低緯度高原不同生草對蘋果園土壤微環境的影響

代云芬，沈 鵬，張 聶

（紅河職業技術學院，云南 蒙自 661100）

果園生草是果樹行間以自然生草或人工行間或全園生草方式，利用優勢草種覆蓋雜草的一種果園管理措施[1]。已有研究表明，果園合理生草栽培可以改善土壤溫度，提高土壤含水量、維持土壤水熱環境的相對穩定[2]，為果樹生長發育提供良好的土壤環境。與傳統清耕相比，生草栽培能改良果園土壤理化性狀、改善果園生態環境，促進果樹生長發育，提高果品的產量和品質[3-4]。另外，果園生草可以緩和降雨對坡耕地土壤的直接侵蝕，減少地表徑流，防治水土流失[5]。我國于20世紀80年代初引進這項技術，在福建、廣東、山東等地果園中應用[6-7]，但針對低緯度高原地區果園生草的研究相對較少，其對土壤微環境的影響尚不清晰。本研究在典型的低緯度高海拔地區，選用石漠化坡耕地，在蘋果園中種植3種生草，觀測土壤微環境變化，以期為低緯度高海拔地區果園生草栽培技術提供參考，促進低緯度高原地區生態修復。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于蒙自市西北勒鄉新民村，東經103°27′57″、北緯23°27′35″，海拔2 050 m，是典型高寒山區喀斯特地貌，石漠化比例達76%，屬南亞溫帶氣候類型，年均氣溫13.6 ℃，年降雨量1 000～1 200 mm，全年日照時數2 600～2 800 h。

1.2 供試材料

供試蘋果品種為煙富三號，樹齡8年生，栽植株行距4 m×5 m，代表面積2 hm2。供試草種為多年生黑麥草（Perennialryegrass）、白三葉草（White clover，Trifoliumrepens)、鴨茅草（Cocksfoot）。

1.3 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，設4個處理，分別種植黑麥草（T1）、白三葉草（T2）和鴨茅草（T3），以清耕為對照。各處理重復3次，共12個小區，各小區坡度基本一致，試驗地面積275 m2（55 m×5 m）。

1.4 試驗過程

2020年5月開始整地，7月18日3種生草于蘋果園行間撒播，每畝播種量分別為4 kg、3 kg和4 kg，草帶寬4 m，樹盤內清耕。生草播后及時拔除雜草，種草期間各處理不施肥。草高30 cm時刈割覆蓋于樹盤內，留茬高度10 cm。試驗過程中3種生草均分別在4月24日、8月3日刈割2次。對照處理只進行耕翻，常年保持土壤無雜草。

1.5 樣品采集與指標測定

1.5.1 土壤含水率及溫度的測定

（1）土壤含水率測定。采用“S”形取樣法，分別對0～30 cm、30～60 cm土層取樣，每層隨機選取5個樣點，混合均勻后用四分法取30 g放鋁盒內蓋嚴，立即帶回實驗室稱重后置于烘箱內105～110 ℃烘干至恒重，計算土壤含水率。

（2）土壤溫度測定。用河北武強縣昊日儀表廠生產，精度為1 ℃的三支組直角地溫計測量土壤溫度。土壤日溫度變化分別測量5 cm、15 cm和25 cm土層，分別在8:00—17:00每隔2 h測定1次，各處理重復測定3次取平均值。土壤月溫度變化在2020年10月至2021年10月期間每月選取1 d于11:00—12:00，分別測量5 cm、15 cm和25 cm 土層溫度，各處理重復測量3次取平均值。

1.5.2 土壤容重及含水率測量

土壤容重用環刀法測定[8]，計算土壤容重及土壤含水率，計算公式為ρ=（W3-W1）/V，W =（W2-W3）/（W3-W1）×100%。式中ρ為土壤干容重（g/cm3），W1為環刀質量（g），W2為環刀濕土質量（g），W3為環刀烘干土質量（g），V為環刀體積（cm3），W為試樣含水率（%）。

1.6 數據處理與分析

試驗數據用Excel 2016進行分析，表示為平均值±標準差。采用OriginPro 8.5繪制圖表，用SPSS 21.0對數據進行單因素方差分析、相關性分析，用LSD模型進行組間多重比較。

