行间生草对灵武长枣种植园小气候的影响

2018-01-30宋丽华党娜娜万仲武李占文唐文林

经济林研究 2018年1期

宋丽华，党娜娜，曹兵，万仲武，李占文，唐文林

（1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2.宁夏回族自治区灵武市林业局，宁夏灵武 751400）

中国是一个具有多个气候类型的国家，不同的地区有不同的生态环境。宁夏远离海洋，位于西北干旱荒漠区，大部分地区的年太阳总辐射量在5 000 MJ·m-2左右，年日照时数约3 000 h，光照充足，年平均气温8～9 ℃，昼夜温差大，年均降水量在200 mm左右，太阳辐射和日照充足[1]，适宜枣树栽培。灵武长枣Zizphus jujuba Mill. cv.Lingwuchangzao是宁夏优良特色经济树种之一，在宁夏灵武已有1 500多年的种植历史[2-3]，主要集中栽植在宁夏中部半干旱地区。其果个儿大，鲜食口感好，营养丰富。中医研究者认为，红枣具有益气补血之功效，因此红枣受到了消费者的青睐。然而，在夏季高温旱季，灵武长枣坐果率低、果实日灼现象发生频繁，这严重影响了灵武长枣的产量和果实品质。因此，对种植园小气候环境的调节日益重要。为了进一步提升灵武长枣产业水平与经济效益，改变传统的以清耕为主的果园栽培模式，利用果园行间生草，改善种植园的小气候环境，调节土壤表层的水、肥、气、热，以形成一种果草复合的小气候生态系统，这是发展原生态高品质果品的黄金选择。为给宁夏灵武长枣的高效栽培实践提供参考依据，笔者采用不同行间生草处理进行了试验研究，对不同处理下近地表层0～10 cm的光照强度和近地表层0～10 cm、冠层80～150 cm的空气温度、湿度与CO2浓度的日变化曲线进行了观测，分析了不同行间生草处理对灵武长枣种植园小气候环境的影响效应，现将研究结果分析报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验材料

生草试验区的果树品种为灵武长枣，自然生草处理的草种以田间自然生长的良性杂草为主，人工生草处理的草种分别为紫花苜蓿Medicago sativa L.、百脉根 Lotus corniculatus L.、黑麦草Lolium perenne L.、白三叶草 Trifolium repens L.。

1.2 试验设计

在3年生灵武长枣园区内，分别设置了Ⅰ（自然生草）、Ⅱ（紫花苜蓿）、Ⅲ（百脉根）、Ⅳ（黑麦草）、Ⅴ（白三叶草）共5个行间生草处理，以清耕为对照（CK）。每处理各设3个重复，采取完全随机设计，每个重复的试验区面积为130～140 m2（15 m×9 m），枣树12～14株（株行距2 m×3 m），共计18个重复，试验地的总面积为2 500 m2。

试验于2016年4月底开始进行，生草方式采取人工撒播方式，播种深度为0.5～1.5 cm，紫花苜蓿、百脉根、黑麦草、白三叶草的每亩播种量分别为1.00、1.00、1.50、0.50～0.75 kg。每处理

中间都留了过渡行。灌溉方式采取水肥一体化地埋式滴灌和地上喷灌相结合的方式。

1.3 测定指标与测定方法

采用TASI-8731数字式照度计测定近地表0～10 cm处的光照强度；采用GXH-3010D红外线分析器分别测定近地表0～10 cm和冠层80～150 cm处的空气CO2浓度；采用TZS-5X-G土壤墒情速测仪测定空气相对湿度与空气温度。晴天条件下，标记固定测定地点和测定高度，由专人从早上10:00—18:00时每隔2 h读数1次，从6月中旬开始每隔30 d观测1次种植园内小气候环境的日变化情况。

1.4 数据处理

采用Excel 2003和DPS（7.05 版）软件进行数据处理与统计分析。

1.5 小气候效应的综合评价

采用灰色关联度分析法[4]对各生草处理所用草种的小气候效应进行综合评判：以清耕（对照）种植区的各气候因子观测值为参考点，组成参考数列，运用公式（1）计算各生草处理和清耕种植区小气候因子的差值序列：

