关于《黄土高原苹果园蓄水抗旱土壤管理技术规范》.doc

关于《黄土高原苹果园蓄水抗旱土壤管理技术规范》的起草说明一、本技术规范制定的必要性和基本情况黄土高原苹果优势区包括陕西渭北和陕北南部地区、山西晋南和晋中、河南三门峡地区和甘肃的陇东地区。该区域生态条件优越，海拔高，光照充足，昼夜温差大，土层深厚；生产规模大，集中连片，发展潜力大。经过近三十年的发展，陕西省成为我国新兴的苹果大省，苹果产业已成为陕西省发展最快、效益最好的支柱产业，带动了全省经济的蓬勃发展。2009年，陕西省苹果栽植面积达56.5万公顷，产量805万吨，产量约占全国总产量的三分之一、约占世界总产量的八分之一，种植面积和产量均居全国第一位。陕西渭北地区位于黄土丘陵沟壑区南部，关中平原北部，包括宝鸡市的陈仓、凤翔、陇县、千阳、麟游等5县（区），咸阳市的长武、彬县、永寿、旬邑、淳化等5县，渭南市的富平、蒲城、澄城、合阳、白水、韩城等6县，延安市的黄龙、洛川、富县、宜川、黄陵等5县，以及铜川市全部（4县区）共25个县（区）。该区海拔高（800～1200m）、昼夜温差大（11.8～16.6℃）、土层深厚（80～200m）、质地疏松，富含钙、镁、锌、硒等多种有益于人体健康的微量元素，而且远离工业区，工业污染少，是陕西省农业生产的主要基地。该区域苹果种植面积占全省的比重达到90%以上，是陕西省重点建设的绿色苹果生产基地，该地区的苹果生产对全省乃至全国苹果市场的供应起着重要作用。同时，渭北苹果的快速发展，对促进当地农民增收和社会主义新农村建设也起到较强的推动作用。随着社会的不断发展，单靠提高产量来增加果农收益的路子越走越窄，我们必须顺应时代潮流，从提高果实品质入手，注重果园生态系统的可持续发展，保证果业生产从产量阶段向质量阶段顺利过渡。当前果园管理的注重点应该由地上部管理转移到地下部管理。陕西渭北地区是典型的雨养农业区，90%的苹果园无灌溉条件，且降雨时空分布不均，因此土壤水分成为限制果品质量和产量的关键因子。充分利用现有的水资源，研究旱作节水农业是旱地果业发展的方向。为此，我们依据陕西省苹果集中分布区的气候特点及其对果业生产影响，利用地膜与秸秆不同的水热调控特点，将二者有效的结合起来，创造出了一个即有利于果树营养生长、又有利于生殖生长水热环境。技术特点是平地起垄微聚，垄上覆盖秸秆与地膜提高地表径流系数、垄沟覆盖秸秆，减少无效蒸发，二者镶嵌配置，形成垄沟局部高水环境，增加土壤水分入渗，达到保蓄水分、调控土壤温度、提高水分利用率和增加产量的目标，形成地表起垄微聚流技术，促使果园生态系统健康持续发展。 二、本技术规范的起草过程2011年4月我们接到陕西省农业厅下发的88号文件，开始起草“黄土高原苹果园蓄水抗旱土壤管理技术规范”。随后我们查阅了大量相关国家标准，农业行业标准，以及其他省市的地方标准，从中选择了以下几个标准作为本标准起草的参考：GB/T50363-2006节水灌溉工程技术规范GB/T50596-2010雨水集蓄利用工程技术规范NY/T1075-2006红富士苹果NY/T1082-2006黄土高原苹果生产技术规程NY/T1793-2009苹果等级规格NY/T1839-2010果树术语NY/T2080-2011旱作节水农业工程项目建设规范NY5011-2006无公害食品.仁果类水果本标准起草的初稿经5位来自不同专业、不同学科背景的专家进行评审，各位专家对本标准的修改提出了建设性意见。（1）张建新教授，现就职于西北农林科技大学食品科学与工程学院，标准化专家，兼任中国农学会农业分析测试分会常委、陕西省标准化协会常务理事、陕西省质量监督检验协会理事，陕西省食品加工企业协会技术专家等职位。主要从事食品标准与法规、食品安全与环境、食品质量安全检验以及昆虫食品的科研与教学工作。张教授就本标准的框架结构和格式规范提出了宝贵意见，逐字逐句地修改使本标准的语言和格式更加规范化。