生物覆蓋對果園土壤質量與熱帶果樹生長發育影響的研究進展

朱嘉雯， 馬蔚紅， 井 濤， 臧小平*

(1.中國熱帶農業科學院 試驗場， 海南 儋州 571737； 2.中國熱帶農業科學院 海口實驗站/海南省香蕉遺傳改良重點實驗室， 海南 海口 571101)

0 引言

果園地面管理方法是現代果園管理制度中的重要管理技術，主要包括生草法、清耕法、免耕法及覆蓋法，在果樹周年管理中占有重要的地位[1]。覆蓋是在果園地面以某種方式使果園地面與環境形成一個隔層的地面管理措施。生物覆蓋指在樹盤地面人為覆蓋有機活體物質的地面管理措施。熱帶果園覆蓋材料包括碎樹皮、干草、秸稈、果殼類(咖啡、油茶、花生等)、木薯渣、椰糠、甘蔗渣、煙末(梗)堆肥、海草及鋸末等，或刈割果園行間生長的雜草用于覆蓋樹盤。與其他地面管理措施相比，覆蓋法在提高水分利用效率(WUE)等方面具有更多優點，因此，近年來逐漸受到研究者的重視[2]。果園覆蓋是發達國家廣泛推行的果園土壤管理方式，近10年來隨著有機生態果園栽培技術的發展，包括地面覆蓋在內的保護性耕作栽培技術研究得到各級政府和研究機構的重視，并取得很多新進展。我國覆蓋栽培研究主要應用于大田作物，在蘋果、桃、梨、獼猴桃、葡萄和核桃等果樹上得到應用[3-8]，但相對較少。熱帶地區在西太平洋副熱帶高壓控制氣候條件下，太陽輻射強烈，溫度高、蒸發和蒸騰量大，土壤淋溶作用強烈，表土層較淺，因而土溫越高，導致近地表層的根系大量受損以致死亡[9]；對熱帶果樹產量、品質和樹體生長產生不利影響，是阻礙果樹生長和導致產量品質下降的重要因素，生產上常采用樹盤生物覆蓋方法減輕危害[10]。為熱帶果園生物覆蓋技術的推廣應用及深入研究提供參考，從生物覆蓋技術對熱帶果園土壤生態效應、培肥效應、微生物調控效應、作物效應及果園微環境調控效應等方面近10年國內外的相關研究進行綜述，并對生物覆蓋技術的未來發展及有待研究解決的問題提出了建議。

1 生物覆蓋對土壤的生態效應

1.1 改善土壤結構

良好的生態果園土壤結構利于改善土壤理化性狀、減少水土流失和農業面源污染。覆蓋作為隔離層，也是一個緩沖層，可減少地表徑流的發生，降低養分流失，防止土壤板結，降低土壤容重。另外，覆蓋有機物料在微生物的參與下腐爛分解，產生促進土壤顆粒絮聚的物質，有利于形成穩定的土壤團聚體和增加土壤孔隙度，提高土壤的疏松度和透氣性。JORDN等[11]發現，秸稈覆蓋顯著提高土壤有機質含量，增加土壤水分儲量與有效性，且改善土壤容重、孔隙度和團聚體的穩定性。MCINTYRE等[12]研究認為，通過覆蓋可提高蕉園土壤0～30 cm土層的孔隙度，土壤水補給性能增強。張靜等[13]研究發現，在荔枝園進行稻草覆蓋處理，表層土壤容重為1.24 g/cm3，比對照(裸地)減小18.4%，非毛管孔隙度和總孔隙度分別為8.72%和51.63%，分別為對照的2.63倍和1.67倍。張建繁等[14]研究表明，碎枝覆蓋處理較對照荔枝園土壤容重降低20%，總孔隙度增加7%。在廣西坡地荔枝園實施等高種植和植物覆蓋，2-9月減少雨水流失0.969 m3/100m3，減少泥土流失10.75 kg/100m3，對坡地可持續利用具有重要意義[15]。GREORIOU等[16]在Julie芒果上采用8 cm風化1 a的咖啡殼覆蓋后提高了土壤的容重、多孔性及滲濾速率等物理性能。在番木瓜園采用毛蔓豆、印度麻、高粱、木豆和洋刀豆等作物覆蓋不僅可以促進土壤中較大直徑聚合物(2.00～7.93 mm)的形成，還可以提高番木瓜的產量[17]。通過覆蓋15 cm厚的碎樹皮，8年后覆蓋土壤的容重變小，入滲率和孔隙度提高[18]。趙德英[19]研究認為，秸稈覆蓋可改善土壤理化性狀，土壤含水量和孔隙度分別較對照增加13.6%和8.8%；團聚體形成加快，>5 mm團聚體的百分比增至53.8%～68.7%。生物覆蓋地表后，由于覆蓋物腐解形成腐殖質，促進土壤團粒結構的形成，提高土壤的通透性，土壤容重也相應降低，防止土壤裂化和土壤被侵蝕，土壤結構得到改善，給樹體根系生長創造一個良好的生態環境。綜上看，不同果樹采用有機物料覆蓋厚度不同其效果各異。有機物料覆蓋太厚可能引起土壤通透性減弱、土壤粘性增強，影響果樹根系生長；太薄則達不到保水和控制雜草生長的作用。因此，控制覆蓋物的厚度是有機物覆蓋的中心環節。根據不同果樹有機覆蓋類型選擇不同厚度覆蓋量，達到改善土壤結構和促進作物生長的最佳效果，并在生產上形成技術規程，還有待進一步深入研究。

