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试验方案9
试验方案
一、试验目的和目标
研究双层覆盖、秸秆还田、生草覆盖和免耕不覆盖等对土壤性能的影响，包括土壤肥力（有机碳、氮磷钾等）、土壤土壤容重和孔隙度、土壤温度及含水率等等，长期测量形成数据链，进行系统分析。
经过覆盖后，对比各种覆盖方案（主要对比生草覆盖）的各项土壤指标，通过对不同覆盖方式同一指标数据的监测，或比较某一覆盖方式下单一指标在时间上的变化，分析各种覆盖方式对土壤理化性状的改变和对土壤产生的改良效果，客观地评价各种覆盖方式对土壤的影响。
二、试验背景
目前，欧美国家矮化苹果面积已占相当大的比例，矮化苹果集约化栽培技术已经相当成熟，且普遍采用生草覆盖技术管理果园土壤。
未来几年，也是我国矮化果园发展的黄金时期，矮化果园集约化栽培技术引入我国后，矮化果园的生草覆盖技术也将相继推广。
但是，针对我国渭北旱原等地，有研究认为，生草覆盖技术不适宜于该地区的矮化果园土壤管理，分析认为有以下3个方面的原因：
1.渭北旱塬地区年降雨量在540~710mm，属于春季易旱区，该区域苹果园实行果园生草制的水分环境条件与国外发达国家及中国南方的果园生草的水分环境条件有很大差异，其生草保水效果也存在较大差异。
生草覆盖不能满足该地区土壤的保水、保墒和土壤肥力等要求，而秸秆覆盖更有利于达到干旱、半干旱地区土壤农艺要求；2.在该地区，果园周边每年产生大量农作物秸秆，以小麦、玉米为主，与堆沤、过腹、焚烧还田等方式相比，秸秆覆盖对环境污染破坏很小、操作方式更为科学，实现了农作物秸秆的高效利用；3随着矮化果园的快速推广，充分利用果园内果树行间宽敞、种植合理、树形规整的优点，可实现更高程度的果园机械化。
与以往的果园人工铺撒秸秆相比，秸秆覆盖作业可达到更高的机械化水平，对土壤产生更好的改良效果。
在土壤层面解决了果树生长的后顾之忧，对苹果质量、产量的提高具有极其重要的意义。
三、试验研究的理论依据
秸秆中含有大量的纤维素、木质素以及其他物质，随着覆盖时间的增加，秸秆腐烂分解，释放出各种大量元素和微量元素，土壤中有机质含量增加，土壤中速效氮、速效磷和速效钾含量都大分比提高，可以有效降低土壤碱性，促进土壤酸碱平衡，养分结构趋于合理。
秸秆覆盖下有机物在分解过程中，使土壤团粒化的腐殖份量增多，对形成土壤团粒有显著的效果，土壤容重降低，土壤疏松，通气性好，土壤物理性状得到改善。
农作物秸秆在土壤中的转化过程如下图所示，
图3-1秸秆有机质在土壤中的转化原理
由图可知，秸秆中的新鲜、半腐解的有机质主要发生矿质化作用和腐殖化作用，氮磷钾的分解出现于矿质化作用，腐殖酸等来自于秸秆的腐殖化作用。
四、试验材料
4.1试验材料
4.1.1试验仪器与设备
序号
试验仪器与设备型号
生产厂家
1
202系列电热恒温干燥箱
¥878.00
2
TOOLWELL3302型手持1.5米线土壤温度计（温度范围：
-40℃to300℃，分辨率：
0.1℃）；或超长60cm探针温度计
¥208.00，TOOLwell公司；
¥100.00
3
容积100cm3钢制环刀、铝盒、削土刀、铁锨、土钻
4
FA2104N型电子天平
上海精密科学仪器有限公司，中国
5
小麦秸秆切碎机
4.1.2试验材料
小麦秸秆1500kg，50%多菌灵杀虫剂（或高锰酸钾），尿素，防腐手套，口罩，试验指示牌，标签纸，竹竿，尼龙线，铝盒（或塑料盒）。
五、试验步骤
5.1试验准备
5.1.1试验材料准备
试验材料包括直接试验材料和间接试验材料。
直接试验材料包括小麦秸秆、尿素、多菌灵杀菌剂（待定）等，间接试验材料包括各种试验用具和设备仪器。
