行间生草种类对苹果园春季土壤蒸发、空气湿度和土壤贮水的影响

秦文利

（河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北省肥料技术创新中心，河北 石家庄 050051）

果园生草是一种先进的果园土壤管理制度，能够抑制土壤蒸发、增加空气湿度、改善微域小气候，对防治我国北方果树因春季降水稀少、升温快、空气干燥引起的落花落果及裂纹病有重要作用［1-5］，但牧草生长会与果树竞争土壤水分［6-8］，加剧果园用水矛盾。华北平原是我国苹果（Malus pumila）的主产区，水资源短缺严重制约着该区苹果产业的可持续发展。因此，探明苹果园生草中土壤蒸发、空气湿度、土壤水分等变化特征及相互关系与影响因素对高效利用果园土壤水分、稳定苹果产量与质量、推广果园生草具有重要意义。

土壤蒸发与生产过程无关，属无效耗水，降低土壤蒸发是提高农田水分利用效率的一个重要途径［9-10］。地表覆盖物物理阻隔了土壤-大气之间的能量传输和水分转换，可增加土壤水分蒸发阻力［11-13］。研究表明，土壤蒸发阻力与秸秆覆盖量、植被叶面积指数（leaf area index，LAI）呈正相关关系［14-16］，与土壤含水量、地温呈负相关关系［17-19］。果园生草后牧草阻隔太阳直射地表，生草区光合有效辐射（photosynthetically active radiation，PAR）透射率下降不利于地温上升、耗水增加降低土壤含水量，二者皆抑制了土壤蒸发［4，20］。但生草种类不同PAR透射率、LAI、土壤含水量及地温的变化不同，进而土壤蒸发的变化特征不同，目前关于这方面的研究甚少。

牧草群体蒸散的水分还可调控果园空气湿度［4］。牧草种类及其生育进程对不同季节果园空气湿度影响不同。李春波［21］的研究表明，果园生草能提高6至9月葡萄（Vitis vinifera）园空气湿度。高方胜等［22］的研究发现，与白三叶（Trifolium repens）相比，鲁西北苹果园种植黑麦草（Lolium perenne）能提高5月10日左右的苹果树冠层空气相对湿度，这与其返青早、生长快相关。目前，果园生草对果树冠层空气湿度影响的研究多集中于多年生牧草，而随着果园观光旅游业、饲草业的发展及果品生产化肥零增长的需求，景观作物二月兰（Orychophragmus violaceus）、优质牧草小黑麦（×TriticosecaleWittmack）和绿肥作物毛叶苕子（Vicia villosa）等越年生牧草越来越受到果树种植户的喜爱，但关于越年生牧草对果树冠层空气湿度影响的研究较少。牧草群体蒸散的水分来自于根系对土壤水分的吸收，而关于果园生草对土壤水分影响的各个研究结论截然不同，这可能与生草种类、年限及季节不同有关。惠竹梅等［8］的研究认为，行间生草降低了葡萄园土壤含水量，不同种类牧草对不同季节土壤含水量的降幅影响不同。籍增顺等［23］的研究表明，旱地苹果园生草4年后能提高0～60 cm土层土壤含水量。李同川等［24］的研究发现，果园生草对土壤含水量的影响与牧草生长进程有关。牧草萌动以前，因覆盖地表抑制蒸发可提高土壤含水量；萌动之后，随生长进程加快土壤水分消耗增加，降低了土壤含水量。种植小冠花（Coronilla varia）、百脉根（Lotus corniculatus）、鸡脚草（Dactylis glomerata）等会造成4月初至5月初苹果树行间土壤水分亏缺。果园生草虽能改善北方春季果树冠层空气湿度，但生草种类不同对果树冠层空气湿度和土壤水分消耗的影响不同，目前关于果园生草后果树冠层空气湿度变化与土壤水分消耗的关系及不同种类牧草对土壤蒸发的抑制能否弥补对土壤水分消耗的研究还鲜有报道。

本研究在苹果树行间种植越年生牧草（小黑麦、二月兰、毛叶苕子）和多年生牧草［鸭茅（Dactylis glomerata）、白三叶］，探讨行间生草种类对华北平原苹果园4-5月土壤蒸发、空气相对湿度、土壤水分等环境因子的影响特征，旨在揭示果园生草后土壤蒸发、空气相对湿度、土壤水分的变化规律及其相互关系，为华北苹果主产区采取合理的果园生草模式、实现水分高效利用、促进苹果产业的可持续发展提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验园区概况

