土地沙化是我国亟待解决的重要生态问题^[1]。新疆是我国沙漠面积最大的省区，在沙漠戈壁区域发展设施农业是克服我国人多地少制约可持续发展问题的有效手段，特别是位于全球第二大沙漠——塔克拉玛干沙漠(Taklimakan Desert，TD)边缘的南疆地区，温室果树栽培已成为当地发展现代农业、实现农业增效与农民增收的新兴支柱产业^[2]。

石榴(Punica granatum L.)为石榴科石榴属植物，是集绿化、观赏、食用、保健功能于一身的优良树种，目前在南疆和田、阿图什、喀什地区已形成规模化种植^[3]。突尼斯软籽石榴(Punica granatum 'Tunisia')作为我国早期首例引种成功的石榴品种，因其皮薄汁多、甜而无渣、经济价值高等特性深受消费者和种植者喜爱，但南疆沙地土壤有机质少、碱度高、蓄水保肥能力差等特点是制约其稳定发展的关键因素，再加上不合理的温室水肥管理，不仅使土壤生产力下降，而且还造成地下水污染、水体富营养化等一系列生态环境问题^[4-5]。因此，找到适用于沙质土壤的水肥保持方法对于促进南疆设施农业发展具有重要意义。

近年来，土壤改良剂的应用已成为国内外学者的研究热点。土壤改良剂通常含有以水为媒介的高活性物质，能够改善土壤结构，减少养分的淋失^[6]。Turan^[7]指出，蛭石可减少畜禽粪便堆肥过程中41.7% 的氨挥发。Tahir和Marschner^[8]在沙地土壤中加入蒙脱石后，土壤速效氮、有效磷含量分别增加了17.6、2.4 mg/kg。顾美英等^[9]发现，施用生物质炭能提高新疆灰漠土和风沙土连作棉田根际土壤养分和微生物多样性。有机肥被广泛用于改善土壤理化性状，有机肥中含有大量的氮、磷、钾与矿质元素，有助于补充土壤养分库以及提高土壤微生物对底物碳源的利用率^[10]。前人已有大量研究表明，土壤改良剂配施有机肥较单一施加改良剂对改善土壤板结^[11]、酸化^[12]、重金属污染^[13]等方面效果显著。然而，目前对沙地土壤保持水肥的研究仍以单独施加不同改良剂偏多，关于有机无机材料联合施用对沙地土壤的应用及果树生长影响的研究却鲜有报道，并且改良剂在施用时通常以撒施混合土壤的形式，这样的方式往往施肥量大、利用率低、施用效果不持久^[14]。

为此，本课题组针对南疆沙地土壤水肥渗漏严重的特点，在束怀瑞院士提出的“穴贮肥水技术”研究基础上，选取当地天然、廉价且保水保肥效果较好的蛭石、蒙脱石、生物质炭材料与牛粪、羊粪等有机肥结合并制作成“果树穴贮砖”，穴施于土壤中植株根系附近，植株日常水肥供给采用滴灌技术进行。本研究通过探讨施加果树穴贮砖对南疆沙地土壤理化性质及石榴生长的影响，以期为新疆产区果树水肥高效利用提供技术参考。

1 材料与方法 1.1 试验地与材料

试验于2021—2022年连续两年在新疆生产建设兵团第十四师昆玉市农业科学研究所现代农业科技示范基地(37°14′46′′N，79°20′20′′E)日光温室同一地块进行，温室昼夜温差控制在(30/20)±5 ℃，试验期间具有自然光周期(每天大约13 h的光照)，年平均相对湿度为25%，土壤质地为沙土。供试土壤基础理化性质见表 1。

试验以3年生的‘突尼斯’软籽石榴为试材。试验所用果树穴贮砖是由高温杀菌和腐熟发酵好的有机肥和蛭石、蒙脱石、生物质炭以及水按比例配制而成，其制备过程是先把材料过40目筛，再按配方称量各材料并加入搅拌机(每1 520 g材料添加1 L水)，充分搅拌均匀后分配到长23 cm、宽11 cm、高4 cm的特制模具中，采用保鲜膜包被2 ~ 3 d，固定成形后放置在室外自然风干。其中穴贮砖A配料为：300 g牛粪，300 g羊粪，100 g蛭石，50 g蒙脱石，10 g生物质炭；穴贮砖B配料为：300 g鸡粪，300 g油渣，100 g蛭石，50 g蒙脱石，10 g生物质炭，两种穴贮砖的养分含量见表 2。

