生物覆盖对果园土壤质量与热带果树生长发育影响的研究进展

朱嘉雯， 马蔚红， 井 涛， 臧小平*

(1.中国热带农业科学院 试验场， 海南 儋州 571737； 2.中国热带农业科学院 海口实验站/海南省香蕉遗传改良重点实验室， 海南 海口 571101)

0 引言

果园地面管理方法是现代果园管理制度中的重要管理技术，主要包括生草法、清耕法、免耕法及覆盖法，在果树周年管理中占有重要的地位[1]。覆盖是在果园地面以某种方式使果园地面与环境形成一个隔层的地面管理措施。生物覆盖指在树盘地面人为覆盖有机活体物质的地面管理措施。热带果园覆盖材料包括碎树皮、干草、秸秆、果壳类(咖啡、油茶、花生等)、木薯渣、椰糠、甘蔗渣、烟末(梗)堆肥、海草及锯末等，或刈割果园行间生长的杂草用于覆盖树盘。与其他地面管理措施相比，覆盖法在提高水分利用效率(WUE)等方面具有更多优点，因此，近年来逐渐受到研究者的重视[2]。果园覆盖是发达国家广泛推行的果园土壤管理方式，近10年来随着有机生态果园栽培技术的发展，包括地面覆盖在内的保护性耕作栽培技术研究得到各级政府和研究机构的重视，并取得很多新进展。我国覆盖栽培研究主要应用于大田作物，在苹果、桃、梨、猕猴桃、葡萄和核桃等果树上得到应用[3-8]，但相对较少。热带地区在西太平洋副热带高压控制气候条件下，太阳辐射强烈，温度高、蒸发和蒸腾量大，土壤淋溶作用强烈，表土层较浅，因而土温越高，导致近地表层的根系大量受损以致死亡[9]；对热带果树产量、品质和树体生长产生不利影响，是阻碍果树生长和导致产量品质下降的重要因素，生产上常采用树盘生物覆盖方法减轻危害[10]。为热带果园生物覆盖技术的推广应用及深入研究提供参考，从生物覆盖技术对热带果园土壤生态效应、培肥效应、微生物调控效应、作物效应及果园微环境调控效应等方面近10年国内外的相关研究进行综述，并对生物覆盖技术的未来发展及有待研究解决的问题提出了建议。

1 生物覆盖对土壤的生态效应

1.1 改善土壤结构

良好的生态果园土壤结构利于改善土壤理化性状、减少水土流失和农业面源污染。覆盖作为隔离层，也是一个缓冲层，可减少地表径流的发生，降低养分流失，防止土壤板结，降低土壤容重。另外，覆盖有机物料在微生物的参与下腐烂分解，产生促进土壤颗粒絮聚的物质，有利于形成稳定的土壤团聚体和增加土壤孔隙度，提高土壤的疏松度和透气性。JORDN等[11]发现，秸秆覆盖显著提高土壤有机质含量，增加土壤水分储量与有效性，且改善土壤容重、孔隙度和团聚体的稳定性。MCINTYRE等[12]研究认为，通过覆盖可提高蕉园土壤0～30 cm土层的孔隙度，土壤水补给性能增强。张静等[13]研究发现，在荔枝园进行稻草覆盖处理，表层土壤容重为1.24 g/cm3，比对照(裸地)减小18.4%，非毛管孔隙度和总孔隙度分别为8.72%和51.63%，分别为对照的2.63倍和1.67倍。张建繁等[14]研究表明，碎枝覆盖处理较对照荔枝园土壤容重降低20%，总孔隙度增加7%。在广西坡地荔枝园实施等高种植和植物覆盖，2-9月减少雨水流失0.969 m3/100m3，减少泥土流失10.75 kg/100m3，对坡地可持续利用具有重要意义[15]。GREORIOU等[16]在Julie芒果上采用8 cm风化1 a的咖啡壳覆盖后提高了土壤的容重、多孔性及渗滤速率等物理性能。在番木瓜园采用毛蔓豆、印度麻、高粱、木豆和洋刀豆等作物覆盖不仅可以促进土壤中较大直径聚合物(2.00～7.93 mm)的形成，还可以提高番木瓜的产量[17]。通过覆盖15 cm厚的碎树皮，8年后覆盖土壤的容重变小，入渗率和孔隙度提高[18]。赵德英[19]研究认为，秸秆覆盖可改善土壤理化性状，土壤含水量和孔隙度分别较对照增加13.6%和8.8%；团聚体形成加快，>5 mm团聚体的百分比增至53.8%～68.7%。生物覆盖地表后，由于覆盖物腐解形成腐殖质，促进土壤团粒结构的形成，提高土壤的通透性，土壤容重也相应降低，防止土壤裂化和土壤被侵蚀，土壤结构得到改善，给树体根系生长创造一个良好的生态环境。综上看，不同果树采用有机物料覆盖厚度不同其效果各异。有机物料覆盖太厚可能引起土壤通透性减弱、土壤粘性增强，影响果树根系生长；太薄则达不到保水和控制杂草生长的作用。因此，控制覆盖物的厚度是有机物覆盖的中心环节。根据不同果树有机覆盖类型选择不同厚度覆盖量，达到改善土壤结构和促进作物生长的最佳效果，并在生产上形成技术规程，还有待进一步深入研究。