试验于2019-2021年在河北省农林科学院武罗综合示范园区苹果园（北纬37°49′8.94″-37°49′57.62″，东经115°56′7.36″-115°56′37.97″，海拔19.0 m）进行。该区属于冀中南平原，暖温带半干旱季风气候，年平均气温12.6℃，年平均降水量518.0 mm，年平均日照时间2575.6 h，无霜期195 d左右。土壤为壤质潮土，生草前0～60 cm土层土壤pH值为7.85，有机质含量为9.07 g·kg-1，全氮含量为0.55 g·kg-1，全磷含量为0.80 g·kg-1，碱解氮含量为32.14 mg·kg-1，有效磷含量为5.17 mg·kg-1，速效钾含量为111.83 mg·kg-1。0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm的土层土壤容重分别为：1.40、1.38、1.30、1.32、1.37 g·cm-3。苹果树品种为天红2号，树龄4年生，株行距2 m×4 m，2021年覆盖度为45%。果树采用小管出流滴灌技术进行水肥一体化管理，每年在果树萌芽期（3月中下旬）、落花期（4月下旬）、果实膨大期（6月下旬）3个果树关键生育期每隔10 d灌水1次，2019、2020、2021年总灌水量分别为1200、1200、1350 m3·hm-2，每年随灌水施用金正大大量元素水溶肥［总氮（N）、五氧化二磷（P2O5）、氧化钾（K2O）含量均为20%，肥料中含有微量元素］750 kg·hm-2。

1.2 试验设计

试验开始于2019年9月中旬，共设6个处理，分别为二月兰（Ory.）、小黑麦（Trit.）、毛叶苕子（Vic.）、白三叶（Trif.）、鸭茅（Dac.）5个生草区和1个清耕对照区（CK），其中二月兰、小黑麦、毛叶苕子为越年生牧草，白三叶、鸭茅为多年生牧草。二月兰、小黑麦、毛叶苕子均采用机械播种，播种量分别为22.5、120.0、90.0 kg·hm-2，播深分别为1.5、3.0、4.0 cm，行距分别为30、20、30 cm，播种后于翌年5月初机械切碎地上部分覆盖还田。2020年二月兰、毛叶苕子、小黑麦播种时间分别为9月18日、10月8日、10月12日，还田时间均为2021年5月6日；白三叶、鸭茅均采用人工播种，播种量分别为30.0、45.0 kg·hm-2，播深均为1.5 cm，行距均为20.0 cm，于2019年9月15-16日播种。2019年播种前，所有试验地块随整地施入有机肥105×103kg·hm-2、复合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）150 kg·hm-2做基肥并灌溉造墒，灌水量为800 m3·hm-2，播种完后牧草不再追肥和灌溉。2020年秋季播种越年生牧草时不再施基肥，但整地时灌溉造墒，灌水量为800 m3·hm-2，同时白三叶、鸭茅多年生牧草和清耕对照处理灌溉等量的水。生草带宽为2.2 m，树行每侧保留0.9 m清耕保护带。每个处理地块面积为150 m×160 m=24000 m2，每个处理重复3次，随机布设。果树田间管理一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤温度 在2021年4月15日13：30-14：30时段内采用精确度为0.1℃的直角地温计测定苹果树行间中线上5、10、15、20、25 cm不同深度土层土壤温度。每处理生草区随机选取4个采样点，每个采样点每个土层测定2次重复，取平均值计算。

1.3.2 牧 草 群 体LAI及PAR透射率 在2021年4月15日11：00-14：00时段内采 用SunScan冠 层分析系统（英国）测定不同处理生草区牧草群体LAI和冠层PAR传输特性。测定时，保持漫射系数传感器（beam fraction sensor，BFS）水平且高度超过牧草冠层（避开果树遮荫），将SunScan探测杆置于冠层底部并离地面5 cm，垂直向上测量透射到底部的PAR（transmission of photosynthetically active radiation，PART），BFS将同步测量冠层顶部入射的PAR（incidence of photosynthetically active radiation，PARI），SunScan直接测出LAI。每处理生草区随机选取4个采样点，每个采样点测定2次重复，取平均值计算。PAR透射率（Tr）=PART/PARI。因测定时白三叶未完全返青、植株低矮，故未测定该生草区处理。

