秸秆异地覆盖对作物病虫草害及土壤环境因子的影响

曹红妹，胡桂萍，黄振侠，石旭平，蔡翔，王丰，刘宇新，王亚威，王礼献

（1江西省经济作物研究所，南昌 330202；2江西省农业生态与资源保护站，南昌 330006）

0 引言

地面覆盖(Mulching)是利用物理、化学以及生物物质覆盖农田、菜田及果园土壤表层，实现稳产高产优质、达到社会、经济与生态效益统一的一种重要的土壤管理农艺措施[1]。常用的覆盖材料包括地膜覆盖（渗水地膜、生物降解膜及塑料地膜）、砂石覆盖、农作物秸秆覆盖[2]，其中，作为传统的覆盖材料，覆盖秸秆成本低、且对土壤具有培肥和保护等作用，逐渐被广泛应用[3]。

茶树(Camellia sinensisL.)和梨树(Pyrus,i,f.)是中国重要的多年生木本经济作物。当前秸秆覆盖模式在茶园、梨园等作物上已有大量应用和研究，秸秆覆盖可以储水保墒、调节土温、平抑土壤温度波动，显著降温、提高土壤水分利用效率和含量、避免高温、高湿胁迫，表现较高的增产效益[4-5]。如孔樟良等[6]开展了秸秆覆盖对低龄茶园土壤性状和地表养分流失的影响研究，结果显示低龄茶园进行行间覆盖秸秆可以显著增强土壤保水作用，降低表层土壤容重，提高土表活性有机质、速效磷和速效钾含量，提高土壤酶活性和微生物数量；檀和平[7]发现在山区茶园推广应用秸秆茶园覆盖技术有效改良了土壤、提升了茶叶品质，实现了节本增效、增产增收。另外，秸秆覆盖还可有效提高土壤养分，调节土壤pH 及作物主要伴生生物群落。如徐锴等[8]连续3年对梨园覆盖进行试验，研究表明秸秆覆盖明显增加了土壤速效磷、速效钾、碱解氮和有效性铁、铜、锌、锰的含量，且随着覆盖时间的延长，影响效果不断提高。叶照春等[9]开展了4 种覆盖模式对茶园控草效果、土壤含水量和pH的影响研究，结果显示以秸秆覆盖对改善土壤肥力和茶树生长效果最好，对茶园杂草的控制效果达66%以上，对土壤pH 也存在一定影响。彭晚霞[10]研究发现稻草覆盖和间作在改善茶园土壤环境的基础上，极显著地降低了杂草的生物量、种类、密度和株高，明显增加了蚯蚓的种群数量和生物量，可为天敌创造良好的生存环境。

目前秸秆覆盖在江西地区研究较少，特别是江西地区经济作物茶园和梨园进行秸秆覆盖后对其不同时间的主要病虫草害及土壤不同深度的温湿度及pH 的影响尚无系统研究。本试验以茶园和梨园为研究对象，以不同入园量秸秆覆盖和对照为试验因子，分析秸秆覆盖对茶园和梨园主要病虫草害和土壤环境因子的影响，以期为茶园和梨园合理覆盖方式的选择，保障茶业、果业健康可持续发展及农用废弃物高值化利用提供重要的理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年4—10月在江西省现代农业生态示范园（江西省蚕桑茶叶研究所）（116°02ʹN，28°37ʹE，海拔49.7 m）内进行。试验区年平均气温17.5℃，无霜期287 d，多年平均降雨量1514.1 mm，土壤为岗地红壤土。供试茶园茶树品种为福鼎大白，茶树龄10～15年；果园果树品种为翠冠梨，树龄5～10年；供试秸秆为江西地区当地晚稻稻草。

