CN114586494A - 北方山区果园的根区土壤生态修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种北方山区果园的根区土壤生态修复方法，该方法包括果树落叶后，在距树体1.0‑1.2m处，开挖宽0.8m、深0.6m的方穴，挖出土壤按每20cm一层分别堆放；将有机肥、果园土壤改良剂与挖出的土壤混合均匀，依次回填入所挖的方穴内；将复合菌剂灌入方穴内，待入渗后压实方穴的土壤。本发明的修复方法解决了北方干旱果园根区土壤生态系统的修复问题，协调改善了根区土壤物理系统、化学系统和生物系统的各项功能，有效地提高了果品产量，改善了果品品质，为北方干旱区果业可持续发展提供有力支撑。

Description

北方山区果园的根区土壤生态修复方法

技术领域

本申请涉及分子生物学技术领域，具体而言，涉及一种北方山区果园的根区土壤生态修复方法。

背景技术

果园土壤施肥是改善果园土壤养分供应和获得优质高产果品的重要措施。目前果树生产中普遍存在着肥料施用不合理、氮肥施用量过大等问题，造成果树根区土壤质量下降、酸化趋势明显，病害加重，制约了果树产业的进一步提高。根区土壤是果树生长的根本，生产中通过对土壤环境的修复达到养根壮树、优质丰产的目的。大量学者从根区土壤环境修复方面进行研究。曹慧等(2013)研究，埋砖养根节水保水技术和施用保水剂节水处理均改善了叶片质量，控制了新梢生长，提高了枝条有机物含量，且埋砖养根节水保水技术效果更明显。闫玉静等(2015)研究表明“埋砖蓄水”修复技术能够显著提高各深度土层土壤含水量，增加根系生长根数量、长度和有效吸收面积，从而增强了苹果树地上部叶片的生理机能，增加了叶绿体色素各组分含量，延缓叶绿素降解和叶片衰老，提高叶片电子传递速率和光合性能，进而有效的减少ROS产生和MDA的积累。赵国栋等(2010)研究表明，1/4根域施用不同比例有机肥后苹果的新梢和根系生长量不随着有机肥施用量的增加呈线性提高。虞秀明等(2015)研究表明,根域限制导致转色期葡萄的新梢生长显著受到抑制，但显著促进果实生长和果实品质的提高。韩甜甜等(2012)研究表明，木面和砖面具有明显改善苹果根系构型和土壤理化性质的作用，但改善方式略有差异，砖面主要促进根系加长和数目的增多，木面则有明显促进根系次生结构发育的作用，同时界面调节改变了苹果根系集中分布层的位置。地表不同覆盖方式和控制性根区水肥措施可提高土壤水分、改善土壤性状；束怀瑞(1999)认为，苹果树25％的根系就可以满足树体的正常生长发育；秦岭等(2005)证明盆栽葡萄15％土壤改良空间就可以满足正常的植株生长。白健等(2016)结合苹果根系功能和分布特性，将穴贮肥水和添加保水剂等技术集成和优化，提出果园土壤局部优化的根域调控技术体系。但这些技术未能从根区的空间功能和土壤改良方面综合解决土壤水肥问题，未能从根区的空间功能和土壤改良方面综合解决土壤水肥问题，难以创造一个相对稳定的土壤生态系统，且多数研究仅对土壤物理性状或土壤肥力单一方面进行讨论。

尚未有关于如何通过改变土壤性状和相应根系的生长，进而影响地上部功能的相关研究。鉴于当前山区果园存在土层薄、水分含量低、有机质含量偏低以及土壤保水保肥能力差等不利因素，旱情尤其是春季时有发生，严重威胁果品生产的情况，目前缺乏针对北方干旱区果园土壤根区生态系统的土壤改良、全营养素的有机配比以及优势益生菌群的培育开展的综合修复技术。因此，有必要开展果树根区土壤生态系统综合修复技术，从而更好地为山区果园的栽培管理措施提供技术支撑。

发明内容

本发明提供了一种北方山区果园的根区土壤生态修复方法，包括以下步骤：

(1)果树落叶后，在距树体1.0-1.2m处，开挖宽0.8m、深0.6m的方穴，长度则根据被修复改良的果树垄长度而定，挖出土壤按每20cm一层分别堆放(即土壤表层 0-60cm的土按每20cm一层分层挖出，分别堆放)；

(2)将有机肥和果园土壤改良剂三等分后与所述步骤(1)开穴分层挖出的土壤分别混合均匀，按顺序依次回填入所挖的方穴内；

(3)将复合菌剂灌入方穴内，待入渗后压实方穴的土壤；

所述果园土壤改良剂由钠基膨润土，海藻寡糖，聚丙烯酰胺，柠檬酸螯合锌，柠檬酸螯合锰组成；

所述复合菌剂由纳豆芽胞杆菌和假丝酵母菌剂组成。

进一步的，果园土壤改良剂，以重量计，包括钠基膨润土150份，海藻寡糖36 份、聚丙烯酰胺20份，螯合锌0.5份，螯合锰0.1份。果园土壤改良剂用量为 200～300kg/667m²，所述有机肥用量为1000～2000kg/667m²。

进一步的，将纳豆芽胞杆菌和假丝酵母菌剂按照1：1混合得到所述复合菌剂，所述复合菌剂的活菌数≥10亿/g。

按照1％的比例将所述复合菌剂加入到浓度为1％糖蜜水溶液中，密封24小时活化后使用。活化后的复合菌剂用量为10～20L/667m²，稀释10倍使用。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明的根区土壤生态修复方法提高了根区土壤物理系统的水分调节功能：通过根区方穴—调理剂修复，强化了根区土壤水分的有效缓冲空间。调理剂中的膨润土和PAM具有显著水分调节功能，显著地增强了根区0～40cm土层的周年蓄水保墒能力，有效保障了春季果树生长的水分需求。