1.3.3 土壤蒸发 2021年4-5月用自制小型蒸发器Micro-lysimeter（由PVC管制成，内径8.5 cm，壁厚5.0 mm，高度15.0 cm）测定苹果树行间中线上土壤水分日蒸发量。测定时，将其垂直压入距牧草10.0 cm的行间土壤内取原状土（为防止土壤掉入蒸发器内，压入时保持0.5 cm高出地面），用胶带封底后套于外管（由PVC管制成，内径10.5 cm，壁厚5.0 mm，高度15.0 cm）中并固定于行间。每天16：00用精度为0.1 g的电子天平称重，2 d内重量的差值为土壤日蒸发量，每隔3～5 d更换蒸发器内的原状土（下雨后立即更换）。土壤日蒸发量由两次称重之间的差值和小型蒸发器底面积换算得出。每处理生草区随机选取4个采样点进行监测。

1.3.4 空气相对湿度 2021年4-5月采用路格温湿度记录仪（L92-1，中国杭州）监测苹果树冠层1 m高度空气相对湿度。将记录仪固定于果树主干1 m处，每隔1 h记录1次数据，取24 h平均值。每处理生草区随机选取4个采样点进行监测。

1.3.5 土壤含水量和贮水量 2021年4-5月每隔10 d采用烘干称重法测定0～100 cm土层土壤重量含水量并计算土壤贮水量。土壤贮水量（W，mm）=土壤重量含水量（ω，%）×土壤容重（ρ，g·cm-3）×土层深度（h，cm）×10。每处理生草区随机选取4个采样点进行监测，每个采样点每个土层重复测定2次，取平均值。

1.3.6 一年生牧草还田时的生物学特征 2021年5月5日在小黑麦、二月兰、毛叶苕子越年生牧草生草区取样测定生物量。每处理生草区随机选取4个采样点进行测定，每个采样点重复测定2次。每个采样点每次重复齐地皮刈割相邻4行1 m长牧草地上部分并称总鲜重，称完后随机取500 g鲜草样放入恒温烘箱中65℃烘干至恒重，称取干重计算干鲜比，根据干鲜比计算牧草地上生物量和含水量。将烘干的植物样品粉碎后测量植株全碳（C）含量、全氮（N）含量［25］，计算牧草植株的C/N。

1.3.7 苹果产量与果实品质 2021年10月26日进行采收、测产。每生草区随机选取20株果树进行单株称重测产，重复2次，测产时避开授粉树行。每株测产后随机选取20个苹果果实测定品质，分别采用PAL-1折光仪（日本）、蒽酮比色法、NaOH滴定法测定可溶性固形物含量、可溶性糖含量和含酸量［25］。

1.4 气象数据

来自武邑县气象局设在武罗综合示范园区的标准气象站。

1.5 数据处理

采用SAS 9.1统计软件进行数据统计分析，用Excel 2013进行数据整理和作图。

2 结果与分析

2.1 试验区日均温度和降水量变化

图1显示了武罗试验区2021年和2000-2020年4-5月多年平均日均温度和降水量变化情况。2000-2020年4-5月多年平均日均最高温度为24.48℃，日均最低温度为11.93℃，二者相差12.55℃，表明春季北方气温变化剧烈。2021年4-5月日均最高温度为25.78℃，日均最低温度为10.57℃，二者相差15.21℃，表明2021年春季气温变幅大于多年平均值。2000-2020年多年平均4、5月累积降水量分别为29.47、35.97 mm，2021年4、5月累积降水量分别为7.40、2.90 mm，二者分别相差22.07、33.07 mm，表明2021年4、5月在历史上属于极度干旱月份。

图1 武罗试验区2021年和2000-2020年4-5月多年平均气温和累积降水量Fig.1 Mean temperature and accumulative precipitation of April and May of 2021 and average from 2000 to 2020 in Wuluo experiment site