1.2 調節土壤水分

土壤水分是土壤的重要組成部分，對土壤肥力和其他理化性狀能產生直接或間接影響。有機物料覆蓋可減少地表裸露，降低樹盤土壤水分的蒸發，同時蓄積雨水，有利于保持土壤的濕度。通過覆蓋可有效減少土壤水分蒸發，使覆蓋層下的土壤濕度保持較高水平。在香蕉園，覆蓋處理與清耕對照比較，根系可吸收0～30 cm和30～50 cm土層中更多的水分[12]。荔枝園樹冠下及行間覆蓋稻草后，表層土壤最大持水量為對照的1.75倍，毛管持水量和最小持水量分別較對照增加16.51百分點和11.53百分點[13]。采用10 cm碎枝覆蓋的荔枝園土壤含水量基本維持在10%～20%，而未覆蓋土壤含水量則為5%～40%[14]。張艷新等[15]研究表明，坡地荔枝園在等高種植條件下通過植物覆蓋可使0～40 cm土層的含水量提高3.00%～3.43%。張惠云等[20]對怒江干熱河谷區荔枝園覆蓋土壤表層水動態變化的研究表明，灌水后1～40 d，樹盤未覆蓋和行間清耕的土壤表層含水量比樹盤覆蓋的土壤含水量下降快，灌水40 d時土壤表層含水量為樹盤覆蓋>生草>樹盤未覆蓋>行間清耕。唐志鵬等[21]研究發現，在雞嘴荔的樹盤鋪肥+雜草覆蓋處理后，夏季高溫干旱期土壤含水量為15.4%，較對照高5.9%。在廣西龍眼園進行牛糞覆蓋和秸稈覆蓋后，土壤含水量均顯著高于清耕對照[22]。岳海等[23]研究發現，覆蓋處理云南澳洲堅果園土壤含水量在0～20 cm土層較對照增加33.58%，在20～40 cm土層較對照增加22.24%。FIRTH等[24]研究表明，采用澳洲堅果果殼覆蓋可顯著提高0～15 cm土層的田間持水量、永久凋萎點及有效土壤水分，其中有效土壤水分含量提高8.7%，土壤永久凋萎點提高6.3%。在油梨園覆蓋城市固體廢物(主要是草坪修剪的碎草和垃圾)可以提高果樹的持水和持肥能力[25]。采用木屑覆蓋與麥稈覆蓋，土壤蓄水和保水能力增強，土壤濕度提高[26]。秸稈覆蓋處理2 m土層2 a平均貯水量均高于無覆蓋處理[27]。趙聚寶等[28]研究指出，秸稈覆蓋土壤的蓄水量較對照高45.2～69.3 mm，土壤蒸發量較對照低21.5%～63.2%，而且秸稈覆蓋所增加蓄水量的60%～83%集中在0～50 cm土層；秸稈覆蓋有調控土壤供水的作用，使作物苗期供水減少，需水關鍵期耗水增加，農田水分供需狀況趨于協調。秸稈覆蓋作物水分利用效率較對照高0.11～0.31 kg/(mm·666.7 m2)。相對于裸土，覆蓋條件下土壤熱參數增大。熱導率與含水量呈冪函數增加趨勢，熱容量隨含水量線性增加。覆蓋對近表層土壤熱參數的動態變化有顯著影響，覆蓋的保水效應直接影響土壤熱參數的變化[29]。生物覆蓋能起到截留雨水、蓄水和減緩土壤水分蒸發速度的作用，因而可以改善土壤的結構，使土壤疏松多孔，增強土壤的導水性，降雨下滲速度快，能把水分儲存于土壤深層，從而有效減少土壤的蒸發，保水保墑。有機物覆蓋量與土壤水分的抑蒸效應并不是簡單的直線相關關系。王慧杰等[30]研究發現，采用紫蘇稈和小麥秸稈覆蓋，達到最佳抑制蒸發效果的用量為4 000.2 kg/hm2；采用碎紙屑和棉花葉覆蓋，達到最佳抑制蒸發效果的用量為2 000.1 kg/hm2。因此，雖然生物覆蓋有較好的保水保墑作用，在實際生產中，欲達到最佳抑制蒸發保墑效果還需根據不同果園及有機覆蓋種類選擇不同的覆蓋量。

1.3 調節土壤溫度

土壤溫度與果樹根系生長、微生物活性及土壤養分有效性密切關聯。我國熱帶果樹產區屬于熱帶季風氣候，全年高溫，降水分旱季和雨季。高溫季節如何利用果園覆蓋減少極端高溫天氣對果樹的不利影響，是輕簡化土壤管理的主要途徑。在高溫或干旱季節，熱帶果園樹盤地表覆蓋稻草、玉米秸稈、綠肥及雜草等，覆蓋范圍至樹冠滴水處，厚度10～20 cm即可達到抵御夏季高溫的作用。生物覆蓋有利于土壤表面形成一個保護層，可有效減少外界環境對土壤產生影響。高溫時，可減少光照對地表的直接輻射，降低地表光照度，形成一個隔熱層，覆蓋物層間的空氣流速相應減緩，使得熱量向深層土壤的傳遞減緩，覆蓋層下的土壤升溫過程趨緩，從而減少土壤水分蒸發，達到保墑的目的。低溫時，覆蓋的有機物料在分解中產生一定的熱量，對冬季的土壤表層具有增溫作用，對地面起到保溫效果，有助于減小果園土壤的溫差，為果樹根系生長提供一個更加穩定的環境[31-32]。枝條粉碎覆蓋后深圳荔枝園土壤周年溫度變化幅度為9℃，同時期未覆蓋處理為11.6℃，覆蓋處理較未覆蓋變窄，使得土壤溫度更加恒定[14]。在廣西雞嘴荔園采取樹盤鋪肥+雜草覆蓋，夏季高溫季節能有效降低樹盤土壤溫度，并能提高早春樹盤土攘溫度。在夏季高溫期間，雞嘴荔園清耕地地表溫度可達45℃，5 cm土層溫度在37.5℃左右，雜草覆蓋可降低土溫4.1℃；而在早春低溫季節覆蓋處理可提高土溫1.3℃[21]。龍眼園樹盤覆蓋玉米秸稈后，在溫度較高的10月土壤表層溫度較對照降低1.3℃；在溫度較低的12月，秸稈覆蓋和牛糞覆蓋處理的土壤表層溫度較對照高1.9～2.8℃[21]。曹兵等[26]進行木屑覆蓋與麥稈覆蓋試驗也得出土壤溫度變幅減小的相同結果。覆蓋8 cm厚的覆蓋物可減少土溫的日波動性，保持土壤水分，改善土壤物理性質(容重、孔隙度和滲透率)，為芒果樹生根提供穩定環境[16]。云南澳洲堅果園覆草處理后，低溫季節樹盤土壤溫度較對照高1.7℃，高溫季節卻明顯低于對照，有效降低了不適宜根系及花藥發育高溫出現的頻率。在干熱和濕熱季節，覆草處理可起到“降暑”作用[23]。在澳大利亞，澳洲堅果園夏日表土裸露區溫度高達45℃，通過覆蓋保護土壤可免受夏日高溫之害，有助于減少植株衰退癥的發生[23]。采用稻草覆蓋番石榴根部后10 cm土層的土壤溫度下降3.24℃[33]。總而言之，生物覆蓋能有效調節土壤溫度，在高溫季節抑制土溫迅速升高，在低溫季節起到保溫作用，使果園地溫變化趨于平緩，減弱因氣溫驟變帶來的地溫急劇變化而造成的不利影響，改變果園生態系統熱量傳遞，進而影響果園土壤熱量的收支平衡，達到穩定地溫的效果，使果樹的抗逆性能提高。