(2)本发明的根区土壤生态修复方法有效地均衡了根区化学系统的营养功能：膨润土是土壤养分的缓冲剂，含有大量的营养元素和微量元素，可以提高土壤速效养分和盐基交换量，促进团粒结构的形成，并富含Na、Ca等矿物元素，K、Mg等中量元素以及Sr、Ba等稀土元素，同时配施了螯合锌和锰，能够有效的改善土壤为果树生长提供了合理的营养，体现在果树的叶片衰老时间明显延后，单果重显著增加，果品的糖酸比显著提高，风味更优。

(3)本发明的根区土壤生态修复方法改善了果树根区土壤微生物系统：纳豆芽孢杆菌具有繁殖快速、生命力强、安全无毒等特点，适用于制作有机肥料、生物肥料和饲料添加；假丝酵母菌是最新研制的生态环保型微生物肥料,可以起到疏松土壤,提高土壤透气性的作用，这些菌剂的代谢产物可以增效无机肥，活化营养元素，抑制有害菌。添加的海藻寡糖更是为微生物提供了丰富的营养，促进了益生菌群的繁殖，显著改善了土壤微生物的优势种群，在果树生长的早中期影响尤为显著。

(4)本发明的根区土壤生态修复方法步骤简单，易于操作，所用原料利于取材。

综上所述，本发明的根区土壤生态修复方法解决了北方干旱果园根区土壤生态系统的修复问题，协调改善了根区土壤物理系统、化学系统和生物系统的各项功能，有效地提高了果品产量，改善了果品品质，为北方干旱区果业可持续发展提供有力支撑。

附图说明

图1A和图1B分别为本发明实施例2中各处理根区0-20、20-40cm土层含水量周年变化图；

图2为本发明实施例2中各处理对土壤有机质的影响；

图3为本发明实施例2中各处理对0-20cm土层碱解氮的影响；

图4为本发明实施例2中各处理对20-40cm土层碱解氮的影响；

图5为本发明实施例2中各处理对0-20cm土层有效钾的影响；

图6为本发明实施例2中各处理对20-40cm土层有效钾的影响；

图7为本发明实施例2中各处理对0-20、20-40cm土层水溶性Ca²⁺的影响；

图8为本发明实施例2中各处理对0-20、20-40cm土层水溶性Mg²⁺的影响；

图9为本发明实施例2中各处理对0-20、20-40cm土层有效锌的影响；

图10为本发明实施例2中各处理对根区土壤细菌数的影响；

图11为本发明实施例2中各处理对根区土壤真菌数的影响；

图12为本发明实施例2中各处理对根区土壤放线菌数的影响；

图13为本发明实施例2中各处理对桃树叶NDVI的影响；

图14为本发明实施例2中各处理对桃树叶绿度的影响；

图15为本发明实施例2中各处理对桃树叶PRI的影响；

图16为本发明实施例2中各处理对桃树叶片叶绿体色素的影响；

图17为本发明实施例2中各处理对桃树叶片抗氧化酶活性及MDA含量的影响；

图18为本发明实施例2中各处理对桃外在品质的动态影响；

图19为本发明实施例2中各处理对桃Vc含量的影响；

图20为本发明实施例2中各处理对桃硝酸盐含量的影响；

图21为本发明实施例2中各处理对桃糖酸比的影响；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明和描述，但所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明和实施例中，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他发明和实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、北方山区果园的根区土壤生态修复方法

包括如下步骤：

步骤1：开沟

在每年的11月中下旬，果树落叶后，在两行果树之间右侧距树体1.0m～1.2m处，开始挖宽、深分别0.8m×0.6m的方穴，长度则由需要改良修复的果树垄长度来决定，人工或者机械均可以，将土壤表层0-60cm的土按每20cm一层分层挖出，垄长大于10 米时，土壤每10米分别按照每20cm一层分别有序地堆放在穴边，不足10米则按每 20cm一层分开堆放。

步骤2∶果园土壤改良剂的制备

果园改良剂所用矿物原料为过100目钠基膨润土，寡糖为海藻寡糖，保水剂为颗粒状的PAM(聚丙烯酰胺)，锌原料为柠檬酸螯合锌，锰原料为柠檬酸螯合锰。各组分以重量计，钠基膨润土150份，海藻寡糖36份(购自青岛科光生物技术有限公司)、 PAM 20份，螯合锌0.5份，螯合锰0.1份，利用搅拌机混配均匀。

步骤3：活化复合菌剂的制备

取一块10cm×10cm糖蜜，缓慢加入少量40℃的温水，不断搅拌直至糖蜜融化，再按照1∶100(v/v)的比例配置成糖蜜稀释水溶液；再将纳豆芽胞杆菌和假丝酵母菌剂按照1：1组成的复合菌剂(活菌数≥10亿/g)倒入100倍的糖蜜稀释水溶液中，充分混合均匀；用塑料薄膜密封24小时后得到活化复合菌剂，备用。

步骤4：填埋土壤

取步骤2制备的果园土壤改良剂，按照200～300kg/667m²果园土壤改良剂和 1000～2000kg/667m²有机肥(有机质46.7％，总养分>5％)标准，根据开穴的果树面积来准备原料，并将原料分成均匀的三份，与步骤1开穴挖出的3份土壤混合均匀，按照顺序，依次回填入所挖的方穴内，然后将步骤3制备的按10～20L/667m²活化复合菌剂稀释10倍灌入方穴内，待入渗后压实方穴的土壤。

