果園生草條件下土壤與近地層空氣溫濕度特征研究

摘要 ［目的］明確不同生草種類下土壤與近地層空氣溫濕度的變化特征，為果園生草技術推廣提供理論依據。［方法］基于田間隨機區(qū)組試驗設計，采選黑麥草、苜蓿、高羊茅、長柔毛野豌豆4種抗旱、抗寒功能草種，結合自然生草，以清耕為對照，分析不同生草品種、不同季節(jié)下果園土壤及近地層空氣溫濕度的變化特征。［結果］在春季和夏季高溫期，生草栽培下0～40 cm土壤中播種苜蓿和長柔毛野豌豆土壤含水量較高，生草栽培下0～20、gt;20～40、gt;40～60 cm土壤中長柔毛野豌豆、苜蓿、高羊茅處理土壤溫度降低率總體較高。在夏季高溫期，種植苜蓿或長柔毛野豌豆可使近地層空氣溫度降低1.5 ℃左右，使空氣濕度增加11.82%以上。［結論］相較于清耕，果園行間播種苜蓿和長柔毛野豌豆可明顯增加土壤及近地層空氣濕度，降低土壤與近地層空氣溫度。在春季，果園生草主要通過減小土壤晝夜溫差來調控果樹生長發(fā)育。在夏季高溫期，果園生草則主要通過抑制土壤水分散失，增加空氣濕度來減少高溫干旱對果樹生長發(fā)育的不良影響。

關鍵詞 果園生草；土壤；近地層；溫濕度；變化特征；寧夏引黃灌區(qū)

中圖分類號 S 66 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2025）05-0056-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.05.012

Study on the Air Temperature and Humidity Characteristics of Soil and Near-surface Layer Under Grass Growing Conditions in Orchard

LI Xiao-long，MA Jun，CHU Yan-nan et al

（Institute of Horticulture， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Yinchuan，Ningxia 750002）

Abstract ［Objective］To clarify the variation characteristics of soil and near-surface air temperature and humidity under different grass species， and to provide theoretical basis for the promotion of grass technology in orchards.［Method］Based on the design of randomized field experiment， four kinds of drought-resistant and cold-resistant grass species （Lolium perenne， Medicago sativa， Festuca arundinacea， Vicia sepium）were selected， combined with natural grass and clear tillage as the control， to analyze the characteristics of soil and air temperature and humidity changes in orchard under different grass varieties and different seasons.［Result］In the spring and summer high temperature periods， the soil water content of Medicago sativa and Vicia sepium planted in 0-40 cm soil under grass cultivation was higher;the overall temperature reduction rate of Vicia sepium， Medicago sativa and Festuca arundinacea in 0-20，gt;20-40 and gt;40-60 cm was relatively high.In the summer high temperature period， planting Medicago sativa or Vicia sepium could reduce the near-surface air temperature by 1.5 ℃ and increase the air humidity by more than 11.82%.［Conclusion］Compared with clear tillage， interrow sowing of Medicago sativa and Vicia sepium can significantly increase soil and near-surface air humidity， and decrease soil and near-surface air temperature. In spring， orchard grasses regulate the growth and development of fruit trees mainly by reducing the temperature difference between day and night. In the summer high temperature period， orchard grass mainly reduces the adverse effects of high temperature and drought on the growth and development of fruit trees by inhibiting soil water loss and increasing air humidity.

Key words Grass growing in orchards;Soil;Near-surface;Temperature and humidity;Change characteristic；Ningxia Yellow River irrigation area

