覆蓋對山地幼齡茶園雜草多樣性及茶苗生長的影響

胡方潔，翟秀明，鄧 敏，楊海濱，盛忠雷

（重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/重慶市茶葉工程技術(shù)研究中心，重慶永川 402160）

隨著“一帶一路”建設(shè)不斷推進(jìn)，我國茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，國際影響力顯著增強，2020 年5 月21 日被聯(lián)合國確定的首個“國際茶日”是我國首次成功推動設(shè)立的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域國際性節(jié)日，彰顯了世界各國對中國茶文化的認(rèn)可。我國茶產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。草害是茶園管理長期以來存在的棘手問題，尤其是山地幼齡茶園的草害防治更為困難。此外，凍害在受寒潮侵襲的高山茶區(qū)也時有發(fā)生。因此，探究不同覆蓋處理對山地幼齡茶園土壤溫度、雜草群落、茶苗生長和控草成本的影響，研究茶園雜草綠色防控技術(shù)，對實現(xiàn)“節(jié)本增效、質(zhì)量安全、綠色環(huán)?！奔夹g(shù)目標(biāo)，構(gòu)建茶園雜草生態(tài)防控模式具有重要意義。據(jù)農(nóng)學(xué)著作《汜勝之書》記載，我國覆蓋技術(shù)最早出現(xiàn)在距今已有兩千多年的西漢時期，遠(yuǎn)早于國外。目前，關(guān)于覆蓋技術(shù)在谷類[1-5]、薯類[6-7]、豆類[8-9]等糧油作物及果蔬類作物[10-11]的控草作用及對作物生長發(fā)育的影響[12-14]等方面已有報道。覆蓋處理可有效控制茶園盛夏雜草生長，影響雜草群落結(jié)構(gòu)，降低控草成本[15-16]。各種覆蓋處理中，地膜對雜草的影響尤為明顯[17-18]。目前有關(guān)覆蓋對雜草防控的影響研究停留在局部層面，對山地幼齡茶園雜草群落特征、雜草多樣性影響方面的研究鮮見報道。人工除草費工費時，經(jīng)濟(jì)效益低，化學(xué)除草易引發(fā)茶園環(huán)境和食品安全問題，大部分除草作業(yè)機械不適宜我國西南地區(qū)山地茶園，因此探明覆蓋處理對茶園雜草多樣性和茶苗生長的影響，有利于提升茶園雜草生態(tài)防控效能和經(jīng)濟(jì)效能，為構(gòu)建山地幼齡茶園雜草生態(tài)防控模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

試驗于2017 年10 月至2020 年10 月在渝西早市名優(yōu)茶區(qū)重慶永川茶山竹海進(jìn)行，東經(jīng)105°53′，北緯29°23′，海拔614 m，氣壓94.5 kPa，土壤為黃砂壤，pH 值4.46，有機質(zhì)含量47.16 g·kg-1，全氮含量1.87 g·kg-1，有效磷含量21.75 mg·kg-1。供試茶苗品種為兩年生鄂茶10 號，苗高20～30 cm，覆蓋率10%～20%，實行雙行雙株錯窩方式種植，大行距1.5 m，小行距0.3 m。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3 個處理：T1 為覆蓋無紡布；T2 為覆蓋地膜；T3 為生草覆蓋，CK 為裸地對照；每小區(qū)規(guī)格20 m×1.5 m×3 行。地膜材料為聚乙烯（PE），厚度0.014 mm；無紡布為聚丙烯（PP），厚度85 g·m-2，覆蓋處理的寬度均為1.3 m（距茶苗基部留10 cm 空隙）；生草覆蓋品種為黑麥草冬牧70，播種量為5 g·m-2，在茶園大行間整地、撒播、覆土。整個試驗期限為3年。

1.3 調(diào)查項目

土壤溫度測定：所用儀器為電子溫濕度計（-30～50 ℃，0～100%相對濕度）、手持式探桿數(shù)顯溫度計（-50～200 ℃）。低溫調(diào)查選擇“小寒大寒”期間7:00—19:00，每隔1 h，距茶苗基部20 cm 位置測0 cm、5 cm 和20 cm 深度的土層溫度，以掌握低溫天氣條件下不同深度土壤溫度變化情況。

雜草調(diào)查：調(diào)查時間為2019 年3 月和7 月，采用33 cm×33 cm 小樣方，五點取樣法調(diào)查行間雜草種類、生長量、覆蓋度等生長指標(biāo)，采用相對密度（小區(qū)中某種雜草的密度除以小區(qū)中所有雜草的密度之和）作為衡量某種雜草優(yōu)勢程度的指標(biāo)。

茶苗調(diào)查：2019年10月全園調(diào)查供試茶苗成活情況，主要采取定點定窩的方式，調(diào)查茶苗主干粗、樹幅、覆蓋度等生長指標(biāo)。

