生草覆盖栽培对果园土壤理化性质的影响研究进展

2022-04-07樊文霞孟炎奇陈国栋郭子轩王沛娟李田甜李燕芳

安徽农学通报 2022年6期

樊文霞孟炎奇陈国栋郭子轩王沛娟李田甜李燕芳

摘要：新疆是我国重要的林果经济地区，为国内外提供了大量的瓜果产品。尤其红枣作为新疆特色水果之一，在一定程度上代表着新疆地区林果业的发展。但由于果园土壤清耕传统在我国果园发展历史的长河中留下了根深蒂固的影响，以及果农为了达到高产和短期经济效益，过度使用化肥，致使大量土地出现了土壤肥力水平急速下落、土壤盐碱化和严重板结等问题，影响到了果树生长和生态平衡，造成了一系列环境问题。随着人们渐渐意识到这一问题，近几年我国开始广泛开展了果园生草的试验研究和实践。大量研究表明，果树行间生草可以大幅度涵养土壤，有效改善果园土壤理化性质，增加有机质含量，保持土壤水分，增强土壤团聚体结构稳定性。为此，该文综述了果园生草的研究进展及其对果园土壤可持续利用的意义。

关键词：生草;土壤理化性质;涵养土壤;生态平衡

中图分类号 S667.6 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）06-0116-05

Research Progress on Grass-growing Technology in Improving Soil Characteristics

FAN WenXia MENG Yanqi CHEN Guodong GUO Zixuan WANG PeiJuan LI TianTian LI YanFang

（College of Agronomy， Tarim University， Alar 843300）

Abstract： Xinjiang is an important forest and fruit tree economic region in China， which meets the demand of melon goods to consumers at home and abroad. In particular， as one of the characteristic fruits of xinjiang，red dates also represent and witness the development of the forestry and fruit industry in xinjiang and improve the economic level of xinjiang. Because the clear tillage method in orchard development in our country tradition history left a deep influence， as well as the people in order to achieve high yield unilaterally and short-term economic benefits， excessive use of fertilizers， causing a lot of land to a sharp decline of soil fertility in our country， soil salinization，harden is serious， threat to crop growth and ecological balance， and a series of environmental problems. And as people gradually realize this problem， in recent years，our country also began to carry out extensive experimental research and implementation of orchard grass. A large number of studies have shown that the interrow grass of pear tree can effectively improve the physical and chemical properties of pear garden soil， increase the organic matter content of nitrogen，phosphorus and potassium， preserve soil moisture，and enhance the structural stability of soil aggregates. Therefore， this paper aims to explore the research progress of orchard grass and its significance to the sustainable development of orchard soil in China.

Key words： Grass-growing; Soil characteristics; Soil improving; The ecological balance

果園生草覆盖栽培是指将一种或多种草本植物在果园内进行栽培，按一定间距种植于果树行间或全园以覆盖土壤，常年不刈割或每年定期刈割几次，以保证土壤长期处于被覆盖状态的土壤管理模式[1]。

清耕是我国自古以来果园应用最广泛的土壤管理方式，也是新疆地区枣园普遍使用的一种土壤管理方式。但随着时代的变迁和枣园土壤日积月累的改变，清耕的弊端逐渐显露，造成了土壤肥力严重下降、土壤团聚体结构脆弱、板结以及枣园微环境内的生物多样性下降等一系列问题。土壤是果树生长的基础，土壤物理性质影响着土壤固肥能力和树体对养分的吸收能力[2]，从而对果树产量和果实品质起着至关重要的作用。果园生草栽培是欧美等果树生产发达国家普遍采用的果园可持续发展的土壤管理模式[3]。我国于1998年将果园生草栽培作为绿色果品生产主要技术措施在全国进行推广[4]，在枣园土壤管理上也多有应用。大量研究表明，枣园栽培牧草可以有效改善土壤整体肥力，相应地也促进了枣树的生长发育。与传统的枣园清耕相比，枣树行间生草可以改善土壤小气候环境，降低昼夜温差，稳定土壤温湿度，并且增加和维持土壤中水分、微生物、有机质等含量，以改善土壤质地和肥力，提高枣树初期生产效率，维护生态平衡，是一项较为科学的果园土壤管理制度[5]。