2 生物覆蓋對土壤的培肥效應

2.1 增加土壤有機質

土壤有機質是土壤各種基本性質的綜合表現，是表征土壤肥力的重要指標。有機質含量與果園產量、品質呈正相關性[34]。果園地表覆蓋能緩沖雨滴對土壤的侵蝕作用，一方面可以減少有機質的流失，另一方面為土壤中生物(動物、微生物)活動提供良好的生活環境，通過生物活動又可促進地表枯落物的分解，加速其中有機物質腐爛礦化進程，增加土壤腐殖質，從而提高土壤有機質含量。此外，果園覆蓋降低了土壤的擾動情況，抑制因土壤過度通氣導致的土壤有機質氧化降解進程，使土壤中的有機質不斷增加。果園覆蓋后在表土層有機質增加最多，但從土壤表層向下呈逐漸減少趨勢。曹兵等[26]的研究表明，8～10 cm厚的木屑和麥稈覆蓋處理可以增加土壤有機質含量。香蕉園采用生物覆蓋后，土壤性狀得到全面提升[35]；荔枝園地表覆蓋稻草后，土壤有機質較對照增加78.6%[12]；荔枝園樹盤鋪肥+雜草覆蓋處理土壤有機質為3.02%，為對照的3.51倍[21]；云南澳洲堅果園覆草處理后有機質含量提高41.87%[23]；澳大利亞澳洲堅果園4 a覆蓋處理后土壤有機質含量為9.0%，較對照高28.6%，有效提高了土壤的養分保持力和陽離子交換能力[24]。LPEZ等[36]在油梨果園采用7 cm厚的杏仁殼(干殼26 kg /m2)進行樹盤覆蓋，10 a后覆蓋處理果園的產量略高或相當于傳統處理；0～25 cm表層土壤有機碳含量從43 g/kg增至91 g/kg。楊東方等[37]認為，選擇C/N值大的秸稈進行覆蓋，可促進重組碳含量提升，利于新形成的腐殖質與土壤無機部分產生較大的復合量，提高緊結態腐殖質碳量，實現較好的改土作用；采用C/N值小的綠肥進行覆蓋或施入土壤后，可增加松結態腐殖質碳量，對提高土壤速效養分含量有較好作用。但果園覆蓋有機新鮮殘體投入量過大，在高溫多雨條件下，覆蓋物在腐爛發酵過程中非常容易發熱，在果樹根部周圍形成短期的高溫并釋放甲烷等有害氣體，造成對根部的灼傷和表皮組織毒害，導致爛根病發生。因此，生產上需針對不同有機覆蓋物確定適宜用量，以達到最佳效果。