1.2 调节土壤水分

土壤水分是土壤的重要组成部分，对土壤肥力和其他理化性状能产生直接或间接影响。有机物料覆盖可减少地表裸露，降低树盘土壤水分的蒸发，同时蓄积雨水，有利于保持土壤的湿度。通过覆盖可有效减少土壤水分蒸发，使覆盖层下的土壤湿度保持较高水平。在香蕉园，覆盖处理与清耕对照比较，根系可吸收0～30 cm和30～50 cm土层中更多的水分[12]。荔枝园树冠下及行间覆盖稻草后，表层土壤最大持水量为对照的1.75倍，毛管持水量和最小持水量分别较对照增加16.51百分点和11.53百分点[13]。采用10 cm碎枝覆盖的荔枝园土壤含水量基本维持在10%～20%，而未覆盖土壤含水量则为5%～40%[14]。张艳新等[15]研究表明，坡地荔枝园在等高种植条件下通过植物覆盖可使0～40 cm土层的含水量提高3.00%～3.43%。张惠云等[20]对怒江干热河谷区荔枝园覆盖土壤表层水动态变化的研究表明，灌水后1～40 d，树盘未覆盖和行间清耕的土壤表层含水量比树盘覆盖的土壤含水量下降快，灌水40 d时土壤表层含水量为树盘覆盖>生草>树盘未覆盖>行间清耕。唐志鹏等[21]研究发现，在鸡嘴荔的树盘铺肥+杂草覆盖处理后，夏季高温干旱期土壤含水量为15.4%，较对照高5.9%。在广西龙眼园进行牛粪覆盖和秸秆覆盖后，土壤含水量均显著高于清耕对照[22]。岳海等[23]研究发现，覆盖处理云南澳洲坚果园土壤含水量在0～20 cm土层较对照增加33.58%，在20～40 cm土层较对照增加22.24%。FIRTH等[24]研究表明，采用澳洲坚果果壳覆盖可显著提高0～15 cm土层的田间持水量、永久凋萎点及有效土壤水分，其中有效土壤水分含量提高8.7%，土壤永久凋萎点提高6.3%。在油梨园覆盖城市固体废物(主要是草坪修剪的碎草和垃圾)可以提高果树的持水和持肥能力[25]。采用木屑覆盖与麦秆覆盖，土壤蓄水和保水能力增强，土壤湿度提高[26]。秸秆覆盖处理2 m土层2 a平均贮水量均高于无覆盖处理[27]。赵聚宝等[28]研究指出，秸秆覆盖土壤的蓄水量较对照高45.2～69.3 mm，土壤蒸发量较对照低21.5%～63.2%，而且秸秆覆盖所增加蓄水量的60%～83%集中在0～50 cm土层；秸秆覆盖有调控土壤供水的作用，使作物苗期供水减少，需水关键期耗水增加，农田水分供需状况趋于协调。秸秆覆盖作物水分利用效率较对照高0.11～0.31 kg/(mm·666.7 m2)。相对于裸土，覆盖条件下土壤热参数增大。热导率与含水量呈幂函数增加趋势，热容量随含水量线性增加。覆盖对近表层土壤热参数的动态变化有显著影响，覆盖的保水效应直接影响土壤热参数的变化[29]。生物覆盖能起到截留雨水、蓄水和减缓土壤水分蒸发速度的作用，因而可以改善土壤的结构，使土壤疏松多孔，增强土壤的导水性，降雨下渗速度快，能把水分储存于土壤深层，从而有效减少土壤的蒸发，保水保墒。有机物覆盖量与土壤水分的抑蒸效应并不是简单的直线相关关系。王慧杰等[30]研究发现，采用紫苏秆和小麦秸秆覆盖，达到最佳抑制蒸发效果的用量为4 000.2 kg/hm2；采用碎纸屑和棉花叶覆盖，达到最佳抑制蒸发效果的用量为2 000.1 kg/hm2。因此，虽然生物覆盖有较好的保水保墒作用，在实际生产中，欲达到最佳抑制蒸发保墒效果还需根据不同果园及有机覆盖种类选择不同的覆盖量。

1.3 调节土壤温度

土壤温度与果树根系生长、微生物活性及土壤养分有效性密切关联。我国热带果树产区属于热带季风气候，全年高温，降水分旱季和雨季。高温季节如何利用果园覆盖减少极端高温天气对果树的不利影响，是轻简化土壤管理的主要途径。在高温或干旱季节，热带果园树盘地表覆盖稻草、玉米秸秆、绿肥及杂草等，覆盖范围至树冠滴水处，厚度10～20 cm即可达到抵御夏季高温的作用。生物覆盖有利于土壤表面形成一个保护层，可有效减少外界环境对土壤产生影响。高温时，可减少光照对地表的直接辐射，降低地表光照度，形成一个隔热层，覆盖物层间的空气流速相应减缓，使得热量向深层土壤的传递减缓，覆盖层下的土壤升温过程趋缓，从而减少土壤水分蒸发，达到保墒的目的。低温时，覆盖的有机物料在分解中产生一定的热量，对冬季的土壤表层具有增温作用，对地面起到保温效果，有助于减小果园土壤的温差，为果树根系生长提供一个更加稳定的环境[31-32]。枝条粉碎覆盖后深圳荔枝园土壤周年温度变化幅度为9℃，同时期未覆盖处理为11.6℃，覆盖处理较未覆盖变窄，使得土壤温度更加恒定[14]。在广西鸡嘴荔园采取树盘铺肥+杂草覆盖，夏季高温季节能有效降低树盘土壤温度，并能提高早春树盘土攘温度。在夏季高温期间，鸡嘴荔园清耕地地表温度可达45℃，5 cm土层温度在37.5℃左右，杂草覆盖可降低土温4.1℃；而在早春低温季节覆盖处理可提高土温1.3℃[21]。龙眼园树盘覆盖玉米秸秆后，在温度较高的10月土壤表层温度较对照降低1.3℃；在温度较低的12月，秸秆覆盖和牛粪覆盖处理的土壤表层温度较对照高1.9～2.8℃[21]。曹兵等[26]进行木屑覆盖与麦秆覆盖试验也得出土壤温度变幅减小的相同结果。覆盖8 cm厚的覆盖物可减少土温的日波动性，保持土壤水分，改善土壤物理性质(容重、孔隙度和渗透率)，为芒果树生根提供稳定环境[16]。云南澳洲坚果园覆草处理后，低温季节树盘土壤温度较对照高1.7℃，高温季节却明显低于对照，有效降低了不适宜根系及花药发育高温出现的频率。在干热和湿热季节，覆草处理可起到“降暑”作用[23]。在澳大利亚，澳洲坚果园夏日表土裸露区温度高达45℃，通过覆盖保护土壤可免受夏日高温之害，有助于减少植株衰退症的发生[23]。采用稻草覆盖番石榴根部后10 cm土层的土壤温度下降3.24℃[33]。总而言之，生物覆盖能有效调节土壤温度，在高温季节抑制土温迅速升高，在低温季节起到保温作用，使果园地温变化趋于平缓，减弱因气温骤变带来的地温急剧变化而造成的不利影响，改变果园生态系统热量传递，进而影响果园土壤热量的收支平衡，达到稳定地温的效果，使果树的抗逆性能提高。

