Effects of intercropping rape on soil moisture and quality of apple fruit in an apple orchard in the Loess Plateau
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摘要:目的
间作生草是黄土高原苹果优势产区有机肥替代化肥模式之一。由于黄土高原地区年际干旱少雨且降水在季节上分配不均，可能产生果园生草与果树争水的问题。因此，本研究采用不同耗水模式的油菜品种探究其对土壤水分及苹果品质的影响。
方法试验于2018和2019年在陕西省延安市安塞区南沟流域进行。设置4个生草处理，分别为甘蓝型油菜陕油2013、春性白菜型油菜浩油21、强冬性白菜型油菜延油2号和传统清耕制度 (CK)。田间定位监测土壤水分，测定油菜生长指标及果树的果实品质。比较分析不同油菜类型的生长状况、果园土壤含水量、土壤水分相对差异、苹果新梢生长状况、果实品质等。
结果在两年试验期内，间作不同油菜各项生长指标具有显著性差异。单位面积生物量表现为甘蓝型油菜 > 强冬性白菜型油菜 > 春性白菜型油菜。在土壤水分方面，4个处理土壤含水量变化趋势基本一致，0—20 cm土层水分含量随时间变化最大。其中，甘蓝型油菜、春性白菜型油菜和强冬性白菜型油菜处理行间0—20 cm土层两年平均土壤含水量分别较CK降低了19.2%、3.3%和8.5%，20—100 cm土层两年平均土壤含水量分别较CK提升−4.9%、12.1%和6.4%。20—100 cm土层的平均土壤水分变异系数表现为甘蓝型油菜处理最大，春性白菜型油菜处理最小。间作油菜提升了苹果品质，以间作春性白菜型油菜的效果最显著，其可溶性固形物、可溶性糖和VC含量较清耕对照显著增加了1.00个百分点、1.57个百分点和47.58%，间作其他两个油菜品种与清耕相比只有VC含量显著升高。
结论与清耕相比，苹果树行间间作春性白菜型油菜、强冬性白菜型油菜和甘蓝型油菜均有效提升了20—100 cm土层土壤含水量，降低了苹果树休眠期土壤储水量损失，进而显著促进了果树的生长发育，提升了果实品质。其中，苹果树行间间作春性白菜型油菜效果最佳，是黄土高原旱作苹果园较为适宜的间作模式。
Abstract:ObjectivesPlanting grass in an orchard is one of the models of partially replacing chemical fertilizers with an organic fertilizer in apple production areas. Due to low and uneven inter-season variation in precipitation in the Loess Plateau, planting grass may increase water uptake and deteriorate soil water storage. Therefore, we tested rapes with different water consumption patterns capable of serving as orchard grass.
MethodsThe experiment was conducted in 2018 and 2019 in Yan’an City, Shaanxi Province. Three intercropped rape varieties; namely, napus rape Shaanyou 2013 (A-G), spring cabbage type rape Haoyou 21 (A-H), strong winter cabbage type rape Yanyou 2 (A-Y), and clean soil surface control (CK), were used as treatments. Soil moisture, rape growth index and apple fruit quality were measured.
ResultsThe growth index of rape was (P < 0.05) different among different rape types in two years. The leaf and branch biomass per area were as follows: cabbage type rape (A-G) > strong winter cabbage type rape (A-Y) > spring cabbage type rape (A-H). The soil moisture variation within the apple-growing period was similar in the four treatments, and the most significant variation was observed in the 0–20 cm soil layer. Compared with CK, the soil water content of A-G, A-H, and A-Y in 0–20 cm soil layer decreased by 19.2%, 3.3%, and 8.5%, respectively. In the 20–100 cm soil layer, the soil moisture content increased by –4.9%, 12.1%, and 6.4%. The coefficient of variation of average soil water content in the 20–100 cm soil layer was higher in A-G and smaller in A-H. The three intercropping treatments improved the fruit taste. However, the most significant effect was observed in A-H, where the contents of soluble solids, soluble sugar and VC in the apple of intercropping spring rape was higher than other treatments, improving by 1 and 1.57 percent point, and 47.58%.
ConclusionsIntercropping of cabbage type rape, strong winter cabbage type rape, and spring cabbage type rape are all efficient in increasing soil water storage in 20–100 cm soil depth, thereby decreasing the consumption of soil water during apple dormancy. Consequently, the treatments stimulate the growth and development of apple trees and improve the fruit quality. Spring cabbage type rape performed better than the other two types, and thus, it is recommended for intercropping with dry apple orchards on the Loess Plateau.
