新源野果林主要氣象特征和人工更新集雨防草技術研究

程 功，劉立強，頡剛剛，朱璐輝，木薩·波拉提，余天藍，曼蘇爾·那斯爾，廖 康

（新疆農業大學 特色果樹研究中心，新疆 烏魯木齊 830052）

新疆位于我國的西北邊陲，土地遼闊，光熱資源豐富，屬于溫帶大陸性氣候，境內山脈與盆地相間形成“三山夾兩盆”的地形；新疆多樣而特殊的生境形成了豐富而有特色的野生果樹種群稱為野果林，其中，新源野果林位于新源縣境內，這里分布著豐富的野生蘋果、杏、李、山楂等多種野生果樹，蘊藏著無數特異優良性狀基因，是果樹新品種改良的寶貴材料，具有極高的利用價值。但近年來因多種原因致使野生果樹資源數量明顯減少[1-2]，亟待更新恢復，而野果林自我更新恢復能力弱，人工更新是快速恢復野果林的一種重要途徑，但由于野果林大量死亡后雜草快速生長與蔓延，與人工栽植更新的幼苗競爭光照、水分與養分。多種雜草生長高度超過更新苗后遮擋光照，使更新苗生長困難或死亡。在野果林無灌溉自然環境條件下保證土壤含水量并且控制雜草，使野生果樹幼苗自然生長成林是野果林更新的關鍵。

土壤含水量與該地區的氣象環境有密切關系，對試驗地區進行氣象監測并對氣象資料進行分析比較，能夠為土壤含水量的變化提供科學的解釋。對野果林分布地的新源交吾托海2008—2011年的氣象監測數據顯示，夏季最高氣溫達30 ℃以上，最高溫出現在7—8月，但持續時間非常短，7—8月平均氣溫19 ℃，冬季最低氣溫-15 ℃，12—2月平均氣溫-4 ℃，年平均氣溫7.8 ℃。2012年對野果林分布地的大西溝氣象監測結果表明，大西溝山區最高氣溫在30～32 ℃之間，出現時間較短，7—8月平均氣溫20 ℃左右，冬季最低氣溫在-20～-26 ℃，冬季月平均氣溫在-6 ℃左右，年平均氣溫8.25 ℃，山區熱量低于平原[3]。

土壤覆蓋能減緩表層土壤水分蒸發，是保持土壤含水量的一項重要措施。柴守璽[4]研究表明，覆膜能顯著提高0～20 cm土壤墑情。李曉芳[5]、郭青范[6]的研究均表明覆膜能不同程度提高土壤含水量。覆膜還能起到防治雜草的作用，劉祥臣[7]在稻田的鋪膜防草試驗表明，鋪膜能顯著抑制雜草生長，并且防效高于化學藥劑。郭米娟[8]和吳菊香[9]的研究結果顯示覆膜的防草效果顯著。

本試驗選取新源野果林3種不同類型試驗地，每月定時測定土壤含水量，同時測定2種鋪膜和魚鱗坑的集雨保濕效果。同步記錄環境因子，進行相關性分析，揭示影響土壤含水量的主要因子。分析試驗地雜草株數和生物量計算兩種鋪膜方式的雜草抑制效果。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于伊犁新源縣伊犁植物園（E83°36′5″，N43°22′44″）。海拔高度1 372.9 m，屬于溫帶大陸性氣候，試驗區內以野蘋果和野杏為主。

1.2 試驗材料

黑色塑料地膜、園藝地布，裁剪為1 m×1 m備用。

1.3 試驗方法

試驗區內選擇3種不同生境（陽坡、陰坡、平地）類型的區域作為試驗樣地，見表1。樣地分別挖定植坑（規格60 cm×60 cm×40 cm）栽植2年生野生蘋果幼苗，使幼苗根頸處與坑內地面齊平，栽植后定植坑中分別鋪設1 m2的園藝地布（處理Ⅰ），黑色地膜（處理Ⅱ）和挖魚鱗坑（處理Ⅲ，規格為60 cm×60 cm×40 cm）3種處理方式，以不做處理作為對照（CK），對土壤不同深度的含水量進行定期取土測量，同時對雜草進行監測。

