低纬度高原不同生草对苹果园土壤微环境的影响

代云芬，沈 鹏，张 聂

（红河职业技术学院，云南 蒙自 661100）

果园生草是果树行间以自然生草或人工行间或全园生草方式，利用优势草种覆盖杂草的一种果园管理措施[1]。已有研究表明，果园合理生草栽培可以改善土壤温度，提高土壤含水量、维持土壤水热环境的相对稳定[2]，为果树生长发育提供良好的土壤环境。与传统清耕相比，生草栽培能改良果园土壤理化性状、改善果园生态环境，促进果树生长发育，提高果品的产量和品质[3-4]。另外，果园生草可以缓和降雨对坡耕地土壤的直接侵蚀，减少地表径流，防治水土流失[5]。我国于20世纪80年代初引进这项技术，在福建、广东、山东等地果园中应用[6-7]，但针对低纬度高原地区果园生草的研究相对较少，其对土壤微环境的影响尚不清晰。本研究在典型的低纬度高海拔地区，选用石漠化坡耕地，在苹果园中种植3种生草，观测土壤微环境变化，以期为低纬度高海拔地区果园生草栽培技术提供参考，促进低纬度高原地区生态修复。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于蒙自市西北勒乡新民村，东经103°27′57″、北纬23°27′35″，海拔2 050 m，是典型高寒山区喀斯特地貌，石漠化比例达76%，属南亚温带气候类型，年均气温13.6 ℃，年降雨量1 000～1 200 mm，全年日照时数2 600～2 800 h。

1.2 供试材料

供试苹果品种为烟富三号，树龄8年生，栽植株行距4 m×5 m，代表面积2 hm2。供试草种为多年生黑麦草（Perennialryegrass）、白三叶草（White clover，Trifoliumrepens)、鸭茅草（Cocksfoot）。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设4个处理，分别种植黑麦草（T1）、白三叶草（T2）和鸭茅草（T3），以清耕为对照。各处理重复3次，共12个小区，各小区坡度基本一致，试验地面积275 m2（55 m×5 m）。

1.4 试验过程

2020年5月开始整地，7月18日3种生草于苹果园行间撒播，每亩播种量分别为4 kg、3 kg和4 kg，草带宽4 m，树盘内清耕。生草播后及时拔除杂草，种草期间各处理不施肥。草高30 cm时刈割覆盖于树盘内，留茬高度10 cm。试验过程中3种生草均分别在4月24日、8月3日刈割2次。对照处理只进行耕翻，常年保持土壤无杂草。

1.5 样品采集与指标测定

1.5.1 土壤含水率及温度的测定

（1）土壤含水率测定。采用“S”形取样法，分别对0～30 cm、30～60 cm土层取样，每层随机选取5个样点，混合均匀后用四分法取30 g放铝盒内盖严，立即带回实验室称重后置于烘箱内105～110 ℃烘干至恒重，计算土壤含水率。

（2）土壤温度测定。用河北武强县昊日仪表厂生产，精度为1 ℃的三支组直角地温计测量土壤温度。土壤日温度变化分别测量5 cm、15 cm和25 cm土层，分别在8:00—17:00每隔2 h测定1次，各处理重复测定3次取平均值。土壤月温度变化在2020年10月至2021年10月期间每月选取1 d于11:00—12:00，分别测量5 cm、15 cm和25 cm 土层温度，各处理重复测量3次取平均值。

1.5.2 土壤容重及含水率测量

土壤容重用环刀法测定[8]，计算土壤容重及土壤含水率，计算公式为ρ=（W3-W1）/V，W =（W2-W3）/（W3-W1）×100%。式中ρ为土壤干容重（g/cm3），W1为环刀质量（g），W2为环刀湿土质量（g），W3为环刀烘干土质量（g），V为环刀体积（cm3），W为试样含水率（%）。

1.6 数据处理与分析

试验数据用Excel 2016进行分析，表示为平均值±标准差。采用OriginPro 8.5绘制图表，用SPSS 21.0对数据进行单因素方差分析、相关性分析，用LSD模型进行组间多重比较。