1.2 试验设计

本试验采用单因素随机区组设计，共计3个处理：无穴贮砖对照(CK)、穴贮砖A处理(T1)、穴贮砖B处理(T2)，每处理10个重复，共计30个试验小区。其他田间栽培管理措施均保持一致。试验于2021年5月10日进行，施砖时，对每株果树同一侧20 cm处，距土面25 cm处挖穴并施入一块果树穴贮砖(图 1)，处理后统一安装滴灌带，将滴箭布置在果树穴贮砖正上方处，统一滴灌进行日常水肥供给。

1.3 测定项目及方法 1.3.1 植株生长指标的测定

每年于石榴开花后5月20日—8月10日测定新梢和叶柄的生长量，频率为每10 d测定1次，共计8次。新梢的选取是从每株果树的东南西北4个方向各取1个当年生枝条进行挂牌标记，用钢卷尺测定新梢长度(新梢基部至顶端)，游标卡尺测定新梢粗度(新梢基部)、叶柄长度和粗度(标记新梢基部到顶端的第4片叶)。

1.3.2 土壤理化性质测定

分别于2021年10月5日、2022年10月10日采用根钻法取土样。每个处理随机选取5株石榴，分别在施加果树穴贮砖的四周均匀选取4个点，然后分别在0 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60、60 ~ 80 cm土层土壤剖面处取100 g土样，同一层4个取样位置混合均匀为一个植株的土样。

土壤pH采用酸度计测定(过1 mm筛鲜土10 g，土水质量比1:2.5)；土壤含水量采用烘干称重法测定；土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤有效磷采用NaHCO₃浸提–钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用NH₄OAC浸提–火焰光度计法测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤全氮采用半微量凯氏定氮法测定^[15]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel进行处理，采用SPSS 19软件对数据进行单因素方差分析，通过最小显著差异检验(LSD)进行多重比较，采用Origin 2021软件作图。

2 结果与分析 2.1 果树穴贮砖对石榴新梢和叶柄生长的影响

由图 2可知，连续两年试验结果表明，T1、T2处理的石榴新梢长度和粗度在花后30 ~ 80 d均显著高于CK，且T1与T2处理间差异均不显著(2022年第40天的新梢长度除外)。花后80 d，2021年T1、T2处理的石榴新梢长度和粗度较CK分别增长了27.30%、29.21% 和17.25%、9.25%，2022年分别增长了31.84%、25.37% 和16.03%、13.74%。

由图 3可知，与CK相比，两年试验T1、T2处理在花后80 d显著增长了石榴叶柄的长度和粗度，其中2021年分别增长了0.78、0.83 mm和0.44、0.28 mm，2022年分别增长了0.62、0.51 mm和0.39、0.27 mm，T1与T2处理间均无显著差异。此外，2021年T1、T2处理的叶柄长度和粗度在花后20 ~ 70 d均显著高于CK，而2022年T1、T2处理在花后50 ~ 70 d显著高于CK，且以T1处理效果较好，但T1、T2处理间差异均不显著。

2.2 果树穴贮砖对土壤pH的影响

如图 4所示，两年试验施加两种果树穴贮砖均显著降低了0 ~ 80 cm各土层土壤pH。其中2021年在20 ~ 40 cm处T1处理的pH低于T2、CK，但在40 ~ 60和60 ~ 80 cm处均以T2处理的pH最低，分别比T1、CK减少了0.04、0.15和0.03、0.08；2022年在20 ~ 40 cm处T1、T2处理的pH较CK差异最为显著，均降低了0.25，在40 ~ 60、60 ~ 80 cm处各处理的pH均表现为T1 < T2 < CK。

2.3 果树穴贮砖对土壤有效磷、速效钾和碱解氮含量的影响

由图 5可知，随着土层深度的增加，CK处理的有效磷含量逐渐降低，而T1、T2处理则呈先上升再下降的趋势。2021年在0 ~ 80 cm各土层T1、T2处理的有效磷含量均显著高于CK，但T1与T2处理间均无显著差异，其中以20 ~ 40 cm土层处T1、T2处理的土壤有效磷含量最高，分别较CK显著提升了23.64%、26.13%；2022年在0 ~ 20 cm处T1、T2处理相较于CK无显著差异，在20 ~ 80 cm各土层T1、T2处理有效磷含量均高于CK，其中20 ~ 40 cm处T1、T2处理的土壤有效磷含量最高，分别较CK显著提升了18.85%、13.90%，且T1显著高于T2。

由图 6可知，随着土层深度的增加，CK处理的速效钾含量逐渐降低，而T1、T2处理则先上升再下降。两年试验在0 ~ 80 cm各土层T1、T2处理的土壤速效钾含量均高于CK，且T1与T2处理间均无显著差异。两年T1、T2处理均在20 ~ 40 cm处的土壤速效钾含量较CK差异最为显著，分别提升了7.56%、8.57% 和4.91%、5.29%。