土壤養分含量和有效性與土壤環境好壞、供肥能力強弱及作物產量高低直接相關。覆蓋秸稈及秸稈還田是提高土壤養分含量、改善土壤結構、培肥地力的有效途徑。覆蓋有機物料可增加土壤營養物質含量。原因：一方面，有機覆蓋物經過腐解，能為植物的生長提供能量和養分；另一方面，覆蓋提高了土壤的有機質含量，對土壤水分、溫度和微生物活動產生顯著影響，加快物質礦化過程，有機物的分解對土壤的化學性質產生影響。采用刈割雜草、秸稈、蕉葉及碎假莖覆蓋香蕉樹盤及行間，可明顯提高地表肥力，促進土壤養分循環再利用。且經機械打碎的雜草和秸稈腐爛的時間縮短，效果更佳[38]。MCINTYRE等[12]研究表明，通過生物覆蓋可提高土壤肥力，土壤有機碳、有機P、交換性K、交換性Mg及葉片K含量顯著提高。采取稻草覆蓋，荔枝樹表層土壤全量養分(N、P、K)含量為對照的4.88～7.57倍，速效養分(N、P、K)含量為對照的4.80～63.40倍[13]。采取生物覆蓋，果園土壤全鉀、全鎂及全硼[14]，有效N、速效P及速效K[21-22]含量均顯著高于對照。在荔枝果園通過稻草覆蓋可提高土壤有機碳、易變碳含量，0～5 cm土層的有機碳含量、微生物量碳(MBC)含量及可溶解性碳(DOC)含量分別為12.92 g/kg、979.51 mg/kg和1 932.17 mg/kg，分別為對照(無覆蓋)的4.4倍、26.1倍及20.0倍，稻草履蓋措施有利于提高土壤易變碳含量，在為果樹生長提供土壤養分方面起著重要作用，且有利于荔枝果園的生態恢復和水土流失的治理[39]。KAUSHIK等[40]在15年生芒果園采用稻草和谷殼覆蓋，可提高土壤速效N、P、K和微生物群落含量。在澳洲堅果園進行覆草處理，可以顯著增加土壤有機質、速效N、速效P和速效K的含量[23]。采用澳洲堅果果殼覆蓋處理顯著增加土壤C、N、K、Ca和P含量，提升保水性能和微生物活性，促進土壤健康[24，41]。澳大利亞的亞熱帶地區常用的覆蓋產品包括大麥和高粱秸稈、甘蔗梢頭、蓋氏虎尾草等莖狀草、甘蔗壓榨物和花生殼等，其中后2種可提供大量的氮元素，增強樹勢。WOLSTENHOLME等[42]研究提出，合適的覆蓋材料的性質：適宜碳氮比(C∶N)為25～100∶1，以避免土壤中氮含量的嚴重下降；若使用硬木或軟木鋸屑(C∶N為400～500∶1)可能導致土壤中氮含量的嚴重下降。王忠云等[43]采用柚木凋落物覆蓋火龍果，其土壤有機碳、有效P、有效Mn和有效Fe等土壤養分增效顯著，因此認為，凋落物覆蓋是土壤養分積累較為適宜的管理方式。VALENZUE-SOLANO等[44]研究發現，油梨園連續3 a覆蓋桉樹碎枝葉，土壤總氮含量為對照的2倍，核心覆蓋區較對照每年向土壤多釋放N 53 kg/hm2。ENGEL等[45]研究表明，通過覆蓋刈割青草轉移至樹盤的養分量為N 10～25 kg/hm2，P 2～4 kg/hm2，K 15～25 kg/hm2，Ca 3～5 kg/hm2和Mg 1～2 kg/hm2，總體上有25%～50%的青草干物質轉移至樹盤。通過秸稈覆蓋可提高土壤速效鉀、有效性鐵和銅的含量。通過根系分泌物、微生物分解、土壤微酸化及秸稈殘體滯留等的作用，梨園樹盤覆蓋秸稈可增加土壤礦物質的有效態含量，從而快速提升土壤速效養分含量[19]。采用有機材料覆蓋后，蘋果根際土壤與外界空氣交流趨緩，從而減輕因土壤水分和土壤溫度變化帶來的不利影響，土壤微生物活動加劇，促進有機物質分解、轉化與代謝過程，增強土壤中相關酶活性(轉化酶、脲酶)，從而增加土壤速效養分，提高土壤肥力[46]。總體看，采用秸稈、稻草和雜草等較易自然分解的生物材料進行覆蓋，其分解速度較快，提高土壤速效養分效果明顯，而采用木本果樹枝條等相對較難分解的材料進行覆蓋，對前期土壤速效養分增幅的影響相對較小[14]。熱帶果樹生物量大，香蕉莖葉等直接覆蓋其降解速度相對較遲緩，釋放養分較慢，還存在降解不充分及覆蓋材料占地較大而影響耕作等問題[47]；雖已研發出針對香蕉莖葉等殘體粉碎的相關機械，但是還未在生產上大規模推廣應用，實驗室技術真正在田間生產中發揮作用還有一段距離，還有待進一步深入研究。

2.2 調節土壤酸堿度

酸堿度(pH)是果園成土條件理化性質、肥力特征和土壤微生物群落發育特征的綜合反映。土壤pH直接影響土壤礦質元素的有效性，從而影響果樹根系的吸收機能。熱帶果樹適宜的pH為5.0～6.5，采用生物覆蓋可提高土壤pH，同時增加土壤腐殖質含量，后者在吸水、保水及保肥等方面具有良好效果，并能提高土壤陽離子交換量，提高土壤緩沖容量，從而改良土壤酸性[37，48-49]。通過碎枝覆蓋1 a后，荔枝園土壤pH由5.3升至5.6[14]。覆蓋秸稈和牛糞后，龍眼園土壤0～40 cm土層交換性陽離子(Ca2+、Mg2+)含量提高，pH也提高0.41～0.66個單位[21]。HENMI等[41]采用樹盤覆蓋提高土壤pH。通過生物覆蓋不僅提高土壤pH，土壤微生物細菌和放線菌數量分別增加53.4%和39.3%，植物病原菌數量減少，香蕉枯萎病發病率平均下降13.7%[50]。熱帶果園地處高溫高濕環境條件，土壤酸性強，對土壤微生物細菌和放線菌群落生存發育不利，通過生物覆蓋提高土壤pH，使其中土傳病害發生區域土壤改良依然可為。近年來由于化肥過量施用、有機肥施用不足，以及環境污染和酸沉降等，造成南方果園土壤酸化嚴重。采用生物覆蓋可有效緩沖熱帶果園赤紅壤和磚紅壤的強酸性，有利于熱帶果樹根系的生長，促使根系功能正常、穩定發揮。但采用松針或松樹皮、柏樹枝覆蓋后，土壤pH從5.0降至4.4～4.6，因此認為，酸性土壤不適合覆蓋松類植物[51-52]。楊奉霞[53]研究表明，南方果園采用刈割鮮草(紅三葉、白三葉、紫花苜蓿和黑麥草)覆蓋果樹樹盤后，土壤pH下降，有導致土壤酸化的趨勢。因此，在南方果園應針對性地選擇合適的覆蓋材料進行覆蓋，以發揮生物覆蓋調節土壤酸堿度的作用。