式（1）中：i为1，2，3…，n，n为各因子观测值的个数；p为1，2，…，m，m为因子数。然后，以差值序列作为被比较序列，计算出Δij的最小值和最大值。再根据公式（2）计算出各比较数列与参考数列的关联系数，式中的ρ为分辨系数，一般在0～1之间，常取0.5。最后，将p个比较系列与同一个比较系列的关联度按顺序大小排列起来，组成关联序，记为{x}，此关联序可直接反映出各比较序列对参考序列的“优劣”关系，关联度的计算公式为式（3）。

2 结果与分析

2.1 行间生草处理对灵武长枣种植园空气温度的影响

7月测定的行间生草处理后灵武长枣种植园近地表层0～10 cm和树冠层80～150 cm处空气温度的日变化曲线分别如图1A与B所示。从图1A与B中可以看出，各行间生草处理的气温日变化规律较为一致，均呈现出明显的单峰曲线的变化趋势，这与宁夏气候的日变化特征一致，但各处理的生草下垫面对灵武长枣种植园内气温均有明显的调节作用。7月份的测定结果表明，近地表层0～10 cm处的空气温度，与CK处理的相比，生草处理Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的日均空气温度分别降低了5.10%、4.69%、6.78%、4.95%、4.52%，其中，处理Ⅲ的下降幅度最大，降温效果最好，处理Ⅰ的次之，处理Ⅴ的下降幅度最小。树冠层80～150 cm处的空气温度，与CK处理的相比，处理Ⅲ的日均空气温度降低了4.36%，其下降幅度最大。与对照处理相比，各生草处理的日均空气温度均有下降的趋势，其中，处理Ⅲ的降温效果最好，生草处理Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的种植园树冠层与近地表层的日均空气温差均减小。这一观测结果说明，生草可以有效调节冠层与近地表层的温度，从而减轻夏季高温给北方地区灵武长枣树体生长和果实品质形成带来的不利影响。

2.2 行间生草处理对灵武长枣种植园空气相对湿度的影响

7月测定的行间生草处理后灵武长枣种植园近地表层0～10 cm和树冠层80～150 cm处空气相对湿度的日变化曲线分别如2A与B所示。从图2A与B中可以看出，7月份枣园内近地表层0～10 cm处的日平均空气相对湿度，与CK处理的相比，处理Ⅰ、Ⅲ分别提高了28.93%、30.70%，其中处理Ⅲ的增加幅度最大，增湿效果最好，其他处理也都有较好的增湿效果。树冠层80～150 cm处的空气相对湿度，与CK处理的相比，各生草处理的日均空气相对湿度均有所提高，其中处理Ⅴ的日均空气相对湿度提高了9.82%，其提高幅度最大，增湿效果最佳。灵武长枣种植园内近地表层与树冠层的日均空气湿度，各行间生草处理的均高于CK处理的，各生草处理对0～10 cm近地表层的增湿效果均明显大于其对80～150 cm冠层的增湿效果。随着生草种植时间的延长，不同处理间日均空气相对湿度的变化不同，整体而言，处理Ⅴ对空气的增湿效果最好。

图2 7月测定的行间生草处理后灵武长枣种植园近地表层0～10 cm和冠层80～150 cm处空气相对湿度的日变化曲线Fig.2 Diurnal variation curves of air relative humidities of near soil surface lay (0-10 cm) and canopy lay (80-150 cm)in Lingwu Long Jujube garden after inter-row green covering in July

