葡萄行間早熟禾生物量分布及其與土壤物理性質(zhì)的關系

李振華,鮮靖蘋,王可星,買 哲,賀亮亮

(1.新鄉(xiāng)學院土木工程與建筑學院,河南新鄉(xiāng) 453003;2.中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所,河南鄭州 450000)

果園生草法是在果樹行間空地上人工播撒多年生優(yōu)選草種,如早熟禾(Poaannua)、高羊茅(Festucaelata)、黑麥草(Loliumperenne)、鼠茅(Vulpiamyuros)等[1],利用其萌發(fā)早、長勢快的特點,控制果園雜草叢生及病蟲菌利用雜草進行轉(zhuǎn)生寄生。由于草種單一、長勢相同、覆蓋率高、外觀整齊,還利于減少果園土壤水分蒸發(fā)[2],調(diào)控地面溫度,豐富土壤有機質(zhì),改善土壤理化環(huán)境[3-6],現(xiàn)已納入我國綠色食品果業(yè)生產(chǎn)技術體系,在全國范圍示范推廣[7-8]。

目前對果園生草技術的研究和應用較多。最早在1992年,李光晨等[2]在北京市的東北旺園藝場開展了相關研究,在灌溉條件下比較了白三葉(Trrifoliumrepens)、禾本科草(早熟禾)、自然生草3種生草法對果園土壤水分及其蒸散的影響。潘介春等[6]在廣西南寧龍眼果園研究了行間套種不同草種對土壤理化性質(zhì)及生物學性狀的影響。劉民曉等[1]在山東煙臺蘋果園研究了播種時期、播種量、播種模式、播種深度、尿素用量對鼠茅草、黑麥草的草量、草高、分蘗數(shù)、覆蓋度等指標的影響。廖曉軍等[9]發(fā)現(xiàn)柑橘園生草栽培增加了害蟲天敵數(shù)量,從而對柑橘產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生正向作用。王珊等[10]研究發(fā)現(xiàn)在魯中地區(qū)避雨栽培模式下,黑麥草對葡萄果實的外觀影響較大,鼠茅草對葡萄果實內(nèi)在品質(zhì)的影響較大。果園生草的經(jīng)濟與生態(tài)效益已經(jīng)獲得廣泛認可。然而,果園生草也存在負面效應。姚青等[11]發(fā)現(xiàn),柱花草與柑橘競爭磷肥,抑制幼樹生長。徐田偉等[8]發(fā)現(xiàn)果園生草4～5年后,草被開始出現(xiàn)老化現(xiàn)象,土壤表層板結。因此,果園行間草本的生長、分布、環(huán)境適應與影響機制引起關注。一般認為,土壤特性(物理性質(zhì)、養(yǎng)分含量等)在很大程度上決定草本的分布與生長[12-14]。但在現(xiàn)代果園的設施條件下,規(guī)范的行株距種植設計及田間管理作用下,土壤的理化特性如何影響果園人工草被的分布與生長,目前還缺乏相關研究。

因此,筆者在位于黃河北岸的中國農(nóng)業(yè)科學院新鄉(xiāng)綜合試驗基地,調(diào)查了葡萄園行間不同位置的早熟禾地上、地下生物量以及土壤物理性質(zhì),分析了草地生物量的空間分布及其與各土壤物理性質(zhì)指標的相關關系,為深入認識果園人工草地生長、分布及其環(huán)境適應機制奠定基礎,為促進果園生草技術的精細化、可持續(xù)化發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況研究區(qū)位于河南省新鄉(xiāng)縣七里營鎮(zhèn)(113°54′E,35°18′N),是古黃河沖積平原的北翼地帶,地形平坦開闊。土壤類型以砂土和砂壤土為主。溫帶大陸性季風氣候,春季干旱多風,夏季多雨。年均氣溫14.1 ℃。年均無霜期200.5 d,年均降水量548.3 mm,年均蒸發(fā)量1 908.7 mm。具體試驗地點位于七里營鎮(zhèn)的中國農(nóng)業(yè)科學院新鄉(xiāng)綜合試驗基地,在葡萄育種試驗區(qū)設施栽培示范區(qū)的連棟大棚內(nèi)。棚內(nèi)葡萄為南北行種植,行間距4 m,株間距2 m,單主干雙主蔓培養(yǎng)。采用鋼結構籬棚架,架高2 m,架上鋪設避雨塑膜,架下地表覆蓋黑色透濕性地膜。行間空地寬約2 m,于研究前一年由人工均勻播撒種植早熟禾,形成整齊一致的人工草地(圖1)。