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Keywords:
- dryland apple orchard /
- intercropping rape /
- soil moisture /
- apple fruit quality
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退耕还林 (草) 工程实施以来，苹果产业已成为黄土高原区域经济发展的主导产业[1]，截止2016年，黄土高原苹果种植面积已达1305,800 hm2[2]。然而，黄土高原80%以上的苹果园为旱作雨养果园，苹果生长依赖于有限的降水资源[3]。长期以来，果园普遍采用清耕制管理模式，导致非生产性耗水增加、土壤蓄水保墒抗蚀效果差，引发土水环境状况恶化[4]，严重限制了黄土高原地区苹果产业的可持续发展。因此，选择合适的果园土壤管理措施，增加土壤水分保蓄能力，改善土壤水分环境，对黄土高原地区旱作苹果园的经济效益和生态效益协同提升有着重要的影响。
作为一种有效的果园土壤管理模式，果园生草在黄土高原地区被广泛实施[5]。研究发现，果园生草能够调节根系分布，促进形成许多复杂细微的通道，改变土壤孔隙结构和孔隙数量，降低土壤容重，对土壤物理性质产生积极影响[6]。进而增加了土壤水稳性团聚体含量，有效改善了土壤入渗性能及持水能力，提高土壤储水能力、土壤水有效性[7]和降水资源利用效率[8]。此外，果园生草通过增加地表覆盖、改善田间小气候等方式降低土壤蒸发强度，降低了非生产性耗水损失[9]。然而，果园生草对土壤水分的改善效果受果园立地环境、生草方式、生草时期和生草种类的影响[10]。适宜的果园生草配置能够有效地改善果园土壤水分环境，而不适宜的果园生草配置可能会导致生草与果树产生水分竞争作用，特别是在干旱半干旱地区更易产生水分竞争，导致水资源匮乏。现有的生草模式主要为“果树行间间作生草+清耕带覆盖”二元生草覆盖模式[11]。而油菜作为间作作物，不仅具有上述的各项优缺点，同时可作为绿肥使用。此外，油菜更具其他的非生产性价值，例如：观光旅游，养蜂采蜜。果园间作油菜可用作生态农业建设。
目前，黄土高原地区果园生草系统建立以后，普遍存在果树与生草的生育期基本重合的现象[12]。这势必会增加土壤水分竞争发生几率，导致水分过度消耗，不利于苹果的生长发育。为避免或减少种间土壤水分的竞争，本研究以黄土高原旱作山地苹果园为对象，选择3种不同耗水油菜品种间作，开展秋季果园间作油菜田间试验研究，以期为旱作山地苹果园土壤水分管理和果园生草模式提供理论依据与技术支撑。
1. 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于陕西省延安市安塞区南沟流域 (109°18′50′′E，36°35′42′′N)。该地区为典型的黄土高原丘陵沟壑区，平均海拔1100 m，多年平均降雨量为535 mm，属干旱半干旱地区，7月、8月和9月的降雨量通常占年降水总量的60%～70%，且多为高强度降雨形式，易产生径流。当地土壤为黄绵土，土壤容重为1.28 g/cm3，田间持水量为20%。该地区植被主要以苹果树和生态林为主。苹果树种植无灌溉条件，以雨养为主。而早期的清耕制度易导致水土流失和表层土壤养分流失，不利于生态的可持续发展。
1.2 试验设计
研究区苹果树为矮化密植型果树，品种为烟富8品种 (砧木为矮化自根砧M9T337)，树龄为4年 (2015年种植)，行距为4 m，株距约为1 m，树盘 (两侧各1 m) 覆盖黑色园艺地布，行间 (2 m) 间套油菜。
本研究选取3个油菜供试品种，分别为甘蓝型油菜陕油2013、春性白菜型油菜浩油21和强冬性白菜型油菜延油2号。试验设置4个处理，分别为：行间清耕 (CK)、行间种植甘蓝型油菜 (A-G)、行间种植春性白菜型油菜 (A-H) 和行间种植强冬性白菜型油菜 (A-Y)。其中，清耕制度为黄土高原果园土壤管理最普遍的模式。而近些年来，行间种植强冬性白菜型油菜是当地新兴的果园生草模式。
播种油菜一周前，采用微型旋耕机对所有处理进行土地整理，翻地深度为15 cm。同时在翻地前，施入磷酸二铵 (N 18%，P2O5 46%) 150 kg/hm2。然后划分小区，油菜种植边缘距苹果树100 cm，油菜种植宽度为200 cm，行距为30 cm，共8行 (图1)。各处理施肥种类、次数、用量一致，同一行苹果树两侧行间处理一致。所有处理无灌溉，采用雨养。行间油菜种植方向与果树行向一致，3种油菜2018年8月11日和2019年8月6日播种。采用人工方式顺开沟行播种，沟深3 cm，播种量为3.75 kg/hm2。均匀播种后，覆土整平土地。其中甘蓝型油菜和春性白菜型油菜在试验区无法正常越冬，故在越冬前刈割覆盖，强冬性白菜型油菜生长至次年4月中旬刈割覆盖。试验区苹果树与油菜土壤水分监测点见图1，每个处理重复3次，每个小区长20 m、宽12 m，包含3行苹果树。每个小区随机选取3棵长势相似的果树作为重复，在行间距果树分别为30、60、100、200 cm处设土壤水分监测点 (图1)，试验共设置48个土壤水分监测点。