2.3 行间生草处理对灵武长枣种植园空气CO2浓度的影响

不同日期测定的行间生草处理后灵武长枣种植园近地表层0～10 cm和树冠层80～150 cm处空气CO2浓度的日变化曲线分别如3A与B所示。由图3A与B可知，0～10 cm近地表层的空气CO2浓度，与CK处理的相比，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的空气CO2浓度分别降低了2.51%、2.88%、4.78%、3.45%、1.54%，其中，处理Ⅲ的空气CO2浓度的下降幅度最大，处理Ⅴ的下降幅度最小；7月份的测定结果表明，处理Ⅴ的空气CO2浓度比CK的提高了4.55%，其他生草处理的空气CO2浓度相比CK均有所下降；8月份的测定结果表明，处理Ⅲ的空气CO2浓度比CK的下降了2.77%，其下降幅度最大。树冠层80～150 cm处的CO2浓度，6月份的测定结果表明，处理Ⅲ的空气CO2浓度比CK的降低了2.84%，其下降幅度最大；7月份的测定结果表明，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ的空气CO2浓度比CK处理的分别提高了1.25%、0.34%、2.28%，其中处理Ⅴ的空气CO2浓度的增幅最大，处理Ⅲ、Ⅳ的空气CO2浓度比CK处理的分别降低了1.18%、0.86%，其中处理Ⅲ的空气CO2浓度的下降幅度最大；8月份的测定结果表明，各生草处理的空气CO2浓度比CK处理的均又有所下降，其中处理Ⅲ的空气CO2浓度的下降幅度最大。6—8月的测定结果表明，7月份各生草处理的空气CO2浓度最高，且0～10 cm近地表层的空气CO2浓度比80～150 cm树冠层的空气CO2浓度要高，其中处理Ⅴ的空气CO2浓度比CK的高；6月份与8月份，与CK处理的相比，处理Ⅲ的空气CO2浓度其下降幅度均最大。随着生草种植时间的延长，7月份0～10 cm近地表层的空气CO2浓度与80～150 cm冠层的空气CO2浓度之差值最大，8月份的则最小。

图3 不同日期测定的行间生草处理后灵武长枣种植园近地表层0～10 cm和冠层80～150 cm处空气CO2浓度的变化曲线Fig.3 Diurnal variation curvers of CO2 concentrations of near soil surface lay (0-10 cm) and canopy lay (80-150 cm) in Lingwu Long Jujube garden after inter-row green covering at different determination dates

2.4 行间生草处理对灵武长枣种植园光照强度的影响

太阳辐射入种植园生草复合生态系统后，系统内地被草种植物的吸收、反射和透射削减了到达种植园的太阳辐射强度[4]。7月测定的行间生草处理后灵武长枣种植园0～10 cm近地表层和80～150 cm树冠层的光照强度的日变化曲线分别如4A与B所示。由图4A与B可知，7月份，0～10 cm近地表层的光照强度，与CK处理的相比，处理Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别减弱了97.68%、98.50%、98.62%、98.82%、97.94%，各生草处理的光照强度由弱到强依次为Ⅳ＜Ⅲ＜Ⅱ＜Ⅴ＜Ⅰ，其中，处理Ⅳ的光照强度最弱，而处理Ⅰ的光照强度最强。8月份0～10 cm近地表层的光照强度，与CK处理的相比，处理Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别减弱了94.92%、96.51%、97.39%、99.69%、97.53%，各生草处理的光照强度由弱到强依次为Ⅳ＜Ⅴ＜Ⅲ＜Ⅱ＜Ⅰ，随着生草种植时间的延长，0～10 cm近地表层的光照强度均表现为，处理Ⅳ的光照强度最弱，处理Ⅰ的光照强度最强，与CK相比，生草后可明显降低灵武长枣种植园地表的光照强度，能有效缓解夏季高温强光对果实的伤害。

2.5 各小气候因子间的灰色关联度分析

以清耕为参考系列，根据关联系数和关联度的计算公式，分别计算了不同生草处理后种植园内空气温度、空气相对湿度、日照强度、CO2浓度等气候因子间的关联度和关联系数，结果见表1。关联度越大，表明生草对灵武长枣种植园小气候的调节能力越差。由表 1可知，各生草处理对种植园内空气温度、空气相对湿度、日照强度、CO2浓度的调节能力的大小顺序不一致，处理Ⅴ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ相比于清耕处理的综合关联系数依次为0.654 5、0.655 3、0.657 8、0.661 7、0.672 2，由此可知，各处理的生草对种植园内小气候的调节效能由强到弱依顺为Ⅴ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅱ＞Ⅰ。

3 讨论与结论

图4 不同日期测定的行间生草处理后灵武长枣种植园近地表层光照强度的变化曲线Fig.4 Variation curves of light intensities of near soil surface lay in Lingwu Long Jujube garden after inter-row green covering at different determination dates

表1 不同生草处理后种植园内各小气候因子间的关联度和关联系数Table1 Correlation degrees and correlation coefficients between microclimatic factors in planting garden after inter-row green covering