实施例2、北方山区果园的根区土壤生态修复方法的应用效果试验

1实施地点

试验于2020-2021年在北京市延庆区张山营镇胡家营村一处桃园(115°50′E，40°31′N)进行。该果园建于2008年春季，占地面积200000平方米(300亩)，主栽品种为早熟品种春雪桃，栽植密度为3m×4m，树势健壮。气候属暖温带大陆性季风气候，年平均气温8.5℃，有效积温达3394.1℃。无霜期年平均182天。海拔变化幅度较大，气候垂直分布明显。该果园位于延庆鸡冠山的南麓，日照充足，昼夜温差大，桃树品质优良。

2试验设计

以12年生盛果期春雪桃为试材进行相关研究。选取相同管理水平和肥水条件一致的植株，设3个处理。

(1)处理1(T1)：土壤改良剂修复系统，采用本发明北方山区果园的根区土壤生态修复方法；在距树体1.2m处开30m×0.8m×0.6m的方穴，按照本发明实施例1 进行土壤改良剂混土、填埋、活化复合菌剂施用。其中，果园土壤改良剂200kg/667m²，有机肥1000kg/667m²，活化复合菌剂20L/667m²

其中试验所用有机肥为牛粪，采自附近养殖场，肥料腐熟发酵好，风干后施用。

(2)处理2(T2)：有机肥修复系统。开穴大小、方法与处理1(T1)相同，与处理1的差别是减少了果园土壤改良剂和活化复合菌剂施用，有机肥用量等同处理1 (T1)，灌入与稀释复合菌剂等量的水。

(3)对照(CK)：常规管理。

每个处理均为单垄小区，3次重复。各小区均于每年土壤较旱时期补水，处理T1、T2根据开沟的位置每次补水5kg左右，对照处理也在相同时间相同位置等量补水，一般每年补水次2-3次，其他管理措施一致。

3指标选择

(1)桃园土壤物理性状及肥力

每处理每小区随机选取树冠及长势比较一致的桃树5株，距树干100-120cm处行间处理土样为取样点。分别于2020年、2021年11月份测量0-20cm、20-40cm土层土壤容重、孔隙度、田间持水量，并用直径为4cm的土钻采集土样，用于测定土壤pH、有机质和土壤中微量元素养分、土壤质地、土壤孔隙度等状况；2020、2021年9月于处理土样处挖土，小心捡出挖出的土中的全部根，轻轻抖动根并去除粘附在根表面的较大颗粒土，采集粘附在根系上距根系表面1-5mm的土壤作为根际土，用于测定根际土壤微生物菌系特征。

(2)土壤养分含量周年变化

2021年每处理每小区随机选取树冠及长势比较一致的桃树5株，分别于果树年生长周期中的五个物候期(盛花期、坐果期、果实膨大期、果实成熟期、落叶期)进行土壤取样，测定各个土层(0-20、20-40cm)、土层土壤含水量、有机质、碱解氮、、有效钾指标。

(3)土壤根际环境周年变化

2021年每处理每小区随机选取树冠及长势比较一致的桃树5株，分别于果树年生长周期中的五个物候期(时期同上)进行根际土壤取样，于处理土样处距树干80cm 采集粘附在根系上距根系表面1-5mm的土壤作为根际土，放入冰盒带回实验室，分成两部分，放在冰箱4℃保存，3天内用于根际土壤微生物数量的测定；于2021年8月份采集根际土壤，进行土壤细菌和真菌多样性检测。

(4)植株地上部生长发育

2021年每处理每小区随机选取树冠及长势比较一致的桃树5株，分别选取五个物候期(时期同上)对其叶片形态指标、叶绿素含量、植被指数、光化学植被指数、植被绿度等生理参数进行测定，于10月份对地上部枝条等生长情况进行调查。果树叶片衰老期于树冠中部外围，取营养枝第7、8片功能叶，放入冰盒中带回，一部分用于叶绿体色素测定，另一部分剪碎、液氮速冻，-80℃冰箱保存，测定抗氧化酶活性和 MDA含量。

(5)果实品质和产量

在果实成熟期，分别每个处理每个重复选取长势相对一致的3棵树的树冠南方、北方和东西方3个方位各取3个果实，每个处理共取27个左右，当天带回实验室，用游标卡尺测量果实的横径和纵径,用百分之一天平称量单果质量，用烘干法测量果实的含水量。

4测定方法

(1)土壤理化性质的测定

土壤容重、田间持水量用环刀法测定，根据公式计算得到土壤孔隙度＝(1-容重/比重)×100(吕英华和秦双月，2009)；土壤含水量用打土钻取土，烘干法测定；有机质采用重铬酸钾容量法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；速效钾采用乙酸铵浸提火焰光度计法测定(鲍士旦，2000)；土壤水溶性Ca²⁺和Mg²⁺含量采坩埚法测定(NY/T 3242-2018),土壤有效Zn采用二乙三胺五乙酸浸提原子吸收法测定(NY/T 890-2004)。

(2)根际环境的测定

土壤微生物测定：参照华菊玲等(2012)的方法。细菌采用土壤浸出液LB培养基培养，稀释平板计数法计数；PDA选择性培养基培养真菌，稀释平板计数法计数；改良高氏培养基培养放线菌，稀释平板计数法计数。