（2）同延安教授，现就职于西北农林科技大学资源环境学院，中国土壤学会理事，中国植物营养与肥料学会常务理事，陕西省土壤学会副理事长，陕西省植物营养与肥料学会理事长等职位。主要从事土壤化学、植物营养、施肥与环境、农业生态、农业环境保护与食品安全等方面的研究。同教授就本标准的施肥管理方面提出了意见，有利于本标准的细化和完善。（3）梁宗锁研究员，现就职于中国科学院水利部水土保持与生态环境研究中心，曾任西北农林科技大学生命科学学院院长，主要从事中草药规范化栽培的理论与技术研究。梁老师就本技术可显著增加根系密集区土壤水分含量和提高土壤水分利用效率方面给予了较高评价。（4）郝明德研究员，现就职于中国科学院水利部水土保持与生态环境研究中心，土壤肥力与水土保持专家，陕西省保护性耕作项目督导专家， 任水土保持研究所流域生态与管理研究室，中国植物营养与肥料学会理事，陕西省植物营养与肥料学会副理事长，陕西省生态学会土壤生态专业委员会主任等职位。主要从事长期轮作施肥系统土壤肥力研究。郝老师就本技术的施肥以及翻耕措施给予建设性意见，提出腐熟的秸秆可以结合果园的深耕措施翻入土内，用于培肥土壤，提高土壤的有机质含量。该建议有利于本标准的完善。（5）白岗栓研究员，现就职于中国科学院水利部水土保持与生态环境研究中心，主要从事果树丰产栽培和果树生态研究。白老师就果树的修剪整枝以及疏花疏果等管理技术给予宝贵意见，有利于本标准的修订有重要意义。我们认真听取了各位专家的意见，批判性的吸收有利于本标准的内容，对修改稿进行了完善。三、本技术规范的制定依据3.1渭北果园生态系统健康状况评价本课题组自2006年开始关注黄土高原特别是渭北旱地果园土壤生态系统的健康问题，开展了长期监测和定位研究。课题组针对长武县苹果发展现状，利用空间替代时间的研究方法，在长武洪家乡分别选择在立地条件、种植与管理具有代表性，栽培年限分别是6年、8年、10年、12年、15年、17年、20年、26年、37年苹果园地，开展果园土壤生态系统演变研究，主要研究结论：（1）随着种植年限的增加，果树对下层土壤水分的利用程度加剧，导致深层土壤干燥化。从图1可以看出，0～200cm土层水分含量受降水影响，变化较大，在0～40cm、40～80cm、80～200cm三个土层土壤含水量之间的差异达到极显著水平；不同种植年限果园深层土壤每米储水量均远低于黄土区平均储水量250mm水平。随着生长年限的增加，果园对下层土壤水分的利用程度加剧，导致土壤深层干燥化，出现生物利用型干层。图1不同种植年限果园土壤水分状况图2不同种植年限果园土壤硝态氮分布 （2）渭北旱地果园长期不平衡或过量施用氮肥，硝态氮在土壤剖面中发生了深层累积。从图2可以看出，硝态氮含量和分布在0～400cm剖面土体中变化显著，含量在0.31～195.32mg·kg-1之间。硝态氮在土体剖面中具有明显的累积现象，累积层一般出现在40～260cm土层。硝态氮累积均具有累积峰，且随着种植年限的增加，峰值逐渐增大，出现的深度在逐渐下移。若以37年果园累积峰年均下移速率4.86cm为标准，可以得出，硝态氮累积峰前期下移速度较快，后期下移速度较慢，6～10年下移速度最快为5cm/年，26～37年下移速率最慢为0.18cm/年。果园生态系统的恶化和果园管理不善，是造成果树产量大小年明显，果树早衰，品质下降，优果率不高，病虫害严重，果农收入停滞不前等问题的根源，严重影响了该区果业持续生产能力，若这种情况不尽快改观，势必会进一步影响当地果农收入的持续提高并造成生态环境的继续恶化。3.2不同地表覆盖技术的水热协同效果分析针对深层土壤干燥化问题，比较了不同地表覆盖模式下，土壤水分、温度、产量等变化，得出砂石覆盖的水热协同调控效果最佳，与果树生长节律相同，是黄土区较为适宜的土地管理措施。