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图 1 试验布设与土壤水分监测点分布图Figure 1. Experimental layout showing the map for soil water monitoring and distribution points1.3 测定项目与方法
采用Trime-IPH管式土壤水分测量系统测定土壤体积含水量，该系统于2018年年初布设于试验地，测量深度为100 cm，测量步长为20 cm一层，布设位置见图1。测量时段为2018年8月—2019年12月，共计测量18次。
单株油菜生长指标测定方法采用五点法采样，用游标卡尺和卷尺测量其株高和茎粗数据，通过烘干法 (80℃) 测量干物质重量，取样时间为2018年12月8日。同时，每个处理随机选取1 m2区域，3个重复，测量单位面积的生物量。
利用经典统计学原理，计算土壤水分变异系数 (SWCCV)：
SWCCV=SWSS¯SWC×100% (1) 式中：SWSS为土壤含水量的标准方差cm3/cm3；¯SWC为土壤含水量的均值cm3/cm3；SWCCV为土壤含水量随时间变异程度。
土壤水分竞争以土壤含水量的相对差异 (RDSW) 来表示[13]：
RDSWi,j=θi,j−θck,jθck,j (2) 式中：θi,j和θck,j分别代表第i个处理和对照 (CK) 下第j个采样日期的土壤含水量cm3/cm3。如果RDSW为负值，则表示行间作物加速了土壤水分的消耗；负值越大，意味着竞争程度越高，反之亦然。本试验中，对距苹果树不同距离的4个位置分别进行了计算。
土壤储水量计算公式：
W=10Hθ (3) 式中：W为土壤储水量 (mm)；H为土层厚度cm；θ为土壤含水量 (cm3/cm3)；10为换算系数。
ΔW=W1−W2 (4) 式中：ΔW为土壤储水量的消耗 (mm)；W1为后一次休眠期的储水量 (mm)；W2为前一次休眠期的储水量 (mm)。
根据枝条上新梢的两个节点，采用卷尺来测定苹果树新梢的总长度。随机选取3棵长势良好的果树，每棵果树随机选取25枝枝条。我们选取100片果树叶片叠加压实，采用游标卡尺进行测量。选取3棵树，每棵苹果树设置3个重复。同时，采用叶绿素计 (SPAD-502Plus) 测量叶绿素含量。在当年苹果成熟期每个处理随机选择8棵树，从每颗果树的4个方向随机选取4个长势相似的苹果，采用PAL-1糖度计测定果实可溶性固形物含量，用滴定法测定可滴定酸含量，采用嗯酮比色法测定可溶性糖含量，用2,6-二氯靛酚滴定法测定VC含量。
气象数据由距试验地20 m的微型气象站获取，主要参数包括降水、温度、风速和太阳辐射。
1.4 试验期间降水状况
根据气象数据显示 (图2)，2018和2019年累计降水量分别为492 和608 mm，2019年降水量较2018年增加116 mm，按照该地区多年降水频率划分，2018年为平水年，2019年为丰水年。
1.5 数据处理
采用Excel 2010和SPSS软件进行数据统计分析，采用单因素 (one-way ANOVA) 和LSD法进行方差分析和多重比较 (α=0.05)。采用OriginPro 2021软件作图。
2. 结果与分析
2.1 不同品种油菜生长状况
3种油菜因其耗水模式不同，生长状况存在显著差异 (表1)。对于株高而言，春性白菜型油菜显著高于甘蓝型油菜和强冬性白菜型油菜，但根茎粗和主根长度却表现为强冬性白菜型油菜显著高于甘蓝型油菜和春性白菜型油菜。3种油菜以甘蓝型油菜地上干物质积累最大，强冬性白菜型油菜的主根干物质积累最大。地上部+地下部生物量表现为甘蓝型油菜 > 强冬性白菜型油菜 > 春性白菜型油菜。从不同年际间对比可以发现，2019年不同油菜生长状况要优于2018年，这可能是由于2019年降水充沛，减弱了干旱的胁迫，促进了油菜生长。
表 1 不同类型间作油菜生长状况Table 1. Growth status of different intercropped rape types年份
Year处理
Treatment株高
Stem length
(cm)根茎粗
Rootstock diameter
(mm)主根长度
Taproot length
(cm/plant)地上干重
Aboveground dry weight
(g)主根干重
Main root dry weight
(g)生物量 Biomass (g/m2) 地上部
Shoot根部
