李芳东 孙玉刚 闫桂红 秦志华 吕德国

摘 要:本文综述了果园生草或生草后刈割覆盖对果园土壤生态效应和树体生长发育的影响。大量文献报道表明,果园生草或生草后刈割覆盖提高了土壤含水量;减小了土壤温度的变幅,增强了土壤温度的稳定性;改善了土壤质地,增加了土壤养分和微生物数量;使浅表层根系数量尤其是细根数量增加,改善了果实品质。

关键词:果园生草;刈割;覆盖;生态效应

中图分类号:S628.2 文献标识号:A 文章编号:1001-4942(2009)12-0069-05

果园生草也称“果园生草覆盖”,是对果园实施全园或行间生草覆盖,不使土壤暴露,每年刈割1~2次覆于树盘下或刈割用于发展养殖业也或常年不刈割的一种果园土壤耕作管理制度[1,2]。目前,欧美和日本果园的土壤耕作管理以生草为主。生草制度自20世纪90年代被引入中国,率先在福建、广东、山东等地开始应用[2]。但中国目前的果园土壤耕作管理措施仍以清耕法为主,清耕面积占果园总面积的90%以上[3]。尽管与果园生草有关的研究报道已不少,但果园生草仍处于试验和小面积应用阶段,至今未得到大面积推广。本文简要阐述了该领域的研究进展。

1 对土壤水分和温度的影响

1.1 对土壤水分的影响

果园生草或生草后刈割覆盖园地,一方面能缓和降雨对土壤的直接侵蚀,减少地表径流和水土流失,另一方面还可以提高水分的沉降和渗透速率,减少土壤水分蒸发,提高土壤水分含量及水分利用率。但具体情况因区域、树种、树龄等有所不同。

赵政阳等(2006)[4]对黄土高原渭北地区10～12年生矮化红富士苹果园旱作生草研究表明,在0～40 cm土层,牧草与果树存在水分竞争,但生草对40～80 cm土层水分具有调蓄作用。生草种类不同,对土壤贮水增减量的影响存在差异,其影响主要发生在春季与秋季,在降水丰水年影响较小,但在降水欠水年生草对果园土壤贮水影响较大。汪汇海等(2006)[5]研究表明,对茶园稻秸覆盖能增加干季土壤含水量,稻秸覆盖处理的0～10、10～20、20～30 cm各土层的土壤含水量分别比对照相应土层提高26.24%、13.92%和12.38%。李国怀等(1997,2005)[6,7]对柑橘园生草栽培的研究结果表明,未灌溉条件下,7月份后夏秋高温连旱季节,生草栽培可提高土壤含水量;7～11月份种植百喜草、白三叶,平均土壤含水量为19.8%和18.7%,分别较清耕(对照)提高2.1%和1.0%,其中尤以种植百喜草防旱保墒效果明显。徐胜利等(2004)[8]对香梨园行间生草的研究表明,2003年6～7月份,0～30 cm处的土壤含水量比对照提高14.65%。

但也有少量研究表明果园生草后土壤水分含量有不同程度的降低。邓丰产等(2003)[9]研究表明,黑麦草、三叶草处理第3年和第6年的土壤含水量分别为清耕的53.8%、70.0%和63.7%、87.7%。随着生草年限的延长,果树与草争水矛盾有所缓和,但遇干旱年份、季节,矛盾依然很突出。

1.2 对土壤温度的影响

大多研究表明,果园生草或生草覆盖可明显改善土壤的热量状况。一般认为果园生草可影响地面接受太阳辐射,起到平稳地温的作用,减小土壤昼夜温差,冬季可提高土温,夏季可降低土温。