圖1 葡萄行間的早熟禾草地Fig.1 The Poa annua grassland between grape rows

1.2 樣方設置2018年6月,在巨玫瑰葡萄架行間的東西方向上,選取地面無碾壓踐踏、草勢生長良好的代表性地段,設置6條取樣的樣帶,作為6次重復。用鋼卷尺測量其東西凈長(m),然后以東側端線為起點(0 m),向西依次在0.5 m(東)、1.0 m(中)、1.5 m(西)處設置3個取樣樣方,每個樣方邊長為30～40 cm。

1.3 測定項目與方法

1.3.1生物量。地上部分采用全體收割法,將樣方內(nèi)所有草葉剪下,用布袋帶回室內(nèi),烘干稱重后計算地上部分生物量(g/m2)。地下部分采用環(huán)刀法,分層取200 cm3的土壤樣品,在測過土壤物理性質(zhì)之后,通過洗土,篩選出草根,烘干稱重,根據(jù)分層厚度(10 cm),換算地下部分生物量(g/m2)。二者之和為總生物量(g/m2)。

1.3.2土壤物理性質(zhì)。采用環(huán)刀法,在每個樣方的正中央,采用200 cm3容積的環(huán)刀,垂直向下進行分層取樣,土壤深度分別是0～10、10～20、20～30 cm土層的中間部位。密封好帶回室內(nèi),采用浸水法測定容重、飽和持水率、毛管持水率、田間持水率等指標[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)在Excel 2010中進行處理和制圖,在SPSS18.0中進行Pearson相關分析、單因素方差分析和差異顯著性檢驗(LSD,顯著水平a=0.05)。

2 結果與分析

2.1 早熟禾生物量及土壤物理性質(zhì)的水平分布由表1可知,葡萄園行間早熟禾的總生物量在357.2～427.8 g/m2,平均為395.8 g/m2。行間中間部位的總生物量最高,其次是東端,二者顯著高于西端(P<0.05)。這說明早熟禾的生物量在行間的水平分布呈單峰型格局,即東西兩端靠近葡萄架的位置生物量較小,距離葡萄架較遠的中間位置生物量較大。其中,地上部分生物量對總生物量的貢獻最大,占總體的79.6%,地下部分生物量僅占20.4%。地上部分生物量在286.4～335.4 g/m2,地下部分生物量在70.8～92.4 g/m2。地下/地上比值(根冠比)在0.24～0.28,中間位置大,兩端位置小。這反映均勻撒播的早熟禾在葡萄架行間的生長出現(xiàn)了一定分異,中間位置生長較好,尤其是地下部分的根系更加發(fā)達。

表1 早熟禾生物量的水平分布Table 1 Horizontal distribution of Poa annua biomass 單位:g/m2

由表2可知,葡萄園行間的土壤自然含水率在取樣當天平均為19.4%,在行間中間處最高,為20.6%,略高于西端和東端;飽和持水率、毛管持水率、田間持水率平均分別為46.3%、38.4%、35.7%,同樣也是中間略高于兩端;容重則反之,中間略低于兩端;但以上差異均不顯著(P>0.05)。這反映了土壤物理性質(zhì)在遠離葡萄架的中間地段略優(yōu)于東西兩端。

表2 土壤物理性質(zhì)的水平分布Table 2 Horizontal distribution of soil physical properties

2.2 早熟禾生物量及土壤物理性質(zhì)的垂直分布由表3可知,葡萄園行間早熟禾的地下生物量隨土層向下呈遞減趨勢,在17.2～39.1 g/m2,地下生物量最高的0～10 cm土層是最低的20～30 cm土層的2.3倍,而且差異達顯著水平(P<0.05)。其遞減趨勢與土壤毛管持水率、田間持水率一致,但與土壤自然含水率相反。土壤飽和持水率在45.3%～48.0%,其最大值出現(xiàn)在10～20 cm土層,與土壤容重相反,其最小值1.37 g/cm3出現(xiàn)在10～20 cm土層。

表3 早熟禾生物量及土壤物理性質(zhì)的垂直分布Table 3 Vertical distribution of Poa annua biomass and soil physical properties