無紡布和地膜調(diào)查：2018—2020 年，調(diào)查覆蓋材料完整性和人工成本等。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft office、SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

雜草多樣性通過計算Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H′）、Pielou 均勻度指數(shù)（E）和Margalef 物種豐富度指數(shù)（DMG）等生物多樣性指數(shù)，其中H′是對雜草物種豐富度和物種均勻度的綜合量度，E 是對雜草群落中不同雜草之間數(shù)量分布均勻程度的量度，DMG 是對一定總數(shù)量的雜草中其種類數(shù)的量度[19-20]。計算公式為：

式中，N為各小區(qū)中1 m2內(nèi)所有雜草的總株數(shù)，n為各小區(qū)中1 m2內(nèi)某種雜草的株數(shù)，S為各小區(qū)中1 m2內(nèi)雜草種類數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋處理對茶園土壤溫度的影響

在冬季連續(xù)低溫天氣條件下，一天中不同覆蓋處理的土壤溫度變化趨勢一致。不同處理下0 cm 表層土壤隨大氣溫度變化而變化的步調(diào)趨于一致且土溫相近，最高溫值均出現(xiàn)在中午13:00，其中覆蓋地膜處理和覆蓋無紡布處理的土溫略高于生草覆蓋處理和對照，表明覆蓋處理能提高冬季茶園地表溫度。5 cm 土層一天中溫度最高峰值均出現(xiàn)在15:00，持續(xù)到16:00之后開始下降，到19:00 時降為一致，不同處理土壤溫度表現(xiàn)為地膜＞無紡布＞生草＞對照，地膜處理土溫比對照高2 ℃，表明覆蓋地膜對提高5 cm 土層溫度效果更明顯。20 cm 土層一天中溫度最高峰值均出現(xiàn)在15:00，持續(xù)到18:00 后開始降溫，不同處理土壤溫度表現(xiàn)為地膜＞無紡布＞對照＞生草，表明覆蓋地膜對提升土壤冬季溫度的持續(xù)性效果更好。

一天中不同覆蓋處理的各深度土壤溫度有一個變化過程。在7:00—19:00測定時間段內(nèi)，不同處理的土層溫度均是中午或中午過后最高，說明在此前后所有處理的土層溫度處在升溫和降溫過程。自7:00 開始到中午土壤處于升溫過程，隨著土壤深度的增加，升溫時間延后，各處理不同土層深度的升溫程度不同，自中午過后土壤溫度最高峰值均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。表1 數(shù)據(jù)顯示，不同處理土壤溫度沿土層深度均呈遞減趨勢。0 cm 表層土壤的兩種覆蓋處理的各溫度值都高于生草覆蓋和對照處理，所有處理最大變幅完全一致，表明覆蓋能顯著提高表層土壤溫度，且地表溫度變化無波動；5 cm 淺土層的平均溫度和平均最低溫度值均表現(xiàn)為地膜＞無紡布＞生草＞對照，其中無紡布處理下的溫度波動最大，這可能是由于無紡布材料透水透氣特點造成的；在地下20 cm 深度土壤中覆蓋處理下的各溫度值仍保持其優(yōu)勢，結(jié)果表明覆蓋處理有利于提高不同土層冬季土壤的溫度。

表1 連續(xù)低溫天氣下不同處理的土壤溫度變化

2.2 不同覆蓋處理對茶園雜草群落結(jié)構(gòu)的影響

2.2.1 對雜草種類、密度和優(yōu)勢種的影響

不同覆蓋處理下，春季茶園雜草種類、數(shù)量、優(yōu)勢種存在差異。由表2 可知，通過對不同覆蓋處理下茶園春季雜草的調(diào)查，共獲得5科7屬7種雜草，全部屬于草本植物，其中禾本科(Gramineae)2 種、菊科(Compositae)2 種、蓼 科(Polygonaceae)1 種、豆 科(Leguminosae)1 種、酢漿草科(Oxalidaceae)1 種。一年生、二年生和多年生雜草種數(shù)比值為4∶1∶2，由此可見茶園春季雜草生活型以一年生雜草為主，主要發(fā)生種為牛筋草（Eleusine indica）、馬唐（Digitariasanguinalis）、鼠曲草（Gnaphalium affine）、白車軸草（Trifolium repens）。不同覆蓋處理下，雜草種類表現(xiàn)為裸地對照和生草覆蓋處理發(fā)生頻率最高，為5 種；其次為覆蓋地膜處理，覆蓋無紡布處理的雜草種類最少。從雜草密度上看，裸地對照和生草覆蓋處理極顯著大于覆蓋無紡布和覆蓋地膜處理（P＜0.01）；從雜草優(yōu)勢種（＞10%）上看，生草覆蓋和覆蓋地膜處理有4 種，裸地對照和覆蓋無紡布處理有3 種，但不同覆蓋處理下優(yōu)勢種存在差異?？梢姡采w無紡布處理和覆蓋地膜處理有效阻止了茶園雜草春季萌發(fā)，并干擾控制了雜草優(yōu)勢種。