2 生物覆盖对土壤的培肥效应

2.1 增加土壤有机质

土壤有机质是土壤各种基本性质的综合表现，是表征土壤肥力的重要指标。有机质含量与果园产量、品质呈正相关性[34]。果园地表覆盖能缓冲雨滴对土壤的侵蚀作用，一方面可以减少有机质的流失，另一方面为土壤中生物(动物、微生物)活动提供良好的生活环境，通过生物活动又可促进地表枯落物的分解，加速其中有机物质腐烂矿化进程，增加土壤腐殖质，从而提高土壤有机质含量。此外，果园覆盖降低了土壤的扰动情况，抑制因土壤过度通气导致的土壤有机质氧化降解进程，使土壤中的有机质不断增加。果园覆盖后在表土层有机质增加最多，但从土壤表层向下呈逐渐减少趋势。曹兵等[26]的研究表明，8～10 cm厚的木屑和麦秆覆盖处理可以增加土壤有机质含量。香蕉园采用生物覆盖后，土壤性状得到全面提升[35]；荔枝园地表覆盖稻草后，土壤有机质较对照增加78.6%[12]；荔枝园树盘铺肥+杂草覆盖处理土壤有机质为3.02%，为对照的3.51倍[21]；云南澳洲坚果园覆草处理后有机质含量提高41.87%[23]；澳大利亚澳洲坚果园4 a覆盖处理后土壤有机质含量为9.0%，较对照高28.6%，有效提高了土壤的养分保持力和阳离子交换能力[24]。LPEZ等[36]在油梨果园采用7 cm厚的杏仁壳(干壳26 kg /m2)进行树盘覆盖，10 a后覆盖处理果园的产量略高或相当于传统处理；0～25 cm表层土壤有机碳含量从43 g/kg增至91 g/kg。杨东方等[37]认为，选择C/N值大的秸秆进行覆盖，可促进重组碳含量提升，利于新形成的腐殖质与土壤无机部分产生较大的复合量，提高紧结态腐殖质碳量，实现较好的改土作用；采用C/N值小的绿肥进行覆盖或施入土壤后，可增加松结态腐殖质碳量，对提高土壤速效养分含量有较好作用。但果园覆盖有机新鲜残体投入量过大，在高温多雨条件下，覆盖物在腐烂发酵过程中非常容易发热，在果树根部周围形成短期的高温并释放甲烷等有害气体，造成对根部的灼伤和表皮组织毒害，导致烂根病发生。因此，生产上需针对不同有机覆盖物确定适宜用量，以达到最佳效果。