1.2 试验设计

试验为田间大区对比试验，设4个处理，分别为处理1：秸秆覆盖量7500 kg/hm2、处理2：秸秆覆盖量15000 kg/hm2、处理3：秸秆覆盖量22500 kg/hm2、处理4：对照CK，秸秆覆盖量0 kg/hm2；每个处理重复3 次，每个处理的面积为1 hm2，处理之间随机区组排列，茶园秸秆采取行间覆盖的方式，翠冠梨园秸秆采取树盘覆盖（与树冠投影面积一致）的方式，茶园果园秸秆于2021 年4 月初开始覆盖，持续覆盖试验时间为4—10月，茶园果园每个处理的生态环境及其他田间管理措施完全一致。

1.3 试验方法

1.3.1 病虫害发生调查采用对角线取样法在秸秆覆盖的茶园和梨园挑选3 株茶树和梨树，调查从树冠至地面的主要病（茶云纹叶枯病和梨轮纹病）、虫（叶婵、茶尺蠖、茶扁刺蛾和梨虎）的发生数量，设3 次重复。调查时间为夏季（2021年6月）和秋季（2021年10月）。

1.3.2 杂草调查采用五点取样法分别对茶园和梨园各处理的杂草进行调查，记录各单位面积内杂草种类、株数，计算秸秆覆盖区与对照区平均杂草密度，调查时间为夏季（2021年6月）和秋季（2021年10月）。

1.3.3 土壤生物调查在茶园和梨园各试验处理区采用“品”字形布设3 个30 cm×30 cm 的样方，在茶园和梨园分别按照0～10、10～20、20～40 cm 土层进行手捡，将采集所得的大型动物按照分层登记后放入盛有25 mL酒精(75%)瓶中，同时，用土壤采样器(100 mL)按照茶园和梨园各处理区不同土层深度自上而下取土样，每个处理每个层次采集3 份，分别用自封袋包好贴上标签后装入黑布袋中带回实验室进行中小型动物的分离鉴定，中小型动物的分离参照肖玖金等[11]的干漏斗法进行。将茶园和梨园获得的所有土壤生物置于双目解剖镜(OLYMPUS，SZ2-ILST)下，参照《土壤动物》《中国土壤动物检索图鉴》鉴定计数[12-13]。采样时间为夏季（2021年6月）和秋季（2021年10月）。

1.3.4 土壤温度和湿度调查分别在茶园和梨园0～10、10～20、20～40 cm 土层深度处水平安装iButton 温度记录仪（Dallas 半岛公司）和水分探头(Type ML3，Devices，Cambridge，UK)进行试验区土壤温度和水分的定位动态监测，温度和水分监测数据均设置为每小时自动记录一次。监测时间为2021 年4—10 月，取夏季（2021 年6 月）和秋季（2021 年10 月）土壤平均温湿度为研究分析对象。

1.3.5 土壤pH 测定采用随机对角五点取样法分别采取茶园和梨园0～10、10～20、20～40 cm土层深度的土壤样品（采样前10 天内未降雨）。将土壤样品带回实验室后，参照叶照春等[9]的试验方法，用PHS-3E型pH计测量各处理pH，采样时间为夏季（2021年6月）和秋季（2021年10月）。

1.4 数据分析

使用WPS、EXCEL表格进行数据整理，SPSS 22.0进行统计分析，LSD 法进行多重比较，EXCEL 和Sigma Polt 22.0制作图表。

2 结果与分析

2.1 秸秆覆盖对茶园和梨园生物因子的影响

2.1.1 秸秆覆盖对茶园和梨园病害发生影响由图1可知，秸秆覆盖可有效降低茶园和梨园主要病害的发病率。与未经秸秆覆盖处理的茶园茶树云纹叶枯病夏季和秋季对照CK 的发病率值42 片/m2和25 片/m2相比，经秸秆覆盖处理后，茶园茶树云纹叶枯病夏季和秋季的发病率分别降至32 片/m2和15 片/m2，均与CK 存在显著性差异(p<0.05)，且夏季至秋季时间段内，秸秆覆盖处理的茶园茶云纹叶枯病发病率下降的百分率为53.13%，高于对照CK的40.48%。同样，梨园进行秸秆覆盖处理后，其主要病害梨轮纹病在夏季和秋季的发病率均低于对照CK，且均与之存在显著性差异(p<0.05)，而夏季至秋季这段时间内梨轮纹病发病率下降的百分率为50.00%，高于对照CK。