表2 不同處理茶園春季雜草種類及密度 單位：株·m-2

在不同覆蓋處理下，夏季茶園雜草種類、數(shù)量、優(yōu)勢種存在明顯的差異。由表3 可見，通過對不同覆蓋處理下茶園夏季雜草的調(diào)查，共獲得20 科30屬37 種雜草，其中一年生、二年生和多年生雜草種數(shù)比值為21∶4∶12，可見茶園夏季雜草生活型仍以一年生雜草為主，主要發(fā)生種為牛筋草（Eleusineindica）、馬唐、鼠曲草、燈心草（Juncus effusus）、白車軸草、白茅（Imperata cylindrica）、看麥娘（Alopecurus aequalis）、披堿草（Elymus dahuricus）、早熟禾（Poa annua）、商陸（Phytolacca acinosa）、蓮子草（Alternanthera sessilis）、酢漿草（Oxalis corniculata）等。覆蓋無紡布處理、覆蓋地膜處理、生草覆蓋處理和裸地對照的雜草種類分別有12 種、18 種、28種、34 種，其雜草種類數(shù)存在顯著差異（P＜0.05），雜草密度也存在極顯著差異（P＜0.01）；而覆蓋無紡布、覆蓋地膜、生草覆蓋和裸地對照的優(yōu)勢種分別有1 種、1 種、2 種、3 種，盡管優(yōu)勢種數(shù)量隨著覆蓋物不同而發(fā)生變化，但是鼠曲草始終在群落內(nèi)保持優(yōu)勢地位。與裸地對照相比，覆蓋地膜處理和覆蓋無紡布處理顯著抑制了雜草發(fā)生種類、密度，其中顯著降低了牛筋草、馬唐、鼠曲草等惡性雜草的發(fā)生。

表3 不同處理茶園夏季雜草種類及密度 單位：株·m-2

2.2.2 不同覆蓋處理對雜草多樣性指數(shù)的影響

生物多樣性指數(shù)能直觀反映不同覆蓋處理下茶園雜草多樣性的變化情況。從表4 可以得出，春季和夏季茶園雜草的多樣性指數(shù)Shannon’s H′，均是覆蓋無紡布處理極顯著低于祼地對照和生草覆蓋處理（P＜0.01）；春季茶園生草覆蓋處理的Shannon’s H′值最大，夏季茶園裸地對照的Shannon’s H′值最大。春季和夏季茶園雜草的Shannon’s E 均勻度指數(shù)，不同覆蓋處理之間沒有明顯差異。春季茶園的物種豐富度指數(shù)Margalef DMG 覆蓋無紡布處理顯著低于地膜覆蓋處理、裸地對照和生草覆蓋處理（P＜0.05）；夏季茶園無紡布覆蓋處理的Margalef DMG 最小，顯著低于裸地對照和生草覆蓋處理（P＜0.05）?？梢?，覆蓋無紡布處理能顯著降低春季、夏季茶園的雜草多樣性。

表4 不同處理茶園春夏季的雜草多樣性指數(shù)

2.2.3 對雜草蓋度和生物量的影響

幼齡茶園茶苗植株較小，茶園覆蓋率低，雜草易泛濫成災(zāi)，影響茶苗成活率及其生長發(fā)育?？夭菔怯g茶園管理最重要的內(nèi)容之一，覆蓋可抑制雜草生長[21-22]。分析可知，茶園行間雜草覆蓋度和雜草地上部鮮重均表現(xiàn)為無紡布＜地膜＜生草＜對照，其中覆蓋無紡布處理和覆蓋地膜處理的茶園雜草春夏季生長量顯著低于裸地對照，可見覆蓋無紡布處理和覆蓋地膜處理顯著減少了茶園雜草的發(fā)生。