(3)植株生长状况的测定

每棵果树在3个方位各选取2片叶片利用PolyPen RP-410UVIS手持式植物反射光谱测量仪测定叶片的反射光谱，重点分析3个指标：绿度指数Greenness Index(G)、叶片的归一化植被指数Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)、光化学植被指数Photochemical Reflectance Index(PRI)。

(4)果实生长与品质的测定

桃的横径、竖径用游标卡尺来测量，单果重、果核重、果肉干重均用0.01电子天平称重。

桃可溶性固形物采用RHBO-90型号手持折射仪(LINK,Co.Ltd.,Taiwan,China)测定；维生素C采用钼蓝比色法测定；硝酸盐含量采用EV300PC型号紫外-可见分光光度计法(Thermo Fisher,USA)测定。

5施用效果

(1)根区土壤生态修复方法对桃园土壤物理性状的影响

①土壤容重

土壤容重是表征土壤松紧状况的指标，其大小受植被、土壤颗粒大小、土壤成分组成等因素影响。如表1所示，在土壤垂直剖面(0～40cm)上，各处理土壤容重变化基本一致，均呈现增加的趋势。通过多重统计分析得出，不同处理的土壤容重在0～40cm 土层基本表现为T1(土壤改良剂修复系统)>T2(有机肥修复系统)>对照，且在各土层不同时期存在一定差异，但整体上根区修复的土壤容重低于对照，说明根区修复改变土壤容重。T1在0～40cm土层处的土壤容重显著低于T2，说明混合土壤改良剂可降低0～40cm土层的土壤容重，表明土壤改良剂可能对周围混合土的性状改良起到了一定作用。随处理年限延长，T1和T2土壤容重有逐渐增加的趋势，说明根区修复降低土壤容重的效果逐年减弱。土壤孔隙度由土壤容重和比重决定的，各处理改变了土壤组成和性状，对土壤孔隙度产生了明显的影响。如表1所示，与对照相比，T2和T1 均增加了0-40cm土层土壤孔隙度，其中T1土壤孔隙度显著高于T2，T2和T1土壤孔隙度均有下降趋势，但仍高于对照。其中T1增加土壤孔隙度效果最显著，在试验第一年，较对照减少14.29％土壤容重，较T2减少5.97％土壤容重；在试验第二年，效果略有下降，较对照减少8.16％土壤容重，较T2则差异不显著，这说明T1在施用第一年效果最突出，在第二年仍然需要增施方可达到大幅度地减少土壤容重的目的。

②田间持水量

田间持水量作为土壤供水能力的一项重要指标，它主要受土壤质地、有机质含量和颗粒结构等的影响。由表1可以看出，各处理年限、各土层，T2和T1土壤田间持水量均显著高于对照，说明两种根区修复均改变了土壤质粒组成，提高了土壤的持水能力。但是T2与T1间差异不显著。在试验第一和第二年，T1的田间持水量显著地高于对照，分别增加了43.02％和31.07％，与T2差异不显著；T2效果略小于T1，也显著高于对照，试验第一年高于对照38.68％，试验第二年高于对照27.84％。

表1根区土壤生态修复系统对桃园不同深度土壤物理参数的影响

(2)果园不同深度土壤含水量周年变化

①周年土壤含水量变化情况

土壤含水量的高低反应土壤持水能力和供水能力的高低。2021年土壤含水量的年度变化可以看出(图1A和图1B)，不同处理土壤含水量随季节变化的趋势基本一致，均呈先上升再降低再上升的变化趋势，说明土壤含水量主要受降雨量和季节分配的影响。在整个生育期内，T1在0～20cm较对照系统土壤含水量平均增加26.7％，在20-40cm 土层土壤含水量平均增加38.9％；T2在0～20cm较对照系统土壤含水量平均增加15.5％，在20～40cm土层土壤含水量平均增加19.7％。

②0～20cm土层含水量周年变化情况

0～20cm土层各处理之间土壤含水量均表现为T1>T2>对照。由图1A可知，根区土壤含水量在10月末最高，高达24.2％，在8月标层土壤含水量最低，仅为7.9％，相差 3倍多。在不同的月份，各处理之间的差异表现不同。这表明在根区修复初期，外界干旱少雨的情况下，修复措施对0-20cm的土壤含水量影响不大，在展叶到果实成熟期这一过程中，随着降水量的增加，根区修复措施显著地增加0～20cm的土壤含水量，尤其是T1一直显著高于T2和对照；在生育后期，一方面桃树蒸腾作用减弱，另一方面由于天气的异常导致降水量猛增，根区修复措施较对照系统显著地增加了0～20cm的土壤含水量。去掉降水原因导致的增加量，由于根区土壤修复时间的延长，在同一时间点，2021年0～20cm的土壤含水量显著地高于2020年，T1增加了79.3％，而T2则增加了45.8％。这与根区修复措施显著降低土壤容重、孔隙度和田间持水量的结论相一致。

③20～40cm土层含水量周年变化情况

20～40cm土层各处理之间土壤含水量均表现为T1>T2>对照。由图1B可知，根区土壤含水量在10月末最高，高达24.2％，在8月次表层土壤含水量最低，仅为7.9％，相差3倍多。在不同的月份，各处理之间的差异表现不同。这表明在根区修复初期，外界干旱少雨的情况下，修复措施对20～40cm的土壤含水量影响不大，在展叶到果实成熟期这一过程中，随着降水量的增加，根区修复措施显著地增加20～40cm的土壤含水量，尤其是T1一直显著高于T2和对照；在生育后期，一方面桃树蒸腾作用减弱，另一方面由于天气的异常导致降水量猛增，根区修复措施较对照系统显著地增加了 20～40cm的土壤含水量。去掉降水原因导致的增加量，由于根区土壤修复时间的延长，在同一时间点，2021年20～40cm的土壤含水量显著地高于2020年，T1增加了31.2％，而T2则增加了20.4％。这与根区修复措施显著降低土壤容重、孔隙度和田间持水量的结论相一致。