地表覆盖技术主要通过地表覆盖，影响太阳光能对地表的直接辐射以及土壤和大气之间的水、气、热交换，直接影响土壤的水、气、热状况，进而影响土壤的生物活性、土壤有机质的分解以及土壤中养分物质的转化与释放，最终影响果树的产量水平。单元覆盖试验共设置了清耕处理、生草处理、地膜覆盖、秸秆覆盖和砂石覆盖五个处理，初步得到以下主要结论：（1）不同覆盖模式果园土壤平均贮水量，地膜覆盖＞生草处理＞秸秆覆盖＞清耕处理＞砂石覆盖。经Duncan新复极差法检验显示，除砂石覆盖与清耕处理差异不显著(P＞0.05)外，其他覆盖模式土壤贮水量均显著多于清耕处理的土壤贮水量(P＜0.05)（图3）。图3试验区月降水量及不同覆盖模式土壤6m月贮水量动态变化 （2007年10月～2009年10月）雨季后，不同地表覆盖的土壤水分均得到一定恢复，但恢复率不同（图4），其中，砂石覆盖恢复率最高（10.52%），其次为秸秆覆盖（9.47%），清耕恢复率最低（6.53%）。结合产量因素得出，各处理的水分利用效率分别为（图5），清耕35.75kg·mm-1·hm-2、生草处理40.31kg·mm-1·hm-2、地膜覆盖47.81kg·mm-1·hm-2、秸秆覆盖58.99kg·mm-1·hm-2、砂石覆盖80.25kg·mm-1·hm-2。在黄土高原地区，砂石覆盖应是改善果园土壤水文状况的适宜地表覆盖模式。图4不同覆盖雨季后比雨季前水分增加率图5不同覆盖模式下果树的水分利用效率（2）不同覆盖模式土壤热量状况变化显著，处理间差异明显，其中地膜覆盖处理温度最高，影响根系生长。地膜覆盖处理在夏季午后地温超过果树根系生长的上限温度（30℃），对果树根系生长和生理功能发挥不利，影响根系生长及细根发生，甚至造成根系死亡（图6）。图6不同覆盖模式下土壤温度的季节性变化 注：Ⅰ砂石覆盖；Ⅱ秸秆覆盖；Ⅲ地膜覆盖；Ⅳ生草覆盖；Ⅴ清耕表1不同土壤管理模式对苹果树枝条的影响处理长枝(%)中枝(%)短枝(%)总枝量(hm-2)清耕41.0339.4519.52873000生草35.9435.4028.661455300地膜覆盖38.1030.8531.05918000秸秆覆盖30.3940.5129.101296900砂石覆盖18.8944.2036.911591200注：长枝为长度大于30cm的枝条，中枝为长度在10～30cm的枝条；短枝为长度在10cm以下，4片叶子以上的健壮短枝。（3）不同覆盖模式对果树枝条类型比例及产量影响较大，其中砂石覆盖中短枝比例高，有利于高产稳产。砂石覆盖处理的果实产量最高，可比清耕高135.63%；生草处理的果实产量最低，仅为10770kg·hm-2。在苹果树上，中短枝是形成花芽的主要枝类，丰产树，多是健壮短枝多，长枝、弱枝少。通过不同覆盖模式下果树各类型枝条所占比例（表1）看出，砂石覆盖短枝所占比例最高（36.91%），比清耕措施下短枝比例增加89.09%；在地膜覆盖中，短枝比例为31.05%，仅次于砂石覆盖，但该措施的中枝比例最小（30.85%），不利于当年及次年果树经济效益的发挥。综上所述，综合五种土壤管理模式对果园生态系统环境与生物的响应，砂石覆盖条件下果园土壤的水、气、热条件及果树响应相对较好，砂石覆盖是较为适宜的土壤调控管理方式。但是砂石覆盖不适宜长期使用以及大面积推广，因此需要研究替代技术措施。3.3砂石覆盖的替代技术—双重覆盖模式为了模拟砂石覆盖对果园生态系统良好的水热协同调控效果，我们于2009年将具有高效保水效果的地膜与缓温效应显著的秸秆两种覆盖材料组合，形成地膜-秸秆双重覆盖模式（地膜压长麦秆覆盖、长麦秆压地膜覆盖、地膜压短麦秆覆盖、地膜压玉米杆覆盖）。结果表明地膜压短麦秆覆盖模式，很好的模拟了砂石覆盖的水热特点，实现了技术突破。（1）除长麦秆压地膜处理外，其他处理的土壤年平均储水量均显著高于对照，其中地膜压短麦秆储水量最高。