2.2 行间生草种类对果园土壤温度的影响

从图2可见，与清耕（CK）相比，越年生牧草和多年生牧草5、10、15、20、25 cm不同土层土壤温度均显著下降（P＜0.05），说明行间生草阻隔了太阳光对果园地表的直接辐射，能显著降低不同深度的土壤温度。越年生牧草不同土层的降温效应均大于多年生牧草，越年生牧草5、10、15、20、25 cm土层的降温效应平均分别比多年生牧草高5.9、2.9、2.1、1.3、1.5℃。越年生牧草中毛叶苕子对5、10 cm土层土壤的降温效应显著低于二月兰和小黑麦，这可能与毛叶苕子4月15日之前生长慢、地上生物量少、LAI显著低于二月兰和小黑麦、PAR透射率明显增加有关。

图2 行间生草种类对果园0～25 cm土层土壤温度的影响（2021年4月15日13：30-14：30）Fig.2 Effects of different grass species on the soil temperature of 0-25 cm profile in orchard（13：30-14：30，April 15，2021）

2.3 行间生草种类对牧草群体LAI、PAR透射率的影响

一定范围内，作物群体LAI与冠层截获的太阳辐射呈正相关关系［26-27］，说明LAI越大，冠层PAR透射率越低，太阳对地表的辐射强度减弱，有可能阻止地温上升、降低土壤蒸发。不同种类牧草因物候期不同，群体冠层LAI、PAR透射率不同。由图3可知，越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子的LAI分别是8.43、6.77、4.67，PAR透射率分别是0.98%、1.72%、6.80%，多年生牧草鸭茅的LAI为2.87，PAR透射率为26.37%，越年生牧草群体LAI均显著大于多年生牧草（P＜0.05），而PAR透射率则显著低于多年生牧草（P＜0.05）。越年生牧草中二月兰、小黑麦、毛叶苕子LAI差异显著。毛叶苕子PAR透射率显著高于二月兰、小黑麦，二月兰、小黑麦之间PAR透射率差异不明显。

图3 行间生草种类对牧草群体LAI、PAR透射率的影响（2021年4月15日11：00-14：00）Fig.3 Effects of different grass species on the grass population’s LAI and PAR transmittance（11：00-14：00，April 15，2021）

2.4 行间生草种类对果园土壤蒸发的影响

土壤蒸发强度与温度呈正相关关系［19］。随时间的推进和气温的上升，2021年4-5月果树行间土壤日蒸发量和累积蒸发量均呈增加的趋势（图1和图4）。行间生草均能显著抑制土壤蒸发，生草种类不同对土壤蒸发抑制的效果不同（图4）。与CK相比，越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子4-5月日蒸发量分别降低0.44、0.47、0.40 mm·d-1，累积蒸发量分别降低26.67、28.71、24.17 mm，多年生牧草白三叶、鸭茅4-5月日蒸发量分别降低0.50、0.47 mm·d-1，累积蒸发量分别降低30.4、28.9 mm。总体来看，多年生牧草土壤的日蒸发量、累积蒸发量的降幅均大于越年生牧草，平均分别降低0.06 mm·d-1、3.14 mm，该结果与越年生牧草切碎覆盖还田（2021年5月6日）有关。

图4 行间生草种类对苹果树行间土壤日蒸发量和累积蒸发量的影响Fig.4 Effects of different grass species on the soil daily evaporation and accumulative soil evaporation between apple tree rows

还田之前，与CK相比，越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子土壤日蒸发量分别减少0.41、0.40、0.38 mm·d-1，累积蒸发量分别减少14.42、13.90、13.38 mm，多年生牧草白三叶、鸭茅土壤日蒸发量分别减少0.29、0.28 mm·d-1，累积蒸发量分别减少10.15、9.76 mm，越年生牧草土壤的日蒸发量、累积蒸发量的降幅平均分别比多年生牧草高0.11 mm·d-1、3.94 mm，说明还田之前越年生牧草抑制土壤蒸发的效果比多年生牧草强，这可能与越年生牧草生长快、群体LAI大、PAR透射率低、地温上升慢相关［28-29］。

还田后，与CK相比，越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子土壤日蒸发量分别减少0.47、0.57、0.42 mm·d-1，累积蒸发量分别减少26.67、28.71、24.17 mm，多年生牧草白三叶、鸭茅土壤日蒸发量分别减少0.78、0.74 mm·d-1，累积蒸发量分别减少30.36、28.95 mm，多年生牧草土壤的日蒸发量、累积蒸发量的降幅平均分别比越年生牧草高0.27 mm·d-1、3.14 mm，说明还田后越年生牧草抑制土壤蒸发的效果明显小于多年生牧草。

