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不同覆盖材料对幼龄胶园土壤温度的影响
不同覆盖材料对幼龄胶园土壤温度的影响
摘要研究比较5种不同覆盖物(薄膜覆盖,秸秆覆盖,1cm、2cm、3cm生物材料覆盖)与裸地(CK)在每个季节3个不同土层深度(5、20、40cm)的土壤温度。
结果表明:
5cm土(四个季节)以及20cm土层(春季和夏季)的土壤温度,薄膜覆盖与裸地无明显差异,均明显高于秸秆覆盖,1cm、2cm和3cm生物材料覆盖;40cm(春季)、20cm(秋季、冬季)和40cm(秋季、冬季),5个处理的土壤温度与裸地无明显差异;40cm(夏季),薄膜覆盖,1cm、2cm和3cm生物材料覆盖,土壤温度与裸地无明显差异,均显著高于秸秆覆盖。
关键词幼苗胶园;地表覆盖;土壤温度
中图分类号S794.1文献标志码ADoi:
10.12008/j.issn.1009-2196.2016.06.001
EffectsofDifferentMulchingMethodsonGroundTemperature
inSoilRubberPlantation
CHENQingZHOUJunYAOXingchengCHENXianhongLINWeifuWANGJun
(RubberResearchInstitute,CATAS,Danzhou,Hainan571737)
AbstractThispaperanalysisthedifferencesamongfivemulchingmethods((plasticfilmmulch,strawmulch,1cmbiologicalmaterialmulch,2cmbiologicalmaterialmulch,3cmbiologicalmaterialmulch)andbarelandwiththreedifferentdepth(5cm,20cm,40cm)ineveryseason.Theresultsshowedthatplasticfilmmulchandbareland’ssoiltemperaturearenotsignificantlydifferentwith5cmineveryseasonand20cminspringandsummer.Moreover,theyarehigherthanstrawmulch,1cm,2cmand3cmbiologicalmaterialmulch.Thereisnosignificantlydifferencesbetweenfivemulchingmethodsandbarelandwith40cminspringand20cm,40cminwinterandautumn.ThereisnosignificantlydifferencesbetweenPlasticfilmmulch,1cm,2cmand3cmbiologicalmaterialmulchandbarelandwith40cminsummer.Theyarehigherthanstrawmulch.
Keywordsyoungrubberplantation;surfacemulching;soiltemperature
地表覆盖是一项土壤管理调控技术,越来越受到重视,有学者对该技术进行过大量研究。
研究发现,地表覆盖可以提高生物量、调节土壤温度、增加土壤含水量、抑制杂草、增加土壤养分,从而改善根系环境,促进植物生长等[1-5]。
橡胶树非生产期地面覆盖可起到隔热、保墒、防草和改土的作用,是一项重要的橡胶幼树抚管措施。
根据覆盖物的性质不同,可分为活覆盖和死覆盖,活覆盖是通过种植覆盖物所形成的覆盖;死覆盖是用植物枝叶、作物秸秆等材料铺设于胶园地上形成的地面覆盖。
早期的胶园覆盖是通过在橡胶树行间种植豆科作物作为覆盖物,但覆盖作物生长前期与幼龄树对土壤水分、养分有竞争作用,有时,生长旺盛的覆盖作物对橡胶幼苗的生长有抑制作用。
因此,许多研究者进行大量的覆盖物实验,广泛应用覆盖材料为薄膜及秸秆[6-7]。
秸秆覆盖可以增加土壤养分、含水量,还可以调温调湿[8],但由于农田秸杆的综合利用、收集秸秆费用上涨等原因,目前,这些生物覆盖材料越来越少,加上人工费用的大幅上升,同时因秸秆易腐烂、覆盖时效短,且铺设用工多等原因,秸秆地面覆盖的成本越来越高。
我国各地土壤差异、地理气候差异大,薄膜覆盖在高寒地区能够起到保温的作用,有利于植物的生长;在干旱高温地区,薄膜内部温度过高,反而会抑制植物的生长[9],在低温季节保温作用也不理想。
橡胶树非生产期的抚管措施亟需转型升级,亟需省工高效的覆盖替代技术。