从图7可以看出，土壤水分储量在年周期内规律性明显，可以分为冬季增墒期和春季失墒期。各个处理的水分储量在2月份达到高峰，在8月份到达谷底值。2011年不同双重覆盖处理措施下果园的平均贮水量，处理Ⅲ（1529.2mm）>处理Ⅳ（1525.6mm）>处理Ⅰ(1512.5mm)>CK(1488.0mm)>处理Ⅱ（1466.4mm ）。经过Duncan新复极差法检验显示，除处理Ⅱ与CK差异不显著外（P>0.05），其他覆盖措施土壤贮水率均显著高于CK的土壤贮水量（P<0.05）。图7土壤不同覆盖措施下0～6m土壤贮水量年变化注：Ⅰ地膜压长麦秆；Ⅱ长麦秆压地膜；Ⅲ地膜压短麦秆；Ⅳ地膜压玉米杆；CK：清耕处理（2）土壤不同地表覆盖模式在不同季节对地温的影响差异较大，其中地膜压短麦秆处理的温度调控能力最佳，具有增温和降温的双重效应。理想的土壤地表覆盖模式是能够对果园土壤热量的吸收和损耗都具有缓冲的作用，降低极端温度数值，减轻土壤极端温度对果树的危害。综合分析，处理Ⅲ：地膜压短麦秆在春季（3月）和秋季（11月）能提高土壤温度，夏季（7月）降低土壤温度，具有降温和增温的双重效应（表2）。表2不同双重覆盖模式土壤温度的季节性变化土层Soillayer/cm处理Treatment土壤温度Soiltemperature/℃土层Soillayer/cm处理Treatment土壤温度Soiltemperature/℃3月Mar.7月Jul.11月Nov.3月Mar.7月Jul.11月Nov.5Ⅰ13.622.22.815Ⅰ10.519.21.3Ⅱ919.81.8Ⅱ7.617.81.3Ⅲ14.321.72.7Ⅲ11.719.22.2Ⅳ13.222.50.9Ⅳ10.720.10.7CK11.322.41.6CK9.719.8110Ⅰ13.221.71.220Ⅰ9.619.31.5Ⅱ8.418.21Ⅱ6.816.71.9Ⅲ13.720.22.4Ⅲ10.218.21.8Ⅳ12.621.70.4Ⅳ8.918.70.1CK11.221.21CK7.818.70.6注：Ⅰ地膜压长麦秆；Ⅱ长麦秆压地膜；Ⅲ地膜压短麦秆；Ⅳ地膜压玉米杆；CK：清耕处理 综上所述，地膜压短麦秆双重覆盖措施有效地结合了地膜蓄水保墒功能和秸秆温度调控能力，改善果树的水热条件，提高了果实产量和品质，维持了果园生态系统的稳定，很好地模拟了砂石覆盖的水热特点，实现了技术突破，是一项值得推广的土壤管理措施。3.4地表起垄微聚流技术为了更好地促进果园生态系统的健康稳定发展，缓解深层土壤干燥化趋势，结合渭北旱塬的气候特征，我们将“水肥一体化技术”、“根系分区灌溉技术”概念融入控根理论，提出地表起垄微聚流技术，利用起垄、地表覆盖等措施将有限的降雨集中起来，使局部根系处于高水高肥条件下，从而提高水肥利用率。该技术从2010年下半年开始布设，结果表明，地表起垄微聚流技术能有效利用垄台覆膜的集水和垄沟覆草的蓄水功能，提高土壤水分利用效率，增加果树产量，改善果实品质，很好地维持果园生态系统的稳定，是一项值得推广的土壤管理措施。（1）地表起垄微聚流技术可以将有限的降雨集中在局部区域（垄沟），为果树的生长发育创造了良好的水分条件。地表起垄微聚流处理下，垄间水储量除失墒期和7月份外，其他月份都接近或大于田间持水量（1560mm），2月份时达到最高为1665mm。而对照处理水分储量维持在1308mm（6月份）～1472mm（9月份）之间。垄间0～600cm土层水分储量的年平均值1537.9mm，显著高于对照（图8）。图8地表起垄微聚流措施下0～6m土壤储水量的年变化（2）地表起垄微聚流措施改变了土壤的水分空间分布，使水分集中在根系密集分布区域，提高了水分的利用率。