绿肥间作对渭北果园土壤水分、养分及苹果产量的影响

Effects of Green Manure Intercropping on Soil Moisture，Nutrients，and Apple Yield in a Weibei Apple Orchard

摘要

目的 研究渭北苹果园不同种类绿肥间作及其结合地布覆盖在土壤蓄水保墒、养分供给和果实产量提升方面的效应。 方法 设置黑麦草（R）、油菜（O）、苜蓿（A）3种绿肥和不覆地布（NG）、覆盖地布（G）2种覆盖方式，以清耕为对照（CK）。不覆地布+绿肥间作为主处理，覆盖地布+绿肥间作为副处理。在主处理和对照各小区分别设置¹⁵N田间示踪微区。探究苹果-绿肥间作系统土壤水分、养分及果实产量的响应。 结果 各处理土壤质量含水率均低于CK处理，GR处理下降幅度最小（1.7%）。主处理土壤水分差异率均为负值，其中NGR处理绝对值最低（0.5%），NGA处理最高（4.7%）。各处理作物蒸散量均大于CK，其中GR处理增幅最小（0.3%）。各处理0~60 cm硝态氮平均值均低于CK。与副处理相比，主处理硝态氮及铵态氮平均提升6.8%和5.4%。间作绿肥（NGR、NGO、NGA）平均减少56.4%的¹⁵N损失（p<0.05），苜蓿¹⁵N利用率最高（39.4%），黑麦草最低（19.7%）。与CK处理相比，黑麦草间作处理（NGR、GR）土壤有机质与全氮平均提升1.5%和0.2%，而苜蓿间作处理则分别降低15.2%和15.4%。黑麦草间作处理（NGR、GR）的果实产量与水分利用效率最高，分别较CK处理提升12.1%和8.8%（p<0.05）。 结论 综合考虑，在渭北苹果园内采用树下覆地布+行间间作黑麦草（GR）的二元覆盖模式有助于减少土壤水分消耗与养分损失，增加果实产量和水分利用效率。

Abstract

Objective We conducted a field experiment to investigate the effects of intercropping green manure crops and their combination with ground fabric mulching on soil moisture， fertility， and apple yield. Methods The main treatments included intercropping ryegrass （NGR）， oilseed rape （NGO）， and alfalfa （NGA）， the sub-treatments included combining these intercropping modes with mulching ground fabric under apple trees （GR/GO/GA）， and the control treatment was traditional clean tillage （CK）. Additionally， ¹⁵N labeled microplots were set up within the main and control treatments. The responses of soil moisture， nutrients， and fruit yield were explored under the apple-green manure intercropping system. Results All treatments reduced soil water content （SWC） compared to CK， among which the decreasing range of GR （1.7%） was the smallest. Soil water difference ratio （SWDR） in the main treatments were all negative， among which NGR and NGA had the smallest （0.5%） and largest （4.7%） absolute value， respectively. All treatments increased evapotranspiration （ET） compared to CK， among which the increasing range of GR （0.3%） was the smallest. All treatments reduced soil nitrate-nitrogen （SNN） content， compared to CK. Compared to the sub-treatments， SNN and soil ammonium-nitrogen （SAN） contents in the main treatments increased by 6.8% and 5.4% on average. Intercropping green manure （NGR， NGO， and NGA） reduced ¹⁵N loss by an average of 56.4% （p<0.05）， compared to CK， with alfalfa and ryegrass showing the highest （39.4%） and lowest （19.7%） ¹⁵N utilization efficiency， respectively. Compared to CK， ryegrass intercropping treatments （NGR and GR） increased SOM and TN contents by an average of 1.5% and 0.2%， respectively. In contrast， alfalfa （NGA and GA） intercropping treatments decreased SOM and TN contents by an average of 15.2% and 15.4%， compared to CK. Ryegrass intercropping treatments （NGR and GR） showed the highest fruit yield and water use efficiency， with an average increase of 12.1% in yield and 8.8% in water use efficiency， compared to CK （p<0.05）. Conclusion Adopting the binary mulching pattern （ground fabric mulching under apple trees+ryegrass intercropping between rows ） is beneficial to decreasing water consumption， nutrient loss， and increasing fruit yield and water use efficiency.