2 結果與分析

2.1 蘋果園土壤水分差異

2.1.1 生草栽培12個月

種植12個月后，4種生草種植模式在果園上中下坡位0～30 cm土層的土壤含水率均顯著低于30～60 cm土層。不同生草對上坡位、中坡位0～30 cm土壤含水率影響不明顯，對下坡位0～30 cm土壤含水率有影響，可能因不同坡位降雨入滲量、光照強度、水土流失、土壤肥力的不同導致生草生長發育和生草吸水能力有差異。種植生草對30～60 cm土壤含水率有顯著影響，鴨茅草增加深層土壤含水率效果最好，能顯著影響果園深層土壤含水率，且對不同坡位影響程度不同，鴨茅草保水效果最好（見圖1）。

圖1 種植3種生草12個月后的土壤含水率

（1）在果園上坡位，0～30 cm土壤深度，黑麥草、白三葉、鴨茅草及清耕處理的土壤含水量分別為40.9%、39.8%、37.7%和40.8%，均顯著低于30～60 cm土壤深度黑麥草、白三葉、鴨茅草及清耕處理的土壤含水量（47.1%、44.9%、47.3%、47.3%），但果園上坡位3種生草種植模式均未改變土壤含水率。

（2）果園中坡位0～30 cm土層黑麥草處理土壤含水率最低，顯著低于同土層白三葉、鴨茅草及清耕處理，種植鴨茅草比清耕處理顯著增加6.2%。30～60 cm土層鴨茅草土壤含水率最高，顯著高于黑麥草、白三葉及清耕處理，種植鴨茅草土壤含水率比清耕處理顯著增加8.3%。

（3）果園下坡位0～30 cm土層種植黑麥草處理土壤含水率最低，鴨茅草處理土壤含水率最高，種植鴨茅草比清耕處理顯著增加8.4%。30～60 cm土層鴨茅草土壤含水率最高，其次為黑麥草處理、白三葉處理，清耕處理土壤含水率最低，此深度種植鴨茅草比清耕處理土壤含水率顯著增加8.4%。果園下坡位0～30 cm和30～60 cm土層種植鴨茅草處理土壤含水率均最高，比種植黑麥草顯著增加5.3%。

2.1.2 生草栽培14個月

種植14個月后，各處理果園上中下坡位0～30 cm土層含水率均顯著低于30～60 cm土層，深層土壤比淺層土壤含水率最大增加8.7%。果園下坡位30～60 cm土層鴨茅草土壤含水率最高為48.9%，顯著高于同土層的黑麥草、白三葉及清耕處理土壤含水率（45.7%、44.1%、45.3%），此深度種植的鴨茅草土壤含水率顯著增加8.1%。各處理上坡位、中坡位30～60 cm土層土壤含水率差異均不顯著。隨著生草種植時間延長，生長發育差異縮小，對表層土壤含水率影響不大，但對深層土壤含水率調控能力增強，鴨茅草對深層土壤蓄水保水能力最好（見圖2）。

圖2 種植3種生草14個月后的土壤含水率

2.2 雨后蘋果園土壤水分差異

2.2.1 降雨1 d后

各處理對0～30 cm和30～60 cm土層上坡位、中坡位的土壤含水率均無顯著影響，但0～30 cm土壤含水率均顯著低于30～60 cm土層，種植生草有降低0～60 cm土層水分蒸發率的趨勢。30～60 cm土層種植鴨茅草土壤含水率均顯著高于種植白三葉草和清耕處理，最高增加3.5%（見圖3）。

圖3 種植3種生草雨后1 d的土壤含水率

2.2.2 降雨6 d后

各處理對0～30 cm和30～60 cm土層上坡位、中坡位的土壤含水率均無顯著影響，下坡位0～30 cm土層種植鴨茅草土壤含水率均顯著高于其他處理，最高增加5.3%。30～60 cm土層種植鴨茅草土壤含水率高于黑麥草，顯著高于白三葉和清耕處理，最高增加7.2%。種植生草對不同坡位土壤水分蒸發影響不同，能降低上中坡位土壤水分蒸發，顯著提高下坡位土壤保水能力，尤其種植鴨茅草降低土壤水分蒸發效果最好（見圖4）。

圖4 種植3種生草雨后6 d的土壤含水率

2.3 蘋果園土壤溫度差異

3種生草種植6個月、12個月后對不同土層溫度影響規律基本一致。種植6個月后，在14:00各處理0～5 cm土壤土層溫度均存在顯著差異，其余時間差異不顯著。種植12個月后，各處理3個土層土壤溫度差異均不顯著，但果園生草土壤溫度均低于清耕處理。可見，果園生草初期因生草覆蓋度不高，緩解果園表層土壤溫度變化效果不明顯，但能緩解深層土壤溫度波動。隨生草的生長和分蘗，覆蓋度增加，果園生草對抑制果園表層和深層土壤溫度變化均起到良好作用（見圖5～6）。綜上所述，果園生草能抑制土壤溫度波動，能緩解高溫對果樹根系的不利影響，而且隨著覆蓋度的增加，保溫控溫效果更好，有利于維持果園土壤溫度波動，促進根系生長發育。