图1 秸秆覆盖对茶园和梨园主要病害发生影响

2.1.2 秸秆覆盖对茶园和梨园虫害发生影响由图2可知，茶园和梨园进行秸秆覆盖后，茶园和梨园主要害虫虫口密度显著降低，茶树主要害虫叶蝉、茶尺蠖、扁刺蛾的虫口密度由夏季至秋季均呈现下降趋势，梨树主要害虫梨虎的虫口密度由夏季至秋季也呈现下降趋势，均小于同一时期的对照CK并存在显著性差异(p<0.05)。其中，秸秆覆盖对叶蝉的虫口密度变化影响最大，与未覆盖秸秆的对照CK 叶蝉虫口密度由夏季至秋季下降百分率为38.46%相比，秸秆覆盖后叶蝉虫口密度由夏季至秋季下降百分率为54.54%。另外，秸秆覆盖对茶尺蠖的虫口密度由夏季至秋季抑制百分率最高，达66.66%。因此，覆盖秸秆与未覆盖秸秆茶园和梨园的主要害虫虫口密度由夏季至秋季的变化一方面可以反映出茶园和梨园主要害虫的自然发生规律，另一方面则反映出秸秆覆盖对茶园和梨园主要害虫的发生程度产生了显著影响。

图2 秸秆覆盖对茶园和梨园主要害虫发生影响

2.1.3 秸秆覆盖对茶园和梨园草害发生影响由表1可知，茶园和梨园进行秸秆覆盖处理后对其杂草丰富度产生影响。经调查分析：茶园杂草共计10 种，分别属于不同的10 个科10 个属，与未进行秸秆覆盖的对照CK 茶园杂草丰富度为10 种相比，秸秆覆盖的夏季茶园杂草丰富度为10种，而秸秆覆盖的秋季茶园杂草丰富度下降为6种；梨园杂草共计9种，分别属于不同的9 个科9 个属，同样与对照CK 茶园杂草丰富度为9 种相比，秸秆覆盖的夏季梨园杂草种类与之相同，而秸秆覆盖的秋季梨园杂草种类减少，杂草丰富度下降为5种。因此，可以看出，随着秸秆覆盖时间的推移，可有效减少茶园和梨园杂草种类数量、降低杂草丰富度。

表1 不同处理下茶园和梨园杂草群落组成

由图3 可知，秸秆覆盖对茶园和梨园杂草生长产生显著影响。与未覆盖秸秆茶园(CK)，夏季和秋季园间杂草密度分别为71.72 株/m2和57.50 株/m2相比，进行秸秆覆盖处理后，夏季和秋季园间杂草密度分别下降为43.04株/m2和16.73株/m2，与对照CK均存在显著性差异(p<0.05)，且由夏季至秋季，秸秆覆盖处理茶园园间杂草密度下降百分率为61.10%，远高于对照CK茶园园间杂草密度由夏季至秋季的下降百分率19.83%。同理，从图3可知，梨园进行秸秆覆盖后，夏季和秋季梨园杂草密度分别为177.02株/m2和109.73株/m2，远低于同时期对照CK 梨园杂草密度569.32 株/m2和475.48 株/m2，与对照CK 均存在显著性差异(p<0.05)，且秸秆覆盖梨园园间杂草密度由夏季至秋季的下降百分率为38.01%，远高于对照CK 梨园下降百分率16.48%。由此可知，秸秆覆盖对茶园和梨园杂草生长具有明显的抑制作用。