宁夏风大，气候干燥，单作农田易发生干热风和强对流等天然灾害[5-6]，枣园生草能够有效改善这种状况。空气相对湿度是由农田蒸散和大气湿度两个因素决定的，农田蒸散又指土壤蒸发和植物蒸腾之和[7]。高温季节，生草种植给土壤表面形成了天然覆盖物，可以调节种植园的空气温度和湿度。李国怀等[8]研究发现，在柑桔园种植生草可以调节树冠层的空气温度与湿度，使冠层的日平均空气温度下降0.4 ℃，日平均空气相对湿度提高4%。郑伟尉等[9]研究发现，生草栽培的梨园内，不同冠层（由上到下）的温度下降幅度随层次的下降而增加，这与梅立新等[10]的研究结果一致，也与本试验研究结果一致，6—8月份，灵武长枣行间种植白三叶、百脉根、紫花苜蓿后，与清耕相比，近地表层和冠层的日平均空气温度均有明显的降低效果，其中白三叶草的降温效果尤为突出。另外，生草可以有效调节冠层与近地表层的空气温度。随着生草种植时间的延长，与清耕相比，冠层与近地表层的日平均空气温差均减小，这可能与各草种植被群落减小了种植园内乱流作用，削弱了空气热量的上、下层交换有关[11]。

徐晓东等[12]对苹果园的生草试验结果证实，6—9月份，生草后园区的空气湿度比清耕增加了10%以上。灵武长枣行间生草种植后，冠层与近地表层的日平均空气湿度相比清耕处理的均有所提高，生草对近地表层（0～10 cm）的增湿效果明显大于其对冠层（80～150 cm）的增湿效果。随着生草种植时间的延长，不同处理间日平均空气相对湿度的变化不同，其中以白三叶行间生草种植对空气的增湿效果为最好，这可能因为生草处理所用草种不同因而形成的地被群落类型不同，而不同的地被群落引起下垫面水热交换的潜热通量也不同[13-14]，行间生草对灵武长枣种植园的相对湿度产生了影响，生草种植降低了地面温度，增加了空气热容量，同时提高了种植园的空气湿度。宁夏5—6月份正值灵武长枣开花坐果期，空气相对湿度低，不利于灵武长枣坐果，行间生草可增加空气相对湿度，因此，行间生草可有效提高灵武长枣的坐果率，这一结论在相关研究中已得到证实。

灵武长枣种植园行间生草种植后，7月份各生草处理种植园的空气CO2浓度均最高，且近地表层的空气CO2浓度比冠层的高，其中以白三叶草种植后枣园内的空气CO2浓度比清耕处理的高。随着生草时间的延长，7月份近地表层与冠层的空气CO2浓度之差值最大，而8月份的差值却最小。

史彦江对不同枣农间作系统进行了研究，结果发现，光照强度随行间水平分布差异而变化较大[15]。灵武长枣种植园的光照强度，各生草处理的均强，而清耕处理的却无地表覆盖。随着生草种植时间的延长，近地表层的光照强度，各生草处理的表现为：以黑麦草生草处理后的光照强度最弱，其次是白三叶、百脉根，自然生草的光照强度最强，与清耕相比，生草处理可明显减弱种植园地表的光照强度，改善果园的生态环境，这一结论与孟林等[16]的研究结果一致。因此，灵武长枣种植园行间生草可有效减轻夏季高温强光对果实的伤害。

不同的生草草种所形成的下垫面的性质不同，其对果园光、热、水、气的影响的强弱程度不同，因此其对园内小气候的调控效果间存在差异。文中运用灰色关联度分析法对灵武长枣种植园不同生草草种对小气候的综合效应进行了分析，结果表明，灵武长枣行间种植白三叶、百脉根、黑麦草、紫花苜蓿后，其对种植园内小气候的综合效应均优于清耕和自然生草，其中，白三叶的效果相对突出。因此，在灵武长枣栽培实践中，可选择三叶草、百脉根、黑麦草等适宜的草种，采取刈割、施肥等管理措施，以调整种植园生草复合生态系统，营造适宜于灵武长枣生长发育的微域小气候环境。本研究结果是在一年周期内、同一个立地条件下试验得出的，因此，试验结论还有待于进一步研究验证，下一步将选择宁夏灵武长枣分布区的不同种植园进行多个立地条件多年的试验，以验证试验结果，从而为灵武长枣的提质增效栽培提供依据。

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