红枣在我國新疆果品生产和贸易中的地位举足轻重，产生了良好的经济效益和社会效益，在出口创汇、农业增效、果农增收等方面发挥着重要作用[6]。但当前大多数果农对枣园的土壤管理办法依旧为清耕，产生了土壤肥力下降、水土流失、果园微环境条件变差等问题，导致枣树产量和果实品质的降低，在一定程度上制约了红枣产业的健康发展和局部生态环境的改善。同时，我国枣园普遍存在土壤条件差、有机质含量低、对有机肥使用的认识不到位等问题，而生产优质果品、减少劳动力成本和维护生态和谐是当下乃至未来我国枣产业的必然发展趋势。枣树间作牧草可以改善土壤肥力、减少人工工作量、充分利用果园内空余土地以及调节当地小气候环境等。因此，从当地气候、土质、水分和果树树种特性等出发，重视相关研究试验和推广枣园生草具有重要意义[7]。要重视涵养土壤，将土壤质量提高，才可使枣园达到高产、优产，并且保持生态环境的健康平衡。

1 国内外果园生草研究现状

中国是农业大国，作为我国农业支柱力量之一的果品生产行业的发展是不容忽视的。土壤是树体生长的根本，果树的产量和果实的品质在前期主要取决于土壤的质量和肥力水平，因而土壤质量的好坏直接影响林果业乃至农业的绿色、良性、可持续发展。果园生草这一土壤管理模式于19世纪末期在美国出现，并且在相关机械和技术发展的辅助下，得到了一定程度的推广。随后被法国、意大利和日本等林果业相对先进的国家所广泛应用。相关研究表明，果园在连年长期生草后，多数果园土壤质地变得松软，土壤肥力与生草之前相比有了大幅提升，果树产量和果实品质也得到一定的提高。以日本为例，生草与果树间作，每年按照指定的时期，分别刈割2～4次，再将割下的碎草覆盖土壤，基本免耕，除非在树体比较脆弱时，才在行间于春季翻耕1次。连年生草之后，土壤含水量增加，机械性团聚体和水稳性团聚体的含量分别都有不同幅度的增加，且团聚体结构稳定性增强，0～20cm土层内的土壤有机质大约在3%～2%，果园土壤综合肥力显著改善[8]。目前，美国、法国、日本和意大利等林果业比较发达的国家，果园总面积的55%～70%都以果树间作生草为主，一些国家甚至达到了95%左右[9]。

我国于20世纪80年代开始小规模地在一些地区应用果园生草措施，如陕西、河南、山东、山西等，以及一些土质普遍较差、水土流失严重的南方地区[10]。近几年，果园生草土壤管理技术在我国虽然得到了一定程度的发展，但推广依旧存在瓶颈。由于果树间作生草发挥出的效果并不稳定，其取决于选用的草种、土壤特点、当地气候、果树树种以及树种与相应的草种共生适宜程度等多种因素。例如，有的草种在雨水丰沛的地区可为土壤储水，显著增加土壤含水量，但在干旱地区则会与树体争水;同一地区的土壤栽培同种草时，由于此前土壤可能分别进行过不同的处理，在生草之后也会表现出一定的差异，因此前人的众多研究结果也并不一致。并且同一草种在不同栽培年限对土壤的涵养效果也不尽相同，需要多年的观察。因此，果园生草在我国大范围推广存在一定的复杂性。我国对生草栽培的应用尚未形成科学完整的果园土壤管理系统[11]，但由于生草栽培技术不断地趋于前进和成熟，目前一些地区果园的土壤和果园微环境已经得到了显著改善。