(3)根区土壤生态修复系统对根区土壤养分的影响

①对土壤有机质的影响

分析处理后不同年份土壤有机质含量(图2)可知，各处理同期土壤有机质含量均表现为T1>T2>对照。随处理年限的增加，两种根区土壤生态修复系统处理有机质含量均表现为下降趋势，但处理后2年仍显著高于对照，说明根区土壤生态修复系统提高土壤肥力的持效期不少于2年。处理后1年，T1有机质含量显著高于对照，其中 0～20cm土层的有机质含量极显著地增加了76.53％，20～40cm土层显著增加了42.22％； T2有机质含量显著高于对照，其中0～20cm土层的有机质含量极显著地增加了60.36％， 20～40cm土层显著增加了30.44％，但是T1和T2之间差异不显著。

处理后2年，根区土壤生态修复系统的有机质含量开始有所下降，主要表现在 0～20cm这一层上，T1)较第1年减少8.51％，而T2较第1年减少了15.88％；但是这两个处理仍显著高于对照，T1较对照极显著地增加了51.22％，T2较对照极显著增加了28.63％；而且T1显著地高于T2，0～20cm显著增加了17.56％。但是20～40cm土层有机质含量的情况有所不同，根区土壤生态修复系统的有机质含量较第1年略有增加，但是均不显著，其中T1增加了8.46％，T2增加了5.92％，二者均显著高于对照，T1 较对照增加了50.34％，T2较对照增加了34.67％。

这些数据说明了处理T1在实施后2年均显著增加了土壤有机质，在0～20cm土层平均增加了44.49～63.88％,20～40cm土层平均增加了32.56～46.28％，其中T1显著优于T2。随着修复时间的延长，果园根区土壤生态修复系统在20～40cm这一土层的改良修复效果不断增加。

②对土壤速效养分的影响

土壤碱解氮的影响

图3～图4为本实施例中各处理对果园不同深度土层碱解氮含量的影响。两种修复系统(T1和T2)在全年不同物候期土壤碱解氮含量均显著高于对照，三者之间基本表现为T1>T2>对照的关系，整个生育期表层碱解氮含量保持在在80-100mg/kg相对较高的水平。随着土层深度的加深，各处理土壤碱解氮含量均表现为下降的趋势。说明果树根区土壤生态修复系统显著地提高了各土层土壤碱解氮含量，T1较T2差异在 20-40cm土层差异显著，在整个生育期土壤改良剂修复系统(T1)在20-40cm土层碱解氮含量维持在70-80mg/kg之间，显著地高于处理T2和对照，保证果树深层根系的养分需求。

②土壤有效钾的影响

图5～图6所示为本实施例中各处理对果园不同深度土壤速效钾含量的影响，通过不同处理不同土层在2021年不同物候期的结果可以看出，各物候期均表现为0～20cm 土层相对较高，20～40cm土层土壤速效钾含量显著降低，三种处理间基本表现为T1>T2> 对照的关系，说明两种修复系统(T1和T2)均显著提高了土壤速效钾含量，提高了土壤的供钾能力，有效地保证了桃生长对钾的需求，提高了桃的品质。

对于0～20cm土层而言，T1在整个生育期均显著地高于T2和对照，增加最突出的是果实成熟期，较对照增加了1.74倍，较T2增加了40.52％。

对于20～40cm土层而言，T1效果更突出，在整个生育期内保持在240～320mg/kg，而且在每个生育阶段均显著高于T2和对照，特别是在早中期效果突出，最高时较对照平均增加了2.5倍。

这说明土壤改良剂修复系统能够活化土壤有效养分，减少肥力流失，提高土壤保肥能力，这可能是土壤改良剂在吸水的同时，还能吸持溶解在水中的养分，提高肥料利用率。这与赵国栋等(2010)的研究一致，一次性提高苹果1/4根区局部有机质含量，不仅保证了树体正常生长，还可节约有机肥用量。

③对土壤中微量元素的影响

对土壤水溶性Ca²⁺的影响

图7所示为本实施例中各处理对果园不同深度土壤水溶性Ca²⁺含量的影响，通过不同处理不同土层在2021年的结果可以看出，0～20cm土层土壤水溶性Ca²⁺相对较高， 20～40cm土层土壤水溶性Ca²⁺显著降低，三种处理间基本表现为T1>T2>对照的关系，说明两种修复系统(T1和T2)均显著提高了土壤水溶性Ca²⁺含量，提高了土壤的供钙能力。

对于0～20cm和20～40cm土层，T1均显著地高于T2和对照，但是T2与对照之间差异不显著。T1在0～40cm土层较T2及对照的水溶性Ca²⁺含量增加了40％以上，其中 20～40cm增加幅度较大，接近50％。

对土壤水溶性Mg²⁺的影响

图8所示为本实施例中各处理对果园不同深度土壤水溶性Mg²⁺含量的影响，通过不同处理不同土层在2021年的结果可以看出，0～20cm土层土壤水溶性Mg²⁺相对较高， 20～40cm土层土壤水溶性Mg²⁺显著降低，三种处理间基本表现为T1>T2>对照的关系，说明两种根区土壤生态修复系统均显著提高了土壤水溶性Mg²⁺含量，提高了土壤的供镁水平。