图3 秸秆覆盖对茶园和梨园杂草密度影响

2.1.4 秸秆覆盖对茶园和梨园土壤生物的影响由表2可知，随着时间的推移，从夏季至秋季未覆盖秸秆茶园的对照CK 0～40 cm土层中含有线虫3条、蚂蚁2只、蜱螨2只，与对照CK相比，进行秸秆覆盖处理后，对茶园土壤生物具有2 个方面的影响：一是无益生物线虫减少，仅秸秆7500 kg/hm2和22500 kg/hm2入园量的秋季0～10 cm土层中分别发现1条线虫，其秸秆入园量下的各土层各时期均未调查到线虫；二是有益生物蚯蚓、蚂蚁增多，其中以秸秆15000 kg/hm2入园量的夏季至秋季土壤中的蚯蚓和蚂蚁数量最多。同理由表2可知，随着时间的推移，未进行秸秆覆盖的对照CK梨园0～40 cm土壤中优势生物主要为线虫，调查到生物包括4条线虫和1条蚯蚓，与对照CK相比，进行秸秆覆盖处理后，各秸秆入园量下的梨园各深度土壤中调查到的生物均以蚯蚓为主，其中以秸秆22500 kg/hm2入园量的夏季至秋季土壤中的蚯蚓数量最多，为4条，且不含线虫。因此可以看出，茶园和梨园进行秸秆覆盖后，有利于土壤中有益生物的发生，同时减少不利生物的发生。

表2 秸秆覆盖对茶园和梨园土壤生物的影响

2.2 秸秆覆盖对茶园和梨园环境因子的影响

2.2.1 秸秆覆盖对茶园和梨园土壤平均温度的影响由表3可知，茶园和梨园4种不同秸秆入园量处理下的土壤平均温度表现出相同的规律性，一是同一秸秆入园量、同一土层深度，夏季土壤平均温度均高于秋季土壤平均温度，且存在显著性差异(p<0.05)；二是同一秸秆入园量、同一季节时间，土壤平均温度随着土层深度增加而降低，除22500 kg/hm2秸秆和CK夏季土温不同土层深度的土壤平均温度之间存在显著性差异(p<0.05)之外，其他处理不同土层土壤平均温度之间无差异；三是夏季未覆盖秸秆处理的CK茶园和CK梨园0～40 cm土壤平均温度均高于3个秸秆覆盖处理处理茶园和梨园0～40 cm 土壤平均温度，而秋季未覆盖秸秆处理的CK茶园和CK梨园0～40 cm土壤平均温度均低于3个秸秆覆盖处理处理茶园和梨园0～40 cm 土壤平均温度。

表3 秸秆覆盖对茶园和梨园土壤平均温度的影响

另外，夏季茶园最高土壤平均温度为未覆盖秸秆的CK 0～10 cm的29.91℃，夏季未覆盖秸秆处理的CK茶园0～40 cm 土壤平均温度范围为26.43～29.91℃，最大温差为3.48℃，夏季秸秆入园量为7500 kg/hm2、15000 kg/hm2和22500 kg/hm2这3个处理茶园0～40 cm土壤平均温度范围分为25.25～26.83、25.24～25.94℃和25.95～28.62℃，最大温差分别为1.58、0.70℃和2.67℃，均小于对照CK 的土层最大温差；秋季未覆盖秸秆处理的CK 茶园0～40 cm 土壤平均温度范围为16.12～18.53℃，最大温差为2.41℃，夏季秸秆入园量为7500 kg/hm2、15000 kg/hm2和22500 kg/hm2这3 个处理茶园0～40 cm 土壤平均温度范围分为17.46～19.53℃、17.65～19.32℃和18.37～19.88℃，最大温差分别为2.07℃、1.67℃和1.51℃，均小于对照CK的土层最大温差。