由图 7可知，两年试验在0 ~ 80 cm各土层，T1、T2处理较CK均增加了土壤碱解氮含量，且在20 ~ 40 cm处差异最为显著，其中2021年增加了22.97%、22.53%，2022年增加了16.88%、14.85%。此外，2022年在0 ~ 20、60 ~ 80 cm处各处理下的碱解氮含量表现均为T1 > T2 > CK，且T1、T2处理显著高于CK。

2.4 果树穴贮砖对土壤有机质和全氮含量的影响

由图 8可知，2021年T1、T2处理0 ~ 80 cm各土层土壤有机质含量均高于CK，但未表现出显著性差异；2022年0 ~ 80 cm各土层土壤有机质含量均表现为T1 > T2 > CK，并且在20 ~ 80 cm土层T1、T2处理均显著高于CK，其中20 ~ 40 cm处T1、T2处理的土壤有机质含量最高，分别较CK显著提升了29.37%、25.74%。

如图 9所示，两年试验结果表明，随着土层深度的增加，CK处理下的全氮含量逐渐降低，而T1、T2处理则是先上升再下降。两年试验在0 ~ 80 cm各土层，与CK相比，T1、T2处理均提升了土壤中的全氮含量，且在20 ~ 40 cm处差异最为显著，其中2021年分别提升了35.56%、37.78%，2022年分别提升了20.44%、21.55%。

2.5 果树穴贮砖对土壤含水量的影响

从图 10可知，随着土层深度的增加，T1、T2、CK处理下的土壤含水量均呈现出不同幅度的降低趋势。2021年在0 ~ 60 cm各土层，T1、T2处理的土壤含水量较CK均有显著提升，其中在20 ~ 40 cm处差异最为显著，分别提升了15.33%、14.03%；但在60 ~ 80 cm处各处理间无显著差异。2022年在0 ~ 20 cm处T1处理的土壤含水量显著高于T2、CK，其中T2相较于CK无显著差异；在20 ~ 40、40 ~ 60 cm处T1、T2处理较CK差异均显著，分别增加了23.03%、25.66% 和7.24%、13.11%；在60 ~ 80 cm处各处理间无显著差异。

2.6 石榴新梢和叶柄的生长与土壤理化性质的相关性

如图 11所示，石榴新梢长度、粗度以及叶柄长度均与土壤含水量呈极显著正相关，与土壤pH呈极显著负相关；新梢长度和粗度与土壤有机质、有效磷含量呈正相关或显著正相关关系；叶柄粗度与土壤有机质含量呈正相关，与土壤有效磷、速效钾、碱解氮、全氮含量均呈极显著正相关。

3 讨论 3.1 果树穴贮砖对土壤理化性质的影响及其机制

土壤碱化往往伴随着盐基离子过量积累与养分的淋失，造成土壤保蓄能力下降^[16]。迟春明等^[17]研究表明，土壤碱度过高致使黏粒分散，土壤结构完全丧失，是导致碱化盐土饱和导水率过低的根本原因。本研究中，南疆沙地土壤偏碱性，两年试验施加两种果树穴贮砖均显著降低了0 ~ 80 cm各土层土壤pH，这是因为果树穴贮砖中的蛭石、蒙脱石、生物质炭以及有机肥均具有对酸碱的缓冲能力，从而减缓了土壤碱化的趋势。这与张宇晨等^[18]、杨叶华等^[19]研究结果一致，但和孙勇等^[20]施用有机肥改善了黑土酸化问题以及Zhao等^[21]指出秸秆生物质炭的施用可提升酸性土壤pH的研究结果不一致，可能与试验中不同类型材料、土壤、气候等有关。

有机质和速效养分是衡量土壤质量高低的重要指标。大量研究表明^{[11-12, 22]}，施用有机肥和土壤改良剂可改善土壤微生态环境，增强微生物对碳源的利用，活化土壤养分，提高土壤养分利用率。本研究中，连续两年试验结果表明，施加果树穴贮砖对0 ~ 80 cm各土层中的有效磷、速效钾、有机质、碱解氮以及全氮含量有着不同幅度提升，其中在20 ~ 40 cm处效果显著。其原因与施加果树穴贮砖在距土面25 cm处有关，一方面果树穴贮砖中的有机肥本身含有多种营养成分以及大量有益微生物，进而可直接或间接达到提高土壤养分含量的效果；另一方面，果树穴贮砖中的蛭石、蒙脱石以及生物质炭具有较大的比表面积、良好的离子交换能力等特点^{[8-9, 23]}，从而在日常的滴灌施肥过程中可吸附肥料营养元素，然后通过连续聚合形成有机物缓释到周边土壤。此外，不同材料之间的协同作用也有可能改变了土壤微生物群落结构及其活性，影响有机物质的分解，进而影响土壤养分的存在形态、转化和有效性，但详细过程和机理还需进一步研究。