2.5 土壤蒸发量与土壤温度、牧草群体LAI、PAR透射率、土壤含水量的相关性分析

由表1可见，土壤蒸发量与牧草群体LAI呈极显著的负相关关系，与PAR透射率和5、10、15、20、25 cm土层土壤温度均呈极显著的正相关关系，说明随牧草生长，牧草群体LAI增加能显著降低PAR透射率，减弱太阳对地表的辐射强度，阻止春季地温上升，进而抑制土壤蒸发。土壤含水量也是影响土壤蒸发的一个重要因素［17］。由图5可见，果园土壤日蒸发量与0～20 cm土层土壤含水量呈显著的线性正相关关系，说明行间生草消耗土壤水分的同时会降低土壤蒸发量。行间生草种类不同对土壤水分消耗和土壤蒸发的影响不同。还田之前，越年生牧草抑制土壤蒸发的效果大于多年生牧草，可能与其对土壤水分消耗较多、降低土壤含水量有关。

表1 土壤蒸发量、土壤温度、牧草LAI及PAR透射率之间的相关性Table 1 The correlation between the indicators of soil evaporation，soil temperature，grass LAI and PAR transmittance

图5 2021年4月1日-2021年5月5日土壤日蒸发量与0～20 cm土层土壤重量含水量的关系Fig.5 Relation of soil daily evaporation and gravimetric water content of 0-20 cm soil profile from 2021-04-01 to 2021-05-05

2.6 越年生牧草粉碎覆盖还田时生物学性状的比较

由表2可知，越年生牧草被切碎覆盖还田时，禾本科作物小黑麦干重比豆科作物毛叶苕子、十字花科作物二月兰分别多8.20、9.25 mg·hm-2，C/N分别高23.40、15.58，差异显著（P＜0.05）。3种越年生牧草还田时植株体内绝对含水量显著不同，其中，小黑麦植株绝对含水量最低，分别比毛叶苕子、二月兰低280.92%、70.66%，还田后小黑麦植株因含水量低、C/N高不易腐解，导致植株体内水分散失慢，有可能对果园空气湿度的影响小于毛叶苕子、二月兰。

表2 越年生牧草还田时生物学性状的比较Table 2 Comparison of biological characters of annual grasses when mulching returning

2.7 行间生草种类对苹果树冠层相对空气湿度的影响

果园生草对果树冠层空气湿度的调控主要来源于下垫面牧草群体的蒸腾散水，而不同种类牧草群体蒸腾散水能力不同，对果树冠层空气湿度的调控效果表现不同。由图6可见，行间种植越年生牧草和多年生牧草均能增加苹果树冠层1 m高度的空气相对湿度。与CK相比，2021年4-5月越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子的每日空气相对湿度平均分别增加24.51%、22.47%、19.36%，多年生牧草白三叶、鸭茅平均分别增加5.32%、7.99%，越年生牧草的每日空气相对湿度比多年生牧草平均多增加15.46%，说明行间种植越年生牧草对春季果树冠层1 m高度空气相对湿度的改善效果大于多年生牧草。不同时间段，不同种类牧草对苹果树冠层1 m高度的空气相对湿度影响不同。4月12日之前，与CK相比，白三叶、鸭茅和毛叶苕子对苹果树冠层1 m高度空气相对湿度影响不明显，而二月兰、小黑麦影响显著（P＜0.05），二月兰分别比白三叶、鸭茅、毛叶苕子的空气相对湿度平均增加24.58%、24.28%、21.62%，小黑麦分别平均增加27.10%、26.81%、24.14%，这可能与4月12日之前白三叶、鸭茅、毛叶苕子返青慢、蒸腾作用弱相关。4月12日之后，毛叶苕子生长加快，与二月兰、小黑麦苹果树冠层1 m高度空气相对湿度差距显著缩小。与CK相比，5月6日-5月8日小黑麦、二月兰、毛叶苕子果树冠层1 m高度空气相对湿度变化较小，这与越年生牧草被切碎覆盖还田不能蒸散水分相关。5月9日-5月25日，与清耕、多年生牧草相比，越年生牧草能显著增加苹果树冠层1 m高度的空气相对湿度。与CK相比，二月兰、小黑麦、毛叶苕子处理平均分别增加34.64%、26.92%、37.90%；与白三叶相比，平均分别增加25.88%、18.16%、19.14%；与鸭茅相比，平均分别增加21.86%、14.14%、25.12%，这可能与越年生牧草切碎还田后植株残体水分大量散失有关。越年生牧草中，小黑麦对苹果树冠层1 m高度空气相对湿度的影响小于二月兰和毛叶苕子。