Graphical abstract

关键词

二元覆盖 / 种间互作 / ¹⁵N同位素示踪 / 苹果园

Key words

binary mulching / interspecific interaction / ¹⁵N isotope tracer / apple orchard

Online（www.cnki.net）:2025-01-21

苹果是全球最重要的水果之一，2021年中国苹果种植面积和产量分别占世界总量的43.4%和49.4%，均居世界首位^［1］。位于黄土高塬沟壑区的陕西省渭北地区，由于其得天独厚的地理优势，已成为中国乃至世界的苹果优生区^［2］。但土壤水分和养分的亏缺始终制约着当地苹果产业的发展。当地降雨大多发生在7—9月，这些降雨又受高温影响而通过蒸发损失掉^［3］。当地果园土壤有机质为5.4~9.3 g/kg，较中国其他苹果产区（6.5~15.6 g/kg）都低^［4］。

覆盖是干旱半干旱农林业提高土壤水分的主导措施^［5］，具有改善土壤水分状况、减少土壤流失及增加生物活性等作用^［6-7］。覆盖措施可以分为非生物覆盖措施与生物覆盖措施，非生物覆盖措施主要包括地布覆盖、秸秆覆盖、砾石覆盖等，具有改善土壤水热状况的作用^［8］，李发康等^［9］在甘肃静宁苹果园的研究结果表明，园艺地布覆盖对于提升土壤保水能力具有较好的效果。生物覆盖措施以生草覆盖为主要代表，具有改善土壤理化性质，减少地表径流与土壤侵蚀等作用^{［6，10-12］}。张先来等^［13］在渭北苹果园的研究结果表明，种植生草能够改善土壤结构，提升土壤持水能力；HUANG等^［14］研究发现，与常规耕作相比，覆盖作物增加入渗水量和土壤水分；REN等^［15］通过对中国果园生草的作用效果进行Meta分析得出，果园长期种植生草对于土壤质量的改善具有积极影响，随着生草种植年限的增加，土壤全氮质量分数增幅达3.05%；XIANG等^［16］通过对影响生草覆盖果园土壤有机碳储量的因素进行Meta分析后发现，生草覆盖对于增加中国果园0~30 cm土层土壤有机碳储量来说是一种具有前景的做法。然而，也有研究表明，生草覆盖会造成其与果树争夺水分，如SUO等^［8］通过研究不同覆盖技术对黄土高原苹果园土壤水分的长期效应发现，随着种植年限的增加，生草覆盖造成土壤水分状况变差，加剧深层土壤的干燥化；FANG等^［17］在渭北黄土高原苹果园的研究表明，果园生草在干旱区的旱季会降低土壤水分体积分数；李会科等^［18］在渭北苹果园的相关研究表明，生草生长早期对土壤养分的消耗大于其累积效应，并且在0~40 cm土层牧草与果树存在养分竞争；DU等^［19］在陕西延安杏园的试验表明，沙打旺不适宜在干旱的陕北黄土高塬丘陵沟壑区间作，造成沙打旺与果树之间的水分和养分竞争。因此，探究苹果-绿肥间作系统水分及养分利用状况显得十分必要。目前，关于果园生草覆盖研究，大多聚焦于单一生草种类，对于间作不同种类绿肥及其结合地布覆盖措施的效果对比研究较少。因此，本研究以渭北果园为研究对象，以不同种类绿肥间作措施为主，地布覆盖措施为辅，同时结合¹⁵N同位素示踪技术，探究苹果-绿肥间作系统土壤水分、养分及果实产量的响应，以期寻求适宜当地的生产模式，为渭北黄土高塬沟壑区苹果园优质生产提供科学依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地处陕西省咸阳市旬邑苹果试验站（35°01′37″′N，108°27′34″E），当地属于典型的黄土高塬沟壑区。气候类型为温带大陆性季风气候，降雨大多发生在7—9月，年平均降水量为714.2 mm，年平均气温9.5 ℃（依据1990—2020年旬邑县气象数据），平均海拔1 430 m，日照时间2 390 h，无霜期170 d，昼夜温差12.6 ℃。