3 生物覆蓋對土壤微生物的調控效應

3.1 多樣性增加

土壤微生物數量與土壤肥力之間呈正相關關系[54]。果園生物覆蓋土壤有機質含量增加，為微生物生長提供所需的碳源、氮源等營養物質；同時適宜的環境及其引發的刺激效應，利于微生物的生長發育與繁殖，可提高土壤中整個生物學過程的活性和強度，增加土壤微生物的數量和群落多樣性[55]。生物覆蓋土壤細菌的生物量和多樣性較對照(不覆蓋)明顯增加[56]。實施秸稈覆蓋，細菌和真菌種群的多樣性和豐富度增加，原因在于秸稈能夠提供微生物所需的有機碳源和無機營養，并因刺激效應導致土壤微生物的增長[19]。免耕覆蓋栽培，以特征PLFA表征的土壤細菌和G+生物量增加，土壤AM真菌總生物量逐年提高。免耕覆蓋處理主要是通過改變AM真菌菌絲及孢子中生物量碳的分配比例關系影響AM真菌的生物量特征，以16:1ω5c中性脂(NLFA)與16:1ω5c磷脂(PLFA)表征的AM真菌生物量比值顯著升高[57]。柱花草(熱帶苜蓿)覆蓋處理香蕉園土壤微生物細菌和放線菌多樣性顯著增加，土壤真菌(植物病原菌)數量減少[49]。陳平亞等[58]研究發現，覆蓋結合施用枯草芽胞桿菌，香蕉根際枯萎病病原菌(FOC)的logCFU最高可降低131.18%，可培養細菌數量的logCFU最高可增加35.02%；FOC與細菌數量呈顯著負相關關系，與病情指數呈極顯著正相關關系。采用不同豆科綠肥殘體覆蓋可改善蕉園土壤肥力，初始階段增加土壤可培養尖孢鐮刀菌、真菌和細菌的數量，后期尖孢鐮刀菌數量逐漸下降，同時土壤pH和速效鉀含量顯著提高，土壤理化和土壤可培養微生物狀況得到改善，有效緩解因土傳病害引起的香蕉連作障礙[59]。采用稻草和谷殼覆蓋，可顯著提高芒果園土壤微生物群落含量[38]。微生物數量增加對土壤結構產生影響，其中細菌對大團聚體和微團聚體的形成有明顯促進作用，而真菌主要影響大團聚體的形成[60]。土壤生物多樣性在抑制土傳病害，保持土壤健康、保障土壤可持續利用和調控生態安全等方面發揮著重要作用。國外近年的研究重點趨于關注果樹添加有機覆蓋物方面，因為使用有機覆蓋物可為抑制根腐病等土傳病害起到輔助作用[61]。堆制松樹皮可有效地防治鐮刀菌引起的褐腐病；闊葉樹皮分別經露天和休閑堆制后對Rhizoctoniasolani有抑制作用；腐熟的松樹皮與鋸屑可以防治苗期猝倒病[62]。通過生物覆蓋，改變土壤環境因子，改善植株根際的營養及水分狀況，有效促進根系生長、植株生長發育和干物質積累，并增加土壤中有益微生物的數量，促進土傳病原菌腐生性增強、致病性減弱，進而抑制或瓦解病原菌，增強作物的抗病能力；同時，生物覆蓋提高了根際環境中微生物的碳源利用率及土壤微生物群落多樣性和功能，并有助于土壤生態肥力的提高，從而從根本上防治作物土傳病害、連作障礙，保持土壤健康環境，為提高果樹生產綜合效益提供條件。但也有研究發現，秸稈覆蓋對根際土壤微生物特性的影響并不明顯，可能是植物根系生長活動較強，其對微生物產生較大影響，且超過秸稈覆蓋對微生物的影響[63]。

3.2 調控酶活性

土壤酶作為土壤碳、氮等循環過程的重要參與者和催化劑，是反映土壤肥力的重要指標。果園生物覆蓋后，表層土壤持水性和有機底物提高，土壤的C/N比發生變化，微生物數量及生物量碳氮增加，為增強酶促反應和土壤呼吸強度提供了基質，土壤中微生物活動旺盛，通過微生物的代謝活動改變土壤的理化性質，促進物質轉化，改善土壤微域環境，增加根系生物量，增強土壤呼吸，促進根系酶或分泌物的釋放，因而提高了土壤酶活性[64]。脲酶活性用于表征土壤供氮水平，蔗糖酶的活性與土壤熟化程度和肥力水平密切相關，對增加土壤中易溶性營養物質起重要作用[65]。植物覆蓋顯著影響香蕉根際和非根際土壤的酶活性；非根際土壤的微生物多樣性指數和碳氮功能基因拷貝數等與土壤質量相關指標明顯提升。生物覆蓋土壤的固碳微生物(cbbL-R)、固氮微生物(nifH)、氨氧化古菌(amoA-A)和氨氧化細菌(amoA-B)的碳氮功能基因拷貝數分別較裸露土壤(對照)增加69.3%、46.4%、379.4%和48.2%[66]。酸性土壤中土壤真菌是酸性磷酸酶的主要來源，生物覆蓋處理良好的通氣狀況及充足的有機質含量利于真菌數量的增長。外源有機碳的輸入不僅改善了微生物棲息環境，而且提高了土壤保水能力和緩沖能力，有利于對有機碳儲存能力更強的真菌的快速繁殖發展[67]。香蕉園土壤適宜的pH(4.5～6.0)及土壤含N量為酸性磷酸酶活性的提高創造了良好條件[68]。ZHANG等[69]研究發現，覆蓋栽培較不覆蓋0～60 cm土層的脲酶、磷酸酶和轉化酶活性分別增加19.6%、39.4%和44.3%；秸稈(植物殘體)覆蓋土壤中β-葡萄糖苷酶和磷酸酶活性顯著提高[70]；有機物料覆蓋后，根際土壤脫氫酶提高2倍左右，與有機物料是否進行堆肥無關，而磷酸酶在進行有機物堆肥后覆蓋活性更強[71]。在有機物覆蓋環境下，油梨園土壤脲酶、β-葡萄糖苷酶、脫氫酶和蛋白酶磷酸酯酶表現出更高的微生物活性。土壤酶活性與有機碳含量呈良好的相關性[36]。水溶性有機碳是土壤微生物物可直接利用的碳源，因而隨著土壤微生物總量及土壤中的底物濃度的增加，土壤脲酶活性提高。總之，生物覆蓋能明顯增加大部分土壤酶的活性，從而間接增加土壤微生物的活性，促進微生物群落結構改善，利于微生物在土壤中發揮有益作用，提升果園土壤質量[72]。目前相關研究需在生物覆蓋對雨水入滲、土壤環境、土壤肥力及根系發育及分布的長期影響方面進行深入探討，形成效果良好、效益明顯，真正被果農接受并用于田間地頭推廣的管理技術。