Root2018 A-H 107.50 ± 10.22 a 5.93 ± 1.81 c 10.97 ± 1.86 c 6.12 ± 3.19 ab 0.45 ± 0.35 b 1642 ± 96 c 79.6 ± 9.7 c A-G 50.10 ± 3.89 b 7.68 ± 1.84 b 15.22 ± 2.33 b 8.58 ± 4.01 a 1.45 ± 0.72 a 3339 ± 301 a 250.9 ± 32.8 b A-Y 45.45 ± 6.99 b 11.24 ± 1.46 a 18.97 ± 2.43 a 4.83 ± 1.56 b 1.67 ± 0.70 a 2480 ± 240 b 567.4 ± 82.9 a 2019 A-H 123.80 ± 8.58 a 6.39 ± 0.62 c 14.68 ± 1.04 b 7.07 ± 1.58 ab 0.57 ± 0.19 b 1940 ± 180 c 96.6 ± 6.3 c A-G 57.60 ± 7.50 b 8.07 ± 1.20 b 17.62 ± 1.98 b 9.24 ± 2.45 a 1.65 ± 0.43 a 3594 ± 156 a 299.5 ± 35.8 b A-Y 50.00 ± 4.85 b 12.60 ± 1.29 a 20.90 ± 3.42 a 5.87 ± 1.84 b 1.93 ± 0.42 a 2883 ± 197 b 622.2 ± 44.6 a 注（Note）：A-H—春性白菜型油菜 Spring cabbage type rape; A-G—甘蓝型油菜 Cabbage type rape; A-Y—强冬性白菜型油菜 Strong winter cabbage type rape. 同列数值后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in the same column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05). 2.2 行间土壤水分动态变化
如图3所示，在0—20 cm土层和20—100 cm土层，4个处理土壤含水量变化趋势受降水影响表现出基本一致的规律，但不同处理变化幅度略有差异。0—20 cm土层深度CK、A-G、A-H和A-Y处理土壤水分变异系数分别为16.2%、23.1%、15.9%和17.1%，20—100 cm土层土壤含水量比0—20 cm土层稳定，土壤水分变异系数分别为10.3%、10.9%、7.9%和10.0%，0—100 cm整个土层均以A-G处理最大，A-H处理最小。通过两年试验监测A-G、A-H和A-Y处理行间0—20 cm土层土壤含水量分别较CK降低19.2%、3.3%和8.5%，20—100 cm土层土壤含水量分别较CK提升−4.9%、12.1%和6.4%。因此，春性白菜型油菜间作能够维持苹果树行间土壤水分的稳定性，对20—100 cm土层土壤水分提升效果明显，3种油菜对于行间0—20 cm土层土壤水分均表现为消耗，春性白菜型油菜消耗最小，甘蓝型油菜消耗最大。
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图 3 行间土壤含水量的动态变化[注（Note）：CK—清耕No crop growing control；A-G—甘蓝型油菜Cabbage type rape；A-H—春性白菜型油菜Spring cabbage type rape；A-Y—强冬性白菜型油菜Strong winter cabbage type rape.]Figure 3. Dynamic of soil water content in inter-rows2.3 苹果树休眠期前后土壤储水量的消耗
由于不同油菜生理特性不同，导致在同一时期存在不同的耗水强度。本试验中春性白菜型油菜和甘蓝型油菜均无法越冬，在冬季自然枯萎覆盖在地表，而强冬性白菜型油菜可以安全越冬，第二年春季萌发新叶再次生长发育。苹果树休眠期前后 (2018年10月30日—2019年3月17日) 不同位置0—100 cm土层土壤储水损失量见图4。距离果树30 cm处3个间作处理较CK均减少了土壤储水损失量，A-Y处理损失最小。距离果树60 cm处，3个间作处理较CK均增加了土壤储水损失量，A-Y处理损失最大。距离树干100 cm处A-G和A-H处理土壤储水损失量明显小于CK，A-Y处理与CK处理基本持平。距树干200 cm处，3个间作处理均明显减小了土壤储水损失量，A-Y处理减小最为明显。整体来看，3个间作处理4个位置平均土壤储水损失量均小于CK，4个处理土壤储水损失量表现为CK > A-Y > A-G > A-H。因此，间作春性白菜型油菜有利于保蓄苹果园休眠期的土壤水分，减少土壤储水损失量。