收购当年小麦秸秆，购买尿素，杀菌剂等（待定）；在覆盖试验中，租用旋耕机（注意控制旋耕作业精度，耕深11~13cm），秸秆切碎机，购买土壤含水率测试仪、温度测试仪，土壤养分速测仪器，容积100cm3钢制环刀、土钻、削土刀、小铁铲，电子天平，干燥箱，干燥器，脸盆等。
5.1.2试验区域选择及划分
试验选在陕西省宝鸡市千阳县华圣果业有限公司矮化苹果种植园进行。
了解该地区土壤往年的耕作情况、土壤类型和气候状况，包括降水，季风等。
覆盖之前，土壤未旋耕，测量待试验地区土壤的有机质、氮磷钾含量和土壤容重等并记录。
根据试验计划，进行双层覆盖试验、生草覆盖试验和秸秆还田试验。
根据暂定试验方案，可用覆盖试验面积667×2m2，试验区域内不进行起垄，统一划分为覆盖小区。
覆盖试验小区面积为3×3m2，每组试验中，双层覆盖设置24个小区，秸秆还田设置8个小区，不覆盖设置3个小区，生草覆盖选取3个小区。
双层覆盖和秸秆还田区域统一进行旋耕，耕深12＋1cm。
计算拖拉机旋耕总长宽时，连同小区间隔80cm计算在内，旋耕时，地块两端各保留80cm宽度。
旋耕完成后按小区面积随机划分。
5.2秸秆处理和加工
采购足量当年小麦秸秆，分别加工处理成粉末状、3水平长度的切碎秸秆，编织袋装分类存放，并添加杀菌剂、尿素等，加工完成后及时覆盖至土壤。
5.3进行各项试验
鉴于试验条件，计划覆盖试验和实验室内试验同步进行，先进行覆盖试验，各项试验进入数据监测阶段后，在实验室内进行防风、防水试验。
5.3.1不覆盖试验
在覆盖试验中，免耕不覆盖作为一个对照组试验存在，双层覆盖试验和秸秆还田试验每进行一组试验，则跟随做一次免耕不覆盖对照，跟随3个小区。
5.3.2双层覆盖试验
覆盖前，选定地块进行旋耕作业，视具体情况选择旋耕长宽，耕深12+1cm，旋耕作业完成后，先进行秸秆基质覆盖，覆盖厚度10cm；人工进行覆土，覆土厚度为3个水平。
5.3.3秸秆还田试验
以双层覆盖试验的基质厚度为基准，分别计算不同水平长度的秸秆基质用量。
旋耕完成后，将基质与土壤人工直接混合，土壤用量根据旋耕深度决定。
5.3.4生草覆盖试验
以矮化果园内试验区生草覆盖为准，并同期测量各项指标。
5.4测量各项指标
需要注意的是，进行全部覆盖或生草试验之前，需要先测量待试验区域土壤的温度、水分等相关指标，作为基础数据。
测量不同指标时，土样取量不同。
覆盖试验完成后，进入指标测量阶段。
测量深度达到50cm。
测量指标包括土壤温度、水分、容重和总孔隙度、有机质和氮磷钾等。
由于单个试验地块面积较小、天气影响和某些指标自身变化缓慢等原因，温度、水分等需保持较频繁的测量，且根据具体天气情况调整，土壤容重、有机质等自身变化较为缓慢，且随土层的加深，变化更不显著，故测量次数要适当减少。
5.5处理数据
覆盖完成以及实验室内试验展开后，定期记录数据，运用各种软件处理数据。
六、试验方案
试验包括：
不覆盖试验、双层覆盖试验、秸秆还田试验、生草覆盖试验。
试验准备阶段，完成秸秆的处理和加工。
6.1秸秆处理和加工
（1）收集当年小麦秸秆1500kg（暂定），切碎1200kg，粉碎300kg；
（2）选用不同的秸秆切碎机筛子，根据筛孔大小控制秸秆切碎长度。
切碎长度选择3cm、6cm、9cm，剩余部分秸秆粉碎至粉末状（过1mm筛）；
（3）添加多菌灵作杀菌剂（用50%多菌灵可湿性粉剂，每份基质加8～10g）、或者高锰酸钾作杀菌剂，，添加尿素做氮素调节秸秆碳氮比，一般以25~30:
1为宜，用量为风干秸秆量的1.2％，搅拌好人工混合均匀；
（4）将小麦秸秆和添加剂搅拌混合完成后，按每小区对号装袋并贴好标签，置于阴凉处存放。