土壤养分含量和有效性与土壤环境好坏、供肥能力强弱及作物产量高低直接相关。覆盖秸秆及秸秆还田是提高土壤养分含量、改善土壤结构、培肥地力的有效途径。覆盖有机物料可增加土壤营养物质含量。原因：一方面，有机覆盖物经过腐解，能为植物的生长提供能量和养分；另一方面，覆盖提高了土壤的有机质含量，对土壤水分、温度和微生物活动产生显著影响，加快物质矿化过程，有机物的分解对土壤的化学性质产生影响。采用刈割杂草、秸秆、蕉叶及碎假茎覆盖香蕉树盘及行间，可明显提高地表肥力，促进土壤养分循环再利用。且经机械打碎的杂草和秸秆腐烂的时间缩短，效果更佳[38]。MCINTYRE等[12]研究表明，通过生物覆盖可提高土壤肥力，土壤有机碳、有机P、交换性K、交换性Mg及叶片K含量显著提高。采取稻草覆盖，荔枝树表层土壤全量养分(N、P、K)含量为对照的4.88～7.57倍，速效养分(N、P、K)含量为对照的4.80～63.40倍[13]。采取生物覆盖，果园土壤全钾、全镁及全硼[14]，有效N、速效P及速效K[21-22]含量均显著高于对照。在荔枝果园通过稻草覆盖可提高土壤有机碳、易变碳含量，0～5 cm土层的有机碳含量、微生物量碳(MBC)含量及可溶解性碳(DOC)含量分别为12.92 g/kg、979.51 mg/kg和1 932.17 mg/kg，分别为对照(无覆盖)的4.4倍、26.1倍及20.0倍，稻草履盖措施有利于提高土壤易变碳含量，在为果树生长提供土壤养分方面起着重要作用，且有利于荔枝果园的生态恢复和水土流失的治理[39]。KAUSHIK等[40]在15年生芒果园采用稻草和谷壳覆盖，可提高土壤速效N、P、K和微生物群落含量。在澳洲坚果园进行覆草处理，可以显著增加土壤有机质、速效N、速效P和速效K的含量[23]。采用澳洲坚果果壳覆盖处理显著增加土壤C、N、K、Ca和P含量，提升保水性能和微生物活性，促进土壤健康[24，41]。澳大利亚的亚热带地区常用的覆盖产品包括大麦和高粱秸秆、甘蔗梢头、盖氏虎尾草等茎状草、甘蔗压榨物和花生壳等，其中后2种可提供大量的氮元素，增强树势。WOLSTENHOLME等[42]研究提出，合适的覆盖材料的性质：适宜碳氮比(C∶N)为25～100∶1，以避免土壤中氮含量的严重下降；若使用硬木或软木锯屑(C∶N为400～500∶1)可能导致土壤中氮含量的严重下降。王忠云等[43]采用柚木凋落物覆盖火龙果，其土壤有机碳、有效P、有效Mn和有效Fe等土壤养分增效显著，因此认为，凋落物覆盖是土壤养分积累较为适宜的管理方式。VALENZUE-SOLANO等[44]研究发现，油梨园连续3 a覆盖桉树碎枝叶，土壤总氮含量为对照的2倍，核心覆盖区较对照每年向土壤多释放N 53 kg/hm2。ENGEL等[45]研究表明，通过覆盖刈割青草转移至树盘的养分量为N 10～25 kg/hm2，P 2～4 kg/hm2，K 15～25 kg/hm2，Ca 3～5 kg/hm2和Mg 1～2 kg/hm2，总体上有25%～50%的青草干物质转移至树盘。通过秸秆覆盖可提高土壤速效钾、有效性铁和铜的含量。通过根系分泌物、微生物分解、土壤微酸化及秸秆残体滞留等的作用，梨园树盘覆盖秸秆可增加土壤矿物质的有效态含量，从而快速提升土壤速效养分含量[19]。采用有机材料覆盖后，苹果根际土壤与外界空气交流趋缓，从而减轻因土壤水分和土壤温度变化带来的不利影响，土壤微生物活动加剧，促进有机物质分解、转化与代谢过程，增强土壤中相关酶活性(转化酶、脲酶)，从而增加土壤速效养分，提高土壤肥力[46]。总体看，采用秸秆、稻草和杂草等较易自然分解的生物材料进行覆盖，其分解速度较快，提高土壤速效养分效果明显，而采用木本果树枝条等相对较难分解的材料进行覆盖，对前期土壤速效养分增幅的影响相对较小[14]。热带果树生物量大，香蕉茎叶等直接覆盖其降解速度相对较迟缓，释放养分较慢，还存在降解不充分及覆盖材料占地较大而影响耕作等问题[47]；虽已研发出针对香蕉茎叶等残体粉碎的相关机械，但是还未在生产上大规模推广应用，实验室技术真正在田间生产中发挥作用还有一段距离，还有待进一步深入研究。

2.2 调节土壤酸碱度

酸碱度(pH)是果园成土条件理化性质、肥力特征和土壤微生物群落发育特征的综合反映。土壤pH直接影响土壤矿质元素的有效性，从而影响果树根系的吸收机能。热带果树适宜的pH为5.0～6.5，采用生物覆盖可提高土壤pH，同时增加土壤腐殖质含量，后者在吸水、保水及保肥等方面具有良好效果，并能提高土壤阳离子交换量，提高土壤缓冲容量，从而改良土壤酸性[37，48-49]。通过碎枝覆盖1 a后，荔枝园土壤pH由5.3升至5.6[14]。覆盖秸秆和牛粪后，龙眼园土壤0～40 cm土层交换性阳离子(Ca2+、Mg2+)含量提高，pH也提高0.41～0.66个单位[21]。HENMI等[41]采用树盘覆盖提高土壤pH。通过生物覆盖不仅提高土壤pH，土壤微生物细菌和放线菌数量分别增加53.4%和39.3%，植物病原菌数量减少，香蕉枯萎病发病率平均下降13.7%[50]。热带果园地处高温高湿环境条件，土壤酸性强，对土壤微生物细菌和放线菌群落生存发育不利，通过生物覆盖提高土壤pH，使其中土传病害发生区域土壤改良依然可为。近年来由于化肥过量施用、有机肥施用不足，以及环境污染和酸沉降等，造成南方果园土壤酸化严重。采用生物覆盖可有效缓冲热带果园赤红壤和砖红壤的强酸性，有利于热带果树根系的生长，促使根系功能正常、稳定发挥。但采用松针或松树皮、柏树枝覆盖后，土壤pH从5.0降至4.4～4.6，因此认为，酸性土壤不适合覆盖松类植物[51-52]。杨奉霞[53]研究表明，南方果园采用刈割鲜草(红三叶、白三叶、紫花苜蓿和黑麦草)覆盖果树树盘后，土壤pH下降，有导致土壤酸化的趋势。因此，在南方果园应针对性地选择合适的覆盖材料进行覆盖，以发挥生物覆盖调节土壤酸碱度的作用。