图6 行间生草种类对苹果树冠层1 m高度空气相对湿度的影响Fig.6 Effects of different grass species on the relative air humidity at 1 m height of apple tree canopy

2.8 行间生草种类对土壤含水量、贮水量的影响

牧草群体通过蒸腾散水改善果树冠层空气湿度，蒸腾散水来自于牧草根系对土壤水分的吸收，因此生草种类不同对果树冠层空气湿度的调控效果不同，进而对土壤含水量和贮水量变化的影响不同。图7表明，随时间推进，不同处理0～100 cm土层土壤含水量呈下降的趋势，这与气温升高牧草生长加快消耗土壤水分相关。其中，白三叶根系吸水层主要发生在0～40 cm土层，鸭茅、毛叶苕子、二月兰主要在0～60 cm土层，小黑麦主要在0～100 cm土层。2021年4月1日和4月11日多年生牧草白三叶、鸭茅0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm土层土壤含水量均高于CK，越年生牧草小黑麦、二月兰均低于CK，毛叶苕子与CK差异较小，说明4月11日之前白三叶和鸭茅尚未完全返青对土壤水分消耗少，枯草层覆盖地表能抑制土壤蒸发，具有保墒作用，而小黑麦处于拔节期、二月兰处于盛花期，二者均处于快速生长阶段，对土壤水分消耗较大。4月21日之后，各种牧草均进入快速生长阶段，越年生牧草不同土层含水量均低于多年生牧草，二者之间的差距呈增加的趋势，5月5日二者差距最大，毛叶苕子、小黑麦、二月兰0～100 cm土层平均含水量分别比白三叶低3.70%、7.94%、5.57%，比鸭茅平均分别低1.69%、5.92%、3.56%。越年生牧草中小黑麦0～100 cm土层平均含水量最低，分别比毛叶苕子、二月兰低4.23%、2.37%。

图7 行间生草种类对果园0～100 cm土层土壤含水量的影响Fig.7 Effects of different grass species on the soil water contents of 0-100 cm soil profile in apple orchard

行间生草均消耗土壤水分，降低土壤贮水量。不同生草种类对土壤贮水量的影响不同（图8）。与CK相比，多年生牧草白三叶、鸭茅1 m土体内土壤贮水量分别降低20.93、36.97 mm，其中白三叶降低不明显，鸭茅显著降低，越年生牧草毛叶苕子、小黑麦、二月兰分别降低77.99、121.79、82.61 mm，差异均显著（P＜0.05）。越年生牧草1 m土体内土壤贮水减少量均高于多年生牧草，其中，与白三叶相比，小黑麦、二月兰土壤贮水量显著降低；与鸭茅相比，小黑麦土壤贮水量显著降低，这可能与春季越年生牧草生长迅速、蒸腾耗水量大相关。2021年4月1日至5月5日苹果树1 m冠层空气相对湿度与1 m土体内土壤贮水减少量呈线性显著正相关关系，说明行间生草改善果园空气湿度的水分主要来自牧草对土壤贮水的消耗，且二者具有正向协同关系。

图8 2021年4月1日-2021年5月5日果园0～100cm土层土壤贮水量的变化及与空气相对湿度的关系Fig.8 Changes of the soil water storage of 0-100 cm soil profile in apple orchard and related with the air humidity from 2021-04-01 to 2021-05-05

2.9 行间生草种类对苹果产量与果实品质的影响

由表3可见，行间生草均降低了苹果产量，平均每株降低4.07 kg。与CK相比，行间种植多年生牧草白三叶、鸭茅苹果产量下降不显著（P＞0.05），种植越年生牧草二月兰、毛叶苕子、小黑麦下降显著（P＜0.05），其中，小黑麦下降幅度最大，每株降低7.06 kg。行间生草提高了苹果果实可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比，显著降低了含酸量，说明行间生草能改善苹果果实品质。