表1 3種試驗地基本概況Table 1 Basic survey of three kinds of experimental bases

1.4 項目測定

1.4.1 試驗區氣象數據的監測

在試驗區具有代表性區域安裝Davis自動氣象站，實時監測溫度（℃）、風速（m/s）、降雨量（mm）、光照（lx）等氣象因子，3種試驗地分別安裝EL-USB-2.0溫濕度記錄儀，HOBO光照記錄儀和ECH2O土壤監測系統，分別記錄3種試驗地的氣溫（℃），空氣相對濕度（%），光照（lx），土壤溫度（℃），土壤含水量（m3/m3）其中土壤測量深度為10 cm；數據采集間隔設為1 h。

1.4.2 土壤含水量的測定

采用烘干法測定土壤含水量。每月定期用土鉆取土，取土位置距離定植苗主干30 cm，取樣深度為10～20，30～40，50～60 cm 3個深度，將土樣裝入樣品袋，以便進行后續試驗。將土樣稱取質量后帶回實驗室置于烘箱中在105 ℃下烘干，冷卻后稱其干質量，按公式計算土壤含水量。

式中：W為土壤含水量（%）；G1為烘干前土壤和樣品袋質量（g），G2為烘干后土壤和樣品袋質量（g），G3為烘干后樣品袋質量（g）。

1.4.3 雜草生物量的測量

于8月21日一次性調查試驗區內雜草株數（株/m2）和鮮質量（g/m2）。每種試驗地隨機調查4點，每點1 m×1 m，計1 m2。調查時，將點內雜草全部挖起，清除根部泥土，將地上部分與地下部分分別稱質量（g），同時記錄雜草株數。待烘干后稱量記錄雜草干質量（g）。

1.5 數據處理

采用Excel 2007 和SigmaPlot10.0軟件作圖和SPSS 19.0作分析。

2 結果與分析

2.1 野果林生長季內氣象特征分析

4—10月3種試驗區氣溫、空氣相對濕度、光照和土壤溫度的變化趨勢相似，見圖1A～D。由圖1A～D可知，其中，氣溫和土壤溫度為先上升后下降的趨勢，期間存在小范圍的波動，不同試驗地又表現出差異性。其中，平均氣溫為陽坡（16.75 ℃）＞平地（15.63 ℃）＞陰坡（15.34 ℃）；空氣平均相對濕度為平地（68.84%）＞陰坡（65.89%）＞陽坡（53.53%）；光照強度日變化波動范圍較大，總體上表現為陽坡（39 601.35 lx）＞陰坡（38 681.85 lx）＞平地（38 403.11 lx）；土壤溫度差異明顯，總體上表現為陽坡（17.55 ℃）＞平地（14.83 ℃）＞陰坡（13.75 ℃）。

野果林果樹在生長期降雨量極不平均，見圖1E。由圖1E可知，從4月13日—6月29日這一個半月的時間內，是降雨量集中的時期，共降雨31次，累計降雨量257.8 mm，約占試驗期總降雨量的65.63%，其中有6次降雨量超過15 mm。而7月有4次降雨，累計降雨量27.4 mm，約占試驗期總降水量的6.92%，8月1日—10月24日近3個月的時間內，有18次降雨，總降雨量107.8 mm，約占總降雨量的27.44%，但其中有10次降雨未超過5 mm，僅有4次降雨超過了10 mm。可見，試驗地降雨主要分布在4—6月，而7月之后降雨減少。

2.2 不同集雨方法對土壤含水量的影響

2.2.1 土壤含水量的季節變化

不同處理下3種試驗地的平均土壤含水量變化情況見圖2。由圖2可知，受氣候因素影響，各種處理在5—7月均能提高3種試驗地的土壤含水量，而8—9月時圖2A和圖2C的土壤含水量均下降。各種處理在試驗期集雨效果的總體趨勢相似，但又表現出一定的差異性。3種試驗地的土壤含水量均值以平地最高，為28.80%，陰坡次之，為28.56%，陽坡最低，為16.29%。