3 生物覆盖对土壤微生物的调控效应

3.1 多样性增加

土壤微生物数量与土壤肥力之间呈正相关关系[54]。果园生物覆盖土壤有机质含量增加，为微生物生长提供所需的碳源、氮源等营养物质；同时适宜的环境及其引发的刺激效应，利于微生物的生长发育与繁殖，可提高土壤中整个生物学过程的活性和强度，增加土壤微生物的数量和群落多样性[55]。生物覆盖土壤细菌的生物量和多样性较对照(不覆盖)明显增加[56]。实施秸秆覆盖，细菌和真菌种群的多样性和丰富度增加，原因在于秸秆能够提供微生物所需的有机碳源和无机营养，并因刺激效应导致土壤微生物的增长[19]。免耕覆盖栽培，以特征PLFA表征的土壤细菌和G+生物量增加，土壤AM真菌总生物量逐年提高。免耕覆盖处理主要是通过改变AM真菌菌丝及孢子中生物量碳的分配比例关系影响AM真菌的生物量特征，以16:1ω5c中性脂(NLFA)与16:1ω5c磷脂(PLFA)表征的AM真菌生物量比值显著升高[57]。柱花草(热带苜蓿)覆盖处理香蕉园土壤微生物细菌和放线菌多样性显著增加，土壤真菌(植物病原菌)数量减少[49]。陈平亚等[58]研究发现，覆盖结合施用枯草芽胞杆菌，香蕉根际枯萎病病原菌(FOC)的logCFU最高可降低131.18%，可培养细菌数量的logCFU最高可增加35.02%；FOC与细菌数量呈显著负相关关系，与病情指数呈极显著正相关关系。采用不同豆科绿肥残体覆盖可改善蕉园土壤肥力，初始阶段增加土壤可培养尖孢镰刀菌、真菌和细菌的数量，后期尖孢镰刀菌数量逐渐下降，同时土壤pH和速效钾含量显著提高，土壤理化和土壤可培养微生物状况得到改善，有效缓解因土传病害引起的香蕉连作障碍[59]。采用稻草和谷壳覆盖，可显著提高芒果园土壤微生物群落含量[38]。微生物数量增加对土壤结构产生影响，其中细菌对大团聚体和微团聚体的形成有明显促进作用，而真菌主要影响大团聚体的形成[60]。土壤生物多样性在抑制土传病害，保持土壤健康、保障土壤可持续利用和调控生态安全等方面发挥着重要作用。国外近年的研究重点趋于关注果树添加有机覆盖物方面，因为使用有机覆盖物可为抑制根腐病等土传病害起到辅助作用[61]。堆制松树皮可有效地防治镰刀菌引起的褐腐病；阔叶树皮分别经露天和休闲堆制后对Rhizoctoniasolani有抑制作用；腐熟的松树皮与锯屑可以防治苗期猝倒病[62]。通过生物覆盖，改变土壤环境因子，改善植株根际的营养及水分状况，有效促进根系生长、植株生长发育和干物质积累，并增加土壤中有益微生物的数量，促进土传病原菌腐生性增强、致病性减弱，进而抑制或瓦解病原菌，增强作物的抗病能力；同时，生物覆盖提高了根际环境中微生物的碳源利用率及土壤微生物群落多样性和功能，并有助于土壤生态肥力的提高，从而从根本上防治作物土传病害、连作障碍，保持土壤健康环境，为提高果树生产综合效益提供条件。但也有研究发现，秸秆覆盖对根际土壤微生物特性的影响并不明显，可能是植物根系生长活动较强，其对微生物产生较大影响，且超过秸秆覆盖对微生物的影响[63]。

3.2 调控酶活性

土壤酶作为土壤碳、氮等循环过程的重要参与者和催化剂，是反映土壤肥力的重要指标。果园生物覆盖后，表层土壤持水性和有机底物提高，土壤的C/N比发生变化，微生物数量及生物量碳氮增加，为增强酶促反应和土壤呼吸强度提供了基质，土壤中微生物活动旺盛，通过微生物的代谢活动改变土壤的理化性质，促进物质转化，改善土壤微域环境，增加根系生物量，增强土壤呼吸，促进根系酶或分泌物的释放，因而提高了土壤酶活性[64]。脲酶活性用于表征土壤供氮水平，蔗糖酶的活性与土壤熟化程度和肥力水平密切相关，对增加土壤中易溶性营养物质起重要作用[65]。植物覆盖显著影响香蕉根际和非根际土壤的酶活性；非根际土壤的微生物多样性指数和碳氮功能基因拷贝数等与土壤质量相关指标明显提升。生物覆盖土壤的固碳微生物(cbbL-R)、固氮微生物(nifH)、氨氧化古菌(amoA-A)和氨氧化细菌(amoA-B)的碳氮功能基因拷贝数分别较裸露土壤(对照)增加69.3%、46.4%、379.4%和48.2%[66]。酸性土壤中土壤真菌是酸性磷酸酶的主要来源，生物覆盖处理良好的通气状况及充足的有机质含量利于真菌数量的增长。外源有机碳的输入不仅改善了微生物栖息环境，而且提高了土壤保水能力和缓冲能力，有利于对有机碳储存能力更强的真菌的快速繁殖发展[67]。香蕉园土壤适宜的pH(4.5～6.0)及土壤含N量为酸性磷酸酶活性的提高创造了良好条件[68]。ZHANG等[69]研究发现，覆盖栽培较不覆盖0～60 cm土层的脲酶、磷酸酶和转化酶活性分别增加19.6%、39.4%和44.3%；秸秆(植物残体)覆盖土壤中β-葡萄糖苷酶和磷酸酶活性显著提高[70]；有机物料覆盖后，根际土壤脱氢酶提高2倍左右，与有机物料是否进行堆肥无关，而磷酸酶在进行有机物堆肥后覆盖活性更强[71]。在有机物覆盖环境下，油梨园土壤脲酶、β-葡萄糖苷酶、脱氢酶和蛋白酶磷酸酯酶表现出更高的微生物活性。土壤酶活性与有机碳含量呈良好的相关性[36]。水溶性有机碳是土壤微生物物可直接利用的碳源，因而随着土壤微生物总量及土壤中的底物浓度的增加，土壤脲酶活性提高。总之，生物覆盖能明显增加大部分土壤酶的活性，从而间接增加土壤微生物的活性，促进微生物群落结构改善，利于微生物在土壤中发挥有益作用，提升果园土壤质量[72]。目前相关研究需在生物覆盖对雨水入渗、土壤环境、土壤肥力及根系发育及分布的长期影响方面进行深入探讨，形成效果良好、效益明显，真正被果农接受并用于田间地头推广的管理技术。