研究橡胶树非生产期的免耕技术,如筛选适宜橡胶树生物材料的覆盖替代材料(不易腐烂、不灼伤苗木、保温保水保肥等),节省人力物力、不破坏胶园生态环境的橡胶树非生产期覆盖替代技术迫在眉睫。
本研究通过对生物材料的覆盖、地膜覆盖、秸秆覆盖与裸地土壤温度的比较,探讨覆盖物对土壤温度的影响,以期为发展新型的橡胶树非生产期覆盖材料提供理论依据。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1试验地
本研究试验地位于海南省儋州市中国热带农业科学院试验场二队,该地区为典型的热带海洋季风气候,根据气象网统计资料,海南省儋州市2014年9月至2015年8月四个季节的最低和最高平均气温,见表1。
1.1.2试验材料
不同厚度的橡塑发泡板(生物材料)。
土壤温度计18套:
每个小区3套,每套含5、20、40cm深土壤温度计各1支。
1.2方法
1.2.1试验设计
试验采取地表覆盖方式,设计6种处理:
3cm生物材料覆盖、2cm生物材料覆盖、1cm生物材料覆盖、秸秆覆盖、薄膜覆盖和裸地(CK)。
共18个区,每个小区随机排列。
替代覆盖物由2块凹字形橡塑板组成,面积约2m2。
定植后,对根盘地表略作整理,使之成为浅锅底状,将2块凹字形板套在橡胶树根颈处(离树干约15cm)铺于根盘上,用土块等将其四周压住。
常规覆盖用作物秸秆铺设,离橡胶树约25cm处放置40、20、5cm土壤温度计,第1个月每3天观测1次,之后每周1次,每次在约下午3时观测。
1.2.2数据处理
数据处理和统计分析采用Excel2003和Dps6.5软件。
统计分析采用LSD法,统计水平为P<0.05,分别对每个季节不同土层深度5、20、40cm的土壤温度差异进行方差分析,同时比较不同土层深度的土壤温度;并分析不同土层深度5、20、40cm土壤温度的年变化。
2结果与分析
2.1不同覆盖材料土壤温度季节性变化
由表2~4可以看出,5cm土层,秋季(2014-09~2014-11),薄膜覆盖的土壤温度与裸地无明显差异,二者明显高于3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖;3cm、2cm、1cm生物材料覆盖,秸秆覆盖之间,土壤温度无明显差异。
3cm、2cm、1cm生物材料覆盖,薄膜覆盖,秸秆覆盖和裸地6种处理的土壤温度均值分别为30.74、30.08、31.04、35.42、30.57和35.43℃;20和40cm土层,5种覆盖物处理与裸地之间,土壤温度均无明显差异,其中,20cm土层,土壤温度均值分别为27.73、27.95、28.08、29.30、28.20和29.50℃;40cm土层,土壤温度分别为:
27.16、27.04、27.34、27.69、27.39和27.87℃。
冬季是四季中气温最低的季节,同样会影响到土壤温度,5cm土层,冬季(2014-12~2015-02),薄膜覆盖与裸地之间,土壤温度无明显差异,且二者明显高于3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖;而3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖之间,土壤温度无明显差异。
其中,3cm、2cm、1cm生物材料覆盖,薄膜覆盖,秸秆覆盖和裸地6个处理的土壤温度均值分别为23.76、24.14、25.32、29.76、24.48和30.55℃;20和40cm土层,5种覆盖物处理与裸地之间,土壤温度均无明显差异,其中,20cm土层,土壤温度均值分别为20.87、21.38、21.63、22.33、21.09和22.65℃;40cm土层,土壤温度分别为20.61、20.75、20.94、20.80、20.67和21.15℃。
5cm土层,春季(2015-03~2015-05),薄膜覆盖与裸地之间,土壤温度无明显差异,二者均明显高于3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖;2cm、1cm生物材料覆盖,秸秆覆盖之间,土壤温度无明显差异,均明显高于3cm生物覆盖。
3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖之间,土壤温度无明显差异。
