对一致；垄膜覆盖和免耕处理分别为8月上旬和8月下旬以前，20—60 cm随土层深度增加温度呈下降趋势，后期随土层深度增加温度呈上升趋势。

地表温度(0 cm)：7月上旬(新梢停长生长期)前，以垄膜覆盖温度最高，覆草最低；至8月上旬，处理间温度十分相近，免耕18.87 ℃，垄膜覆盖18.40 ℃，覆草18.08 ℃，三者差异不显著；8月下旬至9月下旬(果实成熟期)，覆草温度最高，免耕最低；至落叶前，覆草和垄膜覆盖温度接近(10.8 ℃)，免耕最低(9.7 ℃)。

2 0、40 cm和60 cm土层温度：垄膜覆盖全年最高；覆草处理7月中旬以前温度低于免耕，以后高于免耕(图 2)。

图 2 不同土层土壤温度年变化 Fig. 2 The soil temperature annual change of different soil horizon

图选项

图 3中可以看到，不同土层土壤日温差均以覆草最小。垄膜覆盖和免耕处理表层和20 cm土壤温差相近，40—60 cm垄膜覆盖温差最大。不同处理随土层深度增加，温差变小，40 cm以下土壤日温差均在2 ℃以内。不同覆盖日温差受外界气温的影响较大，当气温较低时，日温差较小，随着外界气温的升高，温差变大，气温与土壤温差成正比。

图 3 梨主要物候期日较差变化 Fig. 3 The daily range of temperature of pear main phenophases

图选项

(1)土壤表层 日温差年变化曲线呈近似“倒V”形，至新梢迅速生长期最大，以后迅速降低，落叶期达到最低。幼果期和新梢迅速生长期以免耕日温差最大，新梢停止生长期至落叶期垄膜覆盖和免耕温差相近。

(2) 20 cm 花期和幼果期以免耕最高，新梢生长至新梢停长期垄膜覆盖和免耕温差一致，果实成熟期和落叶期温差降至2.5 ℃以内。覆草花期温度恒定，日温差很小。

(3) 40 cm和60 cm 垄膜覆盖温差最大，覆草最小。幼果期和新梢迅速生长期，垄膜覆盖日温差显著高于免耕和覆草。新梢停止生长期后，温差迅速下降，至落叶期温差最低。

0—25 cm土层垄膜覆盖全年土壤平均温度极显著高于免耕和覆草，免耕显著高于覆草；不同处理均表现为晴天温度最高，雨天温度最低；7—8月最热时期不同天气条件下土壤温差以垄膜覆盖最大，全年其余时期均以免耕最大。梨树萌芽期至果实膨大期(4—6月)，不同天气状况均为覆草土壤温度极显著低于免耕和垄膜覆盖处理，新梢停止生长期(7月)至果实成熟期(9月)，覆草处理土壤温度接近或稍高于免耕，二者差异不显著。

通过对以上土壤温度的调查与分析，认为在干旱地区进行地面覆盖，垄膜覆盖要早(顶凌覆膜，2月底到3月初)，覆草要迟(5月下旬或6月上旬)。

从图 4中可以看出，梨树生长前期(7月以前)，正是甘肃陇东地区春夏干旱季节，降雨量小，气候干燥，免耕(CK)土壤含水量最小，5月24日最低为(0—20 cm12.85%，20—60 cm12.78%)，覆草处理最高(17.96%，16.39%)，垄膜覆盖次之(16.80%，16.04%)；7月以后，开始进入夏秋雨季，梨树枝条停长结束，大量秋梢抽生，此时梨果实尚未成熟，免耕处理土壤含水量最高，垄膜覆盖最低。从梨年生长周期看，垄膜覆盖处理土壤含水量变化最小，免耕最大。不同处理均表现为0—20 cm土层土壤含水量变化幅度较大，而20—60 cm土层变化较小，这与受外界环境气候影响有关。当降雨、灌溉等条件满足时，不同处理土壤水分含量变化不大，而在干旱时期，免耕处理梨树表现出明显的旱象，而垄膜覆盖和覆草处理土壤含水量能基本满足梨树生长。

图 4 不同土层土壤含水量 Fig. 4 The soil water contents of different soil horizon

图选项

表 2中可见，垄膜覆盖处理中，离树体主干远近不同土壤含水量不同，距离树干越近，含水量越低。不同时期不同距离均表现出表层土壤含水量高于20—60 cm。离树干120 cm处是集雨沟所在部位，所以，不同时期含水量变化幅度较大，当有降雨发生时，含水量迅速增高，而没有或很少降水时，含水量下降。