4 生物覆盖对果树生长发育的效应

4.1 生长和生理

果树生长是以光合作用为基础，生物覆盖后，光照、温度及水分等光合作用重要生态因子发生变化，从而对果树生长产生影响。采用免耕稻草覆盖，香蕉各生长期的株高、茎围及青叶数等生长性状指标较对照表现较大优势，抽蕾期株高、茎围和青叶数较对照分别提高14.6%、20.0%及9.1%[73]。采用树盘铺肥+杂草覆盖，荔枝的末级梢数量、主干粗度、树高和冠幅等生长指标均显著优于对照，分别较对照增加39.6%、41.2%、37.9%和200.4%[21]。采用玉米秸秆覆盖，龙眼的花芽分化和盛果期叶片SPAD值较清耕(对照)显著提高，叶片百叶重较对照增加19.62%～27.85%，百叶厚增加18.19%～19.81%。覆盖3个月后新梢生长量为17.58 cm，较对照增加21.1%。覆盖牛粪处理龙眼营养生长期叶面积较对照显著增加，果树的生长势和生长潜力均有提高[22]。采用8 cm厚树盘覆盖，Julie芒果和Pollock油梨幼树枝梢生长量显著提高，近地表根系生长旺盛[17]。SURESH等[74]研究发现，采用芒果干枯枝叶覆盖+喷施保鲜剂处理的芒果株高、茎围和冠幅最高，且货架寿命延长。采用15 cm厚的花生秸秆覆盖后，菠萝株高、株鲜重和株干重较对照分别增加6.72%、8.61%和8.62%；D叶宽度、D叶鲜重和D叶干重分别较对照增加1.2 cm、13.36 g和2.30 g[75]。覆草处理澳洲坚果的抽梢量是对照的107.86%；可显著提高澳洲坚果的最初及最终坐果率、降低空花率，坐果率平均较对照高27.38%～30.18%[23]。采用杉木的锯木屑覆盖澳洲坚果(品种344)植株树冠范围的土壤，有利于果树地径、树高和冠幅的增长，地径和树高分别增长13.0%和9.0%[76]。采用澳洲坚果果壳覆盖后，澳洲坚果树干断面积年平均增大30%，较对照高8百分点[24]。树盘覆草处理可以增加叶片栅栏组织的厚度和栅栏组织/海绵组织的比值，改变叶片的叶绿素含量、叶绿素组分比例和光合气体交换参数，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量分别是对照的1.42倍、1.04倍和1.37倍，叶片净光合速率(Pn)和水分利用效率(WUE)较对照分别增加41.71%和21.99%；通过覆草可显著提高叶片光合效能，有效促进果树生长[77]。覆盖栽培也对作物根系发育、根系分布及其生理生化过程产生影响。生物覆盖为果树根系创造良好的土壤环境，有利于果树吸收根和细根发生，显著提高浅层根系的活力，增加根系密度及总生长量，促进果树健康生长。香蕉根系相对较为狭窄，土表30 cm内分布45%～85%的根群，承担80%的水分养分吸收功能。耕作可能引起表土根系伤害并导致感染土传病害[78]。MULIELE等[79]研究表明，通过免耕覆盖处理可提高香蕉土表10 cm内的根系密度及果穗重量，避免对根系的伤害，提高香蕉生产。秸秆覆盖菠萝根体积、根系生物量和根系活力较对照分别增加40.50%、26.9%和28.6%[75]。澳洲坚果果壳覆盖24周后植株须根系大量增加，处理1年后覆盖处理的植株须根覆盖率为55%，较对照高42百分点，到第4年覆盖处理增大根系覆盖面达92%。覆盖处理每个样方的根系干重为37 g，为对照的14.8倍[24]。GALANTI等[80]采用果壳覆盖+土壤调理剂处理后，可增加澳洲坚果叶片SPAD值，根系总生物量增加87%。覆盖处理2个月后番木瓜根长增加[81]。FABER等[82]研究发现，油梨园覆盖碎桉树枝叶3年后，油梨细根长增加27%，根重增加59%。按年度计算，覆盖层的根长及根重占根总量的11%和7%；0～10 cm表层土壤根长及根重占根总量的60%和77%[44]。此外，修剪的油梨树枝条可以作为良好的覆盖材料，频繁修剪可产生更多的覆盖物质，从而提高根系健康和生长能力[83]。目前覆盖对根系的影响主要集中在根系密度及活力等方面，而覆盖对根系形态变化、水分利用和树体生长及不同树龄下二者的关系还有待研究。大多数研究认为，生物覆盖一般能够促进植物根系丛枝菌根(AM)和外生菌根(EM)的繁殖。由于荔枝树体根尖粗大(10～20 μm)，成熟区根毛较短，一定程度上限制了对水分及养分的吸收能力。通过覆盖栽培可以提高荔枝园土壤中AM真菌孢子数量和荔枝根系的VA菌根感染率，从而提高荔枝对环境资源的利用效率和对环境的抗逆能力[84]。有关菌根真菌对热带果园的土壤改良效应还有待进一步深入研究，特别是在菌根真菌的资源、功能、作用和调控机制等方面。总体而言，地面生物覆盖栽培能增加树体生长量和营养，促进根系生长并提高根系活力，提高树体的光合速率，降低蒸腾速率，增强树势。但是，有报道指出，在前期果园生草后采用刈割覆盖，由于前期生草的竞争，果树生长会受到抑制，降低树体生长势，对新定植的幼龄果树尤其敏感[85-86]。不同草种可能产生的抑制效应不同，因此，采用刈割鲜草覆盖时筛选一些浅根性的草种对果树生长较为有利。关于覆盖对树体生理活性的影响报道较少，还需要进一步研究。