4 生物覆蓋對果樹生長發育的效應

4.1 生長和生理

果樹生長是以光合作用為基礎，生物覆蓋后，光照、溫度及水分等光合作用重要生態因子發生變化，從而對果樹生長產生影響。采用免耕稻草覆蓋，香蕉各生長期的株高、莖圍及青葉數等生長性狀指標較對照表現較大優勢，抽蕾期株高、莖圍和青葉數較對照分別提高14.6%、20.0%及9.1%[73]。采用樹盤鋪肥+雜草覆蓋，荔枝的末級梢數量、主干粗度、樹高和冠幅等生長指標均顯著優于對照，分別較對照增加39.6%、41.2%、37.9%和200.4%[21]。采用玉米秸稈覆蓋，龍眼的花芽分化和盛果期葉片SPAD值較清耕(對照)顯著提高，葉片百葉重較對照增加19.62%～27.85%，百葉厚增加18.19%～19.81%。覆蓋3個月后新梢生長量為17.58 cm，較對照增加21.1%。覆蓋牛糞處理龍眼營養生長期葉面積較對照顯著增加，果樹的生長勢和生長潛力均有提高[22]。采用8 cm厚樹盤覆蓋，Julie芒果和Pollock油梨幼樹枝梢生長量顯著提高，近地表根系生長旺盛[17]。SURESH等[74]研究發現，采用芒果干枯枝葉覆蓋+噴施保鮮劑處理的芒果株高、莖圍和冠幅最高，且貨架壽命延長。采用15 cm厚的花生秸稈覆蓋后，菠蘿株高、株鮮重和株干重較對照分別增加6.72%、8.61%和8.62%；D葉寬度、D葉鮮重和D葉干重分別較對照增加1.2 cm、13.36 g和2.30 g[75]。覆草處理澳洲堅果的抽梢量是對照的107.86%；可顯著提高澳洲堅果的最初及最終坐果率、降低空花率，坐果率平均較對照高27.38%～30.18%[23]。采用杉木的鋸木屑覆蓋澳洲堅果(品種344)植株樹冠范圍的土壤，有利于果樹地徑、樹高和冠幅的增長，地徑和樹高分別增長13.0%和9.0%[76]。采用澳洲堅果果殼覆蓋后，澳洲堅果樹干斷面積年平均增大30%，較對照高8百分點[24]。樹盤覆草處理可以增加葉片柵欄組織的厚度和柵欄組織/海綿組織的比值，改變葉片的葉綠素含量、葉綠素組分比例和光合氣體交換參數，葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量分別是對照的1.42倍、1.04倍和1.37倍，葉片凈光合速率(Pn)和水分利用效率(WUE)較對照分別增加41.71%和21.99%；通過覆草可顯著提高葉片光合效能，有效促進果樹生長[77]。覆蓋栽培也對作物根系發育、根系分布及其生理生化過程產生影響。生物覆蓋為果樹根系創造良好的土壤環境，有利于果樹吸收根和細根發生，顯著提高淺層根系的活力，增加根系密度及總生長量，促進果樹健康生長。香蕉根系相對較為狹窄，土表30 cm內分布45%～85%的根群，承擔80%的水分養分吸收功能。耕作可能引起表土根系傷害并導致感染土傳病害[78]。MULIELE等[79]研究表明，通過免耕覆蓋處理可提高香蕉土表10 cm內的根系密度及果穗重量，避免對根系的傷害，提高香蕉生產。秸稈覆蓋菠蘿根體積、根系生物量和根系活力較對照分別增加40.50%、26.9%和28.6%[75]。澳洲堅果果殼覆蓋24周后植株須根系大量增加，處理1年后覆蓋處理的植株須根覆蓋率為55%，較對照高42百分點，到第4年覆蓋處理增大根系覆蓋面達92%。覆蓋處理每個樣方的根系干重為37 g，為對照的14.8倍[24]。GALANTI等[80]采用果殼覆蓋+土壤調理劑處理后，可增加澳洲堅果葉片SPAD值，根系總生物量增加87%。覆蓋處理2個月后番木瓜根長增加[81]。FABER等[82]研究發現，油梨園覆蓋碎桉樹枝葉3年后，油梨細根長增加27%，根重增加59%。按年度計算，覆蓋層的根長及根重占根總量的11%和7%；0～10 cm表層土壤根長及根重占根總量的60%和77%[44]。此外，修剪的油梨樹枝條可以作為良好的覆蓋材料，頻繁修剪可產生更多的覆蓋物質，從而提高根系健康和生長能力[83]。目前覆蓋對根系的影響主要集中在根系密度及活力等方面，而覆蓋對根系形態變化、水分利用和樹體生長及不同樹齡下二者的關系還有待研究。大多數研究認為，生物覆蓋一般能夠促進植物根系叢枝菌根(AM)和外生菌根(EM)的繁殖。由于荔枝樹體根尖粗大(10～20 μm)，成熟區根毛較短，一定程度上限制了對水分及養分的吸收能力。通過覆蓋栽培可以提高荔枝園土壤中AM真菌孢子數量和荔枝根系的VA菌根感染率，從而提高荔枝對環境資源的利用效率和對環境的抗逆能力[84]。有關菌根真菌對熱帶果園的土壤改良效應還有待進一步深入研究，特別是在菌根真菌的資源、功能、作用和調控機制等方面。總體而言，地面生物覆蓋栽培能增加樹體生長量和營養，促進根系生長并提高根系活力，提高樹體的光合速率，降低蒸騰速率，增強樹勢。但是，有報道指出，在前期果園生草后采用刈割覆蓋，由于前期生草的競爭，果樹生長會受到抑制，降低樹體生長勢，對新定植的幼齡果樹尤其敏感[85-86]。不同草種可能產生的抑制效應不同，因此，采用刈割鮮草覆蓋時篩選一些淺根性的草種對果樹生長較為有利。關于覆蓋對樹體生理活性的影響報道較少，還需要進一步研究。