表3 行间生草种类对苹果产量与果实品质的影响Table 3 Effects of different grass species on the yield and fruit quality of apple

3 讨论

3.1 行间生草种类对果园土壤蒸发的影响

本研究结果表明，行间生草能抑制春季果园土壤蒸发，这与行间生草改变了果园下垫面性质，影响了地表与大气能量、热量的交换相关［4，14］。牧草冠层物理阻隔了太阳对地表的直接辐射，减弱了地表对太阳能量的吸收，降低了土壤温度。众多研究表明，植被LAI能抑制土壤蒸发［15］，太阳辐射、土壤温度能促进土壤蒸发［30-31］。本研究证实，土壤蒸发与牧草群体LAI呈显著负相关关系，与PAR透射率、土壤温度呈显著正相关关系，这与孙宏勇等［15］、胡兵辉等［19］、李会科［32］的研究结果相一致。行间生草种类不同，在华北平原春季的生育进程不同，处于不同物候期的牧草群体叶面积指数、PAR透射率、土壤温度均表现不同，将对土壤蒸发产生不同的抑制效果。本试验中越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子均比多年生牧草白三叶、鸭茅萌发早、生长快，导致越年生牧草群体LAI均显著高于多年生牧草，PAR透射率、0～25 cm土层土壤温度均显著低于多年生牧草。同时，越年生牧草生长进程快会消耗大量土壤水分，引起土壤表层含水量下降，抑制土壤蒸发，刘悦等［17］的研究结果也证实了这一点。本研究结果表明，越年生牧草被切碎覆盖还田之前，苹果树行间种植越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子土壤的日蒸发量和累积蒸发量均低于多年生牧草鸭茅、白三叶，即越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子对果园土壤蒸发的抑制效果好于多年生牧草鸭茅、白三叶；而还田之后，越年生牧草对果园土壤蒸发的抑制效果小于多年生牧草，这可能与还田后越年生牧草物理阻隔太阳辐射的效果降低有关。

已有研究表明，秸秆还田可以抑制土壤蒸发，秸秆还田量是影响土壤蒸发的一个重要因素［33-34］。本研究中越年生牧草被切碎覆盖还田之后，越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子土壤的日蒸发量和累积蒸发量仍明显低于清耕，说明牧草秸秆切碎覆盖还田具有抑制土壤蒸发的效果。3种越年生牧草中，小黑麦覆盖还田后土壤日蒸发量明显低于二月兰和毛叶苕子，这可能与小黑麦还田时生物量大有关。因为李艳等［35］研究表明，秸秆覆盖对土壤蒸发的阻力随覆盖量增加呈指数增加。本试验中，还田时小黑麦地上生物量分别比毛叶苕子、二月兰多8.20、9.25 mg·hm-2，差异显著。同时，秸秆含水量显著低于毛叶苕子、二月兰，C/N显著高于毛叶苕子、二月兰。秸秆含水量、C/N是影响植物秸秆腐解快慢的两个重要因素，秸秆含水量低、C/N大不利于土壤微生物对植物残体的分解［36-39］，因此还田后小黑麦秸秆腐解速率慢于毛叶苕子、二月兰，对土壤蒸发的抑制效果强于毛叶苕子、二月兰。