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图 4 间作不同类型油菜0—100 cm土壤储水损失量[注（Note）：CK—清耕No crop growing control；A-G—甘蓝型油菜Cabbage type rape；A-H—春性白菜型油菜Spring cabbage type rape；A-Y—强冬性白菜型油菜Strong winter cabbage type rape.]Figure 4. Loss of water storage in 0–100 cm soil under different types of rape intercropping2.4 各位置土壤水分竞争
3个间作处理不同位置、不同土层对土壤水分的竞争 (RDSW) 值随时间变化 (图5)，对比可知A-H处理和A-Y处理竞争作用远小于A-G处理。A-G、A-H和A-Y处理，距离苹果树树干30 cm处0—100 cm土层竞争发生频率分别为98.9%、27.8%和42.2%，距离苹果树树干60 cm处0—100 cm土层竞争发生频率分别为80.0%、14.4%和26.7%，距离苹果树树干100 cm处0—100 cm土层竞争发生频率分别为78.9%、43.3%和53.3%，距离苹果树树干200 cm处0—100 cm土层竞争发生频率分别为88.9%、22.2%和27.8%。
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图 5 3种类型油菜间作各位置对土壤水分的竞争值 (RDSW) 变化[注（Note）：A-H—春性白菜型油菜Spring cabbage type rape；A-G—甘蓝型油菜Cabbage type rape；A-Y—强冬性白菜型油菜Strong winter cabbage type rape. 图中1，2，3，4分别代表距离果树30、60、100、200 cm处的位置 Figures 1，2，3，and 4 represent the four water monitoring positions in 30，60，100，and 200 cm away from the fruit tree.]Figure 5. Changes in relative difference to soil water (RDSW) at various positions of the three types of rape intercroppingA-H处理和A-Y处理竞争现象主要发生区域为间作边缘位置 (距果树树干100 cm)，而A-G处理在各个位置竞争现象发生频率均较高，以果树位置 (距果树树干30 cm) 和间作行间位置 (距果树树干200 cm) 竞争作用最为激烈。就不同处理竞争现象发生深度来说，A-H处理和A-Y处理主要发生在0—60 cm土层而A-G处理在0—100 cm土层均有发生。
2.5 不同处理对苹果生长和品质的影响
由表2可知，与清耕 (CK) 相比，行间间作油菜对果树叶片和新梢生长均有显著影响。A-Y处理百叶厚和新梢长度增加最大，提升比例分别为9.04%和13.20%。A-H处理叶绿素含量提升比例最大，达到15.16%。A-H处理和A-Y处理果树的百叶厚、叶绿素含量和新梢长度的提升作用均高于A-G处理，这主要是因为A-H处理和A-Y处理有助于深层土壤水分提升，有利于水肥耦合，从而促进了叶片和新梢的生长发育。
表 2 不同类型油菜间作处理果树叶片质量和叶梢发育状况Table 2. Leaf quality and shoot development of fruit tree leaves under different types of rape intercropping处理
Treatment百叶厚 100-leaves thickness 叶绿素 SPAD 新梢长度 New shoot length 实测值 (mm)
Measured提升比例 (%)
Improved ratio实测值
Measured提升比例 (%)
Improved ratio实测值 (cm)
Measured提升比例 (%)
Improved ratioCK 23.23 ± 0.35 c 45.79 ± 0.84 c 35.08 ± 0.39 c A-H 25.20 ± 0.40 a 8.48 52.73 ± 0.39 a 15.16 39.15 ± 0.37 a 11.60 A-G 24.23 ± 0.60 b 4.30 51.13 ± 0.60 b 11.66 38.13 ± 0.21 b 8.69 A-Y 25.33 ± 0.46 a 9.04 51.77 ± 0.90 ab 13.06 39.71 ± 0.21 a 13.20 注（Note）：CK—清耕 No crop growing control; A-H—春性白菜型油菜 Spring cabbage type rape; A-G—甘蓝型油菜 Cabbage type rape; A-Y—强冬性白菜型油菜 Strong winter cabbage type rape. 