同理分析，夏季未覆盖秸秆处理的CK 梨园0～40 cm 土壤平均温度范围为26.15～27.84℃，最大温差为1.69℃，夏季3个秸秆入园量处理梨园0～40 cm土壤平均温度范围分为22.52～23.33℃、23.27～23.97℃和26.15～26.67℃，最大温差分别为0.81、0.70℃和0.52℃，均小于对照CK 的土层最大温差；秋季未覆盖秸秆处理的CK 梨园0～40 cm 土壤平均温度范围为15.74～16.87℃，最大温差为1.13℃，秋季3个秸秆入园量处理梨园0～40 cm 土壤平均温度范围分为17.24～17.97℃、17.42～17.63℃和17.02～17.83℃，最大温差分别为0.73℃、0.21℃和0.81℃，均小于对照CK的土层最大温差。因此可以得出，秸秆覆盖可对茶园和梨园土壤均具有控温作用，同时还对茶园和梨园土壤发挥夏季散热、秋季保温的作用，其中以7500 kg/hm2和15000 kg/hm2秸秆覆盖量作用较好。

2.2.2 秸秆覆盖对茶园和梨园土壤平均含水量（湿度）的影响由表4可知，秸秆覆盖对茶园和梨园土壤均表现出较好的保湿作用，且表现出了相同的规律性，具体表现为：一方面，同一秸秆入园量、同一土层深度，夏季土壤平均湿度均高于秋季土壤平均湿度，且存在显著性差异(p<0.05)；另一方面，同一秸秆入园量、同一季节时间，土壤平均湿度随着土层深度增加而增加，但不存在显著性差异；同时，夏季和秋季未覆盖秸秆处理的CK茶园和CK梨园0～40 cm土壤平均湿度均低于3个秸秆覆盖处理处理茶园和梨园0～40 cm 土壤平均湿度。由此说明，茶园和梨园进行秸秆覆盖后，可有效减少土壤水分蒸发，达到保持土壤水分、湿度作用，且3种秸秆覆盖量的保湿作用均较好。

表4 秸秆覆盖对茶园和梨园土壤平均湿度度的影响

2.2.3 秸秆覆盖对茶园和梨园土壤pH 的影响由表5可知，秸秆覆盖可有效提升茶园和梨园表层土(0～10 cm)的土壤pH，且随着秸秆覆盖量的增加而增加；而对深层土(20～60 cm)的土壤pH 影响不大。茶园未覆盖秸秆处理的对照CK随着时间的推移及土层深度的加深，土壤pH均不断上升、但均小于试验前茶园土壤pH；与对照CK相比，秸秆覆盖处理后，土壤pH均大于对照CK、大于试验前值，且茶园表层土的土壤pH提升幅度大于深层土壤。同理，梨园进行秸秆覆盖后，和茶园土壤一样具有相同的变化趋势。因此可知，秸秆覆盖可对茶园和梨园的表层土壤进行酸化调控，有效提高表层土壤pH。

表5 秸秆覆盖对茶园和梨园土壤pH的影响

3 讨论与结论

3.1 讨论

中国是传统的农业大国，秸秆是在农业生产过程中农作物收获后留下的根、茎、叶等剩余物，是可重复利用的再生生物资源[14]。随着社会的发展，焚烧秸秆这一常规处理耕作模式的弊端逐渐被大家所认知，又伴随国家项目支持、政策扶持等方式，针对农作物秸秆进行了大量的科学再利用研究[15]。曾庆群[16]发现茶园进行秸秆覆盖，可有效防止杂草生长，调节土温，夏季地表温度降低4～6℃、冬季提高1～3℃，还可保湿抗旱，创造茶树生长有利环境，效益明显。徐锴等[17]对梨园进行了3 种覆盖模式比较试验后发现，玉米秸秆明显提高了梨园土壤温度、含水量、有机质含量、土壤孔隙度，且对增加梨树树体生长量和产量有显著效果。刘艳武等[18]对4 种覆盖处理进行研究发现，秸秆覆盖处理能够使土壤体积含水率始终保持较高水平，具有较好的保温隔热作用。这与本研究的结果均保持一致。秸秆覆盖作为缓冲层，也是一个隔离层，可减少地表径流和地表水分蒸发，另外，水稻秸秆的腐解，可促进团粒结构的形成，进而提高土壤的透气性和疏松度，这些变化均有利于茶园和梨园土壤保湿作用和夏季散热、秋季保温的作用。同时，林志坚等[19]分析了江西省茶叶气候生产潜力的时空变化特征，结果发现影响江西省茶叶生产的主要气候因子为降水，其次是太阳辐射和气温，而本研究结果显示，秸秆覆盖可对茶园和梨园土壤具有控温作用，同时对茶园和梨园土壤发挥夏季散热、秋季保温的作用，其中以7500 kg/hm2和15000 kg/hm2秸秆覆盖量作用较好。秸秆覆盖对茶园和梨园的土壤均表现出较好的保湿作用，且3 种秸秆覆盖量的保湿作用均较好、蓄水能力强。因此，这一结果提示我们可结合不同地区气候特点选择匹配的秸秆覆盖模式。