2 研究进展

2.1 果园生草对土壤含水量、容重和孔隙度的影响范光南等[12]对桂圆园栽培生草的研究表明：生草之后，土壤容重下降，含水量提高，总孔隙度和毛管孔隙度均有不同程度的增加，土壤理化性质得到有效改善。土壤是水分、微生物、有机质和其他养分等物质的基础和载体，土壤物理性质的重要性与化学性质作用的发挥相辅相成，对树体的生长和果实产量品质起着决定作用。生草可以减少水分蒸发，增加土壤孔隙度和孔隙数量，降低土壤容重，提高土壤的通透性和含水量，有效缓解板结现象和水土流失的问题，同时有效储水以供果树生长所需。

李会科等[13]研究表明，果树与草间作可以增加土壤孔隙度，有效降低容重，水稳性和机械性团聚体的含量均有升高，这种效果在0～40cm土层比较显著，之后则随土层的深入而逐渐递减。寇建村等[14]在旱地苹果园中的研究得出：牧草在生长过程中，密集的根系使土壤孔隙度增加。且各草种都能提高土壤含水量，与清耕相比，牧草在0～10cm土层提高4.19%～6.29%，在10～20cm土层提高4%～5.4%。由此可见，牧草的根系穿刺土壤，降低了土壤容重，牧草本身枯死后会在土层中留下缝隙，显著增加孔隙度和通透性。生草之后浅层土壤的含水量较清耕处理更为充沛。在一些研究结果中，随着土层向下，生草处理和清耕处理的土壤之间的差异越来越小，但在连续多年生草之下的土层无论是浅层或是深层，其理化性质都有显著改善，这可能是由于同一草种在不同栽培年限下的效力不同造成的。但兰彦平等[15]研究表明，当夏季雨水稀少或在干旱地区时，牧草会与果树争夺水分，降低土壤含水量，这可能是因为草种、土壤特点、当地气候和果树树种的差异造成的[13]，相同的果树牧草搭配在不同地域条件下产生的结果也可能会表现出较大的差异。因此，果园生草栽培不可盲目照搬，还需因地制宜，从实际出发。

2.2 果园生草对土壤团聚体的影响土壤团聚体作为土壤结构的基本单位[16]，是通过土壤微生物、有机质、牧草或其他植物的根系缠绕、挤压以及团聚体本身内部的胶结物质作用而形成的。它不仅决定了土壤结构的稳定程度，也是承载储存土壤中各种养分的物质基础。土壤中较大比例的团聚体和适当的粒径分布可以增强土壤结构的稳定性，使土壤整体结构不易被破坏，其中机械性团聚体可以降低耕作行为对土壤结构的消极影响，水稳性团聚体可以减少灌溉和降雨等对土壤结构的破坏。土壤团聚体和土壤中有机碳（soil organic carbon，SOC）是互相依存的，土壤的团聚作用可对SOC起物理保护的作用[17，18]，并且SOC又反过来增强优化了土壤团聚体的稳定性和粒径分布。

大量研究表明，土壤团聚体的形成过程和结构稳定性受土壤有机质含量、土壤耕作方式和土壤微生物等多方面因素的影响。土壤中有机质的胶结作用可以粘结土壤，显著促进机械性和水稳性团聚体的形成;土壤中微生物是使团聚体形成的最典型的生物因素，细菌、真菌和放线菌等的菌丝和植被根系共同将土壤缠拌成为团聚体，一些菌丝体也可分泌胶结物质，将土壤粘结为团聚体;土壤耕作的强度则和有机质的周转速度成正比，耕作对土壤的冲击力越大，有机质就周转得越快，土壤团聚体的胶结过程则受到干扰，不利于土壤团聚体的形成，且土壤耕作会破坏表层土壤中一部分微生物的活性，影响微生物缠拌粘结土壤的能力。因此果园生草应尽量免耕，或选用适当的耕作方式。王义祥等[19]研究表明，油桃园生草栽培之后，土壤团聚体的平均重量直径（Mean weight diameter，MWD）和几何平均直径（Meometric mean diameter，GMD）均大于清耕处理下的土壤团聚体，这说明较清耕而言生草栽培增强了土壤团聚体的结构稳定性，并且在该研究中，生草栽培下的土壤团聚体含量也显著高于清耕，20～40cm土层中，生草处理>2mm团聚体含量高于清耕处理。但在0～20cm土层中，生草处理>2mm的团聚体含量则显著低于清耕处理，说明生草栽培对土壤团聚体含量的增加效果可能受土层深度以及不同土层中有机质含量的影响。