试验地土壤基本理化性质为：0~100 cm土层土壤体积质量1.5 g/cm³，0~60 cm土层土壤有机质14.2 g/kg，全氮0.8 g/kg，硝态氮10.7 mg/kg，铵态氮5.6 mg/kg。

1.2 试验设计

田间试验于2022年5—10月进行，其间降雨量为516.3 mm（图1）。基于旬邑县1990—2020年相应时期降水数据进行排频计算、配线，得出2022年试验时期降雨量对应频率值为72.2%，因此，认定试验期间为典型丰水期。

试验地苹果树（Malus pumila M.）种植于2016年，株行距1.5 m×4.0 m，砧木为M26自根砧，栽培方式为矮化密植。黑麦草（Lolium perenne L.）、油菜（Brassica napus L.）和苜蓿（Medicagosativa L.）播种于2022年5月，3种绿肥作物种植于果树行间（3 m宽），播种量均为15 kg/hm²，播后定期除草。试验期间，未对3种绿肥作物进行灌溉施肥，试验结束后，将绿肥作物翻压还田。沿行向在树干两侧分别修筑宽度为50 cm的弧形垄，垄上覆园艺地布。在试验地块两侧设置有保护行，所有措施与试验行相同。其余管理措施与当地保持一致。果树日常灌溉和施肥采用滴灌，滴灌带位于果树行地面以上50 cm处。

试验设置主处理、副处理及对照组，主处理为果树行间间作绿肥（黑麦草、油菜、苜蓿）；副处理为果树行间间作绿肥结合树下覆盖园艺地布，对照组为传统的清耕（树下不覆地布，行间及树下定期松耕除草）。副处理并非简单的对照处理，而是基于主处理的改进，目的是探究绿肥间作结合地布覆盖对土壤改良及作物生长的影响。试验共计7个处理（表1），每个处理3个重复，每个小区面积为60 m²（15 m×4 m），采用随机区组排列。在主处理及对照组各小区中分别设置1个田间示踪微区，用于苹果-绿肥间作系统氮素示踪研究。在各小区内随机挑选1棵果树，将长、宽、深为1.0 m×1.0 m×1.1 m的无底铁皮框埋入地下1 m深的位置，包裹住果树（图2）。于2022年7月在各田间示踪微区内施加10 g¹⁵N同位素标记物（¹⁵NH₂CO¹⁵NH₂，上海化工研究院，丰度10.02%），将10 g标记物完全溶解于喷壶中，而后均匀喷洒在田间示踪微区内，最后在表面覆盖薄土。微区内的绿肥种类、播种量及时间与小区内保持一致；水肥管理与当地保持一致。

1.3 测定指标与方法

试验开始前，采集0~100 cm土壤样品，3次重复，取样深度间隔为20 cm，测定不同土层土壤体积质量、硝态氮、铵态氮、有机质及全氮等土壤基本理化性质指标。

1.3.1 土壤质量含水率

分别在坐果期，果实膨大前期，果实膨大后期和果实成熟期取各小区0~100 cm土样，具体取样位置见图2。

取样后将同一小区内相同土层样品均匀混合，取样深度间隔为20 cm。

用烘干法测定土壤质量含水率，并计算土壤贮水量。土壤贮水量计算公式：

\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{S}=\sum (SW{C}_i\times {\gamma }_i\times h_i)（1）

式中：\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{S}为土壤贮水量，mm；\mathrm{S}\mathrm{W}{\mathrm{C}}_i为第i层土壤质量含水率，%；{\gamma }_i为第i层土壤体积质量，g/cm³；h_i为第i层土层厚度，mm。