果園科學生草能通過調節(jié)土壤溫濕度、改善果園小氣候去促進果樹生長發(fā)育，同時可防止因北方地區(qū)春季降水稀少、升溫快、空氣干燥所引起的花果發(fā)育不良問題的產生［1-3］。研究發(fā)現，果園生草能降低土壤極端最高溫度，有效提高CO2釋放速率［4］，生草還可顯著提高0～60 cm深度土壤的含水量［5-6］。另一觀點則認為，相較于清耕園，生草栽培可降低土壤的含水量［7］，在干旱季節(jié)的競爭性更強［8］，果園生草對土壤含水量的影響程度取決于牧草的生長進程，在冬春季節(jié)果園生草可表現為保墑性，而在夏秋季節(jié)牧草萌發(fā)后則表現為耗水性［9］。有研究還發(fā)現，除對土壤溫濕度產生影響外，果園生草還可顯著改變果園空氣的溫濕度［10-11］。陽光輻射增加土壤蒸發(fā)是造成土壤含水量降低的主要原因，降低土壤蒸發(fā)是提高農田水分利用效率的一個重要途徑［12］。土壤蒸發(fā)阻力與秸稈覆蓋量、植被葉面積指數呈正相關［13-14］，果園生草后，牧草阻隔陽光直射地表，導致土壤水分蒸發(fā)量銳減，具有保水作用，但牧草自身生長又消耗了土壤水分。

以上研究表明，關于果園生草對土壤和空氣溫濕度影響的結論各不相同，有時還會出現截然相反的結論。究其原因，主要與研究所在地區(qū)的氣候條件（太陽輻射量、降水量）、生草種類、灌溉模式、土壤性質的不同有關。可見，該類研究雖然只關注生草對土壤水分及溫度的影響，但其研究結論存在多樣性、復雜性、特異性，同時研究結論受地域性的影響很大。例如在干旱與半干旱區(qū)（太陽輻射量大，降水量小），果園生草對土壤、空氣溫濕度的影響尚未得到有力解釋。基于以上問題，該研究依托蘋果樹行間種植多年生黑麥草、苜蓿、自然生草、高羊茅、長柔毛野豌豆對土壤、果樹的影響綜合試驗，適時開展干旱半干旱區(qū)不同功能草種下土壤與近地層水分、溫度變化特征研究，明確在該區(qū)域氣候及特定水分供應模式下果園生草對土壤溫濕度的影響，探討不同季節(jié)、行間生草種類條件下土壤、空氣相關指標的變化特征，為本地蘋果主產區(qū)合理推廣果園生草、實現水分高效利用、促進蘋果產業(yè)的高質量發(fā)展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于寧夏青銅峽市邵崗鎮(zhèn)甘城子村（105.93°E、30.09°N），海拔1 420 m，年降水量200 mm左右，多集中于秋季，全年平均溫度5～18 ℃。土壤類型為黏質土。土壤養(yǎng)分指標：有機質7.02 g/kg、全氮0.42 g/kg、全磷0.54 g/kg、全鉀18.30 mg/kg、堿解氮22.30 mg/kg、速效磷15.60 mg/kg、速效鉀132.30 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗園主栽品種為蜜脆（Malus domestica Borkh.cv.Honeycrisp），基砧為青砧1號，樹齡2年，株行距1.5 m × 4.0 m，試驗地面積2 hm2，供水模式為漫灌，年供水次數5次，共選擇4種果園生草品種，分別為多年生黑麥草（Lolium perenne L.）、高羊茅（Festuca arundinacea L.）、紫花苜蓿（Medicago sativa L.）、長柔毛野豌豆（Vicia sepium L.）。

1.3 試驗設計

生草試驗監(jiān)測時間2020年3月—2022年10月。于2020年3月20日土壤返潮后開始對草種進行播種，每行播種寬度2 m，播種深度2 cm，采取條播方式播種，草種播種量見表1，各草種刈割次數視草種生長量而定，當草種生長至40～50 cm高度時利用割灌機刈割還田。

試驗采取隨機區(qū)組設計，將試驗地總體劃分為3個區(qū)域（重復），每個區(qū)域均設計4個人工生草處理、自然生草處理（NG）及其對照組，4個人工生草處理組分別為黑麥草（LP）、高羊茅（FA）、苜蓿（MS）、長柔毛野豌豆（VS）處理，1個對照組為清耕對照（CK）。各處理在前2個區(qū)域內播種相關草種3行，在第3個區(qū)域內播種2行，每個區(qū)域都確保有1～2行果樹在相同草種區(qū)域之內，采用隨機選擇方式對每個草種進行播種，待全部播種完成后壓實土壤。在3年的試驗階段，果園施肥及供水均按照正常果園統(tǒng)一管理，不對草種進行單獨施肥與供水。