4.2 产质量

通过生物覆盖，易分解的有机覆盖材料如干草、树叶、秸秆等物自身的养分释放到土壤，土壤有机质、矿质养分和水分等环境条件得以改善，果树水肥利用效率提高，促进果树生长发育，从而使产量增加，风味提高。通过秸秆覆盖，能延缓作物绿叶衰亡，提高光合作用效率，从而显著提高作物产量[87]。采用覆盖处理香蕉的生物量是裸露处理的3倍[12]。采用秸秆覆盖处理香蕉增产17.4%[73]。采用树盘铺肥+杂草覆盖后，荔枝单株产量较对照高52.94%，平均单果重较对照增加2.09 g，商品果率较对照提高14%[21]。覆盖处理龙眼单株产量为21.02～24.35 kg，较对照增产10.3%～27.8%；果实可溶性固形物、VC和可溶性糖含量较对照分别提高3.83%～4.42%、39.7%～53.9%和23.9%～26.8%[22]。实施生物覆盖，果实品质得到提高。秸秆覆盖树盘处理芒果果实的纵横径、产量及品质均高于对照，其中单株平均产量为27.53 kg，较对照提高12%，果实可溶性糖和VC含量分别提高14.6%和15.9%，有机酸含量下降10.3%[88]。采用覆盖+喷施保鲜剂处理可提高芒果果实可溶性固形物、还原糖和总糖含量，降低可滴定酸含量，提高果实品质[78]。澳洲坚果覆草处理产量较对照增加7.62%[23]；果壳覆盖显著增加‘H2’澳洲坚果的产量，4年平均增产79.5%[24]。采用稻草覆盖可提高番石榴叶片N、P及K含量，同时提高果实可溶性固形物和VC含量，降低可滴定酸含量[89]。通过甘蔗渣、咖啡糠和稻草覆盖可提高番荔枝单果重和果实可溶性固形物含量[90]。通过有机物料覆盖可促进油梨根系健康生长，缓解压力，提高单果重量和产量。采用15 cm厚的松树皮堆肥层覆盖“Hass”油梨树盘，覆盖处理平均果实尺寸较对照提高6.6%，单株平均产果量增加14.7%，产量提高22.6%。表明树盘覆盖处理有利于提高果树的产量[91]。采用稻草覆盖，番石榴的挂果数、单果重、产量及可溶性固形物含量均较对照显著增加[33]。有学者认为，生物覆盖促进作物生长发育的机理是覆盖后形成对作物有催熟作用的生理活性物质——乙烯，通过调节植物体内的酶活性调控对逆境胁迫的耐受性，增强植株抵御不良环境条件的能力，提早成熟，并改善产品质量[92-93]。果实发育所需有机物主要来源于光合作用积累，生物覆盖能提供良好的水肥气热条件，提高植株整体光全效能，有利于果树生长发育，促进增产提质。但是，ANTSAOIR等[94]发现，采用废弃的蘑菇基质作为覆盖材料，却产生明显的减产效果。另有报道提出，覆盖对果实内在品质没有影响[95]。总体看，生物覆盖能增加果园产量，易分解有机覆盖材料表现出较好增产效果。生物覆盖可以明显提高果实可溶性固形物含量，其他内在品质指标因不同的覆盖材料其效果有所不同。