从表 3中可以看出，覆盖显著降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度。不同土层垄膜覆盖处理土壤容重最小，孔隙度最大，免耕处理土壤容重最大，孔隙度最小。随着土层深度的增加，垄膜覆盖和免耕处理土壤容重均表现为先升后降特征，20—40 cm土层土壤容重最高，而覆草处理表现为先降后稳定变化的特点，20—40 cm土层土壤容重最低，40 cm以下土壤容重变化较小。可见，垄膜覆盖对较深土层土壤容重影响较大，而覆草相反，覆草处理40 cm以下土层容重与免耕处理差异不大。

表 4和表 5中可见，2010年—2012年连续3a土壤养分测定结果表明，随着种植年限的增加，不同覆盖处理土壤营养元素含量均存在降低趋势，以对照下降幅度最大，土壤pH值均表现出先升后缓慢下降的趋势。测定结果表明，土壤表层有机质含量明显高于20—60cm，这与施肥深度有关；土壤有机质以覆草处理降低幅度最小，对照最大。土壤中大量营养元素，不同覆盖均以氮素营养变化最大，钾最小。中微量元素中，垄膜覆盖表层土壤养分含量大于20—60cm土层，而覆草处理表层钙、镁含量低于20—60cm土层，其它营养含量差异不大。地面覆盖能增加土壤铁和锌的含量，覆草可以增加硼的含量。所以，地面覆盖减缓了土壤养分的流失，同时增加了土壤铁、锌、硼等元素含量。

试验结果表明，不同覆盖处理早春土壤温度差异很大，垄膜覆盖4月下旬40 cm土壤温度为15.96 ℃，免耕为14.12 ℃，而覆草只有4.85 ℃，至5月下旬分别达到16.36、14.91 ℃和12.92 ℃，可见垄膜覆盖显著提高了早春梨园土壤温度，而覆草限制了早春土温的升高。果树根系活动与土壤温度有密切关系，树种不同对土壤温度要求不同，苹果最适宜温度为14—21 ℃，当土壤温度达到21.6—22.2 ℃时，鸭梨根系生长最快^[9]。所以，在陇东干旱地区垄膜覆盖以土壤尚未解冻时(顶凌覆膜)最好，而覆草时间要适当推迟，以5月下旬覆盖较好。但是，由于早春覆草易使土壤温度变低，延迟了果树萌芽开花，避免花期冻害^{[10, 11]}，同时，覆草处理在早春和初夏干旱季节的保水性最好。所以，在干旱和晚霜易发生地区，如何利用覆草延迟果树花期，提高水分利用效率，以及不同覆盖物对避免或减轻晚霜冻危害和对根系活力的影响等方面有待于进一步研究。

干旱地区不同覆盖处理对土壤养分的影响很大。水土流失是导致氮磷流失的主要原因，氮磷流失以泥沙携带为主，氮磷流失浓度的大小受降雨量及降雨历时等的影响不大，受降雨强度影响较大，由于覆盖降低了水土流失，因而降低了氮磷的流失^[12]。本试验结果表明，不同处理均降低了梨园土壤养分含量，而地面覆盖降低了土壤营养的流失强度，这与上述研究结果相同。

试验表明，随着种植年限的增加，不同覆盖处理土壤营养元素含量均存在降低趋势。这与试验地连续三年未施有机肥有关，所以，增施有机肥，及时补充树体营养消耗，是保证果树优质丰产的重要措施之一。地面覆盖提高了土壤铁、锌等微量元素含量，其作用机理可能是增加了土壤微生物数量，提高了土壤酶活性^{[13, 14, 15, 16]}，从而增加了土壤中微量元素含量。

良好的土壤结构和适宜的土壤孔隙度，是果树优质高产的基础，孔隙的大小较好地反映土壤水分蓄存状况。果园覆草改善了土壤孔隙状况，土壤贮水库容增大，覆膜由于降雨溅蚀击实，进入土壤的水分通道被挤压变小，土壤容重下降，且隔断了土壤与大气的水分交换，降低了土壤水分的无效蒸发^[7]。垄膜覆盖提高了表层土壤土壤含水量，改善了土壤结构和浅根、侧根的发育条件，增加了根系密度和生长量^[17]。本试验结果表明，地面覆盖显著降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度，从而提高了土壤通透性，利于果树根系的生长。