刘晓东等[20]在对青藏高原高寒草甸土壤团聚体的研究中发现，土壤大团聚体（>0.25mm）中相较于小团聚体（<0.25mm）含有更多的全氮，氮素含量的增加也提高了有效氮含量，从而优化了牧草根系的生长和分布，利于土壤结构的形成。刘晓利等[21]对旱地土壤有机碳和全氮的研究表明，较大粒径的团聚体内所含的有机碳和全氮比例是最高的，且有机碳和全氮的含量随着团聚体粒径的减小而减小。但土壤团聚体的粒径大小对钾、磷含量的分布情况尚没有过多记录，需要进一步研究。由此可见，大粒径团聚体不仅影响土壤结构的稳定性，对土壤中养分分布情况也具有重要意义。

2.3 果园生草对土壤有机质的影响果树与生草合理间作可以有效涵养土壤，提升土壤肥力并维持生态平衡[22]，也是我国未来农业林果业绿色有机化发展的目标。有机质是衡量土壤肥力水平的一个关键因素，也是大多数果农非常关注的重要指标之一，氮、磷、钾以及其他微量元素是树体生长所需的关键养分，直接影响了果树是否能高产稳产[23]。牧草可以增加果园内的昆虫和微生物数量，随着昆虫或其他动物残体数量的增加，更多的有机质能得到相应的转化。牧草本身枯死后留下的腐殖质也能转化为大量的有机质来增加土壤养分。相关研究表明，果树间作牧草较清耕而言可以大幅度增加土壤内全氮、速效钾、速效磷的含量[24-26]。Neilsen等[27]对于果园间作牧草的研究表明，生草后土壤有机碳的含量提高，这是由于土壤团聚体的结构稳定性和保护机制得到增强，利于有机碳的固定和分解[28]，同时土壤有机碳也会反过来影响团聚体的结构和不同粒径的分布，两者相辅相成，进而使得土壤团聚体能够胶结保存更多的有机质，提高土壤肥力。

陈久红等[29]在对库尔勒香梨园进行生草栽培的研究表明，牧草与梨树间作，各土层均能增加土壤中全氮、有效磷和速效钾含量，但20～60cm土层碱解氮的含量反而明显下降。由此可见，该梨树品种与牧草草种在生态位上可能有少许相似，且牧草产生的有机质会受到不同土层深度的影响，因而在选择草种时，要尽量选择与果树树种生态位不相似，并且共生性较好的草种。霍颖等[30]在梨园生草栽培的试验表明，有机质含量随着土层向下而逐层递减，但在生草第4年各土层的有机质含量都有所增加。王依等[31]在对秦岭地区猕猴桃园生草的研究中发现，生草前2年，随着土壤深度增加，全氮、速效磷和速效钾的含量呈阶梯式下降，第3年时各个土层的养分含量都有不同程度增加，0～20cm土层的全氮、全磷、速效磷和速效钾的含量则显著增加。这说明在不同栽培年限下的生草所表现出的涵养土壤的效果可能存在较大的差异，并且地域环境条件、土层深度、土壤类型等都是影响因素。所以果园生草不可一蹴而就，需要实地考察和多年的数据观察。这也是果园生草目前在我国推广较慢的障碍之一。

2.4 果园生草对土壤pH的影响土壤pH水平不仅影响土壤中各养分的状态和状况[32]，而且决定了土壤适宜果树生长的程度，因为每种果树的生长特性不同，其树体生长所需环境的酸碱度也不同。王依等[31]研究发现，在秦岭北麓的猕猴桃园生草栽培，连续3年生白三叶草使土壤的pH升高，利于猕猴桃树生长，因为猕猴桃树较适宜在pH6.5～7.0的土壤环境中生长。但在该研究中白三叶草对土壤pH的提高作用并没有从栽培第1年就开始，而是呈先下降再升高的趋势。由此可见，生草在不同年限下的作用可能差异较大，某草种对土壤产生的长期效果要经过多年的跟踪观察。李超等[33]在贺兰山东麓葡萄园生草栽培的研究中发现，自然生草pH相比清耕而言有所降低，有利于改良盐碱地土壤。同一草种在不同果园对土壤pH水平的影响也可能是不同的，其取决于生草所栽培的年限和树种等因素。