2 结果与分析

2.1 苹果园土壤水分差异

2.1.1 生草栽培12个月

种植12个月后，4种生草种植模式在果园上中下坡位0～30 cm土层的土壤含水率均显著低于30～60 cm土层。不同生草对上坡位、中坡位0～30 cm土壤含水率影响不明显，对下坡位0～30 cm土壤含水率有影响，可能因不同坡位降雨入渗量、光照强度、水土流失、土壤肥力的不同导致生草生长发育和生草吸水能力有差异。种植生草对30～60 cm土壤含水率有显著影响，鸭茅草增加深层土壤含水率效果最好，能显著影响果园深层土壤含水率，且对不同坡位影响程度不同，鸭茅草保水效果最好（见图1）。

图1 种植3种生草12个月后的土壤含水率

（1）在果园上坡位，0～30 cm土壤深度，黑麦草、白三叶、鸭茅草及清耕处理的土壤含水量分别为40.9%、39.8%、37.7%和40.8%，均显著低于30～60 cm土壤深度黑麦草、白三叶、鸭茅草及清耕处理的土壤含水量（47.1%、44.9%、47.3%、47.3%），但果园上坡位3种生草种植模式均未改变土壤含水率。

（2）果园中坡位0～30 cm土层黑麦草处理土壤含水率最低，显著低于同土层白三叶、鸭茅草及清耕处理，种植鸭茅草比清耕处理显著增加6.2%。30～60 cm土层鸭茅草土壤含水率最高，显著高于黑麦草、白三叶及清耕处理，种植鸭茅草土壤含水率比清耕处理显著增加8.3%。

（3）果园下坡位0～30 cm土层种植黑麦草处理土壤含水率最低，鸭茅草处理土壤含水率最高，种植鸭茅草比清耕处理显著增加8.4%。30～60 cm土层鸭茅草土壤含水率最高，其次为黑麦草处理、白三叶处理，清耕处理土壤含水率最低，此深度种植鸭茅草比清耕处理土壤含水率显著增加8.4%。果园下坡位0～30 cm和30～60 cm土层种植鸭茅草处理土壤含水率均最高，比种植黑麦草显著增加5.3%。

2.1.2 生草栽培14个月

种植14个月后，各处理果园上中下坡位0～30 cm土层含水率均显著低于30～60 cm土层，深层土壤比浅层土壤含水率最大增加8.7%。果园下坡位30～60 cm土层鸭茅草土壤含水率最高为48.9%，显著高于同土层的黑麦草、白三叶及清耕处理土壤含水率（45.7%、44.1%、45.3%），此深度种植的鸭茅草土壤含水率显著增加8.1%。各处理上坡位、中坡位30～60 cm土层土壤含水率差异均不显著。随着生草种植时间延长，生长发育差异缩小，对表层土壤含水率影响不大，但对深层土壤含水率调控能力增强，鸭茅草对深层土壤蓄水保水能力最好（见图2）。

图2 种植3种生草14个月后的土壤含水率

2.2 雨后苹果园土壤水分差异

2.2.1 降雨1 d后

各处理对0～30 cm和30～60 cm土层上坡位、中坡位的土壤含水率均无显著影响，但0～30 cm土壤含水率均显著低于30～60 cm土层，种植生草有降低0～60 cm土层水分蒸发率的趋势。30～60 cm土层种植鸭茅草土壤含水率均显著高于种植白三叶草和清耕处理，最高增加3.5%（见图3）。

图3 种植3种生草雨后1 d的土壤含水率

2.2.2 降雨6 d后

各处理对0～30 cm和30～60 cm土层上坡位、中坡位的土壤含水率均无显著影响，下坡位0～30 cm土层种植鸭茅草土壤含水率均显著高于其他处理，最高增加5.3%。30～60 cm土层种植鸭茅草土壤含水率高于黑麦草，显著高于白三叶和清耕处理，最高增加7.2%。种植生草对不同坡位土壤水分蒸发影响不同，能降低上中坡位土壤水分蒸发，显著提高下坡位土壤保水能力，尤其种植鸭茅草降低土壤水分蒸发效果最好（见图4）。

图4 种植3种生草雨后6 d的土壤含水率

2.3 苹果园土壤温度差异

3种生草种植6个月、12个月后对不同土层温度影响规律基本一致。种植6个月后，在14:00各处理0～5 cm土壤土层温度均存在显著差异，其余时间差异不显著。种植12个月后，各处理3个土层土壤温度差异均不显著，但果园生草土壤温度均低于清耕处理。可见，果园生草初期因生草覆盖度不高，缓解果园表层土壤温度变化效果不明显，但能缓解深层土壤温度波动。随生草的生长和分蘖，覆盖度增加，果园生草对抑制果园表层和深层土壤温度变化均起到良好作用（见图5～6）。综上所述，果园生草能抑制土壤温度波动，能缓解高温对果树根系的不利影响，而且随着覆盖度的增加，保温控温效果更好，有利于维持果园土壤温度波动，促进根系生长发育。