对于0～20cm和20～40cm土层，T1均显著地高于T2和对照，但是T2与对照在0-20cm土层差异不差异,但是在20-40cm土层差异不显著。T1在0～40cm土层较T2及对照的水溶性Mg²⁺含量增加了50％以上，其中0～20cm增加幅度较大，接近60％。

对土壤有效Zn的影响

图9所示为本实施例中各处理对果园不同深度土壤有效Zn含量的影响，通过不同处理不同土层在2021年的结果可以看出，0～20cm土层土壤有效Zn相对较高，20～40cm 土层土壤有效Zn显著降低，三种处理间基本表现为T1>T2>对照的关系，说明两种修复系统(T1和T2)均显著提高了土壤有效Zn含量，提高了土壤的供锌水平。

对于0～20cm和20～40cm土层，T1均显著地高于T2和对照，但是T2与对照差异不显著。T1在0～40cm土层较T2及对照的有效Zn含量增加了130.8％以上，其中20～40cm 增加幅度较大，为133.3％。

(4)根区土壤生态修复系统对根区微生物的影响

(1)土壤细菌

通过2020年和2021年的土壤根区修复，桃树根区在花期、坐果期、果实成熟期、成熟后期、落叶期的土壤细菌数量特征如下图10。由图10可知，根区土壤的细菌数量在坐果期最高，高达1.2*10⁸cfu/g，在落叶期土壤的细菌数量最低，仅为 1.8*10⁷cfu/g，相差一个数量级。在不同的生育期，各处理之间的差异表现不同。在花期，T1在整个生育期极显著,显著高于T2及对照系统，分别增加了42.9％～1.05倍和1.44～1.97倍；T2在花期到果实成熟期显著高于对照系统，分别增加了 53.8％～84.2％，但是在成熟后期和落叶期与对照系统差异不显著。这表明根区修复显著地增加土壤细菌数量，但是两种修复措施有差异，在生育后期，土壤改良剂修复系统的效果更显著，均是成倍地高于对照系统，而有机肥修复系统则恰好相反，在生育中早期成倍地高于对照系统。

(2)土壤真菌

通过2020年和2021年的土壤根区修复，桃树根区在花期、坐果期、果实成熟期、成熟后期、落叶期的土壤真菌数量特征如下图11。由图11可知，根区土壤的真菌数量在坐果期最高，高达6.9*10⁴cfu/g，在落叶期土壤的真菌数量最低，仅为 3.0*10⁴cfu/g，相差2倍。在不同的生育期，各处理之间的差异表现不同。在花期和坐果期，各处理之间差异不显著；在果实成熟期，T1与T2均显著高对照系统，分别增加了56.8％和40.9％，但是T1与T2之间差异不显著；在成熟后期和落叶期，T1显著高于T2及对照系统，分别增加了60.0％和41.0％，但是有机肥修复系统与对照系统差异均不显著。这表明根区修复显著地增加土壤真菌数量，但是两种修复措施有差异，在生育后期，土壤改良剂修复系统的效果更显著，而有机肥修复系统仅在果实成熟期显著高于对照系统，在其他生育期与对照系统差异不显著。

③土壤放线菌

通过2020年和2021年的土壤根区修复，桃树根区在花期、坐果期、果实成熟期、成熟后期、落叶期的土壤真菌数量特征如图12。由图12可知，根区土壤的真菌数量在坐果期最高，高达1.5*10⁷cfu/g，在落叶期土壤的真菌数量最低仅为7.0*10⁶cfu/g，相差2倍多。在不同的生育期，各处理之间的差异表现不同。在花期和落叶期，各处理之间差异不显著；在坐果期、果实成熟期和成熟后期，T1均显著高于T2，分别增加了16.0％和、20.0％和26.3％；也显著高于对照系统，分别增加了45.0％、34.7％和34.8％，但是有机肥修复系统与对照系统差异均不显著。这表明土壤改良剂修复系统的修复显著地增加土壤放线菌数量，尤其是在果实的成长期表现突出，土肥修复系统修复措施虽然也增加了放线菌的数量，但是效果还未达到显著水平。

(5)根区土壤生态修复系统对桃树生长的影响

①归一化植被指数：NDVI众所周知的一种植被指数，通过测量近红外(植被强烈反射)和红光(植被吸收)之间的差异来量化植被，其计算公式为：

其中ρ_NIR为近红外波段反射率ρ_RED为红光波段反射率。

通过图13可知，在整个生育期内在坐果期时桃树的NDVI最高，在果实成熟后期，桃树的NDVI最低。各处理桃树的NDVI在展叶期和盛果后期存在差异，而在坐果期、果实膨大期和果实成熟期差异不显著。在展叶期，T1的NDVI显著高于T2和对照，分别高了31.50％和15.0％；T2显著高于对照系统，高了14.37％。在果实成熟期，T1的 NDVI显著高于T2和对照，分别高了9.43％和7.17％，但是T2与对照系统之间差异不显著。

②植被绿度

绿度又称为比值植被指数，为二通道(554和677)反射率之比，能较好地反映植被覆盖度和生长状况的差异，特别适用于植被生长旺盛、具有高覆盖度的植被监测。其计算公式为:

G＝R554/R677

通过图14可知，在整个生育期内在展叶期时桃树的植被绿度G最高，在果实成熟后期，桃树的植被绿度G最低。各处理桃树的植被绿度G在展叶期和坐果期存在差异，而在果实膨大期、果实成熟期和盛果后期差异不显著。在展叶期和坐果期，T1的植被绿度G显著高于T2和对照，分别高了15.2～18.1％和7.2～8.3％；但是T2同对照系统差异不显著。这与桃树营养生长和生殖生长规律相一致，在前期的营养生长为主的阶段，各处理之间差异显著，特别是T1显著优于T2和对照，而在后期的生殖生长为主的阶段，虽然T1的植被绿度高于T2和对照系统，但是差异不显著。