圖5 種植3種生草6個月對土壤溫度的影響

圖6 種植3種生草12個月對土壤溫度的影響

2.4 蘋果園不同土層土壤溫度差異

5 cm、15 cm、25 cm土層土壤生草區與清耕區土壤溫度變化與大氣溫度變化趨勢基本一致。3個土層10月至翌年10月果園土壤溫度均表現為先降后升再降趨勢。果園種植生草后土壤溫度與大氣年溫度變化一致，同時能避免夏季高溫灼傷表層土壤根系，保持深層土壤溫度較高且相對恒定。另外果園生草也能促進冬季深層土壤保溫，整年有利于果樹根系生長發育和養分吸收（見圖7）。

圖7 果園生草對土壤溫度年變化的影響

2.4.1土層0～5 cm

3種生草模式均顯著降低土壤溫度，與清耕相比，黑麥草降低19.1%，白三葉降低14.5%、鴨茅草降低16.5%。

2.4.2 土層5～15 cm

2020年12月測試，5～15 cm土層黑麥草顯著降低土壤溫度，降幅6.8%；2021年2月測試，黑麥草、白三葉均顯著降低土壤溫度，降幅分別為8.9%和8.4%。

2.4.3 土層15～25 cm

2021年2—5月測試，15～25 cm土層黑麥草、白三葉、鴨茅草與清耕相比土壤溫度均顯著降低，最大分別降低13.1%、9.1%和8.1%。

2.5 蘋果園土壤容重差異

種植黑麥草、白三葉、鴨茅草4個月后果園土壤容重分別為1.14 g/cm3、1.11 g/cm3和1.15 g/cm3，顯著低于清耕處理，降幅分別為10.5%、12.5%和9.9%，表明果園種植黑麥草、白三葉、鴨茅草后均能降低土壤容重，改善土壤結構（見圖8）。

圖8 果園生草對土壤容重含量的影響

3 討論與結論

蘋果園種植生草能有效調控果園土壤溫度，提高土壤蓄水保水能力，改善土壤結構，促進果樹對水、熱自然資源的高效利用。

3.1 果園生草對土壤水分的影響

已有研究表明，果園生草能有效地提高土壤含水率，對表層土壤起到遮蔽作用，減少土壤水分蒸發，提高土壤蓄水保水能力，但不同生草性狀不同，對坡耕地雨水下滲影響也不同[9]，主要原因是不同生草地表覆蓋度和根系分布不同，種植生草能增加雨水入滲，提高土壤含水率。姚麗芳[10]等研究表明，坡耕地不同坡位受光照、溫度等因素影響，導致植被、土壤等差異，繼而導致土壤孔隙和蓄水能力的差異[11]。本研究發現，種植黑麥草、白三葉、鴨茅草均能不同程度提高不同土層含水率，且不同坡位含水量存在差異，這與前人的研究結果一致。可見，果園生草能提高土壤含水率，改善土壤蓄水保水能力與生草種類和坡位有關，可為果園土壤水分調控、應對季節性干旱提供參考。

3.2 果園生草對土壤溫度的影響

候廣泰等[12]研究表明，果園生草可調控土壤溫度，避免低溫季節土壤熱量快速流失和高溫季節土壤溫度過高。劉晨等[13]研究發現，與清耕相比，果園種植不同種類覆蓋作物對土壤溫度的影響程度不同，且不同坡位因光照、土壤等因素的影響亦會有差異。本研究中果園生草能緩解夏季表層土壤溫度過高，提高冬季土壤溫度，且因生草種類、坡位、土壤深度不同而異。這與前人對土壤表層作物覆蓋對土壤溫度的影響研究結果一致。說明果園生草可有效調控土壤溫度，減少土表溫度波動，有效利用熱量，為果樹根系生長提供適宜溫度，改變傳統清耕果園“土壤-果樹-大氣”系統熱傳遞模式，形成了“土壤-果樹+生草-大氣”系統，能夠有效促進果樹高產。

3.3 果園生草對土壤容重的影響

有研究表明，種植生草能夠有效增加土壤肥力、改善土壤結構，為作物營造良好的根系生長環境[14]。本研究也表明種植黑麥草、白三葉、鴨茅草均能不同程度降低果園土壤容重，改善土壤結構。關于果園種植生草對土壤肥力的影響還有待研究。