生草對果園生態影響的研究進展

李芳東 孫玉剛 閆桂紅 秦志華 呂德國

摘 要:本文綜述了果園生草或生草后刈割覆蓋對果園土壤生態效應和樹體生長發育的影響。大量文獻報道表明,果園生草或生草后刈割覆蓋提高了土壤含水量;減小了土壤溫度的變幅,增強了土壤溫度的穩定性;改善了土壤質地,增加了土壤養分和微生物數量;使淺表層根系數量尤其是細根數量增加,改善了果實品質。

關鍵詞:果園生草;刈割;覆蓋;生態效應

中圖分類號:S628.2 文獻標識號:A 文章編號:1001-4942(2009)12-0069-05

果園生草也稱“果園生草覆蓋”,是對果園實施全園或行間生草覆蓋,不使土壤暴露,每年刈割1~2次覆于樹盤下或刈割用于發展養殖業也或常年不刈割的一種果園土壤耕作管理制度[1,2]。目前,歐美和日本果園的土壤耕作管理以生草為主。生草制度自20世紀90年代被引入中國,率先在福建、廣東、山東等地開始應用[2]。但中國目前的果園土壤耕作管理措施仍以清耕法為主,清耕面積占果園總面積的90%以上[3]。盡管與果園生草有關的研究報道已不少,但果園生草仍處于試驗和小面積應用階段,至今未得到大面積推廣。本文簡要闡述了該領域的研究進展。

1 對土壤水分和溫度的影響

1.1 對土壤水分的影響

果園生草或生草后刈割覆蓋園地,一方面能緩和降雨對土壤的直接侵蝕,減少地表徑流和水土流失,另一方面還可以提高水分的沉降和滲透速率,減少土壤水分蒸發,提高土壤水分含量及水分利用率。但具體情況因區域、樹種、樹齡等有所不同。

趙政陽等(2006)[4]對黃土高原渭北地區10～12年生矮化紅富士蘋果園旱作生草研究表明,在0～40 cm土層,牧草與果樹存在水分競爭,但生草對40～80 cm土層水分具有調蓄作用。生草種類不同,對土壤貯水增減量的影響存在差異,其影響主要發生在春季與秋季,在降水豐水年影響較小,但在降水欠水年生草對果園土壤貯水影響較大。汪匯海等(2006)[5]研究表明,對茶園稻秸覆蓋能增加干季土壤含水量,稻秸覆蓋處理的0～10、10～20、20～30 cm各土層的土壤含水量分別比對照相應土層提高26.24%、13.92%和12.38%。李國懷等(1997,2005)[6,7]對柑橘園生草栽培的研究結果表明,未灌溉條件下,7月份后夏秋高溫連旱季節,生草栽培可提高土壤含水量;7～11月份種植百喜草、白三葉,平均土壤含水量為19.8%和18.7%,分別較清耕(對照)提高2.1%和1.0%,其中尤以種植百喜草防旱保墑效果明顯。徐勝利等(2004)[8]對香梨園行間生草的研究表明,2003年6～7月份,0～30 cm處的土壤含水量比對照提高14.65%。

但也有少量研究表明果園生草后土壤水分含量有不同程度的降低。鄧豐產等(2003)[9]研究表明,黑麥草、三葉草處理第3年和第6年的土壤含水量分別為清耕的53.8%、70.0%和63.7%、87.7%。隨著生草年限的延長,果樹與草爭水矛盾有所緩和,但遇干旱年份、季節,矛盾依然很突出。

1.2 對土壤溫度的影響

大多研究表明,果園生草或生草覆蓋可明顯改善土壤的熱量狀況。一般認為果園生草可影響地面接受太陽輻射,起到平穩地溫的作用,減小土壤晝夜溫差,冬季可提高土溫,夏季可降低土溫。