惠竹梅等(2004)[10]的研究表明,葡萄园行间生草对土壤表面及近地面土层内的温度具有一定的调节作用,能使地面最高温度远低于清耕区,而最低温度一般高于清耕区。张猛等(2004)[11]对李园生草刈割覆盖的研究表明,从3月份开始,地温逐渐上升,刈割覆盖由于减少了地面吸热,地温上升较其它处理缓慢;至地温达到全年最高峰时,其温度较其它处理低;秋冬季由于刈割覆盖减少了地面散热,又具有保温作用。与清耕相比,在气温较高的6月,10 cm土层的温度降低4.9℃;在气温较低的12月,其30 cm土层温度提高2.8℃,减少了土壤年温变幅,利于梨树根系生长发育。刘建新(2004)[12]研究表明,覆草可降低春、夏季土壤温度,提高秋、冬季土壤温度;覆草对各土层温度的影响随土层深度的增加而减弱,影响达极显著水平;覆草对各季节土壤温度的影响为夏季> 春季、秋季> 冬季。

彭晚霞等(2006)[13]对亚热带丘陵茶园连续4年进行稻草覆盖与白三叶草间作的研究表明,茶园地温具有明显的时空动态变化特征和位相滞后现象,与茶树年生长发育周期各阶段的最适温度非常吻合。稻草覆盖与白三叶草间作改变了土壤热量交换层(地表层)的性质,具有升温时降温和降温时增温、保温的双向动态调控作用,增强了同一土层温度的稳定性,其调控效果随着土壤深度增加而降低。Foshee等(1996)[14]对核桃树的有机覆盖研究结果表明,生草覆盖可减少土壤温度的波动。Cushman等(2005)[15]研究表明,苹果园覆草后可提高土壤的温度,但覆草厚度7.5 cm与15 cm之间对土温的影响相差不大。

2 对土壤容重、比重和孔隙度的影响

土壤质地和土壤结构是土壤两项基本物理性质,两者密切相关。有关果园生草的研究指出,果园生草可明显改善土壤物理性状,使土壤容重降低,提高土壤总孔隙度。

侯立群等(2004)[16]研究表明,果树行内起垄覆草明显降低了土壤容重,提高了土壤的孔隙度,以表土层(0～20 cm)影响最为明显,随着土层深度增加影响变小。Oliveira等(2001)[17]研究表明,果园生草后土壤的容重减小,孔隙度增加。Smith等(2001)[18]研究表明,核桃园种植高羊茅后土壤容重减小,尤其在60 cm土层处,可能由于刈割机械的作用使表层土壤较深层紧密。

3 对土壤养分的影响

3.1 对土壤有机质的影响

大量的研究表明,果园生草或生草后刈割覆盖园地,其枯叶、枯根等残体在土壤中降解、转化,形成腐殖质,土壤中的有机质便不断提高。邓丰产等(2003)[9]研究表明,生草果园有机质均有不同程度的增加,并随生草年限的延长有机质含量逐年提高。Johannes Lehmann等(2000)[19]研究表明,椰子园种植豆科植物后,土壤中有机碳的增加量随土层深度的增加而减少。

3.2 对土壤N、P、K及速效养分的影响

果园生草通常选择豆科植物或禾本科植物。豆科植物具有固氮作用,可使土壤中N素含量明显提高,而禾本科植物可提高土壤中K素含量,但也会在一定程度上降低土壤中N素的含量。果园生草后进行刈割覆盖,当其腐解后,草体中的养分便释放到土壤中,从而提高土壤中相应的养分含量。

汪汇海等(2006)[5]对多年稻秸覆盖下有机茶园土壤生态环境的研究表明,稻秸覆盖能改善土壤养分状况,稻秸覆盖处理0~40 cm土层中,有机质、全N、全P和速效N、P、K的平均含量分别是对照处理的2.00、1.87、1.66、1.91、1.91、2.56倍。李国怀等(2005)[7]研究表明,柑橘园生草初期降低了土壤有效养分,2年后土壤有效N、K、Fe和Zn等养分含量高于清耕对照。Tian等(2000)[20]研究表明,豆科植物在湿润条件下比干旱条件下可固定更多的N,但C不如N明显。Johannes Lehmann等(2000)[19]研究表明椰子园种植豆科植物后,土壤中N素的含量随深度的增加而减少,覆盖区比树下清耕区下降趋势较小。Krohn等(2005)[21]的研究表明,葡萄园生草后,土壤中N素含量降低,K的含量有所升高,Al、Na的含量均减少。Smith等(2001)[18]对核桃树覆盖研究表明,覆盖第1年N的含量减少,2~3年后N含量开始增加。