1.4 樣品采集與測定

1.4.1

土壤濕度變化特征。根據監(jiān)測目的，分別于2022年4月1日—5月5日、7月10日—8月9日采用便攜式AT210型土壤溫濕度測量儀對不同處理4個土壤深度（0～10、gt;10～20、gt;20～30、gt;30～40 cm）下的土壤濕度進行監(jiān)測，每間隔2 d測定一次，在單個重復區(qū)域下采用“S”型方式取樣，對每個處理均勻獲取5個監(jiān)測點位數據，待3個重復區(qū)域全部監(jiān)測完成后，取平均值為每個處理在不同監(jiān)測深度下的土壤濕度數值（以土壤含水量計），監(jiān)測時間固定于每日10：00開始。

1.4.2 土壤溫度變化特征。分別于2022年春季果樹萌芽期及夏季高溫期，將多個RS-3W3S-TR3型土壤溫度測定儀固定于不同處理下的代表性區(qū)域，對每個處理同時連續(xù)采集3 d的24 h土壤溫度數據，每個監(jiān)測位點設置3個土壤深度監(jiān)測節(jié)點，分別為0～20、gt;20～40、gt;40～60 cm土層，取3 d監(jiān)測所得平均值作為某一處理在相關時期的24 h土壤溫度變化值。

1.4.3 近地層空氣溫濕度特征。在2022年3月15日—9月30日，每隔15 d采用watchdog 1450型溫濕度記錄儀對不同處理下的近地層（距離地面1 m）空氣溫濕度進行監(jiān)測，每次監(jiān)測時間固定為15：00。

1.5 數據統(tǒng)計

采用IBM SPSS Statistics 26對數據進行正態(tài)性檢驗與統(tǒng)計，采用T檢驗與方差分析（ANOVA）法進行數據的差異性分析，采用Origin進行圖形制作與差異性標注。

2 結果與分析

2.1 種植不同草種下土壤濕度變化特征

干旱半干旱區(qū)春季氣候干旱，提升土壤保水性能可減少水分散失，促進果樹萌芽與開花。從圖1可以看出，隨著測量時間的延長，不同深度及處理下的土壤含水量呈降低—上升—降低的趨勢。從土壤深度角度逐層比較，0～10 cm土壤下各處理間的含水量差異最明顯，其中苜蓿處理（MS）的土壤含水量下降趨勢最緩，其次為長柔毛野豌豆（VS）、高羊茅（FA）等生草處理，清耕對照區(qū)（CK）土壤含水量下降趨勢最為明顯。隨著土壤深度的增加，各處理的土壤含水量下降趨勢放緩，各處理間的土壤含水量差異逐漸減小。對不同生草品種橫向比較，苜蓿與長柔毛野豌豆在整個監(jiān)測期的土壤含水量與清耕對照的差異最明顯。在0～10、gt;10～20、gt;20～30、gt;30～40 cm土壤深度下，苜蓿處理（MS）的土壤含水量相對于清耕對照分別增加了27.20%、17.23%、12.57%、3.07%，長柔毛野豌豆（VS）的土壤含水量分別增加了20.34%、14.29%、7.55%、4.95%，其余處理依次為高羊茅（FA）、黑麥草（LP）、自然生草（NG）（圖2A）。說明在春季，果園生草對土壤含水量的保持具有促進作用，豆科苜蓿與長柔毛野豌豆對土壤含水量的保持作用最為明顯。

4月15日對果園進行全園漫灌后，土壤含水量明顯上升。0～10 cm土壤在漫灌后的5 d內無明顯差異，自4月19日（漫灌5 d后）以后，各處理間出現明顯差異，隨著時間的延長，其差異性越明顯；gt;10～20 cm土壤在漫灌后的10 d內無明顯差異，自4月23日以后，各處理間含水量出現明顯差異；gt;20～30 cm土壤在漫灌后的13 d內無明顯差異，自4月29日以后，各處理間出現明顯差異；gt;30～40 cm土壤在漫灌后的15 d內無明顯差異，自5月1日以后，各處理間出現明顯差異。各土層在出現土壤含水量差異階段，豆科苜蓿和長柔毛野豌豆的土壤含水量較高，下降趨勢較緩，以上結果顯示在本地氣候環(huán)境下，春季果園間作豆科作物比間作禾本科作物更能有效延緩土壤水分的散失。