由圖2A可以看出，在5—7月，處理Ⅰ的土壤含水量高于處理Ⅱ和處理Ⅲ，表現出較強的保水性，而在9月時，處理Ⅲ的土壤含水量高于處理Ⅰ和處理Ⅱ。說明對于陽坡來說，處理Ⅰ和處理Ⅲ在不同的時期對土壤水分有不同的影響。各處理的平均含水量處理Ⅰ為18.32%，處理Ⅱ為16.48%，處理Ⅲ為16.82%，CK為13.54%，各處理土壤含水量分別比CK高35.23%，21.66%，24.19%。由圖2B可知，在6—9月，處理Ⅰ的土壤含水量均高于處理Ⅱ和處理Ⅲ，表現出較好的集雨保濕效果；但是在9月時，3種處理的土壤含水量均低于CK，整個生長季期間，3種處理均能提高土壤含水量，與CK相比較，處理Ⅰ提高了28.33%，處理Ⅱ提高了9.06%，處理Ⅲ提高了3.42%。由圖2C可知，在5—7月，處理Ⅱ的土壤含水量高于處理Ⅰ和處理Ⅲ，但在9月時3種處理的集雨保濕效果同陰坡，均小于CK。3種處理的土壤含水量均值處理Ⅰ為28.51%，處理Ⅱ為30.81%，處理Ⅲ為28.68%，分別比CK提高了5.25%，13.53%，5.68%。

2.2.2 不同集雨方法對垂直土壤含水量的影響

圖1 新源野果林氣象因子季節變化Fig. 1 Seasonal changes of meteorological factors of wild fruit forest in Xinyuan

圖2 不同處理方式下野果林3種試驗地土壤水分含量動態變化Fig. 2 Dynamic changes of soil moisture content in three experimental plots under different treatments of wild fruit forest

新源野果林的降雨主要集中在4—6月，這段時期是土壤的主要蓄水期。從圖3可以看出，土壤含水量總體上平地＞陰坡＞陽坡，各處理變化趨勢一致但又表現出一定的差異性，陽坡土壤含水量隨深度的增加而下降（圖3A），陰坡和平地則是土壤含水量隨深度的增加而降低（圖3B和圖3C）。從圖3可以看出，3種處理較CK均有不同程度的提高，圖3A顯示，陽坡的處理Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ土壤含水量分別比CK提高了33.80%，19.98%，21.59%，其中處理Ⅰ的集雨保濕效果最好；圖3B顯示，陰坡的處理Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ土壤含水量分別比CK提高了30.35%，12.65%，4.11%。其中處理Ⅰ的集雨保濕效果最好；圖3C顯示，平地的處理Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ土壤含水量分別比CK提高了8.68%，16.74%，7.25%，其中處理Ⅱ的集雨保濕效果最好。

綜上可知，在3種試驗地的不同處理中，陽坡（圖3A）和陰坡（圖3B）以鋪設地布（處理Ⅰ）的集雨效果最好，而在平地（圖3C）以鋪設地膜（處理Ⅱ）的集雨效果最好，與不同月份的集雨保濕效果一致。說明在不同的試驗地鋪設不同的材料可以通過引流的方式增加降水的收集能力，從而能提高土壤的含水量。

圖3 不同處理下野果林土壤水分含量垂直變化Fig. 3 Vertical distribution of soil moisture at different treatments of wild fruit forest

2.3 野果林土壤含水量與氣象因子的關系

野果林土壤含水量與氣象因子的關系見表2。由表2可知，空氣相對濕度、降雨量與陽坡土壤含水量呈現正相關，即含水量隨著空氣相對濕度和降雨量的變化而趨同變化，并且都達到了極顯著正相關水平，風速與土壤含水量的相關性最小；由相關性結果還可以看出，氣溫、光照、土溫與陽坡土壤含水量呈現負相關，其中氣溫與土溫達到極顯著負相關，光照與土壤含水量的相關性最小，即隨著氣溫、光照和土溫的上升，土壤含水量則下降，其中氣溫和土壤溫度對土壤含水量的影響最為顯著。綜上所述，氣溫、空氣相對濕度、土壤溫度和降雨量是影響陽坡土壤含水量的重要氣象因子，而光照和風速并不是影響土壤含水量的關鍵氣象因子。

由表2可知，空氣相對濕度、降雨、光照、土溫、風速與陰坡土壤含水量呈現正相關，其中降雨、空氣相對濕度與土壤含水量達到極顯著正相關，即土壤含水量隨著降雨和空氣相對濕度的變化而變化，而光照、土溫和風速與土壤水分含量相關性均不顯著，且相關性逐漸減小；從結果中還可以看出，氣溫與土壤含水量達到顯著負相關，即土壤含水量隨著氣溫的變化而出現相反的變化。綜上所述，氣溫、空氣相對濕度和降雨量是影響陰坡土壤含水量的重要氣象因子，光照、風速和土壤溫度則不是影響陰坡土壤含水量的環境因子。