4 对土壤微生物、酶活性和pH值的影响

4.1 对土壤微生物的影响

果园生草后,凋落物及根系分泌物为果园土壤微生物提供了丰富的营养物质;果园生草后刈割覆盖园地也为土壤微生物提供了营养物质和生存空间。因而无论果园生草还是生草后刈割覆盖园地都会引起土壤微生物优势种群和数量的巨大变化。

高美英等(2000)[22,23]对秸秆覆盖下苹果园土壤固氮菌的研究表明,秸秆覆盖可明显增加各土层固氮菌数量,0～20、20～40、40～60 cm土层年平均固氮菌数量分别增加123.80%、51.61%、103.85%;覆盖可明显增加各土层中氨化细菌的数量。刘建新等(2005)[24]研究表明,覆草增加了土壤细菌、放线菌及氨化细菌和纤维分解菌的数量,降低了硝化细菌数量;果园覆草后土壤中微生物的数量和组成发生了明显的变化,但不同微生物区系的变化存在差异。汪汇海等(2006)[5]研究表明,稻秸覆盖能增加土壤微生物主要类群数量,0～40 cm土层中,覆盖处理的真菌和细菌分别是对照的3.54倍和4.46倍。

4.2 对土壤酶活性的影响

土壤中各种生化反应除受微生物本身活动的影响外,实际上是在各种相应的酶的参与下完成的,土壤中酶活性的高低直接影响N、P、K元素以及一些有机物质的循环、转化。刘建新等(2005)[24]研究表明,果园覆草后除过氧化氢酶活性无明显变化外,多酚氧化酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶及纤维素酶活性均显著提高。

4.3 对土壤pH值的影响

土壤的化学成分对果树植株营养有很重要的意义,由于土壤化学成分组成的不同,土壤具有不同的酸碱度(pH值)。张猛等(2004)[25]研究表明,生草后刈割覆盖使土壤pH值降低;曾明等(2005)[25]研究表明,桔园生草后,土壤pH值有所升高,但两者均无显著差异。但Goff等(1991)[26]的研究表明,核桃园自然生草后刈割覆盖可明显提高土壤的pH值;而 Krohn等(2005)[21]的研究则表明对土壤的pH值没有影响。

5 对根系的影响

果园生草可明显改善土壤的水温效应和理化性状,为根系的生长提供适宜的微生态环境,使浅表层根系数量尤其是细根数量增加。但是,在某种程度上存在水分和养分的竞争。

郭图强等(2005)[27]对香梨园生草覆草的研究表明,各覆草处理直径﹤2.0、2.1～10.0 mm根数分别增加了107～252条和33～90条,总根数增加了140～342条。蒋光毅等(2004)[28]对2种果草模式根系生态学特征研究表明,各植物根系生物量集中分布在0～20 cm土层内,其中自然生草地86.3%的根系生物量集中分布在0～10 cm的土层中;柑橘在0～10 cm和30～40 cm土层中根系生物量分别是65.8、23.2 g/cm3,分别占其根系总生物量的52.1%与18.2%;果树间作禾本科牧草鸭茅的根系主要分布在0～10 cm的土壤表层,该层生物量占总生物量的比例可达83.7%。

姚青等(2004)[29]以“萝岗”橙和柱花草为试材,研究刈割对果树生长和养分竞争的影响和机制,结果表明,在低磷土壤中,刈割可以显著减轻柱花草对磷的竞争,促进柑橘的生长;作用机制在于刈割强烈抑制了柱花草的根系生长,使得根系长度显著降低,空间分布也有所改变,植株的磷含量、磷吸收量显著下降;相应地,柑橘根系对磷的表观吸收速率显著提高,植株的磷含量、磷吸收量显著增加,根系长度也显著加大。认为刈割主要是通过对根系的影响来改变果树与生草之间养分竞争关系,推测根系分布在养分竞争中占重要地位。