③光化学植被指数

PRI对活植物的类胡萝卜素(尤其黄色色素)变化非常敏感，类胡萝卜素可标识光合作用光的利用率，或者碳吸收效率。

其计算公式如下：

PRI＝(R531-R570)/(R531+R570)

通过图15可知，在整个生育期内桃树的光化学植被指数PRI随着生长，不断增加，在果实成熟后期PRI最高，达到0.043。各处理桃树的光化学植被指数PRI在展叶期、坐果期和果实成熟期存在差异，而在果实膨大期和盛果后期差异不显著。在展叶期、坐果期和果实成熟期，T1的光化学植被指数PRI显著高于T2和对照，分别高了 12.8～16.0％和7.2～9.1％，但是在这三个时期T2)同对照系统差异均不显著。

(6)根区土壤生态修复系统对延缓叶片衰老的影响

①叶片叶绿体色素

如图16所示，两种修复系统(T1和T2)能够显著增加叶片叶绿素a、叶绿素b 及类胡萝卜素含量。三种处理色素含量大小间均表现为对照<T2<T1。5月份到8月份，各色素含量表现为略微上升的趋势，其中7月份三种处理间差别最为明显，与对照相比，T2叶片叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素含量分别升高14.13％、6.75％和 20.83％；土壤改良剂修复系统(T1)叶片叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素含量分别升高41.23％、30.72％和45.60％。从8月份到10月份三种色素含量呈下降趋势，但T1 色素含量始终高于对照，10月份T1三种色素含量分别为对照的1.63、1.77和1.60 倍。说明根区修复提高了各色素含量，且9月份色素开始降解，叶片进入功能衰退期，但T1能够延缓叶片衰老，使色素含量保持在相对较高的水平。

②叶片抗氧化酶活性及MDA含量

为了探究根区修复是否能延缓叶片衰老，对9月份和10月份叶片样品进行了测定。结果表明(图17)，9月份进入衰老期，10月20日较9月3日功能期叶片而言，抗氧化酶活性升高，MDA含量增加，且各处理间MDA含量表现为对照>T2>T1，差异显著。随着叶片衰老时间的延长，各处理间叶片SOD、POD、CAT含量均不同程度的升高，三者之间大小表现为对照>T2>T1，且两种修复系统(T1和T2)与对照相比差异显著，但T1和T2差异不明显，说明根区修复能够显著降低各个时期叶片中SOD、POD和CAT 的酶活性，其中以CAT活性降低幅度最大，10月20日有T2和T1分别较对照降低了 8.78％和29.97％，而SOD和POD活性与对照相比则分别降低了和10.39％、21.57％和 10.18％、27.78％。叶片MDA含量显著降低，说明根区修复能够降低细胞膜的膜脂过氧化程度，延缓叶片衰老。

(7)根区土壤生态修复系统对桃品质的影响

①对桃外在品质的影响

桃生长动态如图18所示。桃横径、纵径和单果重随着果实的发育不断增加。

横径：花后0-50天内，三种处理间果实横径差异不显著，基本表现为相同的数量。花后处理75天到90天，与对照相比，T1和T2均显著增加了果实的横径，分别增加了6.18～10.85％和5.03～9.38％,但是T1与T2之间差异不显著。纵径：与横径相似，花后0-50天内，三种处理间果实纵径差异不显著。花后处理75到90天，T1 较对照和T2均显著增加了果实的纵径，分别增加了9.67～13.60％和5.36～8.04％,但是 T1与T2之间差异不显著。单果重：与桃的横径、纵径相同，在开花后0-50天内，三个处理间的桃单果重差异不显著。花后处理75到90天，T1较对照和T2均极显著增加了桃单果重，分别增加了22.58～29.72％和12.51～21.11％,但是T2与对照之间差异不显著。桃的含水量：桃果实的含水量随果实的生长不断升高，花后75天达到最高，之后趋于平稳，与对照相比，T1和T2显著提高了果实的水分含量，表现为T1>T2> 对照，三者之间差异显著。

结果表明，在生育期结束时，T1能够显著增加果实的纵径、横径、单果重和果实含水量，可能是由于该系统具备充足稳定的养分来源和水分供应，从而有效地提高了果实的发育质量。

②对桃内在品质的影响

Vc含量的影响

通过图19整体分析，可以看到T1的Vc含量极显著高于T2和对照，分别增加了43.48％和37.15％,但是T2与对照之间差异不显著。

由于光照影响的差异，桃树不同方位的Vc含量也存在较大差异。T1的Vc含量规律是，东西枝〈北枝〈南枝，北枝和南枝极显著地高于东西枝，分别增加了58.82％和 37.50％，南枝和北枝之间差异极显著,增加了22.73％。T2则是东西枝〈南枝〈北枝, 北枝和南枝显著高于东西枝,分别增加了33.33％和50.0％,但是南枝和北枝之间差异不显著。对照系统是北枝〈南枝〈东西枝，但是三者之间差异不显著。

不同处理系统对于不同方位的果枝影响有差异。对于桃树南向果枝而言,T1较T2和对照极显著地增加了桃的Vc含量,分别增加了68.75％和67.91％，均高于平均水平，但是T2与对照之间差异不显著。对于北向果枝而言，T1和T2的Vc含量均极显著高于对照，分别增加了46.67％和22.22％；T1与T2之间差异极显著，Vc增加了22.21％。对于东西向果枝而言，则是,T1与对照显著高于T2)，分别增加了41.67％和42.68％，但是T1与对照之间差异不显著。