（5）称量每袋配制完成秸秆重量，分别记录。
（5）覆盖试验时，在秸秆铺撒完毕后，然后人工覆土盖压。
6.2覆盖试验方案
试验根据区组设计、重复试验和随机化排列三原则，随机分配各组小区，双层覆盖试验与秸秆还田试验各进行3组平行试验。
免耕不覆盖和生草覆盖作为对照组试验。
每组试验小区随机排列，小区面积设定3×3m2。
在双层覆盖与秸秆还田试验中，先用旋耕机旋耕，各小区间距80cm。
覆盖之前，用卷尺划分各小区及间隔宽度，在每小区周长上4顶点插试验标杆，以细线指示覆盖高度（厚度）。
如下图6-1所示
通过覆盖试验，监测土壤各项参数，以期达到阐明不同秸秆基质、不同覆盖技术所产生的改土和生物效应。
6.2.1不覆盖试验
该试验中，每组试验需随机选取3个试验小区，对土壤不做任何处理。
6.2.2双层覆盖试验
（1）视现场土地具体情况，选择试验地块的旋耕长宽，耕深12+1cm；
（2）双层覆盖每组试验随机选取24个地块，并进行3组平行试验。
（3）以3cm、6cm、9cm的切碎秸秆作为3个水平长度，粉末状秸秆（过1mm筛）作为1个水平长度。
以两个水平厚度5cm、10cm铺撒秸秆基质，铺撒过程中尽量保持基质厚度均匀，基质铺撒完毕后，进行土层覆盖。
土层以3个水平厚度覆盖，0cm、3cm、6cm，形成24个覆盖小区。
此时注意记录各水平长度铺撒时所用秸秆量，以备秸秆还田时引用数据；
表6-1因素水平表
水平
基质长度（cm）
覆土层厚度（cm）
覆秸秆层厚度（cm）
1
2
3
粉末状
3
6
0
3
6
5
10
—
4
9
—
—
表6-2双层覆盖试验正交试验方案表a
试验号
秸秆长度（cm）
覆秸秆层厚度（cm）
覆土层厚度（cm）
1
粉末状
5/10
0
2
粉末状
5/10
3
3
粉末状
5/10
6
表6-2双层覆盖试验正交试验方案表b
试验号
秸秆长度（cm）
覆秸秆层厚度（cm）
覆土厚度（cm）
1
3
5/10
0
2
3
5/10
3
3
3
5/10
6
4
5
6
7
8
9
6
6
6
9
9
9
5/10
5/10
5/10
5/10
5/10
5/10
0
3
6
0
3
6
图6-2双层覆盖示意图
6.2.3秸秆还田试验
（1）混合覆盖每组试验随机选取8个地块，并进行3组平行试验；
（2）该区域已进行旋耕，在待试验小区用铁锨取土，取土深度与旋耕相同；
（3）分别计算铺撒厚度5cm、10cm，粉末状和长度为3cm、6cm、9cm的秸秆用量，与取土混合后，铺撒在取土的原小区，使覆盖平整；
表6-3秸秆还田试验正交试验方案表
试验号
秸秆长度（cm）
铺撒厚度（cm）
土层厚度（cm）
1
粉末状
5/10
11~12
2
3
5/10
11~12
3
6
5/10
11~12
4
9
5/10
11~12
图6-3秸秆还田混合覆盖示意图
6.2.4生草覆盖试验
以现有矮化果园为例，大多选择三叶草或黑麦草作为覆盖草种，基于现有条件，可在果树种植区域选择6个小区，同期测量相应指标，观察某些指标在时间上的变化程度，与双层覆盖、秸秆还田形成对比。
试验区域三叶草生长情况如图6-4
观察该区域三叶草生长情况，可作为矮化果园生草覆盖试验。
七、测量指标
覆盖前，确定当地土壤理化状况，采用“Z型”五点取样法在各试验小区采集土壤样品，利用已有的测量方法进行测量。
测不同指标需要取土样时，按照要求分别取土。
试验过程中测量时，若遇雨雪天气后延。
7.1土壤温度
采用探针温度计观测10、15、20、25和30cm5个深度处的土壤温度，覆盖前一天，观测一次，覆盖完成后，第二天全面测定一次，之后每隔15d观测一次，观测时间为8:
00、11:
00、14:
00、17:
00和20:
00，表格形式记录数据。
高温或低温天气及时记录测量。
7.2土壤含水率（土壤贮水量（mm）=土壤质量含水率×土壤容重×土层厚度（cm）
采用土钻对0~50cm土壤进行分层取样。
0~30cm，每10cm作为一层取样、30~50cm，取一次样。
每小区以“Z型”取5次。
取样后贴标签，立即带回实验室称鲜土重，随后将土壤样品放在105±2℃的烘箱中烘至恒重，求出土壤失水重量占烘干土重的百分数（质量含水率），每15d定时、定区域各测定一次。
降雨天气，及时测量。
同时土样可用于测定其各层土壤容重。
【前期仍采用绝干法为标准方法，同时采用仪器测量，得到绝干法与仪器法之间的修正关系，后期可采用仪器替代绝干法直接采用SK-100土壤水分测定仪插入测试，可测试60cm土壤含水率。
】
7.3土壤容重和总孔隙度
在测定地段选定5个采样点，按照日常取土方法，逐点逐层次用取土钻取出5cm高的土壤样本放入对应铝盒并现场称重记录。
注意在采样过程中，要确保所钻取土壤层次正确，并且在取土钻筒内土样高度要大于5cm。
如发现取土钻筒5cm高度内土壤亏缺松动或有石头杂物，则应该及时拣出并用同层土壤代入，否则应弃掉该采样点已采集土样，重新选点采集。
（单位:
g）。
土壤总孔隙度计算公式如下：
总孔隙度=（1-土壤容重/土壤密度）×100%；土壤容重测量包括双层覆盖和秸秆还田的容重两部分，测量分层取土，0~20cm、20~40cm两层。
由于土壤容重变化非常细微，根据现有研究，覆盖30d后，开始测定，每隔30d再观测一次。
7.4土壤养分（有机碳、N、P、K含量动态）
测量时，用土钻取土。
依照“Z型”取样法用土钻取土样，采集0~20cm土样。
每个土层将5点土样充分混合后用四分法选留1kg，风干研磨，过0.15mm和1mm筛备用。
根据现有研究，覆盖30d后，开始测定，每隔30d再观测一次。
7.5抑草效果
每15d观察一次杂草生长情况，采用田间种群数量调查法进行统计。
以五点法为例，如下图7-1【单位面积杂草干物质量法\统计离地10cm杂草株径株高法】
五点取样法
这种方法适用于调查植物个体分布比较均匀的情况，每个样方的长和宽要求一致，取样计算原则为：
计上不计下，计左不计右。
样方长宽取25cm，边距25cm。
各项指标测量方法如下表7-1
测定项目
测定方法（仪器）
土壤物理性质
土壤含水率
SK-100土壤水分测定仪或烘干法
土壤容重和总孔隙度
取土钻改进环刀法
土壤温度
探针温度计
土壤养分
有机质
L-2C-2智能汉显型土壤养分速测仪
碱解氮
速效钾
有效磷
各试验抑草效果
田间种群数量调查法（五点法）
八、处理分析数据
完整记录6个月试验数据，对土壤的各项指标进行纵向比较、分析。
对当月得到的不同试验方案数据进行横向对比、分析，结合矮化果树生长所需的条件，得到覆盖方案的最优组合。
此外，运用Excel2013、SPSS17.0、designexpert8.0处理分析数据，采用LSD及Duncan新复极差法两种方法进行多重比较，通过对不同覆盖方式同一指标数据的处理，或比较某一覆盖方式单一指标在时间上的变化，分析各种覆盖方式对土壤理化性状的影响和对土壤产生的改良效果，直观地评价各种覆盖方式对土壤的影响。
九、附录
1、已知一般土壤的密度多在2．6～2．8g/m3范围内，计算时一般取值2.65g/cm3，耕作土壤中，耕层容重一般为1.0~1.3g/cm3，土层越深则容重越大，可达1.4~1.6g/cm3。
3302手持1.5米线475mm探针温度计
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