為探索夏季高溫期田間不同生草處理下土壤含水量的變化特征，調查在7月6日果園漫灌后進行，7月10日開始測量，如圖3所示。在0～40 cm土壤深度下，隨著測量時間的延長，不同處理的土壤含水量總體均呈下降趨勢，0～20 cm土壤含水量下降較快，gt;20～40 cm土壤含水量下降較慢。0～30 cm深度下，清耕對照（CK）土壤含水量下降趨勢最為明顯，其他處理依次是黑麥草（LP）、自然生草（NG）、高羊茅（FA），苜蓿（MS）和長柔毛野豌豆（VS）2種豆科草種處理下的土壤含水量下降趨勢較緩。對各生草品種橫向比較，苜蓿處理（MS）下土壤含水量與清耕土壤差異最明顯，其次為長柔毛野豌豆（VS），隨著土壤深度的遞增，其與清耕對照的差異性逐漸減小，與清耕相比，0～10、gt;10～20、gt;20～30、gt;30～40 cm土層苜蓿處理土壤含水量分別增加了28.72%、27.01%、13.64%、5.98%，長柔毛野豌豆分別增加了24.02%、19.22%、9.30%、6.82%，之后依次是高羊茅（FA）、自然生草（NG）、黑麥草（LP）（圖2B）。說明在夏季高溫期，果園生草對土壤含水量的保持同樣具有促進作用，豆科苜蓿與長柔毛野豌豆對土壤含水量的保持作用最為顯著。

從春夏季不同處理相對于清耕土壤含水量的增加率（圖4）可以看出，苜蓿（MS）、長柔毛野豌豆（VS）、高羊茅（FA）處理在春季和夏季的土壤含水量增加率均較高，而春季果樹萌芽期的土壤含水量增加率顯著低于夏季高溫期，表明相較于清耕，這3個生草品種可顯著增加土壤的貯水能力，而這種作用在夏季高溫期表現更甚。

2.2 種植不同草種下土壤的溫度變化特征

從春季果樹萌芽期不同處理組土壤溫度24 h變化規(guī)律（圖5）可以看出，0～20 cm深度土壤的晝夜溫度變化最為劇烈，gt;40～60 cm深度土壤的晝夜變化規(guī)律較平緩。各處理白天的溫度差異比夜間大。在0～20 cm深度下，清耕對照（CK）土壤24 h溫度變化與生草各處理均存在明顯差異，其晝夜溫度差值最大，最高達11.85 ℃；草種間比較來看，其溫度差異性主要表現在白天高溫階段。在gt;20～40 cm深度下，清耕對照土壤24 h溫度變化與生草處理均存在明顯差異，清耕對照土壤同樣表現了較劇烈的晝夜溫差，最大溫差達5.72 ℃；草種間比較來看，5種草種間的土壤溫度無明顯差異。在gt;40～60 cm深度下，各生草處理與清耕對照土壤的晝夜溫度變化趨勢愈發(fā)平緩，各處理間及晝夜間土壤溫度無明顯差異。

從春季果樹萌芽期不同處理相對于清耕對照不同土層土壤溫度平均降低率（圖6）可以看出，0～20 cm土層土壤溫度降低率最大，gt;20～40 cm土層的土壤溫度降低率次之，gt;40～60 cm土層的土壤溫度降低率最小。苜蓿（MS）、長柔毛野豌豆（VS）、高羊茅（FA）處理下各層土壤溫度降低率較高，0～20、gt;20～40、gt;40～60 cm土層苜蓿處理下分別降低了13.87%、3.19%、-1.67%（增高），長柔毛野豌豆處理下分別降低了7.90%、4.83%、3.22%，高羊茅處理下分別降低了7.70%、4.64%、2.23%。

從夏季高溫期各組土壤溫度24 h變化規(guī)律（圖7）可以看出，0～20 cm土壤晝夜溫度變化幅度最大，gt;40～60 cm深度土壤的晝夜溫度變化幅度較平緩。在0～20 cm深度下，清耕對照組（CK）土壤24 h溫度較生草處理高，與春季不同的是，其主要表現為晝夜溫度總體均比處理組高，苜蓿（MS）、長柔毛野豌豆（VS）處理的24 h土壤溫度較低。在gt;20～40 cm深度下，清耕土壤的晝夜溫度總體高于生草處理。