2.5 果园生草对土壤微生物的影响土壤中有机质的形成和分解以及转化养分以利果树吸收利用，都需依靠微生物这一驱动力来进行，其对增强土壤肥力，维持果树树体的健康生长和改善生态环境平衡等都起著至关重要的作用[34]。因此，土壤微生物是关系到土壤肥力和果树高产稳产的重要一环。相关研究表明，在冀南地区梨园间作白三叶草，0～40cm土层的细菌和放线菌数量均有增加，其中0～20cm土层的细菌数量显著增加，但真菌数量较梨园生草之前没有变化[35]，此原因尚不明确，这可能是由于白三叶草没有提供土壤中足够的水解氮，无法为真菌创造适宜的生长环境。前人的研究结果表明，在苹果园和葡萄园中生草栽培，合适的草种可以显著增加土壤中细菌、真菌和放线菌数量[36，37]，但目前尚未发现可以均促进各个土层细菌、真菌和放线菌数量增长且在其他方面不会对土壤产生负面影响的草种，不同草种在土壤中促进生长的微生物种类也不同。因此，在实际果园生草中，应因地制宜，选择合适的草种，尽可能确保土壤中细菌、真菌和放线菌的数量在可达到的范围内均衡增长[38]。

2.6 果园生草对土壤微环境的影响果园土壤的微环境关系到土壤保水保肥的稳定性和果树生长的规律周期。土壤微环境内，好的小气候条件可以增加土壤含水量，有效抑制病虫害，贴合果树的生长规律，以达到果树高产稳产的目标。陈久红等[29]研究表明，库尔勒香梨园行间生草后，在炎热干旱的夏季，气温比清耕降低0.5～3℃，在寒冷的冬季则提高0.5～1℃。说明梨树间作生草可以在夏季起降温作用，在冬季起保温作用，使昼夜的温度变化更加稳定。毛培春等[39]对桃园间作牧草的研究表明，牧草可以保持土壤水分，土壤所积累的水分不易流失，这是由于牧草将土壤覆盖，减弱了阳光对土壤的照射，且降低了温度，因而土壤中的水分蒸发速度减缓。

我国果园的杂草丛生现象屡见不鲜，杂草会与果树争夺水肥，并且衍生各种病虫害的发生几率，对果树生长极为不利。果园生草则能有效抑制杂草生长，降低杂草所带来的病虫害。李晓刚等[7]研究表明，在梨园栽培白三叶草可明显抑制杂草生长，白三叶的根系较长，可延伸至20～30cm土层，并且生长出的匍匐茎可形成较为密集的草层，从而使得其根系周围的杂草难以生存。但对于干旱地区或一些非干旱地区的缺水季节，白三叶根系可能与果树之间存在水肥竞争，所以要及时灌溉和追肥。

3 结语

目前，我国仍处于果园间作生草的摸索阶段，相关的技术尚未成熟。很多果农从一开始就选用了与果树易争水肥的草种，如紫花苜蓿，与果树的生态位较相似，且根系长度达10m以上[40]，和果树争夺水分和养分比较强烈。所以严格筛选适合与果树间作的草种显得尤其重要[41]。在特别缺水或干旱地区，牧草普遍与果树争夺水分，因此在这些地区果园生草时，就要选择与果树争水肥能力弱，并且生草之后加强灌溉。但果园生草的效果如何，还取决于草种、土壤特点、当地气候、果树树种以及树种与相应的草种生态位重叠度等多种因素，一种成功的案例不可盲目套用在不同的果园，一定要实地考察，从实际出发，选择适合当地土壤和果树生长的草种。

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