一般情况下，果园土壤水分含量在2m以上变化较大，而2m以下土壤水分含量相对稳定，而果树根系主要分布在0～2m土体内，根密度随深度的增加呈降低趋势，根系对下层土壤的水分利用减少。这说明土壤水分含量与植物根系的入土深度有一定的相关性这与根系的分布有关。由图9 可以看出，地表起垄微聚流技术措施改变了土壤水分的剖面分布。通过计算2010年5月～2013年7月土壤平均含水量可知，垄沟含水量（23.3%）高于对照（21.9%）6.4%，而垄台含水量（21.6%）略低于对照1.4%，由此可以，起垄措施可将水分集中在垄沟部分，有效提高局部含水量。在0～200cm土层范围内，土壤水分量变化较为复杂，照6.5%。可能与表层降雨补充减少和水分深层的再分布等有关。图9土壤含水量垂直变化为了更直观地反映地表起垄微聚流技术调控下果园土壤水分的分布特征，采用普通克里格插值方法，绘制成土壤水分空间分布图。从图3-4可以看出，果园土壤水分呈明显地斑块状或带状分布；在距离果树80cm和100cm的垄台部分，土壤水分含量明显较低，在400～600cm形成了一个水分亏缺层；在距果树60和150cm的垄沟部分，水分含量相对较高。垂直方向，将水分集中在0～200cm土层；水平方向上，将降水集中在距果树60～80cm和120～150 cm的根系密集区。与对照相比，地表起垄微聚流技术措施改变了土壤水分的空间分布，使水分向根系密集区域集聚，与此同时减轻了深层土壤干燥化趋势，增加了表层土壤含水量。图10地表起垄微聚流技术调控下土壤水分空间分布图11对照处理下土壤水分空间分布（3）地表起垄微聚流措施可以改善土壤的温度状况，降低夏季地膜高温对根系造成的伤害。测量时段平均地温表现为（图12）：地膜覆盖（30.9℃）>裸地（22.1℃）>地表起垄微聚流技术（21.2℃）＞秸秆（20.5℃）＞砂石覆盖（19.0℃）。说明该技术对耕层温度的调控效果理想，地温维持在22～25℃之间，变幅较小；可以有效降低夏季高温2～4℃，可避免高温对根系的伤害，有利于果树生长。图12不同处理下夏季地温日变化（2011年7月15日）（4）地表起垄微聚流技术能提高土壤水分利用效率（35.9%）和优果率，增加果树产量（36.4%）。表3不同处理下果树的产量及水分利用率处理Treatment产量Yield（kg/hm2)水分利用效率wateruseefficiency[kg/(mm·hm2)]单果重Individualweight（g）优果率Excellentfruit（%）清耕1145820.9185.556地表起垄微聚流技术1562528.4203.181四、技术规范的主要内容 依据陕西省苹果集中分布区的气候特点及其对果业生产影响，利用地膜与秸秆不同的水热调控特点，将二者有效的结合起来，创造出了一个即有利于果树营养生长、又有利于生殖生长水热环境。技术特点是平地起垄微聚，垄上覆盖秸秆与地膜提高地表径流系数、垄沟覆盖秸秆，减少无效蒸发，二者镶嵌配置，形成垄沟局部高水环境，增加土壤水分入渗，达到保蓄水分、调控土壤温度、提高水分利用率和增加产量的目标，形成地表起垄微聚流技术，促使果园生态系统健康持续发展。以株行距为3m×4m为例，在两棵果树间，距果树30cm，各起一个高30cm、宽80cm，长300cm的垄，两个垄间形成宽80cm、深15cm的沟；在垄沟间只覆盖秸秆，在垄上先覆盖秸秆然后覆盖地膜，最后用土封住。本技术应在果树清园后进行铺设。利用夏季地膜下高温高湿适宜堆肥环境，适当增加氮肥，调节碳氮比，提高秸秆腐殖化率，从而提高土壤有机质含量，培肥土壤。氮肥的施用量，可按碳氮比调节至30∶1左右为合适。按风干的麦秸秆计算，100kg秸秆要加3～5kg纯氮。每次施肥前将垄沟内秸秆搂出来，将肥料施入垄沟内，最后再将秸秆重新覆盖。果树的修剪、疏花疏果以及施肥措施参照《黄土高原苹果生产技术规程》NY/T1082-2006。五、其他需要说明的问题无