1.3.2 土壤水分差异率^{［<xref ref-type="bibr" rid="R20">20</xref>］}

\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{D}\mathrm{R}=\frac{\mathrm{S}\mathrm{W}{\mathrm{C}}_i-\mathrm{S}\mathrm{W}{\mathrm{C}}_t}{\mathrm{S}\mathrm{W}{\mathrm{C}}_t}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（2）

式中：\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{D}\mathrm{R}为土壤水分差异率，%；\mathrm{S}\mathrm{W}{\mathrm{C}}_i为行间土壤质量含水率，%；\mathrm{S}\mathrm{W}{\mathrm{C}}_t为树下土壤质量含水率，%。分别计算对照组的土壤水分差异率（\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{D}{\mathrm{R}}_c）和主处理的土壤水分差异率（\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{D}{\mathrm{R}}_i），如果\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{D}{\mathrm{R}}_i为负值同时与\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{D}{\mathrm{R}}_c存在显著性差异（p<0.05），认为绿肥有较高的可能性与果树产生水分竞争。

1.3.3 土壤养分

取样日期、位置与方法同土壤质量含水率，测定的土壤养分指标包括0~60 cm土层土壤硝态氮、铵态氮、有机质及全氮。土壤硝铵态氮采用1 mol/L KCl溶液浸提流动分析仪（AA3，SEAL，Norderstedt，Germany）测定；土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮采用凯氏定氮法测定。土壤硝态氮、铵态氮、有机质及全氮测定方法参考土壤农化分析^［21］。

1.3.4 ¹⁵N丰度

在果实成熟期，采集各田间示踪微区的土样和植物样（图2），包括0~60 cm土壤样品，果树（果实、叶片、枝条、茎干、根系）及绿肥地上部样品。土壤取样深度间隔20 cm，同一微区内相同土层土样均匀混合。土样自然风干，磨碎，过100目筛；植物样75 ℃烘干，磨碎，过100目筛。采用稳定同位素质谱仪（Isoprime 100， Isoprime Ltd.， South Manchester， UK）测定¹⁵N丰度。

1.3.5 氮素效率

本研究采用生长模型对苹果树生物量进行估算。生长模型是根据实际监测值建立的植株各部分干物质量与各测树因子间的数学关系式，可以反映植株生物量与测树因子之间的关系^［22］。根据本研究区域已建立的非线性苹果树生长模型（constant allometric ratio， CAR）^［23］，通过容易获取的测树因子（树高和地径）来估算本试验地的苹果树生物量。生长模型为：

W=a(D^{\mathrm{2}}{\times H)}^b（3）

式中：W为果树生物量，kg；a、b为生长模型参数，a、b及其预估精度见表2；D为地径，cm；H为树高，m。

为了不破坏果树，枝条、茎干、根系生物量通过生长模型计算，叶片、果实生物量在果实成熟期实测得出。a、b的预估精度计算方法为：

P=\left[\mathrm{1}-\frac{t_{\alpha }\sqrt[]{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}(y_i-{\widehat{y}}_i{)}^{\mathrm{2}}}}{\overline{\widehat{y}}\sqrt[]{n(n-T)}}\right]\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（4）

式中：y_i为实际观测值；{\widehat{y}}_i为模型预估值；\overline{\widehat{y}}为平均预估值；n为样本单元数；T为参数个数；t_{\alpha }为置信水平α时的t值。

植物氮来自标记物氮百分数（Ndff，%），计算公式为：

\mathrm{N}\mathrm{d}\mathrm{f}\mathrm{f}=\frac{\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{\%}{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{s}{\mathrm{s}}_{\mathrm{s}\mathrm{a}\mathrm{m}\mathrm{p}\mathrm{l}\mathrm{e}}}{\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{\%}{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{s}{\mathrm{s}}_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{e}\mathrm{l}}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（5）