由表2還可知，空氣相對濕度、光照、風速、降雨與平地土壤含水量呈現正相關關系，即土壤含水量隨著空氣相對濕度、光照、風速、降雨的變化而趨同變化，其中空氣相對濕度與土壤含水量達到極顯著正相關，降雨與土壤含水量達到顯著正相關，光照與土壤含水量相關性最小。表中還可以看出，氣溫、土壤溫度與土壤含水量呈現負相關，并且都達到極顯著水平，即土壤含水量隨著氣溫和土壤溫度的變化而呈現相反的變化。綜上所述，氣溫、空氣相對濕度、土壤溫度和降雨是影響平地土壤含水量的重要氣象因子，而光照和風速則不是影響平地土壤含水量的關鍵氣象因子。

表2 野果林氣象因子與3種試驗地平均土壤含水量的相關性?Table 2 Correlation between meteorological factors of wild fruit forestry and averages soil moisture in three experimental plots

綜合分析認為，氣溫，空氣相對濕度，降雨量是影響試驗區土壤含水量的主要氣象因子，另外，土壤溫度也是影響陽坡和平地土壤含水量的主要氣象因子。其中，氣溫與試驗區土壤含水量均為顯著負相關，而空氣相對濕度和降雨量均與試驗區土壤含水量為顯著正相關，并且空氣相對濕度的相關性大于降雨量。

為進一步描述土壤含水量與氣象因子的綜合影響，將土壤含水量作為因變量，各氣象因子作為自變量，進行多元線性回歸分析，結果見表3。由表3可以看出，回歸方程均達到極顯著水平（P＜0.01），得到土壤含水量與氣象因子的最優回歸模型，各方程均能很好的解釋土壤含水量與氣象因子的關系。

表3 3種試驗地土壤含水量與氣象因子的回歸分析?Table 3 Multivariable regression equation between soil water content and meteorological factors

2.4 不同鋪膜方式對野果林雜草的抑制效果

2.4.1 試驗區主要優勢雜草種類

對試驗地的調查發現，野果林雜草種類繁多，主要雜草有蕁麻，狗尾草，虎尾草，大麻，酸模，蒼耳，野胡蘿卜，菟絲子，糙蘇，莧菜，車前，甘草，牛蒡，灰藜，大薊，鼠尾草，野豌豆，車軸草，蒲公英，艾草，苜蓿，早熟禾，薄荷，牛至，梯牧草，龍蒿，蘆葦等。

2.4.2 不同處理下的雜草防治效果

不同處理下的雜草防治效果見表4。由表4可知，3種試驗區的2種鋪膜處理的雜草株數和生物量均為0，防治效果明顯，均為100%，與CK差異顯著。3種試驗區雜草株數差異顯著，陽坡雜草株數最多，為1 187.25株/m2，平地次之，為859.25株/m2，陰坡最少，為508株/m2。但雜草的地上部分生物量則為平地最高，陰坡次之，平地最少；但地下部分的雜草生物量正好與此相反。調查也發現，陽坡雜草種類最為單一，可能與陽坡土壤水分相對較少，適宜生長的雜草種類少有關系。

表4 不同處理下的雜草抑制效果?Table 4 Weed control effects under different treatments

試驗區春季定植樹苗后，采取覆蓋黑色地膜和園藝地布的措施防草，雖然能提高土壤水分含量，也能促進雜草生長，但兩種膜均不透明，使雜草不能進行光合作用而死亡，防草效果好，并且兩種膜抑制時間較長，可保證整個生長季膜下無雜草發生。

3 結論與討論

新源野果林氣溫從4—7月上升，8月開始下降，最高溫出現在7月下旬—8月上旬；試驗期間空氣相對濕度出現不均勻的波動性變化，波動幅度和隨機性比較大，發生極端濕度的情況比較頻繁；光照從4—6月底逐漸上升，變化幅度也逐漸增大，7月開始減小，變化范圍隨之減小；土壤溫度從5—7月中旬逐漸上升，之后開始下降；試驗期間總降雨量392.8 mm，主要集中在4—6月，約占試驗期降雨量的65.63%，各月間供求比差異很大。4—6月野果林氣溫回升，野果林的果樹也開始萌芽生長，雜草開始生長。普宗朝[10]也得出相似的實驗結果。