对硝酸盐含量的影响

通过图20整体分析，可以看到T1和T2的硝酸盐含量均极显著低于对照，分别较对照降低硝酸盐含量17.21％和9.75％；T1与T2差异显著，平均降低硝酸盐含量8.27％。

由于光照影响的差异，桃树不同方位的硝酸盐含量存在较大差异，整体来看，南枝桃〉东西枝〉北枝,但是不同处理各方位之间的差异不同。其中T1的北枝极显著地高于南枝和东西枝，分别降低了硝酸盐含量25.11％和28.33％，但是南枝和东西枝之间差异不显著。T2和对照，三个方位差异不显著。

不同处理对于不同方位的果枝影响有差异。对于桃树南向果枝而言,T1和T2极显著地降低了桃的硝酸盐含量,分别较对照降低了15.59％和15.96％，但是T1与T2之间差异不显著。对于北向果枝而言，T1和T2的硝酸盐含量均极显著低于对照，分别降低了33.89％和11.75％，效果更显著；T1与T2之间差异极显著，降低了硝酸盐含量25.09％。对于东西向果枝而言，三个系统之间差异不显著。

对糖酸比的影响

通过图21整体分析，可以看到T1的桃糖酸比极显著高于T2和对照，分别增加了25.44％和57.04％,T2与对照之间差异极显著，糖酸比增加了25.22％。

由于光照影响的差异，桃树不同方位的Vc含量也存在较大差异。T1的糖酸比规律是，东西枝〈北枝〈南枝，北枝和南枝极显著地高于东西枝，分别增加了41.14％和 28.72％，南枝和北枝之间差异极显著,增加了12.42％。T2和对照则是北枝〈南枝〈东西枝,东西枝显著高于南枝和北枝，分别增加了40.84％和29.13％；2南枝和北枝之间差异极显著，糖酸比增加了32.07％，对照的南枝和被枝之间差异不显著。

不同处理对于不同方位的果枝影响有差异。对于桃树南向果枝而言,T1较有T2)和对照极显著地增加了桃的糖酸比,分别增加了91.52％和35.16％，均高于平均水平，而且T2与对照之间差异极显著，增加了41.70％。对于北向果枝而言，T1较有T2和对照极显著地增加了桃的糖酸比，分别增加了82.26％和62.79％；而且T2对照之间差异极显著，增加了11.95％。对于东西向果枝而言，则是T2最优，显著高于T1与对照，分别增加了11.37％和22.13％。

本发明将北方干旱果园的根区土壤生态系统作为一个整体,从生态系统的空间功能入手,首先在根区挖0.8*0.6的方穴,作为果树根系主要吸收营养和水分的调控区域；其次是在该区域通过分层次施入有机肥、果园土壤调理剂，稳定了根区的土壤缓冲体系，其中果园土壤调理剂的主要组分是钠基膨润土，它的主成分蒙脱石，是有硅氧四面体所组成的三层片状结构的粘土矿物，具有较高的离子交换容量和较高的吸水膨胀能力；海藻寡糖分子量小、水溶性好，具备的生物活性物质能够促进根区毛管束增粗，提高抗旱性和抗细菌病害等；添加的PAM是高分子量的水溶性聚合物，具有很强的吸水性；增加了螯合态的Zn和Mn,配比了纳豆芽胞杆菌和假丝酵母菌为主的复合菌剂。通过采用本发明的根区土壤生态修复方法显著地改善了对北方干旱果园的根区土壤物理系统、化学系统和生物系统的各项功能，有效地提高了果园产量和改善了果品的品质。

本发明的步骤简单，易操作。果园土壤调理剂的制作工艺安全环保无污染。首先所有的组分安全，主成分膨润土是环境友好型的粘土矿物，海藻寡糖被广泛用于医药、食品、化妆品等领域，PAM被普遍应用于石油开采、造纸、水处理、纺织、医药、农业等行业，螯合态Zn和Mn及纳豆芽胞杆菌和假丝酵母菌都是USDA国际有机农作物土壤调节剂认证产品。

Claims (6)

1.一种北方山区果园的根区土壤生态修复方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)果树落叶后，在距树体1.0～1.2m处，开挖宽0.8m、深0.6m的方穴，长度则根据被修复改良的果树垄长度而定，挖出土壤按每20cm一层分别堆放；

(2)将有机肥和果园土壤改良剂三等分后与所述步骤(1)开穴分层挖出的土壤分别混合均匀，按顺序依次回填入所挖的方穴内；

(3)将复合菌剂灌入方穴内，待入渗后压实方穴的土壤；

所述果园土壤改良剂由钠基膨润土，海藻寡糖，聚丙烯酰胺，柠檬酸螯合锌，柠檬酸螯合锰组成；

所述复合菌剂由纳豆芽胞杆菌和假丝酵母菌剂组成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述果园土壤改良剂，以重量计，包括钠基膨润土150份，海藻寡糖36份、聚丙烯酰胺20份，螯合锌0.5份，螯合锰0.1份。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述果园土壤改良剂用量为200～300kg/667m2，所述有机肥用量为1000～2000kg/667m2。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将纳豆芽胞杆菌和假丝酵母菌剂按照1：1混合得到所述复合菌剂，所述复合菌剂的活菌数≥10亿/g。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，按照1％的比例将所述复合菌剂加入到浓度为1％糖蜜水溶液中，密封24小时活化后使用。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，活化的复合菌剂用量为10～20L/667m2，稀释10倍使用。

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