從夏季高溫期不同處理相對于清耕對照的3個深度土壤的溫度平均降低率（圖6B）可以看出，0～20 cm深度土壤溫度降低率最高，gt;20～40 cm深度土壤溫度降低率次之，gt;40～60 cm深度土壤溫度降低率最小。長柔毛野豌豆（VS）、苜蓿（MS）、高羊茅（FA）處理下各層土壤溫度降低率較高，0～20、gt;20～40、gt;40～60 cm土層長柔毛野豌豆處理下分別降低了14.81%、9.32%、1.15%，苜蓿處理下分別降低了14.28%、5.83%、1.03%，高羊茅處理下分別降低了13.20%、5.96%、1.40%。

從春夏季不同處理相對于清耕對照的土壤溫度降低率（圖8）可以看出，除黑麥草處理（LP）外，其余處理的夏季土壤溫度降低率均顯著高于春季，其中，長柔毛野豌豆（VS）的春夏季溫度降低率差異最為顯著。以上結果表明，長柔毛野豌豆、苜蓿（MS）、高羊茅（FA）、自然生草（NG）在春夏季均可不同程度降低土壤溫度，而這種作用在夏季高溫期表現更甚。

2.3 種植不同草種下近地層空氣溫濕度變化特征

從果樹整個生育期內的近地層空氣溫度變化特征（圖9）可以看出，在3月15日—6月30日，各處理和清耕對照間空氣溫度差異不明顯。6月30日后，各處理與清耕對照間開始產生明顯差異，清耕對照（CK）的近地層空氣溫度高于生草處理，苜蓿（MS）處理空氣溫度最低，兩者溫差達（1.57±0.58）℃，其次為長柔毛野豌豆（VS），兩者溫差達（1.46±0.74）℃。果園生草可在夏季高溫期降低果園近地層空氣溫度1.5 ℃左右。

從整個果樹生育期內果園近地層空氣濕度變化特征（圖10）可以看出，春季近地層空氣濕度較低，夏秋季近地層濕度明顯上升，3月15日—4月15日各處理和清耕對照間差異不明顯，4月15日后差異明顯，夏季高溫期至測量結束時各處理組的近地層空氣濕度高于清耕對照（CK）。長柔毛野豌豆（VS）、苜蓿（MS）、高羊茅（FA）處理的空氣濕度比清耕對照分別高11.98%、11.82%、5.97%。

3 討論

果樹研究者普遍認為，果園生草是一項有效提高土壤基礎肥力的管理措施，但在果園生草調節(jié)土壤濕度方面存在不同觀點。部分觀點認為，果園生草與果樹存在水分競爭關系，生草措施會進一步降低土壤含水量［15］，生草覆蓋會因草種與果樹的競爭關系而導致果樹減產［16］。另一種觀點則認為，行間生草可以隔絕地表，減少土壤水分蒸發(fā)［17-18］，與清耕相比，行間生草還能增加降雨入滲率［19］。在夏季高溫期，行間生草可以降低土壤溫度，有效改善由強烈太陽輻射引起的土壤溫度的升高［20］。該研究結果顯然支持第2種觀點，即果園生草可減少土壤水分的散失，同時還可降低土壤與近地層空氣溫度。該研究重點分析了4種不同生草品種及自然生草條件下土壤及地表溫濕度的變化特征與差異性，還發(fā)現相同生草品種在春夏季不同季節(jié)間對土壤溫濕度、空氣溫濕度調節(jié)的差異性。在生草調節(jié)土壤濕度方面，生草品種間比較來看，不論是春季果樹萌芽期還是夏季高溫期，苜蓿、長柔毛野豌豆2種豆科草種的土壤含水量較高，且土壤含水量下降趨勢較緩，其次為高羊茅和自然生草處理，說明在本地氣候環(huán)境下，果園間作豆科作物會比禾本科作物更能有效延緩土壤水分的散失，相似氣候條件下的研究也證實了此項觀點［21］。該研究進一步分析發(fā)現，地表土壤（0～10 cm）是不同處理與對照間土壤濕度差異最顯著的區(qū)域，隨著土壤深度的增加，該差異呈現減少趨勢，且生草品種與清耕對照在同一層次、不同時間下的土壤含水量變化規(guī)律基本相同，說明土壤濕度隨時間的變化并不會隨生草品種的不同而發(fā)生變化，即草種生長的耗水量并不會顯著影響土壤含水量的變化。同時，該研究中豆科草種的土壤含水量卻又顯著高于清耕，且生長量越大的草種，其土壤含水量越高，其最大的原因是生草區(qū)域草種的莖葉阻隔了太陽輻射，減少了莖葉下土壤水分的蒸發(fā)，進而延緩了土壤含水量的下降。