6 对树体的影响

果园生草为果树的生长发育提供了良好的土壤生态环境和地上部微生态环境,从而提高了树体的营养成分。

王齐瑞等(2005,2006)[30,31]研究发现,覆草栽培花期比清耕延迟3~5 d,而成熟期差别并不明显,可有效提高甜樱桃结果枝叶片数,使叶片营养水平显著提高,平均花芽数量提高1~2个;同时可使红灯樱桃坐果率提高25.04~28.01个百分点;覆草栽培新梢抽生较早,其新梢长度已达到5 cm时,对照仍未抽出新梢,梢长度比对照增长20.4%;覆草栽培对樱桃枝叶生长影响显著,覆草栽培的樱桃新梢长度、新梢粗度、百叶鲜质量和叶面积分别比对照提高了20.4%、30.2%、20.5%和5.3%。但李华等(2005)[32]在“赤霞珠”葡萄园行间生草研究表明,行间生草对葡萄物候期影响不大,生草第一年使转色期提前。

邓丰产等(2003)[9]研究表明,果园生草降低了果树加粗生长,新梢较对照长短因草种而异,短枝比例明显高于对照区,有利于结果。李国怀等(1997)[6]研究表明,生草提高了柑橘叶片N、Fe、P、K含量,降低了叶片Cu和Mn含量,而对叶片中Ca、Mg、Zn含量均无显著影响。郝淑英等(2005)[33]研究表明,行间生草苹果园树的单叶面积和比叶重均显著大于对照清耕园;不同草种间苹果树单叶面积和比叶重也不同,但差异并不显著;苹果园行间生草后, 苹果树叶片光合速率平均提高24.27%。

7 对果实品质的影响

绝大多数研究认为果园生草使果实产量、平均单果重、总糖、VC、可溶性固形物、硬度和着色指数均得以提高,但对酸含量的研究结果则有所不同。

惠竹梅等(2006)[34]以“赤霞珠”葡萄为试材的研究结果表明,行间生草可使葡萄果实还原糖含量增加,酸含量降低;葡萄酒中pH值、花色素苷、单宁含量升高,酒体颜色加深,结构感增强;行间生草使“赤霞珠”葡萄果实及葡萄酒品质提高,但对酒精发酵过程无明显影响。王勤等(2000)[35]研究表明,果树—牧草结合模式使果实产量提高20%,总糖提高1%,硬度和Vc提高,但总酸下降。邓丰产等(2003)[9]研究表明,果园生草使果实产量、平均单果重、可溶性固形物、硬度和着色指数均增加,但对果形指数影响不大。李国怀等(2005)[7]研究表明,柑橘园生草栽培可提高果实产量和果实可溶性固形物含量,降低果实柠檬酸含量,且种植百喜草比白三叶效果更明显。刘建新(2004)[12]研究表明,覆草后苹果单果重增加,产量与裸土相比差异显著,可溶性固形物、全糖、总酸和维生素C含量均比裸土高。

8 小结

目前,关于果园生草的研究和推广虽然已经取得了可喜的成绩,但仍存在一些问题,有待进一步研究和努力:①加大推广力度,加强科研部门和推广部门的协作,将新的试验成果及时地验证推广。②自然生草具有对本地区气候条件的适应性强、投资少和易管理等优点,应加强对本地区自然生草的开发利用和优势草种的筛选。③转变观念和研究思路,正确认识果树和生草对水肥的利用,将果树和生草的互作及两者与果园生态关系在整体层面上进行系统的评价。④果园生草的研究内容比较广,大多侧重于土壤生态效应和果实品质方面。果园生草后,一方面影响地下部水温状况、透气性、生物群落及组成、养分、有机质等,另一方面影响地上部果园微环境。因此,对果园生草的研究不应以对土壤生态、叶片光合等的影响作为衡量标准,而应以树体的生理代谢为中心,研究各因子综合效应与其生理代谢的相关性。⑤对于生草果园的管理,应从具体情况出发,因地区、季节的不同而采用相应的措施,不应一刀切,生搬硬套别处经验和模式。

参 考 文 献:

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