穴贮肥水技术是通过提高局部土体的肥水供应强度，逐渐地释放水分和养分，使根系功能持续稳定发挥，从而达到壮树增产的目的^[24]。毕润霞等^[25]采用穴贮肥水灌溉处理后，发现土壤水分主要集中在40 ~ 60 cm土层，土壤水分分布比较均匀。于坤等^[26]研究表明，地下穴贮滴灌系统较膜下滴灌和普通滴灌能够保持土壤深度30 ~ 50 cm处土壤体积含水率的稳定性。本研究结果与其类似，两年试验施加两种果树穴贮砖对20 ~ 40、40 ~ 60 cm土层土壤含水量均有显著提升，这可能是由于在重力和土壤水势梯度的作用下，水分向土壤深层移动过程中果树穴贮砖吸收了部分水分并进行了缓释作用，从而大幅提升了土壤含水量。由此说明，施加果树穴贮砖可有效提升南疆沙地土壤的持水能力。

3.2 果树穴贮砖对石榴生长的影响及其机制

石榴为多年生常绿果树，充足、及时的养分供应枝梢抽生健壮。枝梢作为石榴良好的结果母枝，是保障树体光合作用、维持树体正常生长及翌年开花结果的基础^[27]。本研究中，与CK相比，2021年和2022年T1、T2处理在花后80 d的新梢和叶柄生长量均有显著提升，其中石榴新梢长度分别增长了27.30%、29.21% 和31.84%、25.37%，新梢粗度分别增长了17.25%、9.25% 和16.03%、13.74%，叶柄长度分别增长了0.78、0.83 mm和0.62、0.51 mm，叶柄粗度分别增长了0.44、0.28 mm和0.39、0.27 mm。这说明施加果树穴贮砖有利于石榴树体的生长，通过石榴新梢和叶柄的生长与土壤理化性质之间相关性分析发现，石榴新梢长度、粗度以及叶柄长度均与土壤含水量呈极显著正相关，与土壤pH呈极显著负相关，这说明施加果树穴贮砖后降低南疆沙地土壤碱度的同时增加土壤含水量是促进石榴枝稍生长的主要原因；石榴新梢长度、粗度及叶柄粗度均与土壤有机质和有效磷含量呈正相关或显著正相关，说明施加果树穴贮砖后土壤有机质和有效磷含量的增加也促进了石榴枝稍生长。王玫等^[28]发现，施用生物质炭复合有机肥能够优化土壤真菌群落结构，有利于连作条件下苹果幼苗的生长发育，本研究结果与此一致。本研究中2021年新梢长度和叶柄长度以T2处理效果较好，新梢粗度和叶柄粗度以T1处理较好，而2022年新梢和叶柄的生长量均以T1处理的效果较好，其原因与两种果树穴贮砖中的不同有机肥矿化分解速率及作用效果不同有关。吕鉴于等^[29]对矿区复垦土壤磷素矿化研究表明，较低C/P的鸡粪处理较牛粪处理更易矿化分解，导致鸡粪产生的有效磷含量要高于牛粪，本研究中2021年较高C/P的T2处理更有利于新梢长度的生长表现与该结论相一致。综合两年来看，T1处理效果优于T2处理，是因为本试验中果树穴贮砖A的基础养分含量整体较高，尤其是N、P、C元素含量高于果树穴贮砖B，这与周维杰^[30]等在芒果上的研究结果类似。由此说明，施加果树穴贮砖可作为促进南疆温室果树生长的推荐技术。

4 结论

在温室滴灌条件下施加果树穴贮砖可有效提升南疆沙地土壤中的有机质、速效养分、全氮含量以及含水量，同时还减缓了土壤碱化的趋势。本研究中两种果树穴贮砖主要是在20 ~ 40 cm土层处改善了土壤理化性质，相关性分析表明施加果树穴贮砖后降低土壤碱度和增加土壤含水量是最终显著促进石榴生长的主要因素，综合连续两年石榴新梢和叶柄的生长量来看以T1处理(果树穴贮砖A)的效果最佳。因此，施加果树穴贮砖可作为南疆沙地土壤保持水肥及促进温室果树生长的技术参考。