同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column indicate significant difference among treatments (P < 0.05). 由表3可知，果树行间间作油菜对苹果果实的内在品质影响存在着差异。其中，A-H处理的苹果可溶性固形物、可溶性糖和VC含量均高于其他处理，清耕 (CK) 处理最低。其中，A-H处理较CK可溶性固形物、可溶性糖和VC含量分别提升了1.00个百分点、1.57个百分点和47.58%。可滴定酸以清耕 (CK) 处理最高，A-H处理最低，降低了0.06个百分点。由此可知，行间间作油菜有助于苹果果实内在品质的提升。由于试验区果树产量在两年试验期间受到冰雹、冻害等极端气象条件的影响很大，不具有代表性。加之，果树刚开始挂果，均匀性差，苹果树果实产量不具有代表性。所以未做产量的统计分析。
表 3 不同类型油菜间作处理对苹果生长和品质的影响Table 3. Effects of different rape intercropping on apple growth and quality处理
Treatment可溶性固形物 (%)
Soluble solid可滴定酸 (%)
Titratable acid可溶性糖 (%)
Soluble sugarVC
(mg/100 g)实测值
Measured提升
Increase实测值
Measured提升
Increase实测值
Measured提升
Increase实测值 (mg/100 g)
Measured提升比例 (%)
IncreaseCK 15.27 b 0.42 a 10.80 b 3.93 c A-H 16.27 a 1.00 0.36 b −0.06 12.37 a 1.57 5.80 a 47.58 A-G 15.60 b 0.33 0.39 ab −0.03 11.83 ab 1.03 5.23 ab 33.08 A-Y 15.47 b 0.20 0.39 ab −0.03 11.53 ab 0.73 4.83 b 22.90 注（Note）：CK—清耕 No crop growing control; A-H—春性白菜型油菜 Spring cabbage type rape; A-G—甘蓝型油菜 Cabbage type rape; A-Y—强冬性白菜型油菜Strong winter cabbage type rape. 同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column indicate significant difference among treatments (P < 0.05). 3. 讨论
土壤水分是植物的主要水分来源[14]，是影响植物生长和生产力的关键因素。在缺乏灌溉条件的黄土高原地区，土壤水分的补给主要依赖于大气降水。因此，改善黄土高原旱作苹果园土壤水分环境应通过两方面考虑：首先提高降水资源利用效率避免径流损失，其次要增强土壤水分的保蓄能力。在本研究中，春性白菜型油菜 (A-H) 间作于苹果园行间后能够促进行间位置土壤水分的稳定，对20—100 cm土层土壤水分提升效果明显，相比CK增加了12.1%，其次是强冬性白菜型油菜 (A-Y) 相比CK增加了6.4%，而甘蓝型油菜 (A-G) 相比CK降低了4.9%，但3种油菜对于行间0—20 cm土层土壤水分均表现为消耗，消耗程度以A-H处理最小、A-G处理最大，造成这种差异的主要原因可能是3个油菜品种特性不同，甘蓝型油菜因具有最大的干物质积累 (表1)，因此对土壤水分的消耗也最大。春性白菜型油菜之所以能够促进行间位置土壤水分的稳定、提高20—100 cm土层土壤含水量，除干物质积累最小外，主要是因为行间生草以后土壤水力特性得到改善，入渗速率增加，有利于深层土壤水分的补给[15]，这也与凌强等[16]研究结果一致。3个间作处理果树休眠期平均土壤储水量损失均小于CK，则体现了果园生草对土壤水分的保蓄效果。
果园生草系统建立应符合一个前提条件，即所涉及的生草种类具有与果树互补的水资源利用模式，这样有利于避免或减小水分竞争作用[17]。这一前提在水资源丰富的地区成立，如潮湿的热带地区等[18]。然而，在水资源有限的黄土高原地区，水分竞争仍是影响果园生草推广的一个主要问题[19]。基于此，应筛选合适的生草时间和生草品种，避免根系重叠和生育重合，减少水分竞争现象。在降雨相对丰沛的秋季，果园生草模式避免了生草与苹果树高耗水期重合，在一定程度上降低了土壤水分竞争的发生几率，但3个油菜品种因其生物学特性不同而表现出明显的差异。白菜型油菜 (A-H和A-Y) 水分竞争现象主要发生区域为间作边缘位置 (距果树100 cm)，而甘蓝型油菜 (A-G) 在各个位置竞争现象发生频率均较高，以距树干30和200 cm竞争作用最为激烈，且竞争发生深度更大。Sudmeyer等[20]和Rao等[21]研究认为根系重叠区域是产生种间竞争的主要原因。在本研究中，3个油菜品种根系分布、形态大小及生物量累积存在一定差异，导致与苹果树根系重叠区域不同，故水分竞争位置和竞争深度不同。同时，甘蓝型油菜因其耗水量大，果树区域土壤水分向行间运移从而对果树位置也产生竞争作用。