式中：\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{\%}{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{s}{\mathrm{s}}_{\mathrm{s}\mathrm{a}\mathrm{m}\mathrm{p}\mathrm{l}\mathrm{e}}为植物中标记¹⁵N原子百分超=植物样品中¹⁵N丰度-¹⁵N自然丰度；\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{\%}{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{c}\mathrm{e}\mathrm{s}{\mathrm{s}}_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{e}\mathrm{l}}为标记物中标记¹⁵N原子百分超=标记物中¹⁵N丰度-¹⁵N自然丰度，¹⁵N自然丰度=0.366 3±0.000 4^［24］。

植株¹⁵N利用率（¹⁵NUE，%）计算公式为：

{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{U}\mathrm{E}=\frac{\mathrm{N}\mathrm{d}\mathrm{f}\mathrm{f}\times {\mathrm{N}}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{g}\mathrm{a}\mathrm{n}}}{{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{p}\mathrm{p}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{c}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{e}}（6）

式中：{\mathrm{N}}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{g}\mathrm{a}\mathrm{n}}为器官全氮量，g；{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{p}\mathrm{p}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{c}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{e}为¹⁵N施用量，g。

0~60 cm土层土壤¹⁵N残留率（¹⁵NRR，%）计算公式为：

{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{R}\mathrm{R}=\frac{\mathrm{N}\mathrm{d}\mathrm{f}\mathrm{f}\times {\mathrm{N}}_{\mathrm{0}-\mathrm{60}\mathrm{c}\mathrm{m}\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{i}\mathrm{l}\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{y}\mathrm{e}\mathrm{r}}}{{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{p}\mathrm{p}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{c}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{e}}（7）

式中：{\mathrm{N}}_{\mathrm{0}-\mathrm{60}\mathrm{c}\mathrm{m}\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{i}\mathrm{l}\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{y}\mathrm{e}\mathrm{r}}=0~60 cm土层全氮（g/kg）×土壤质量（kg），为0~60 cm土层全氮量，g。

土壤¹⁵N损失率（¹⁵NLR，%）计算公式为：

{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{L}\mathrm{R}=\mathrm{100}\mathrm{\%}-{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{U}\mathrm{E}-{}_{}{}^{\mathrm{15}}\mathrm{N}\mathrm{R}\mathrm{R}（8）

1.3.6 作物蒸散量与水分利用效率

将作物蒸散量（ET，mm）作为实际耗水量，利用水量平衡法计算：

\mathrm{E}\mathrm{T}=I+P+\mathrm{\Delta }W（9）

式中：I为试验期间灌溉量，mm；P为试验期间降雨量，mm；\mathrm{\Delta }W为试验期间0~100 cm土壤贮水量变化。由于试验期间未发生暴雨以及当地地下水位较低，所以忽略地表径流、地下水补给以及深层渗漏。

水分利用效率［WUE，kg/（hm²·mm）］计算公式为：

\mathrm{W}\mathrm{U}\mathrm{E}=\frac{Y}{\mathrm{E}\mathrm{T}}（10）

式中：Y为果实产量，kg/hm²。

1.3.7 果实产量

果实成熟期，采集各小区的全部果实用于测定果实产量。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2019和SPSS 26.0软件进行数据处理和分析，组间数据采用单因素方差分析法（ANOVA）进行分析，组内采用最小显著差异法（LSD）进行两两比较。采用一般线性模型分析处理-生育期、处理-土层深度、生育期-土层深度、处理-生育期-土层深度等对土壤质量含水率的作用效果，以及处理-土层深度对硝铵态氮、有机质及全氮质量分数的作用效果。采用OriginPro 2021和PowerPoint 2019软件作图。

2 结果与分析

2.1 绿肥间作对土壤水分的影响

2.1.1 土壤水分

从图3可以看出，各处理0~100 cm土壤质量含水率均较CK处理有不同程度的降低，主处理平均下降7%，副处理平均下降1.8%。与主处理相比，副处理0~100 cm土壤质量含水率平均提高5.5%（图3a~3h）。果实膨大前期，副处理0~100 cm土壤质量含水率显著高于其他时期，并且均高于CK处理，GR处理提升幅度最大，达5%，GA处理提升幅度最小，达1.7%，3种处理平均提升3.3%（图3b）。总体来看，果树行间间作绿肥未能起到提升土壤水分的效果，而果树行下覆盖地布起到一定的积极作用（图3、表3）。