2.3 早熟禾生物量與土壤物理性質(zhì)的相關關系Pearson相關分析結果(表4)表明,葡萄園行間早熟禾生物量的水平分布與土壤飽和持水率、毛管持水率、田間持水率呈正相關,與容重呈負相關;與自然含水率的關系有分化,地上生物量與之呈正相關,地下及總生物量與之呈負相關。相關系數(shù)的絕對值表明地下生物量與土壤物理性質(zhì)的相關性最強,其次是總體生物量,較弱的是地上生物量。地下生物量與田間持水率相關達極顯著水平(P<0.01),與毛管持水率、自然含水率、容重相關達顯著水平(P<0.05)。

葡萄園行間早熟禾生物量的垂直分布受田間持水率、毛管持水率的影響,其正相關達極顯著水平(P<0.01);與飽和持水率呈正相關,與自然含水率、容重呈負相關,但均未達顯著水平。

3 討論

該研究在葡萄園行間的早熟禾人工草地開展調(diào)查,發(fā)現(xiàn)遠離葡萄架的早熟禾生物量更大,而兩端靠近葡萄架的生物量較小;根系生物量隨土層向下而遞減。早熟禾生物量空間分布與田間持水率、毛管持水率等土壤物理性質(zhì)有一定的相關性。一般認為,土壤水分是植物生理活動的主要水分來源。土壤持水能力很大程度上取決于土壤容重、毛管持水率的大小。周秋文等[16]在研究喀斯特地區(qū)不同林型土壤持水性時發(fā)現(xiàn)了土壤容重越小,毛管孔隙度越大,且毛管持水率偏大林型的土壤飽和持水率越大。張建波等[17]在研究紫花苜蓿根系與土壤物理性質(zhì)的關系時發(fā)現(xiàn),根系與土壤環(huán)境的影響是相互的,且根系的各個土壤物理性質(zhì)對根系起到了交叉、復合而非一致性的作用,共同影響根系的生長發(fā)育。一種土壤物理性質(zhì)可能會加強或減弱其他土壤物理性質(zhì)對根系的影響,這種影響可能有規(guī)律可循,也可能沒有規(guī)律。這與該研究結果相似,飽和持水率對生物量分布的影響較弱,田間持水率和毛管持水率的影響較強,且對生物量垂直分布的影響強于對生物量水平分布的影響。

劉曉麗等[18]采用根鉆法研究了黃土丘陵溝壑區(qū)陜西省米脂縣密植棗林地深層土壤水分垂直變化與根系分布關系,發(fā)現(xiàn)根干重密度隨土層深度的增加而減少,深層土壤含水率隨土層深度的增加而增加,表現(xiàn)出明顯的層次特征。這與該研究結果基本一致。阿拉木薩等[19]用挖根法對沙地人工小葉錦雞兒地下部生物量及分布進行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)植物吸收根在其分布和活動區(qū)域內(nèi)能明顯影響土壤水分變化,其集中分布區(qū)通常為某階段土壤水分最低點。這與該結果有相似之處。該研究結果發(fā)現(xiàn),無論是水平分布還是垂直分布,地下生物量均與自然含水率呈負相關,說明根系多的地方,土壤水分少,似乎不合常理。但其實是因為調(diào)查時間為6月,日照時間長、氣溫高,地面蒸發(fā)、植物蒸騰導致土壤水分銳減,越是根系集中的地方,水分消耗越快。

除土壤因素,影響行間草地生物量分布的因素可能還來自主要栽培作物葡萄葉片的遮陰、根系的水分養(yǎng)分競爭等,在該研究中不作深入討論,相關工作有待進一步開展。

4 結論

該研究在黃河北側的新鄉(xiāng)地區(qū)葡萄園內(nèi)調(diào)查分析了早熟禾草地生物量及土壤物理性質(zhì)的空間分布及其相關關系,結果發(fā)現(xiàn),行間草地生物量及土壤物理性質(zhì)的空間分布有一定規(guī)律性。具體表現(xiàn)為距離葡萄架較遠的中間位置的生物量顯著大于兩端(P<0.05),自然含水率、飽和持水率、毛管持水率、田間持水率也均大于兩端,容重反之;在土壤最表層的根系生物量顯著高于中、下層(P<0.05),隨土層向下呈遞減趨勢,與毛管持水率、田間持水率變化一致,但與土壤自然含水率相反。行間草地生物量與土壤物理性質(zhì)的空間分布有一定相關性。尤其是地下根系生物量,在水平分布上與田間持水率呈極顯著正相關(P<0.01),與毛管持水率、自然含水率、容重呈顯著相關(P<0.05);在垂直分布上與田間持水率、毛管持水率呈極顯著正相關(P<0.01)。