图5 种植3种生草6个月对土壤温度的影响

图6 种植3种生草12个月对土壤温度的影响

2.4 苹果园不同土层土壤温度差异

5 cm、15 cm、25 cm土层土壤生草区与清耕区土壤温度变化与大气温度变化趋势基本一致。3个土层10月至翌年10月果园土壤温度均表现为先降后升再降趋势。果园种植生草后土壤温度与大气年温度变化一致，同时能避免夏季高温灼伤表层土壤根系，保持深层土壤温度较高且相对恒定。另外果园生草也能促进冬季深层土壤保温，整年有利于果树根系生长发育和养分吸收（见图7）。

图7 果园生草对土壤温度年变化的影响

2.4.1土层0～5 cm

3种生草模式均显著降低土壤温度，与清耕相比，黑麦草降低19.1%，白三叶降低14.5%、鸭茅草降低16.5%。

2.4.2 土层5～15 cm

2020年12月测试，5～15 cm土层黑麦草显著降低土壤温度，降幅6.8%；2021年2月测试，黑麦草、白三叶均显著降低土壤温度，降幅分别为8.9%和8.4%。

2.4.3 土层15～25 cm

2021年2—5月测试，15～25 cm土层黑麦草、白三叶、鸭茅草与清耕相比土壤温度均显著降低，最大分别降低13.1%、9.1%和8.1%。

2.5 苹果园土壤容重差异

种植黑麦草、白三叶、鸭茅草4个月后果园土壤容重分别为1.14 g/cm3、1.11 g/cm3和1.15 g/cm3，显著低于清耕处理，降幅分别为10.5%、12.5%和9.9%，表明果园种植黑麦草、白三叶、鸭茅草后均能降低土壤容重，改善土壤结构（见图8）。

图8 果园生草对土壤容重含量的影响

3 讨论与结论

苹果园种植生草能有效调控果园土壤温度，提高土壤蓄水保水能力，改善土壤结构，促进果树对水、热自然资源的高效利用。

3.1 果园生草对土壤水分的影响

已有研究表明，果园生草能有效地提高土壤含水率，对表层土壤起到遮蔽作用，减少土壤水分蒸发，提高土壤蓄水保水能力，但不同生草性状不同，对坡耕地雨水下渗影响也不同[9]，主要原因是不同生草地表覆盖度和根系分布不同，种植生草能增加雨水入渗，提高土壤含水率。姚丽芳[10]等研究表明，坡耕地不同坡位受光照、温度等因素影响，导致植被、土壤等差异，继而导致土壤孔隙和蓄水能力的差异[11]。本研究发现，种植黑麦草、白三叶、鸭茅草均能不同程度提高不同土层含水率，且不同坡位含水量存在差异，这与前人的研究结果一致。可见，果园生草能提高土壤含水率，改善土壤蓄水保水能力与生草种类和坡位有关，可为果园土壤水分调控、应对季节性干旱提供参考。

3.2 果园生草对土壤温度的影响

候广泰等[12]研究表明，果园生草可调控土壤温度，避免低温季节土壤热量快速流失和高温季节土壤温度过高。刘晨等[13]研究发现，与清耕相比，果园种植不同种类覆盖作物对土壤温度的影响程度不同，且不同坡位因光照、土壤等因素的影响亦会有差异。本研究中果园生草能缓解夏季表层土壤温度过高，提高冬季土壤温度，且因生草种类、坡位、土壤深度不同而异。这与前人对土壤表层作物覆盖对土壤温度的影响研究结果一致。说明果园生草可有效调控土壤温度，减少土表温度波动，有效利用热量，为果树根系生长提供适宜温度，改变传统清耕果园“土壤-果树-大气”系统热传递模式，形成了“土壤-果树+生草-大气”系统，能够有效促进果树高产。

3.3 果园生草对土壤容重的影响

有研究表明，种植生草能够有效增加土壤肥力、改善土壤结构，为作物营造良好的根系生长环境[14]。本研究也表明种植黑麦草、白三叶、鸭茅草均能不同程度降低果园土壤容重，改善土壤结构。关于果园种植生草对土壤肥力的影响还有待研究。