生草對果園生態(tài)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(tài)效應(yīng)和樹體生長發(fā)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(wěn)定性;改善了土壤質(zhì)地,增加了土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量;使淺表層根系數(shù)量尤其是細(xì)根數(shù)量增加,改善了果實品質(zhì)。

關(guān)鍵詞:果園生草;刈割;覆蓋;生態(tài)效應(yīng)

中圖分類號:S628.2 文獻標(biāo)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(fā)展養(yǎng)殖業(yè)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(jì)90年代被引入中國,率先在福建、廣東、山東等地開始應(yīng)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(guān)的研究報道已不少,但果園生草仍處于試驗和小面積應(yīng)用階段,至今未得到大面積推廣。本文簡要闡述了該領(lǐng)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(fā),提高土壤水分含量及水分利用率。但具體情況因區(qū)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(qū)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(diào)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(fā)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(yīng)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(jié)果表明,未灌溉條件下,7月份后夏秋高溫連旱季節(jié),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(chǎn)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(jié),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(rèn)為果園生草可影響地面接受太陽輻射,起到平穩(wěn)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(nèi)的溫度具有一定的調(diào)節(jié)作用,能使地面最高溫度遠(yuǎn)低于清耕區(qū),而最低溫度一般高于清耕區(qū)。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(fā)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(jié)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(xù)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(tài)變化特征和位相滯后現(xiàn)象,與茶樹年生長發(fā)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(zhì),具有升溫時降溫和降溫時增溫、保溫的雙向動態(tài)調(diào)控作用,增強了同一土層溫度的穩(wěn)定性,其調(diào)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(jié)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(zhì)地和土壤結(jié)構(gòu)是土壤兩項基本物理性質(zhì),兩者密切相關(guān)。有關(guān)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(nèi)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(yǎng)分的影響

3.1 對土壤有機質(zhì)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(zhuǎn)化,形成腐殖質(zhì),土壤中的有機質(zhì)便不斷提高。鄧豐產(chǎn)等(2003)[9]研究表明,生草果園有機質(zhì)均有不同程度的增加,并隨生草年限的延長有機質(zhì)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(yǎng)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(dāng)其腐解后,草體中的養(yǎng)分便釋放到土壤中,從而提高土壤中相應(yīng)的養(yǎng)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(tài)環(huán)境的研究表明,稻秸覆蓋能改善土壤養(yǎng)分狀況,稻秸覆蓋處理0~40 cm土層中,有機質(zhì)、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(yǎng)分,2年后土壤有效N、K、Fe和Zn等養(yǎng)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(qū)比樹下清耕區(qū)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(yǎng)物質(zhì);果園生草后刈割覆蓋園地也為土壤微生物提供了營養(yǎng)物質(zhì)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(yōu)勢種群和數(shù)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(shù)量,0～20、20～40、40～60 cm土層年平均固氮菌數(shù)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(xì)菌的數(shù)量。劉建新等(2005)[24]研究表明,覆草增加了土壤細(xì)菌、放線菌及氨化細(xì)菌和纖維分解菌的數(shù)量,降低了硝化細(xì)菌數(shù)量;果園覆草后土壤中微生物的數(shù)量和組成發(fā)生了明顯的變化,但不同微生物區(qū)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(shù)量,0～40 cm土層中,覆蓋處理的真菌和細(xì)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(yīng)除受微生物本身活動的影響外,實際上是在各種相應(yīng)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(zhì)的循環(huán)、轉(zhuǎn)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(xué)成分對果樹植株營養(yǎng)有很重要的意義,由于土壤化學(xué)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(yīng)和理化性狀,為根系的生長提供適宜的微生態(tài)環(huán)境,使淺表層根系數(shù)量尤其是細(xì)根數(shù)量增加。但是,在某種程度上存在水分和養(yǎng)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(shù)分別增加了107～252條和33～90條,總根數(shù)增加了140～342條。蔣光毅等(2004)[28]對2種果草模式根系生態(tài)學(xué)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(nèi),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(yǎng)分競爭的影響和機制,結(jié)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(yīng)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(rèn)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(yǎng)分競爭關(guān)系,推測根系分布在養(yǎng)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(fā)育提供了良好的土壤生態(tài)環(huán)境和地上部微生態(tài)環(huán)境,從而提高了樹體的營養(yǎng)成分。

王齊瑞等(2005,2006)[30,31]研究發(fā)現(xiàn),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(jié)果枝葉片數(shù),使葉片營養(yǎng)水平顯著提高,平均花芽數(shù)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(zhì)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(zhuǎn)色期提前。

鄧豐產(chǎn)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(qū),有利于結(jié)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(zhì)的影響

絕大多數(shù)研究認(rèn)為果園生草使果實產(chǎn)量、平均單果重、總糖、VC、可溶性固形物、硬度和著色指數(shù)均得以提高,但對酸含量的研究結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)感增強;行間生草使“赤霞珠”葡萄果實及葡萄酒品質(zhì)提高,但對酒精發(fā)酵過程無明顯影響。王勤等(2000)[35]研究表明,果樹—牧草結(jié)合模式使果實產(chǎn)量提高20%,總糖提高1%,硬度和Vc提高,但總酸下降。鄧豐產(chǎn)等(2003)[9]研究表明,果園生草使果實產(chǎn)量、平均單果重、可溶性固形物、硬度和著色指數(shù)均增加,但對果形指數(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)

目前,關(guān)于果園生草的研究和推廣雖然已經(jīng)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(xié)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(qū)氣候條件的適應(yīng)性強、投資少和易管理等優(yōu)點,應(yīng)加強對本地區(qū)自然生草的開發(fā)利用和優(yōu)勢草種的篩選。③轉(zhuǎn)變觀念和研究思路,正確認(rèn)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(tài)關(guān)系在整體層面上進行系統(tǒng)的評價。④果園生草的研究內(nèi)容比較廣,大多側(cè)重于土壤生態(tài)效應(yīng)和果實品質(zhì)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(yǎng)分、有機質(zhì)等,另一方面影響地上部果園微環(huán)境。因此,對果園生草的研究不應(yīng)以對土壤生態(tài)、葉片光合等的影響作為衡量標(biāo)準(zhǔn),而應(yīng)以樹體的生理代謝為中心,研究各因子綜合效應(yīng)與其生理代謝的相關(guān)性。⑤對于生草果園的管理,應(yīng)從具體情況出發(fā),因地區(qū)、季節(jié)的不同而采用相應(yīng)的措施,不應(yīng)一刀切,生搬硬套別處經(jīng)驗和模式。

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