本試驗是在無灌溉條件下進行的，土壤水分來源全部依賴降水，陽坡、陰坡和平地CK的土壤相對含水量分別為10%～17%、18%～34%、24%～30%，屬于重度或中度干旱，對野生果樹的外部形態、光合作用及根系活力有抑制作用，影響果樹生長。戚大偉[11]、徐穎[12]、木斯塔帕·海比布等[13]研究結果與本試驗結果基本相似。對土壤進行覆蓋管理后土壤含水量開始上升，其中陽坡和陰坡鋪地布效果最好，土壤含水量分別提高35.23%和28.33%，能夠有效減緩土壤水分對人工栽植更新苗的生長抑制作用。本試驗中平地鋪地膜的保濕效果最好，土壤含水量高于CK13.53%，這與尹曉寧等人[14]用黑膜和麥草覆蓋蘋果園的研究結果相似，其研究認為覆蓋黑膜的土壤含水量可比CK提高13.54%～37.77%。同時與劉球[15]的研究結果相似，其結果認為覆膜能顯著提高土壤含水量。本試驗結果發現，進入8—9月，氣溫升高，有效降雨減少，各處理保濕效果較差。武利玉[16]認為，外界氣溫高，黑色地布與地膜吸收熱量，膜下溫度增高，土壤表層蒸發明顯。此外，李永閑在野杏[17]、李智平在野蘋果[18]等野生資源研究中發現，8—9月，新梢進入緩慢生長期，需水量減少[19]，此時，各處理的保濕效果也下降，符合樹木的需水規律。3種試驗地魚鱗坑的集雨效果最差，原因可能是試驗區地表水分下滲速度快，次降雨量難以形成地表徑流，魚鱗坑中雜草生長旺盛，蒸騰作用加劇了土壤水分的散失。

地表覆蓋能夠抑制土壤水分蒸發，較大幅度提高土壤表層含水量[20]，是因為覆蓋通過改變地表與大氣的接觸形式，影響土壤水分運動進而影響土壤水分含量[21]。本研究中，3種處理均能不同程度提高0～60 cm的土壤含水量，各處理土壤含水量隨土壤深度的變化趨勢同CK一致，表層土壤的變化幅度大于深層土壤，這與路海東等人[22-24]的研究一致。李婷[25]的研究也表明，覆蓋能提高20 cm土壤深度的8.4%的土壤含水量。陽坡和陰坡的鋪地布處理集雨效果優于地膜和魚鱗坑，平地使用地膜的集雨效果優于地布和魚鱗坑。

土壤含水量受多種因素的共同影響。在3種試驗地中，氣溫，空氣相對濕度，降雨量與土壤含水量有顯著相關，其中氣溫與土壤含水量為顯著負相關。土壤溫度對陽坡和平地土壤含水量達到顯著性負相關，是因為氣溫和土壤溫度的上升加劇了土壤水分的蒸發，造成土壤含水量減少，而降雨能夠補充土壤含水量，這與周景春等人[26-27]的研究結果一致，本研究還認為風速與輻射不是影響土壤含水量的關鍵因素，這與陳媛媛[28]的研究結果略有差異，該研究認為輻射與土壤含水量有顯著負相關關系。另外，影響土壤含水量的因素還有很多[29-32]，如地形因子、土壤物理屬性、海拔等，還有待進一步觀測研究。

試驗地雜草生長旺盛，特別是進入6月后，蕁麻、大麻等雜草生長高度超過2 m，高于移栽野生果樹苗，且雜草覆蓋度超過90%，雜草的地下部分與幼苗爭奪土壤養分和水分，地上部分嚴重遮擋光照，影響移栽苗的正常生長，本試驗中鋪地布和黑色底膜對雜草的防治效果顯著，均達到100%，這與劉錦波[33]的研究結果相似，其研究結果認為，覆膜能顯著提高人工紅松林的雜草防治效果。大量的生產實驗也表明[34-36]，黑色地膜的雜草防效在47%～97%之間。這是因為地布和黑色地膜的遮光率在80%～90%，阻礙了綠色植物的光合作用，使雜草養分缺乏，長期處于饑餓狀態，不能正常發育，抑制雜草生長[37]，同時，地布和黑色地膜也可以利用機械阻礙作用防止雜草生長，從而達到防草控草的效果。