4.2 產質量

通過生物覆蓋，易分解的有機覆蓋材料如干草、樹葉、秸稈等物自身的養分釋放到土壤，土壤有機質、礦質養分和水分等環境條件得以改善，果樹水肥利用效率提高，促進果樹生長發育，從而使產量增加，風味提高。通過秸稈覆蓋，能延緩作物綠葉衰亡，提高光合作用效率，從而顯著提高作物產量[87]。采用覆蓋處理香蕉的生物量是裸露處理的3倍[12]。采用秸稈覆蓋處理香蕉增產17.4%[73]。采用樹盤鋪肥+雜草覆蓋后，荔枝單株產量較對照高52.94%，平均單果重較對照增加2.09 g，商品果率較對照提高14%[21]。覆蓋處理龍眼單株產量為21.02～24.35 kg，較對照增產10.3%～27.8%；果實可溶性固形物、VC和可溶性糖含量較對照分別提高3.83%～4.42%、39.7%～53.9%和23.9%～26.8%[22]。實施生物覆蓋，果實品質得到提高。秸稈覆蓋樹盤處理芒果果實的縱橫徑、產量及品質均高于對照，其中單株平均產量為27.53 kg，較對照提高12%，果實可溶性糖和VC含量分別提高14.6%和15.9%，有機酸含量下降10.3%[88]。采用覆蓋+噴施保鮮劑處理可提高芒果果實可溶性固形物、還原糖和總糖含量，降低可滴定酸含量，提高果實品質[78]。澳洲堅果覆草處理產量較對照增加7.62%[23]；果殼覆蓋顯著增加‘H2’澳洲堅果的產量，4年平均增產79.5%[24]。采用稻草覆蓋可提高番石榴葉片N、P及K含量，同時提高果實可溶性固形物和VC含量，降低可滴定酸含量[89]。通過甘蔗渣、咖啡糠和稻草覆蓋可提高番荔枝單果重和果實可溶性固形物含量[90]。通過有機物料覆蓋可促進油梨根系健康生長，緩解壓力，提高單果重量和產量。采用15 cm厚的松樹皮堆肥層覆蓋“Hass”油梨樹盤，覆蓋處理平均果實尺寸較對照提高6.6%，單株平均產果量增加14.7%，產量提高22.6%。表明樹盤覆蓋處理有利于提高果樹的產量[91]。采用稻草覆蓋，番石榴的掛果數、單果重、產量及可溶性固形物含量均較對照顯著增加[33]。有學者認為，生物覆蓋促進作物生長發育的機理是覆蓋后形成對作物有催熟作用的生理活性物質——乙烯，通過調節植物體內的酶活性調控對逆境脅迫的耐受性，增強植株抵御不良環境條件的能力，提早成熟，并改善產品質量[92-93]。果實發育所需有機物主要來源于光合作用積累，生物覆蓋能提供良好的水肥氣熱條件，提高植株整體光全效能，有利于果樹生長發育，促進增產提質。但是，ANTSAOIR等[94]發現，采用廢棄的蘑菇基質作為覆蓋材料，卻產生明顯的減產效果。另有報道提出，覆蓋對果實內在品質沒有影響[95]。總體看，生物覆蓋能增加果園產量，易分解有機覆蓋材料表現出較好增產效果。生物覆蓋可以明顯提高果實可溶性固形物含量，其他內在品質指標因不同的覆蓋材料其效果有所不同。

5 生物覆蓋對果園微環境的調控效應

小氣候環境因子與植物生長發育密切關聯，對果樹的光合、呼吸及生長發育產生直接影響，還影響果園土壤的有機質分解、養分遷移轉化、水熱交換及生物多樣性等方面[96]。果園覆蓋改變傳統清耕果園的水熱傳遞模式，由于增加了覆蓋層，地表光、熱、水和氣等生態因子隨之發生變化。地面覆蓋提高了冠層光合有效輻射，改善了冠層下方的光照條件。果園地面覆蓋新鮮麥秸，能顯著提高離地面1.5 m處的光反射率[97]。采用百喜草殘體覆蓋荔枝樹盤能調節空氣溫度和濕度，高溫時覆蓋處理可降低地表溫度3.5℃，低溫時則可提高地表溫度約2.5℃；覆蓋處理還可提高果園空氣濕度[20]。覆蓋15 cm厚的松樹皮堆肥層可促進油梨根系生長，并且相應地減輕應力的影響。覆蓋處理果樹應力的減少明顯表現在樹冠溫度的降低(夏季降低約3℃)，夏季和秋季葉片的光抑制作用減少，以及花梗頸環減少(減少47%)和未成熟種皮退化減少(減少39%)等[98]。采用覆蓋生態栽培后，地表覆蓋度增加，光照對地表的直接幅射減少，果園溫度日變幅趨于平緩，增強了果園抗高溫的能力。同時，地表徑流和土壤沖刷量明顯降低，其中土壤沖刷量減少26.3%～48.4%，覆蓋生態栽培有利于創造良好的果園生產環境[99]。在熱帶果樹生產上，經常面臨夏季高溫帶來的不利影響，如火龍果園在夏季生產中常出現開花后枝條萎縮干枯現象，直接影響果實產量和品質。在果園內進行生物覆蓋栽培，通過提高空氣濕度和淺層土壤含水量，可有效抵御極端溫度天氣條件帶來的不利影響[100]。另外，生物覆蓋栽培可抑制雜草的滋生。通過生草刈割后殘株覆蓋可減輕雜草危害[81]。采用生草(大葉油草和柱花草)刈割殘株覆蓋后，雜草種類數較對照(清耕)減少68.2%，雜草的覆蓋度以及密度顯著降低。同時雜草的雜草優勢集中性及雜草均勻度顯著下降。生草殘株覆蓋可有效減少雜草的發生，同時降低田間雜草的物種多樣性[101]。果園采用水葫蘆覆蓋也可以有效抑制田間雜草，覆蓋處理60 d后，對總草株防效達92.4%～96.8%[102]。對雜草的有效抑制利于果園減少養分消耗和節省用工成本。生物覆蓋雜草減少的原因：一方面阻隔了雜草需要的光能，另一方面可能是有機物分解過程產生的有機物質對雜草種子萌發及生長產生抑制與毒害作用[103]。通過生物覆蓋栽培不僅改善了果園水、熱、通氣狀況，緩沖氣溫變化，而且減少果園水土流失，抑制雜草發生，形成了適宜的果園生產環境。生物覆蓋栽培的生態生產效應方面仍然存在一些問題。如生物有機殘體覆蓋使土壤含水量和腐殖質增加，果園土壤表層空氣相對濕度提高，在起到促進果樹生長作用的同時，也為病蟲害繁殖提供了有利的場所，地下害蟲危害率增加，而且有隨覆蓋年限的推移而增大的趨勢，增加除草劑和農藥的使用量，從而在某種程度上產生土壤生態與作物方面的負效應[104-105]。因此，實施果園生物覆蓋時，在常年發生病蟲害較重的時段，應在定期系統調查的前提下結合開展相應的綜合防控研究。