经在各省茶区进行调查研究发现，土壤酸化是影响茶园发展的重要限制因素之一[20]。本研究发现，秸秆覆盖可有效提升茶园和梨园表层土(0～10 cm)的土壤pH，且随着秸秆覆盖量的增加而增加，但对深层土(20～40 cm)的土壤pH影响不大。殷丽琼等[21]研究了不同种类秸秆覆盖对茶园土壤养分的影响发现，秸秆覆盖可有效提高土壤pH，与本研究结果保持一致。张赛等[22]研究发现秸秆覆盖后土壤动物、微生物的数量和种类增多，本研究结果发现，与未进行秸秆覆盖的对照CK 梨园土壤中优势生物转变为线虫相比，秸秆覆盖后增加茶园梨园土壤中的有益生物，与之保持一致。土壤线虫数量与活动量减少，再加上秸秆自身腐解、土壤保温保湿，土壤与外界的气体交换减少，从而降低土壤呼吸量和土壤生物的代谢产物，从而使秸秆覆盖后的土壤pH提高。另外，土壤蚯蚓这一有益生物数量的增加有利于秸秆的分解和土壤有机质的增加，进而丰富土壤营养成分，作物在养分充足的土壤环境中生长后，树势提高，进而作物对抗病虫草害的能力随之提升，因此，本研究结果发现秸秆覆盖可有效降低茶园和梨园主要病虫害的发病率，茶云纹叶枯病和梨轮纹病发病率分别下降53.13%和50.00%；叶蝉、茶尺蠖虫口密度分别下降54.54%和66.66%。秸秆覆盖后茶园梨园杂草丰富度分别下降为6种和5种；杂草密度分别下降为16.73 株/m2和109.73 株/m2。

综上所述，秸秆覆盖除了对茶园梨园主要伴生生物群落和土壤环境外，同样对土壤微生物、土壤养分、作物生长及品质具有不同程度的影响，且秸秆覆盖技术的研发与应用效果是一项动态的研究过程，因而秸秆覆盖对江西地区茶园梨园土壤微生物、土壤营养成分、作物生长及品质等方面影响如何，不同覆盖模式的应用效果如何，均仍待进一步研究。

3.2 结论

试验结果表明，通过秸秆覆盖可大幅改善茶园和梨园主要伴生生物群落（即：秸秆覆盖后茶园茶云纹叶枯病和梨园梨轮纹病发病率分别下降53.13%和50.00%、茶园茶叶蝉、茶尺蠖虫口密度分别下降54.54%和66.66%；秸秆覆盖后茶园和梨园杂草丰富度分别下降为6种和5种；杂草密度分别下降为16.73株/m2和109.73 株/m2，均与对照CK 存在显著性差异(p<0.05)、提升土壤环境条件（即：秸秆覆盖可对茶园和梨园土壤具有夏季散热、秋季保温的控温作用、保湿作用以及提升茶园和梨园表层土(0～10 cm)的土壤pH，且随着秸秆异地覆盖量的增加而增加；而对深层土(20～40 cm)的土壤pH影响不大），因此，可结合不同地区气候特点和作物生长环境选择匹配的秸秆覆盖模式，为秸秆高值化利用提供参考依据。