該研究還發(fā)現，生長量較大、對土壤溫濕度具有明顯調節(jié)作用的苜蓿、長柔毛野豌豆和高羊茅在調節(jié)近地層空氣溫濕度方面也表現優(yōu)異。具體表現為降低近地層空氣溫度、提高近地層空氣濕度。隨著全球變暖，夏季高溫干旱持續(xù)時間延長，高溫逆境會影響植物的生長和發(fā)育，表現在不僅削弱植物生長勢，而且最終在果實成熟期降低產量和品質［22］。據估計，全球平均氣溫每升高1 ℃，全球小麥、水稻、玉米和大豆的產量將分別減少6.0%、3.2%、7.4%和3.1%［23］。2022年西北蘋果產區(qū)花果量嚴重減少很可能因高溫干旱所致。根據以上分析，行間生草在調節(jié)近地層空氣溫度方面意義重大，該研究發(fā)現，苜蓿、長柔毛野豌豆這2種豆科植物的降溫作用最為明顯，其可在夏季高溫期降低果園近地層空氣溫度1.5 ℃左右。

4 結論

基于田間隨機區(qū)組試驗設計，采選黑麥草、苜蓿、高羊茅、長柔毛野豌豆4種抗旱、抗寒功能草種，結合自然生草，以清耕為對照，分析不同生草品種、不同季節(jié)下果園土壤及近地層空氣溫濕度的變化特征。結果表明：在春季和夏季高溫期，生草栽培下0～40 cm土壤中播種苜蓿和長柔毛野豌豆土壤含水量較高，總體上與清耕對照相比，其0～10 cm土壤含水量增加了20.34%以上、gt;10～20 cm深度增加了14.29%以上、gt;20～30 cm深度增加了7.55%以上、gt;30～40 cm深度增加了3.07%以上；生草栽培下0～20、gt;20～40、gt;40～60 cm土壤中長柔毛野豌豆、苜蓿、高羊茅處理土壤總體溫度降低率較高。在夏季高溫期，種植苜蓿或長柔毛野豌豆可使近地層空氣溫度降低1.5 ℃左右，使空氣濕度增加11.82%以上。相較于清耕，果園行間播種苜蓿和長柔毛野豌豆可明顯增加土壤及近地層空氣濕度，降低土壤與近地層空氣溫度。在春季，果園生草主要通過減小土壤晝夜溫差來調控果樹生長發(fā)育。在夏季高溫期，果園生草則主要通過抑制土壤水分散失，增加空氣濕度來減少高溫干旱對果樹生長發(fā)育的不良影響。

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基金項目 寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目（2021BBF02014）；農業(yè)農村部現代蘋果產業(yè)技術體系銀川蘋果綜合試驗站項目（CARS-27）；寧夏農林科學院“十四五”農業(yè)高質量發(fā)展和生態(tài)保護科技創(chuàng)新示范項目（NGSB-2021-1-01）；寧夏回族自治區(qū)農業(yè)科技自主創(chuàng)新專項（NKYG-19-03）；寧夏回族自治區(qū)優(yōu)秀青年基金項目（2024AAC05077）。

作者簡介 李曉龍（1985—），男，寧夏銀川人，副研究員，博士，從事果樹學研究。*通信作者：賈永華，副研究員，碩士，從事果樹生理及栽培研究；田建文，研究員，博士，從事果樹學研究。

收稿日期 2024-06-30