惠竹梅等(2004)[10]的研究表明,葡萄園行間生草對土壤表面及近地面土層內的溫度具有一定的調節作用,能使地面最高溫度遠低于清耕區,而最低溫度一般高于清耕區。張猛等(2004)[11]對李園生草刈割覆蓋的研究表明,從3月份開始,地溫逐漸上升,刈割覆蓋由于減少了地面吸熱,地溫上升較其它處理緩慢;至地溫達到全年最高峰時,其溫度較其它處理低;秋冬季由于刈割覆蓋減少了地面散熱,又具有保溫作用。與清耕相比,在氣溫較高的6月,10 cm土層的溫度降低4.9℃;在氣溫較低的12月,其30 cm土層溫度提高2.8℃,減少了土壤年溫變幅,利于梨樹根系生長發育。劉建新(2004)[12]研究表明,覆草可降低春、夏季土壤溫度,提高秋、冬季土壤溫度;覆草對各土層溫度的影響隨土層深度的增加而減弱,影響達極顯著水平;覆草對各季節土壤溫度的影響為夏季> 春季、秋季> 冬季。

彭晚霞等(2006)[13]對亞熱帶丘陵茶園連續4年進行稻草覆蓋與白三葉草間作的研究表明,茶園地溫具有明顯的時空動態變化特征和位相滯后現象,與茶樹年生長發育周期各階段的最適溫度非常吻合。稻草覆蓋與白三葉草間作改變了土壤熱量交換層(地表層)的性質,具有升溫時降溫和降溫時增溫、保溫的雙向動態調控作用,增強了同一土層溫度的穩定性,其調控效果隨著土壤深度增加而降低。Foshee等(1996)[14]對核桃樹的有機覆蓋研究結果表明,生草覆蓋可減少土壤溫度的波動。Cushman等(2005)[15]研究表明,蘋果園覆草后可提高土壤的溫度,但覆草厚度7.5 cm與15 cm之間對土溫的影響相差不大。

2 對土壤容重、比重和孔隙度的影響

土壤質地和土壤結構是土壤兩項基本物理性質,兩者密切相關。有關果園生草的研究指出,果園生草可明顯改善土壤物理性狀,使土壤容重降低,提高土壤總孔隙度。

侯立群等(2004)[16]研究表明,果樹行內起壟覆草明顯降低了土壤容重,提高了土壤的孔隙度,以表土層(0～20 cm)影響最為明顯,隨著土層深度增加影響變小。Oliveira等(2001)[17]研究表明,果園生草后土壤的容重減小,孔隙度增加。Smith等(2001)[18]研究表明,核桃園種植高羊茅后土壤容重減小,尤其在60 cm土層處,可能由于刈割機械的作用使表層土壤較深層緊密。

3 對土壤養分的影響

3.1 對土壤有機質的影響

大量的研究表明,果園生草或生草后刈割覆蓋園地,其枯葉、枯根等殘體在土壤中降解、轉化,形成腐殖質,土壤中的有機質便不斷提高。鄧豐產等(2003)[9]研究表明,生草果園有機質均有不同程度的增加,并隨生草年限的延長有機質含量逐年提高。Johannes Lehmann等(2000)[19]研究表明,椰子園種植豆科植物后,土壤中有機碳的增加量隨土層深度的增加而減少。

3.2 對土壤N、P、K及速效養分的影響

果園生草通常選擇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素含量明顯提高,而禾本科植物可提高土壤中K素含量,但也會在一定程度上降低土壤中N素的含量。果園生草后進行刈割覆蓋,當其腐解后,草體中的養分便釋放到土壤中,從而提高土壤中相應的養分含量。

汪匯海等(2006)[5]對多年稻秸覆蓋下有機茶園土壤生態環境的研究表明,稻秸覆蓋能改善土壤養分狀況,稻秸覆蓋處理0~40 cm土層中,有機質、全N、全P和速效N、P、K的平均含量分別是對照處理的2.00、1.87、1.66、1.91、1.91、2.56倍。李國懷等(2005)[7]研究表明,柑橘園生草初期降低了土壤有效養分,2年后土壤有效N、K、Fe和Zn等養分含量高于清耕對照。Tian等(2000)[20]研究表明,豆科植物在濕潤條件下比干旱條件下可固定更多的N,但C不如N明顯。Johannes Lehmann等(2000)[19]研究表明椰子園種植豆科植物后,土壤中N素的含量隨深度的增加而減少,覆蓋區比樹下清耕區下降趨勢較小。Krohn等(2005)[21]的研究表明,葡萄園生草后,土壤中N素含量降低,K的含量有所升高,Al、Na的含量均減少。Smith等(2001)[18]對核桃樹覆蓋研究表明,覆蓋第1年N的含量減少,2~3年后N含量開始增加。