2.1.2 土壤水分差异率

各处理均未出现土壤水分差异率为负值的同时与CK处理间存在显著性差异的情况（图4）。在主处理中，NGR处理土壤水分差异率平均值最大（-0.5%），NGO处理次之（-0.7%），NGA处理最小（-4.7%）。在坐果期和果实膨大前期，主处理土壤水分差异率均为正值，其中NGR处理平均值最高，达3.6%，NGA处理最小，达1.2%；在果实膨大后期与果实成熟期，主处理土壤水分差异率均为负值。

2.2 绿肥间作对土壤养分的影响

2.2.1 土壤硝铵态氮

各处理土壤硝态氮质量分数与CK相比均显著下降（p<0.05）；主处理平均下降幅度为19.7%，其中NGA处理下降幅度最大，达23.5%；副处理平均下降幅度达24.8%（图5a、图5b）。相较于CK处理，仅有GR处理与NGA处理土壤铵态氮质量分数有所提高，GR处理土壤铵态氮质量分数提高6.7%，NGA处理提高11.9%，各处理土壤铵态氮与CK处理间均未见显著性差异（图5c、图5d）。与副处理相比，主处理硝态氮及铵态氮质量分数平均提高6.8%和5.4%。总体来看，与CK处理相比，各处理均显著加剧0~60 cm土壤硝态氮的消耗。主处理、副处理及对照组间土壤铵态氮质量分数未见显著性差异。

2.2.2 ¹⁵N同位素示踪

果树各器官¹⁵NUE从高到低的顺序为根系，枝条，果实，茎干，叶片；根系的¹⁵NUE最高，占整株果树的39.3%~55.4%；叶片最低，占2.2%~3.5%（表4）。主处理果树¹⁵NUE均高于CK处理，其中NGR处理最高（24.4%），与CK处理（17.3%）存在显著性差异（p<0.05），NGA处理最低（19.7%）。NGA处理0~60 cm土层¹⁵NRR（26.9%）最高，与CK处理（10.6%）差异达到显著性水平（p<0.05）。NGA处理绿肥作物¹⁵NUE最高（39.4%），NGR处理最低（19.7%），同时二者存在显著性差异（p<0.05）。3种间作处理¹⁵NLR均低于CK处理，同时与CK处理存在显著性差异（p<0.05）。总体来看，绿肥间作能够提高果树¹⁵NUE，减少¹⁵N损失。

2.2.3 绿肥间作对土壤有机质及全氮的影响

与CK处理相比，黑麦草间作处理（NGR、GR）土壤有机质与全氮分别提升1.5%和0.2%，而油菜间作处理（NGO、GO）与苜蓿间作处理（NGA、GA）均有不同程度的下降，其中苜蓿间作处理下降幅度最大，分别达到15.2%和15.4%。与副处理相比，主处理土壤有机质平均提高8.9%，土壤全氮平均提升6.8%。主处理土壤有机质、全氮与CK处理间存在显著差异（p<0.05）。副处理按土壤有机质及全氮质量分数从高到低为GR>GA>GO；主处理为NGR>NGO>NGA。总体来看，与CK处理相比，主处理土壤有机质及全氮显著下降（p<0.05），副处理下降幅度大于主处理（图6）。

2.3 果实产量、作物需水量及水分利用效率

GA与NGA处理果实产量均低于CK，分别较CK下降4.6%和6.9%，其余各处理果实产量均高于CK，GR处理果实产量在各处理中最高，显著高于CK（p<0.05）。相较于副处理，主处理ET平均升高3.6%，GR与NGR处理存在显著性差异（p<0.05），同时各处理ET均不同程度高于CK（表5）。在各处理中，GR处理的WUE最高，相较于CK处理提升12.3%，NGA处理最低，相较于CK降低10.1%，GR与NGA处理WUE与CK存在显著性差异（p<0.05）。总体来看，除苜蓿间作处理外（GA、NGA），其余处理均不同程度提升果实产量；各处理ET均有所增加。