5 生物覆盖对果园微环境的调控效应

小气候环境因子与植物生长发育密切关联，对果树的光合、呼吸及生长发育产生直接影响，还影响果园土壤的有机质分解、养分迁移转化、水热交换及生物多样性等方面[96]。果园覆盖改变传统清耕果园的水热传递模式，由于增加了覆盖层，地表光、热、水和气等生态因子随之发生变化。地面覆盖提高了冠层光合有效辐射，改善了冠层下方的光照条件。果园地面覆盖新鲜麦秸，能显著提高离地面1.5 m处的光反射率[97]。采用百喜草残体覆盖荔枝树盘能调节空气温度和湿度，高温时覆盖处理可降低地表温度3.5℃，低温时则可提高地表温度约2.5℃；覆盖处理还可提高果园空气湿度[20]。覆盖15 cm厚的松树皮堆肥层可促进油梨根系生长，并且相应地减轻应力的影响。覆盖处理果树应力的减少明显表现在树冠温度的降低(夏季降低约3℃)，夏季和秋季叶片的光抑制作用减少，以及花梗颈环减少(减少47%)和未成熟种皮退化减少(减少39%)等[98]。采用覆盖生态栽培后，地表覆盖度增加，光照对地表的直接幅射减少，果园温度日变幅趋于平缓，增强了果园抗高温的能力。同时，地表径流和土壤冲刷量明显降低，其中土壤冲刷量减少26.3%～48.4%，覆盖生态栽培有利于创造良好的果园生产环境[99]。在热带果树生产上，经常面临夏季高温带来的不利影响，如火龙果园在夏季生产中常出现开花后枝条萎缩干枯现象，直接影响果实产量和品质。在果园内进行生物覆盖栽培，通过提高空气湿度和浅层土壤含水量，可有效抵御极端温度天气条件带来的不利影响[100]。另外，生物覆盖栽培可抑制杂草的滋生。通过生草刈割后残株覆盖可减轻杂草危害[81]。采用生草(大叶油草和柱花草)刈割残株覆盖后，杂草种类数较对照(清耕)减少68.2%，杂草的覆盖度以及密度显著降低。同时杂草的杂草优势集中性及杂草均匀度显著下降。生草残株覆盖可有效减少杂草的发生，同时降低田间杂草的物种多样性[101]。果园采用水葫芦覆盖也可以有效抑制田间杂草，覆盖处理60 d后，对总草株防效达92.4%～96.8%[102]。对杂草的有效抑制利于果园减少养分消耗和节省用工成本。生物覆盖杂草减少的原因：一方面阻隔了杂草需要的光能，另一方面可能是有机物分解过程产生的有机物质对杂草种子萌发及生长产生抑制与毒害作用[103]。通过生物覆盖栽培不仅改善了果园水、热、通气状况，缓冲气温变化，而且减少果园水土流失，抑制杂草发生，形成了适宜的果园生产环境。生物覆盖栽培的生态生产效应方面仍然存在一些问题。如生物有机残体覆盖使土壤含水量和腐殖质增加，果园土壤表层空气相对湿度提高，在起到促进果树生长作用的同时，也为病虫害繁殖提供了有利的场所，地下害虫危害率增加，而且有随覆盖年限的推移而增大的趋势，增加除草剂和农药的使用量，从而在某种程度上产生土壤生态与作物方面的负效应[104-105]。因此，实施果园生物覆盖时，在常年发生病虫害较重的时段，应在定期系统调查的前提下结合开展相应的综合防控研究。

6 展望

土壤生物与可持续农业已成为后工业化农业的重要研究方向和重大挑战。在新的社会经济情形下，生态农业可持续发展成为我国未来发展的重大战略。随着果园绿色生产方式的发展，特别是在当前国家“化学肥料农药减施”等时代大背景下，建立以果树生产为载体，以土壤改良和地力培肥为中心，合理利用园区内光、热、水、气、养分及生物等资源，建立生态合理、经济高效、环境优美和可持续发展的果园生产体系已成为行业共识[106]。由于长时间大量、单一使用化学肥料与农药，且果园采取高负荷产出方式，目前已造成热带果园土壤环境退化及植株抗逆能力降低等一系列实际问题，使得果园可持续发展形势依然十分严峻；同时，关于热带果园土壤培肥、土传病害防治等一些根本性问题至今尚未得到实质性解决。因此，综观我国热带果园生物覆盖技术的研究现状，还应进一步对不同区域生物覆盖对土壤性状和果园生产的影响、深化生物覆盖栽培关键技术等方面开展深入研究，建议如下。

第一，加强不同区域生物覆盖对土壤性状和果园生产的影响研究。我国热区九省(区)地域辽阔，各地区气候、土壤与种植制度存在很大差异，本着因地制宜、就近选择、成本低廉原则，降低覆盖成本，从而实现果树提质增产和废弃物资源有效利用的双重功效，选择当地的有机生物材料进行覆盖。如花生壳、甘蔗渣、玉米秸秆及生草制刈割的杂草等都是较好的覆盖材料。研发适宜不同热带果树、不同气候和土壤环境的生产技术和装备及相应的生物覆盖配套技术规程，形成和完善适合我国热区不同类型区域生物覆盖栽培推广的技术模式和体系。

第二，深化生物覆盖栽培关键技术研究。生物有机材料覆盖虽然可改善土壤肥力，但覆盖均匀度不易控制，过多覆盖可能造成果树根部呼吸减弱，有害气体增加；而且一些作物秸秆腐解时间较长，合理安排覆盖量，或者采取适量灌水(在湿热条件下有助于秸秆的降解)或喷洒助降解的专门药品等技术措施，均有待继续研究，形成产业技术规程。在有机材料资源有限，有机覆盖难以普及的条件下，能否研制出一种能综合有机、无机覆盖优点，且效果稳定又能批量生产、大面积推广的果园专用覆盖材料，类似于园林绿化上应用的以园林废弃物为原料制备的生态覆盖垫，有待更深入系统地研究。

第三，强化生物覆盖过程的重要科学问题研究。明确与有机质分解和养分循环等重要生态学过程紧密关联的若干生物量度，如真菌细菌生物量比、微生物残体和代谢产物对土壤有机质的贡献百分比、覆盖物来源碳对土壤有机质的贡献比例、主要微生物类群的资源利用效率、土壤物理性状年变化及土壤生物的贡献等；加强生物覆盖根际互作调控养分利用的微生物信号机制、土壤植物系统中土壤结构-土壤有机质-土壤微生物群落结构的相互作用及其对土壤碳氮循环调控机制等的研究，以便更全面地了解生物覆盖果园生产与生物多样性发展的生态和生理学机理，从而确定果园适宜土壤物理性状调控下限及土壤养分等技术指标，为集成和提升我国热区可持续果园综合管理与调控技术体系提供科学依据。

第四，从更广泛的视角开展更深入、系统和全面的研究。不同覆盖生物材料对果树生长有促进或抑制作用，如烟草废弃物中残留的烟碱、绿原酸具有较强的抗菌作用，对有益微生物的增殖不利，直接用于堆肥覆盖会影响果树生长发育，需进行进一步的降解[107]，其影响程度以及解决方法都值得深入研究。生物覆盖后可能产生土壤生态与作物方面的某些负效应(如增加果树病虫害及根冠层腐烂发病率等)，此问题亟待进一步研究解决。