4 對土壤微生物、酶活性和pH值的影響

4.1 對土壤微生物的影響

果園生草后,凋落物及根系分泌物為果園土壤微生物提供了豐富的營養物質;果園生草后刈割覆蓋園地也為土壤微生物提供了營養物質和生存空間。因而無論果園生草還是生草后刈割覆蓋園地都會引起土壤微生物優勢種群和數量的巨大變化。

高美英等(2000)[22,23]對秸稈覆蓋下蘋果園土壤固氮菌的研究表明,秸稈覆蓋可明顯增加各土層固氮菌數量,0～20、20～40、40～60 cm土層年平均固氮菌數量分別增加123.80%、51.61%、103.85%;覆蓋可明顯增加各土層中氨化細菌的數量。劉建新等(2005)[24]研究表明,覆草增加了土壤細菌、放線菌及氨化細菌和纖維分解菌的數量,降低了硝化細菌數量;果園覆草后土壤中微生物的數量和組成發生了明顯的變化,但不同微生物區系的變化存在差異。汪匯海等(2006)[5]研究表明,稻秸覆蓋能增加土壤微生物主要類群數量,0～40 cm土層中,覆蓋處理的真菌和細菌分別是對照的3.54倍和4.46倍。

4.2 對土壤酶活性的影響

土壤中各種生化反應除受微生物本身活動的影響外,實際上是在各種相應的酶的參與下完成的,土壤中酶活性的高低直接影響N、P、K元素以及一些有機物質的循環、轉化。劉建新等(2005)[24]研究表明,果園覆草后除過氧化氫酶活性無明顯變化外,多酚氧化酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、脲酶及纖維素酶活性均顯著提高。

4.3 對土壤pH值的影響

土壤的化學成分對果樹植株營養有很重要的意義,由于土壤化學成分組成的不同,土壤具有不同的酸堿度(pH值)。張猛等(2004)[25]研究表明,生草后刈割覆蓋使土壤pH值降低;曾明等(2005)[25]研究表明,桔園生草后,土壤pH值有所升高,但兩者均無顯著差異。但Goff等(1991)[26]的研究表明,核桃園自然生草后刈割覆蓋可明顯提高土壤的pH值;而 Krohn等(2005)[21]的研究則表明對土壤的pH值沒有影響。

5 對根系的影響

果園生草可明顯改善土壤的水溫效應和理化性狀,為根系的生長提供適宜的微生態環境,使淺表層根系數量尤其是細根數量增加。但是,在某種程度上存在水分和養分的競爭。

郭圖強等(2005)[27]對香梨園生草覆草的研究表明,各覆草處理直徑﹤2.0、2.1～10.0 mm根數分別增加了107～252條和33～90條,總根數增加了140～342條。蔣光毅等(2004)[28]對2種果草模式根系生態學特征研究表明,各植物根系生物量集中分布在0～20 cm土層內,其中自然生草地86.3%的根系生物量集中分布在0～10 cm的土層中;柑橘在0～10 cm和30～40 cm土層中根系生物量分別是65.8、23.2 g/cm3,分別占其根系總生物量的52.1%與18.2%;果樹間作禾本科牧草鴨茅的根系主要分布在0～10 cm的土壤表層,該層生物量占總生物量的比例可達83.7%。

姚青等(2004)[29]以“蘿崗”橙和柱花草為試材,研究刈割對果樹生長和養分競爭的影響和機制,結果表明,在低磷土壤中,刈割可以顯著減輕柱花草對磷的競爭,促進柑橘的生長;作用機制在于刈割強烈抑制了柱花草的根系生長,使得根系長度顯著降低,空間分布也有所改變,植株的磷含量、磷吸收量顯著下降;相應地,柑橘根系對磷的表觀吸收速率顯著提高,植株的磷含量、磷吸收量顯著增加,根系長度也顯著加大。認為刈割主要是通過對根系的影響來改變果樹與生草之間養分競爭關系,推測根系分布在養分競爭中占重要地位。