在果农追求产量的同时，果实的品质也越来越受到更多的关注，果园也朝着生态绿色的方向发展。与清耕相比，行间间作油菜对果树叶片和新梢生长均有显著影响，白菜型油菜 (A-H和A-Y) 对果树的百叶厚、叶绿素含量和新梢长度的提升作用均高于甘蓝型油菜 (A-G)。另外，研究发现行间间作油菜能显著提高果实的可溶性固形物、可溶性糖和VC含量，对可滴定酸含量也有一定的降低作用。这主要是因为白菜型油菜 (A-H和A-Y) 有助于促进降水入渗，提升了深层土壤水分，有利于水肥耦合，从而促进了叶片和新梢的生长发育，其次可能是由于行间间作油菜对土壤肥力的提升作用导致的[22]，王锐等 [23]在生草覆盖对葡萄品质的影响研究中发现生草覆盖不但能提升土壤肥力，同时还改善了土壤的微生物环境，进而促进了果树生长，提升了葡萄的品质。此外，魏树伟等[24]和Xun等[25]也发现果园生草覆盖能增加土壤有机质含量，同时提升土壤对氮、磷和钾的吸附能力，使土壤中的氮、磷和钾趋于均衡供应，改善果实品质。
4. 结论
行间间作春性白菜型油菜处理促进了行间土壤水分的稳定，对20—100 cm土层土壤含水量有明显的提升作用，较清耕处理提高了12.1%。同时有效降低了苹果树休眠期土壤储水量损失，其水分竞争作用也远小于其他处理。
行间间作春性白菜型油菜处理对苹果果实品质的提升作用明显高于清耕处理、行间间作强冬性白菜型油菜处理和甘蓝型油菜处理。间作春性白菜型油菜提升苹果可溶性固形物、可溶性糖和VC含量的效果均高于其他处理，分别较清耕处理提高1.00个百分点、1.57个百分点和47.58%。间作春性白菜型油菜处理对果树生长发育的提升作用明显高于清耕处理和间作甘蓝型油菜处理。
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图 1 试验布设与土壤水分监测点分布图
Figure 1. Experimental layout showing the map for soil water monitoring and distribution points
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图 3 行间土壤含水量的动态变化
[注（Note）：CK—清耕No crop growing control；A-G—甘蓝型油菜Cabbage type rape；A-H—春性白菜型油菜Spring cabbage type rape；A-Y—强冬性白菜型油菜Strong winter cabbage type rape.]
Figure 3. Dynamic of soil water content in inter-rows
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图 4 间作不同类型油菜0—100 cm土壤储水损失量
[注（Note）：CK—清耕No crop growing control；A-G—甘蓝型油菜Cabbage type rape；A-H—春性白菜型油菜Spring cabbage type rape；A-Y—强冬性白菜型油菜Strong winter cabbage type rape.]
Figure 4. Loss of water storage in 0–100 cm soil under different types of rape intercropping
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图 5 3种类型油菜间作各位置对土壤水分的竞争值 (RDSW) 变化
[注（Note）：A-H—春性白菜型油菜Spring cabbage type rape；A-G—甘蓝型油菜Cabbage type rape；A-Y—强冬性白菜型油菜Strong winter cabbage type rape. 图中1，2，3，4分别代表距离果树30、60、100、200 cm处的位置 Figures 1，2，3，and 4 represent the four water monitoring positions in 30，60，100，and 200 cm away from the fruit tree.]