6 展望

土壤生物與可持續農業已成為后工業化農業的重要研究方向和重大挑戰。在新的社會經濟情形下，生態農業可持續發展成為我國未來發展的重大戰略。隨著果園綠色生產方式的發展，特別是在當前國家“化學肥料農藥減施”等時代大背景下，建立以果樹生產為載體，以土壤改良和地力培肥為中心，合理利用園區內光、熱、水、氣、養分及生物等資源，建立生態合理、經濟高效、環境優美和可持續發展的果園生產體系已成為行業共識[106]。由于長時間大量、單一使用化學肥料與農藥，且果園采取高負荷產出方式，目前已造成熱帶果園土壤環境退化及植株抗逆能力降低等一系列實際問題，使得果園可持續發展形勢依然十分嚴峻；同時，關于熱帶果園土壤培肥、土傳病害防治等一些根本性問題至今尚未得到實質性解決。因此，綜觀我國熱帶果園生物覆蓋技術的研究現狀，還應進一步對不同區域生物覆蓋對土壤性狀和果園生產的影響、深化生物覆蓋栽培關鍵技術等方面開展深入研究，建議如下。

第一，加強不同區域生物覆蓋對土壤性狀和果園生產的影響研究。我國熱區九省(區)地域遼闊，各地區氣候、土壤與種植制度存在很大差異，本著因地制宜、就近選擇、成本低廉原則，降低覆蓋成本，從而實現果樹提質增產和廢棄物資源有效利用的雙重功效，選擇當地的有機生物材料進行覆蓋。如花生殼、甘蔗渣、玉米秸稈及生草制刈割的雜草等都是較好的覆蓋材料。研發適宜不同熱帶果樹、不同氣候和土壤環境的生產技術和裝備及相應的生物覆蓋配套技術規程，形成和完善適合我國熱區不同類型區域生物覆蓋栽培推廣的技術模式和體系。

第二，深化生物覆蓋栽培關鍵技術研究。生物有機材料覆蓋雖然可改善土壤肥力，但覆蓋均勻度不易控制，過多覆蓋可能造成果樹根部呼吸減弱，有害氣體增加；而且一些作物秸稈腐解時間較長，合理安排覆蓋量，或者采取適量灌水(在濕熱條件下有助于秸稈的降解)或噴灑助降解的專門藥品等技術措施，均有待繼續研究，形成產業技術規程。在有機材料資源有限，有機覆蓋難以普及的條件下，能否研制出一種能綜合有機、無機覆蓋優點，且效果穩定又能批量生產、大面積推廣的果園專用覆蓋材料，類似于園林綠化上應用的以園林廢棄物為原料制備的生態覆蓋墊，有待更深入系統地研究。

第三，強化生物覆蓋過程的重要科學問題研究。明確與有機質分解和養分循環等重要生態學過程緊密關聯的若干生物量度，如真菌細菌生物量比、微生物殘體和代謝產物對土壤有機質的貢獻百分比、覆蓋物來源碳對土壤有機質的貢獻比例、主要微生物類群的資源利用效率、土壤物理性狀年變化及土壤生物的貢獻等；加強生物覆蓋根際互作調控養分利用的微生物信號機制、土壤植物系統中土壤結構-土壤有機質-土壤微生物群落結構的相互作用及其對土壤碳氮循環調控機制等的研究，以便更全面地了解生物覆蓋果園生產與生物多樣性發展的生態和生理學機理，從而確定果園適宜土壤物理性狀調控下限及土壤養分等技術指標，為集成和提升我國熱區可持續果園綜合管理與調控技術體系提供科學依據。

第四，從更廣泛的視角開展更深入、系統和全面的研究。不同覆蓋生物材料對果樹生長有促進或抑制作用，如煙草廢棄物中殘留的煙堿、綠原酸具有較強的抗菌作用，對有益微生物的增殖不利，直接用于堆肥覆蓋會影響果樹生長發育，需進行進一步的降解[107]，其影響程度以及解決方法都值得深入研究。生物覆蓋后可能產生土壤生態與作物方面的某些負效應(如增加果樹病蟲害及根冠層腐爛發病率等)，此問題亟待進一步研究解決。