其中,3cm、2cm和1cm生物材料覆盖、薄膜覆盖、秸秆覆盖、裸地土壤温度均值分别为32.19、33.29、34.85、41.48、33.60和41.04℃;20cm土层,薄膜覆盖的土壤温度与裸地无明显差异,且明显高于3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖;1cm生物材料覆盖的土壤温度明显高于3cm、2cm生物材料覆盖和秸秆覆盖;土壤温度均值分别为30.43、30.74、31.37、32.76、30.42和33.28℃;40cm处,5种覆盖物处理与裸地之间,土壤温度均无明显差异,土壤温度均值分别为27.73、28.00、28.24、29.06、27.91和28.73℃。
夏季(2015-6~2015-8),5cm土层,薄膜覆盖与裸地之间,土壤温度无明显差异,而二者均明显高于3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖;3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖之间,土壤温度无明显差异。
其中,3cm、2cm、1cm生物材料覆盖,薄膜覆盖,秸秆覆盖,裸地的土壤温度均值分别为33.98、34.54、36.53、41.69、33.46和42.11℃;20cm土层,薄膜覆盖与裸地之间,土壤温度无明显差异,且二者均明显高于3cm、2cm、1cm生物材料覆盖和秸秆覆盖;1cm生物材料覆盖的土壤温度明显高于3cm、2cm生物材料覆盖和秸秆覆盖。
6种处理土壤温度均值分别为30.43、30.74、31.37、32.76、30.42和33.28℃;40cm土层,3cm、2cm、1cm生物材料覆盖,薄膜覆盖,裸地之间,土壤温度无明显差异,但均明显高于秸秆覆盖。
其中,6种处理的土壤温度均值分别为29.75、29.66、30.24、30.22、28.69和30.09℃。
2.2不同土层深度土壤温度比较
由表5可见,各土层深度处理5、20、40cm土壤温度变化趋势相似,总体上,四个季节都呈现随着土层深度增加,土壤温度随之减小的趋势。
5cm土层,土壤温度显著高于20和40cm,2015-03~2015-05(春季),裸地20cm土层深度的土壤温度显著高于40cm,此外,四个季节中,各个处理的土壤温度,20cm土层都比40cm略高,但无显著差异。
2.3平均土壤温度年变化特征
由图1~3可见,5、20、40cm土层,每个处理的平均土壤温度年变化规律基本一致,土壤温度最低在1月和12月,最高在5月和6月。
3讨论与结论
土壤温度的季节性变化受到地表覆盖、太阳辐射、降水、土壤类型等多方面的影响[10-11]。
增加土壤覆盖物能有效降低土壤温度,从而促进橡胶树生长。
由表5可知,土壤一般最高温出现在地表,土壤深度越深,受到外界的影响越小,土壤温度相对比较稳定。
夏季太阳辐射是一年中最强季节,土壤温度变化最为明显,冬季各个深度的土壤温度变化相对不明显。
统计水平P<0.05,5cm土层在每个季节的土壤温度变化最明显,其中裸地和薄膜覆盖都明显高于生物材料和秸秆覆盖,生物材料和秸秆覆盖之间无明显差异;20cm土层,秋、冬季节各个覆盖物之间无明显差异,春季裸地和薄膜覆盖均显著高于生物材料和秸秆覆盖,夏季裸地显著高于生物材料和秸秆覆盖,与薄膜覆盖无明显差异,40cm土层,每个处理之间土壤温度无明显变化。
橡胶树光合作用的温度指标40℃时,橡胶树呼吸作用超过光合作用,生长受到抑制。
许成文等[12]研究表明,幼苗橡胶树主根一般深扎到150cm以下,侧根主要分布在0~40cm的上层土样中,尤其是30cm以上的土层较为密集,占总根数的66%~99%,房秋兰等[13]对橡胶人工林0~20cm土层根系生物量研究结果表明,0~10cm土层,橡胶树根系生物量比10~20cm土层生物量要大。
在5cm土层,秋季裸地、薄膜覆盖土壤温度分别为35.43和35.42℃;春季裸地和薄膜覆盖的土壤温度分别为41.04和41.48℃;秋季裸地和薄膜覆盖的土壤温度分别为41.41和41.07℃,这不仅影响橡胶树的光合作用,而且影响橡胶树根系,不利于橡胶树的生长,特别是春季和夏季,土壤温度超过橡胶树生长的上限温度,已经抑制橡胶树的正常生长。
秸秆覆盖是一种传统的覆盖方法,在高温季节,能有效降低土壤温度,但秸秆材料需要人工定期进行覆盖,比较费时和费工。
生物材料1、2、3cm覆盖都能有效降低土壤温度,而且开始实验时只需要把材料覆盖上即可,材料成本低。
实验表明,生物材料覆盖1cm春季和夏季5cm土层温度较高,分别为34.84和36.23℃,生物材料2和3cm为覆盖最佳。
综上所述,生物材料覆盖降温保墒效果比薄膜覆盖好;而秸秆覆盖费时费工,成本高,因此,生物材料覆盖是非生产期橡胶树的最佳选择。
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