6 對樹體的影響

果園生草為果樹的生長發育提供了良好的土壤生態環境和地上部微生態環境,從而提高了樹體的營養成分。

王齊瑞等(2005,2006)[30,31]研究發現,覆草栽培花期比清耕延遲3~5 d,而成熟期差別并不明顯,可有效提高甜櫻桃結果枝葉片數,使葉片營養水平顯著提高,平均花芽數量提高1~2個;同時可使紅燈櫻桃坐果率提高25.04~28.01個百分點;覆草栽培新梢抽生較早,其新梢長度已達到5 cm時,對照仍未抽出新梢,梢長度比對照增長20.4%;覆草栽培對櫻桃枝葉生長影響顯著,覆草栽培的櫻桃新梢長度、新梢粗度、百葉鮮質量和葉面積分別比對照提高了20.4%、30.2%、20.5%和5.3%。但李華等(2005)[32]在“赤霞珠”葡萄園行間生草研究表明,行間生草對葡萄物候期影響不大,生草第一年使轉色期提前。

鄧豐產等(2003)[9]研究表明,果園生草降低了果樹加粗生長,新梢較對照長短因草種而異,短枝比例明顯高于對照區,有利于結果。李國懷等(1997)[6]研究表明,生草提高了柑橘葉片N、Fe、P、K含量,降低了葉片Cu和Mn含量,而對葉片中Ca、Mg、Zn含量均無顯著影響。郝淑英等(2005)[33]研究表明,行間生草蘋果園樹的單葉面積和比葉重均顯著大于對照清耕園;不同草種間蘋果樹單葉面積和比葉重也不同,但差異并不顯著;蘋果園行間生草后, 蘋果樹葉片光合速率平均提高24.27%。

7 對果實品質的影響

絕大多數研究認為果園生草使果實產量、平均單果重、總糖、VC、可溶性固形物、硬度和著色指數均得以提高,但對酸含量的研究結果則有所不同。

惠竹梅等(2006)[34]以“赤霞珠”葡萄為試材的研究結果表明,行間生草可使葡萄果實還原糖含量增加,酸含量降低;葡萄酒中pH值、花色素苷、單寧含量升高,酒體顏色加深,結構感增強;行間生草使“赤霞珠”葡萄果實及葡萄酒品質提高,但對酒精發酵過程無明顯影響。王勤等(2000)[35]研究表明,果樹—牧草結合模式使果實產量提高20%,總糖提高1%,硬度和Vc提高,但總酸下降。鄧豐產等(2003)[9]研究表明,果園生草使果實產量、平均單果重、可溶性固形物、硬度和著色指數均增加,但對果形指數影響不大。李國懷等(2005)[7]研究表明,柑橘園生草栽培可提高果實產量和果實可溶性固形物含量,降低果實檸檬酸含量,且種植百喜草比白三葉效果更明顯。劉建新(2004)[12]研究表明,覆草后蘋果單果重增加,產量與裸土相比差異顯著,可溶性固形物、全糖、總酸和維生素C含量均比裸土高。

8 小結

目前,關于果園生草的研究和推廣雖然已經取得了可喜的成績,但仍存在一些問題,有待進一步研究和努力:①加大推廣力度,加強科研部門和推廣部門的協作,將新的試驗成果及時地驗證推廣。②自然生草具有對本地區氣候條件的適應性強、投資少和易管理等優點,應加強對本地區自然生草的開發利用和優勢草種的篩選。③轉變觀念和研究思路,正確認識果樹和生草對水肥的利用,將果樹和生草的互作及兩者與果園生態關系在整體層面上進行系統的評價。④果園生草的研究內容比較廣,大多側重于土壤生態效應和果實品質方面。果園生草后,一方面影響地下部水溫狀況、透氣性、生物群落及組成、養分、有機質等,另一方面影響地上部果園微環境。因此,對果園生草的研究不應以對土壤生態、葉片光合等的影響作為衡量標準,而應以樹體的生理代謝為中心,研究各因子綜合效應與其生理代謝的相關性。⑤對于生草果園的管理,應從具體情況出發,因地區、季節的不同而采用相應的措施,不應一刀切,生搬硬套別處經驗和模式。

參 考 文 獻:

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