Figure 5. Changes in relative difference to soil water (RDSW) at various positions of the three types of rape intercropping
表 1 不同类型间作油菜生长状况
Table 1 Growth status of different intercropped rape types
年份
Year处理
Treatment株高
Stem length
(cm)根茎粗
Rootstock diameter
(mm)主根长度
Taproot length
(cm/plant)地上干重
Aboveground dry weight
(g)主根干重
Main root dry weight
(g)生物量 Biomass (g/m2) 地上部
Shoot根部
Root2018 A-H 107.50 ± 10.22 a 5.93 ± 1.81 c 10.97 ± 1.86 c 6.12 ± 3.19 ab 0.45 ± 0.35 b 1642 ± 96 c 79.6 ± 9.7 c A-G 50.10 ± 3.89 b 7.68 ± 1.84 b 15.22 ± 2.33 b 8.58 ± 4.01 a 1.45 ± 0.72 a 3339 ± 301 a 250.9 ± 32.8 b A-Y 45.45 ± 6.99 b 11.24 ± 1.46 a 18.97 ± 2.43 a 4.83 ± 1.56 b 1.67 ± 0.70 a 2480 ± 240 b 567.4 ± 82.9 a 2019 A-H 123.80 ± 8.58 a 6.39 ± 0.62 c 14.68 ± 1.04 b 7.07 ± 1.58 ab 0.57 ± 0.19 b 1940 ± 180 c 96.6 ± 6.3 c A-G 57.60 ± 7.50 b 8.07 ± 1.20 b 17.62 ± 1.98 b 9.24 ± 2.45 a 1.65 ± 0.43 a 3594 ± 156 a 299.5 ± 35.8 b A-Y 50.00 ± 4.85 b 12.60 ± 1.29 a 20.90 ± 3.42 a 5.87 ± 1.84 b 1.93 ± 0.42 a 2883 ± 197 b 622.2 ± 44.6 a 注（Note）：A-H—春性白菜型油菜 Spring cabbage type rape; A-G—甘蓝型油菜 Cabbage type rape; A-Y—强冬性白菜型油菜 Strong winter cabbage type rape. 同列数值后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in the same column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05). 
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表 2 不同类型油菜间作处理果树叶片质量和叶梢发育状况
Table 2 Leaf quality and shoot development of fruit tree leaves under different types of rape intercropping
处理
Treatment百叶厚 100-leaves thickness 叶绿素 SPAD 新梢长度 New shoot length 实测值 (mm)
Measured提升比例 (%)
Improved ratio实测值
Measured提升比例 (%)
Improved ratio实测值 (cm)
Measured提升比例 (%)
Improved ratioCK 23.23 ± 0.35 c 45.79 ± 0.84 c 35.08 ± 0.39 c A-H 25.20 ± 0.40 a 8.48 52.73 ± 0.39 a 15.16 39.15 ± 0.37 a 11.60 A-G 24.23 ± 0.60 b 4.30 51.13 ± 0.60 b 11.66 38.13 ± 0.21 b 8.69 A-Y 25.33 ± 0.46 a 9.04 51.77 ± 0.90 ab 13.06 39.71 ± 0.21 a 13.20 注（Note）：CK—清耕 No crop growing control; A-H—春性白菜型油菜 Spring cabbage type rape; A-G—甘蓝型油菜 Cabbage type rape; A-Y—强冬性白菜型油菜 Strong winter cabbage type rape. 同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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表 3 不同类型油菜间作处理对苹果生长和品质的影响
Table 3 Effects of different rape intercropping on apple growth and quality
处理
Treatment可溶性固形物 (%)
Soluble solid可滴定酸 (%)
Titratable acid可溶性糖 (%)
Soluble sugarVC
(mg/100 g)实测值
Measured提升
Increase实测值
Measured提升
Increase实测值
Measured提升
Increase实测值 (mg/100 g)
Measured提升比例 (%)
IncreaseCK 15.27 b 0.42 a 10.80 b 3.93 c A-H 16.27 a 1.00 0.36 b −0.06 12.37 a 1.57 5.80 a 47.58 A-G 15.60 b 0.33 0.39 ab −0.03 11.83 ab 1.03 5.23 ab 33.08 A-Y 15.47 b 0.20 0.39 ab −0.03 11.53 ab 0.73 4.83 b 22.90 注（Note）：CK—清耕 No crop growing control; A-H—春性白菜型油菜 Spring cabbage type rape; A-G—甘蓝型油菜 Cabbage type rape; A-Y—强冬性白菜型油菜Strong winter cabbage type rape. 同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in the same column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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