3.2 行间生草种类对果园空气湿度的影响

许多研究发现，牧草通过蒸腾散水能改善果园空气湿度［4，40-41］。本研究表明，与清耕相比，行间生草后华北平原春季苹果树冠层1 m高度空气相对湿度改善明显，平均提高15.5%。但不同种类牧草对果树冠层空气相对湿度影响差异显著，这可能与牧草群体LAI不同相关。Qin等［42］研究表明植物叶片蒸腾能力与LAI呈正相关关系。本研究中，在越年生牧草被切碎覆盖还田之前，不同种类牧草因生育进程不同导致LAI差异显著，越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子萌发早、生长快，LAI显著高于多年生牧草白三叶、鸭茅，试验结果也表明越年生牧草对苹果树冠层1 m高度空气相对湿度的调节效果显著高于多年生牧草，平均提高15.1%。但越年生牧草中二月兰LAI高于小黑麦，苹果树冠层1 m高度空气相对湿度却低于小黑麦，这可能因为牧草的冠层结构、植株高度、种植密度对苹果树冠层空气的湿度有影响［43-45］，具体的影响机制还需要进一步的研究。在越年生牧草被切碎覆盖还田之后，二月兰、小黑麦、毛叶苕子对苹果树冠层1 m高度空气相对湿度的影响仍然高于多年生牧草鸭茅和白三叶，这可能与还田时植株含有大量水分相关。还田后小黑麦对苹果树冠层1 m高度空气相对湿度的影响小于毛叶苕子、二月兰，这可能是因为小黑麦植株含水量低、C/N高不易腐解，导致植株体内水分散失较慢。土壤水分蒸发会对果园空气湿度产生影响［46］，本研究中小黑麦还田时较高的生物量显著抑制了土壤蒸发，这也可能是导致其对果树冠层空气湿度影响小的一个因素。

3.3 行间生草种类对果园土壤水分的影响

作物蒸腾、土壤蒸发构成了农田耗水结构，严重影响着土壤-植物-大气连续体（soil-plant-atmosphere continuum，SPAC）界面的水分传输和农田水分平衡［47］。果园生草因改变地表特性、牧草生长耗水而降低其所接受的太阳辐射及土壤含水量，减少土壤-大气界面水分传输，抑制土壤无效蒸发，提高农田水分利用效率。较高的LAI既能更好抑制土壤蒸发，也能促进牧草蒸腾散水而有利于改善果园空气湿度。经牧草群体蒸腾改善果园空气湿度的水分主要来自根系对土壤水分的吸收。本研究表明，行间生草后春季土壤蒸发量降低27.8 mm，土壤贮水量减少52.5 mm，土壤蒸发减少量不能弥补牧草蒸腾失水而导致土壤含水量下降，加重土壤干旱，引起果树减产，这与惠竹梅等［8］、李同川等［24］、赵政阳等［48］、张先来等［49］、李会科等［50］的研究结果一致。但也有研究表明［12］，果园生草能提高土壤含水量，提高果树产量，本研究结果与其不一致，可能与研究时间短，土壤理化性状改善不明显，不能增强土壤水分的调蓄能力有关。本研究条件下，行间种植白三叶土壤贮水、果树产量下降均不明显，可作为华北平原苹果园行间生草的主推草种。虽然越年生牧草二月兰、毛叶苕子、小黑麦能显著改善果园空气湿度，但因此引起的土壤水分胁迫会显著降低果树产量，因此，关于华北平原苹果园种植越年生牧草时如何优化灌溉制度降低果树减产有待深入研究。

4 结论

行间生草能抑制华北平原苹果园春季土壤蒸发。越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子切碎覆盖还田之前对土壤蒸发的抑制效果大于多年生牧草白三叶、鸭茅，主要与越年生牧草萌发早、生长快、群体LAI大、PAR透射率低、土壤温度低、含水量低相关。还田后的越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子仍能抑制土壤蒸发，但抑制效果小于多年生牧草白三叶、鸭茅。

行间生草能显著调节华北平原春季苹果树冠层1 m高度空气相对湿度。无论还田前后，越年生牧草二月兰、小黑麦、毛叶苕子对果树冠层空气湿度的调节效果均显著高于多年生牧草白三叶、鸭茅。还田前，越年生牧草对空气湿度调控能力强与其群体LAI大、蒸腾散水能力强相关。还田后，可能与其植株残体含水率高，腐解过程中释放大量水分有关。

通过行间生草调节果园空气湿度会降低华北平原苹果园春季土壤的含水量、贮水量。苹果树冠层1 m高度空气相对湿度与1 m土体内土壤贮水减少量呈线性显著正相关关系。因越年生牧草小黑麦、二月兰、毛叶苕子对果园空气湿度的影响显著高于多年生牧草白三叶、鸭茅，其土壤含水量、贮水量降低的幅度明显大于多年生牧草白三叶、鸭茅。果园生草后降低的土壤蒸发量不能弥补其用来改善果园空气湿度对土壤的水分消耗量，会加重果园土壤干旱、降低果树产量。推广果园生草制时应根据不同种类牧草对果园干旱季节土壤水分的消耗特征优化果树灌溉制度。