2.3 不同覆蓋處理對茶苗生長的影響

覆蓋無紡布處理、覆蓋地膜處理、生草覆蓋處理和裸地對照的茶苗成活率分別為97.04%、96.39%、96.27%和96.09%，覆蓋無紡布處理后茶苗成活率最高，這與李式軍等[10]研究結(jié)果一致。結(jié)合試驗結(jié)果，覆蓋地膜處理下茶苗的覆蓋度較裸地對照提高了近63%，增幅最明顯，其樹幅比裸地對照提高了34.48%，增幅較明顯；覆蓋無紡布處理的茶苗主干粗較裸地對照提高了28.48%。覆蓋無紡布和地膜處理提升了茶園冬季土壤溫度，減少了土壤水分散失，改善了茶園土壤水分運動規(guī)律，茶苗長勢較好，樹幅大、主干粗、覆蓋度較大；生草覆蓋處理的黑麥草與茶苗存在生態(tài)位重疊的問題，若不及時割青會妨礙茶苗的光合作用，影響其生長發(fā)育；裸地對照的雜草生長旺盛，占據(jù)茶園生態(tài)位寬度大，影響了茶苗吸收利用光、熱、水資源，導(dǎo)致茶苗成活率較低、生長發(fā)育較遲緩。總的來說，3 種覆蓋處理下茶苗的主干粗、樹幅、覆蓋度均高于裸地對照，生長態(tài)勢較好?？梢姼采w處理對茶苗成活率及其生長的影響較顯著。

2.4 不同覆蓋處理的控草經(jīng)濟(jì)效益比較

從成本考慮，農(nóng)用黑地膜的市場參考價為無紡布的1/2，但不可跨年使用，無紡布使用年限為3年，一年生優(yōu)質(zhì)牧草冬牧70成本和人工費折算，不同覆蓋處理的材料成本從高到低依次是無紡布＞生草＞地膜，除草人工費成本從高到低為生草＞地膜＞無紡布，所有處理均能顯著降低除草人工費，最高效的無紡布處理每667 m2可節(jié)省人工費500 元左右，所用工時是裸地對照的1/6。

從成本與投入來看，1 年內(nèi)，覆蓋地膜處理的經(jīng)濟(jì)效益最好，其次是生草覆蓋。地膜材料單價低，但質(zhì)輕不耐久，需每年更換，否則會造成茶園白色污染；生草覆蓋需進(jìn)行整地施肥、播種管理和收割等生產(chǎn)管理，額外增加了材料費用和人工費用；無紡布單價較高，但強度好、耐腐蝕、抗老化、透水透氣，利于茶苗在重慶常年濕熱氣候條件下的生長發(fā)育，3 年后防草成本最低，對于機械化水平較低、人工成本費較高的山地茶園，覆蓋無紡布處理的適用性更強。

3 小結(jié)與討論

雜草與茶樹爭奪水肥、光照、生存空間等資源，影響茶樹生長，降低茶樹產(chǎn)量和品質(zhì)。使用化學(xué)除草劑控草會導(dǎo)致一系列生態(tài)問題，加之人們對美好生活的向往，催生了茶園控草技術(shù)的變革。覆蓋控草具有無毒無害、無污染、安全性高等優(yōu)點，符合現(xiàn)代生態(tài)茶園和茶業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求。試驗打破茶園夏季除草作業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式，避開茶園管理用工高峰期，在冬季農(nóng)閑期進(jìn)行雜草防除，結(jié)果表明，不同覆蓋處理對幼齡茶園雜草控制效果顯著，這與何秋虹等人研究結(jié)果一致[23-28]。茶園行間覆蓋地膜或無紡布后，土壤表面形成一層物理阻隔層，增加土壤機械阻力，雜草種子無法獲得萌發(fā)所需的適量水分和充足空氣而難以破土發(fā)芽，尤其對牛筋草、馬唐、鼠曲草等惡性雜草起到了很好的防除作用，這與劉朋等研究結(jié)果一致[29]；而黑麥草未完全覆蓋茶行，雜草見隙生長，所以控草效果不及覆蓋地膜或無紡布處理。覆蓋使土壤維持了一個更加均衡的土溫，不僅提高了地表溫度，還通過土壤自身的傳導(dǎo)作用，逐步提高了下層土壤溫度，為茶苗越冬提供了有利條件，提高了茶苗成活率，促進(jìn)了生長發(fā)育，尤其覆蓋無紡布和地膜處理下茶樹存活率、樹幅、樹冠蓋度、樹干直徑明顯好于生草覆蓋和對照處理，這與楊書運等研究結(jié)果一致[30]。地膜較無紡布材料質(zhì)輕易老化，不耐磨損，回收困難，長期使用成本較高；無紡布材料雖單價較高，但強度好、壽命長、耐腐蝕，更適合長期在田間使用。

綜上，覆蓋處理對冬季茶園土壤溫度、雜草防除、茶苗生長發(fā)育等方面的影響顯著。其中，覆蓋無紡布處理能有效阻止牛筋草、馬唐等惡性雜草的發(fā)生，顯著降低春夏季茶園的雜草多樣性，提升茶苗成活率，顯著減少除草人工，提高茶園控草的經(jīng)濟(jì)效益，適宜在需長期進(jìn)行控草作業(yè)的山地幼齡茶園中推廣應(yīng)用。