3 讨 论

与单纯间作绿肥相比，地布覆盖结合绿肥间作确实在减少土壤水分损失方面起到一定的积极作用，但效果有限。SWDR的结果表明，相较于黑麦草和油菜，苜蓿与果树之间更有可能发生水分竞争。果实产量与水分利用效率的结果恰好印证SWDR的结果。本研究中的黑麦草间作处理（NGR、GR），其果实产量与水分利用效率均高于其他处理，可能是因为轻度的水分胁迫有助于果实产量与水分利用效率的提升，与前人^［25-27］的研究结果相一致。

各处理土壤硝态氮质量分数均小于CK处理，表明绿肥间作加剧土壤氮素的消耗。苜蓿间作处理（NGA、GA）土壤硝态氮平均值最低，黑麦草间作处理（NGR、GR）最高，与¹⁵N同位素示踪结果表现一致，即3种绿肥作物中，苜蓿对于氮素的利用率最高，油菜次之，黑麦草最低。黑麦草间作处理对土壤有机质与全氮的作用效果优于油菜与苜蓿间作处理，苜蓿间作处理的效果最差，与果实产量和水分利用效率的结果具有一致性。绿肥作物的生长年限、种植密度、种类、刈割频率等因素都可能影响其对于果树生长的作用效果^{［15，28-30］}，多种管理措施集成对于当地苹果生产的影响有待于在后续试验中进一步研究。本研究中，苜蓿间作处理在土壤养分质量分数及果树生长方面作用效果表现不佳，可能与绿肥和果树对资源的竞争程度有关，适度资源胁迫有助于产量的提升，而重度胁迫则造成减产^［25-27］。一般来说，豆科作物能够固定空气中的氮气，转化为可供作物吸收利用的氮素营养^［31］，而苜蓿种植年限过短，根瘤菌未能形成或者较少时，不仅不能起到增加土壤氮素的作用，反而加剧土壤中氮素的消耗^［32］。虽然随着苜蓿种植年限的提升，其固氮能力逐步提升，但其根系不断发育，与果树争水争肥的能力不断增强。因此，苜蓿长期间作的作用效果有待于在后续试验中进一步探究。

本试验初步的结果为后续进一步的研究提供基础数据支撑。首先，基于当地1990—2020年5—10月降水数据，进行水文典型年的计算得出试验期间为典型丰水期；其次，本研究利用¹⁵N同位素示踪技术探究苹果-绿肥间作系统氮素利用情况，关于利用¹⁵N同位素示踪技术探究果树氮素利用情况的研究较多，其中不乏利用一季的试验数据得到具有代表性结果的情况^［33-36］。因此，本研究所得数据具有一定代表性。在未来的研究中将进一步扩大试验的时间跨度，并考虑更全面的环境因素，以期通过多个年份的数据来验证和巩固当前的初步结论。

4 结 论

1）与清耕相比，3种绿肥均加剧土壤水分消耗。地布覆盖结合绿肥间作相较于单一间作绿肥可以减少土壤水分损失。苜蓿与果树间存在较为激烈的水分竞争。

2）各处理显著加剧土壤硝态氮消耗，尤其是苜蓿间作处理（NGA及GA）。与CK处理相比，黑麦草间作处理提升土壤有机质及全氮。苜蓿与果树存在较为激烈的氮素竞争。

3）综合考虑土壤水分、养分及果实产量，建议在渭北黄土高塬沟壑区苹果园采用树下覆地布+行间间作黑麦草（GR）的二元覆盖管理模式。

参考文献

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基金资助

国家重点研发计划项目(2021YFD1900700)

陕西省重点研发计划项目(2023-ZDLNY-53)

陕西省创新能力支撑计划项目(2022PT-23)

中国科学院“西部之光”项目(XAB2022YW04)