葡萄行间早熟禾生物量分布及其与土壤物理性质的关系

李振华,鲜靖苹,王可星,买 哲,贺亮亮

(1.新乡学院土木工程与建筑学院,河南新乡 453003;2.中国农业科学院郑州果树研究所,河南郑州 450000)

果园生草法是在果树行间空地上人工播撒多年生优选草种,如早熟禾(Poaannua)、高羊茅(Festucaelata)、黑麦草(Loliumperenne)、鼠茅(Vulpiamyuros)等[1],利用其萌发早、长势快的特点,控制果园杂草丛生及病虫菌利用杂草进行转生寄生。由于草种单一、长势相同、覆盖率高、外观整齐,还利于减少果园土壤水分蒸发[2],调控地面温度,丰富土壤有机质,改善土壤理化环境[3-6],现已纳入我国绿色食品果业生产技术体系,在全国范围示范推广[7-8]。

目前对果园生草技术的研究和应用较多。最早在1992年,李光晨等[2]在北京市的东北旺园艺场开展了相关研究,在灌溉条件下比较了白三叶(Trrifoliumrepens)、禾本科草(早熟禾)、自然生草3种生草法对果园土壤水分及其蒸散的影响。潘介春等[6]在广西南宁龙眼果园研究了行间套种不同草种对土壤理化性质及生物学性状的影响。刘民晓等[1]在山东烟台苹果园研究了播种时期、播种量、播种模式、播种深度、尿素用量对鼠茅草、黑麦草的草量、草高、分蘖数、覆盖度等指标的影响。廖晓军等[9]发现柑橘园生草栽培增加了害虫天敌数量,从而对柑橘产量和质量产生正向作用。王珊等[10]研究发现在鲁中地区避雨栽培模式下,黑麦草对葡萄果实的外观影响较大,鼠茅草对葡萄果实内在品质的影响较大。果园生草的经济与生态效益已经获得广泛认可。然而,果园生草也存在负面效应。姚青等[11]发现,柱花草与柑橘竞争磷肥,抑制幼树生长。徐田伟等[8]发现果园生草4～5年后,草被开始出现老化现象,土壤表层板结。因此,果园行间草本的生长、分布、环境适应与影响机制引起关注。一般认为,土壤特性(物理性质、养分含量等)在很大程度上决定草本的分布与生长[12-14]。但在现代果园的设施条件下,规范的行株距种植设计及田间管理作用下,土壤的理化特性如何影响果园人工草被的分布与生长,目前还缺乏相关研究。

因此,笔者在位于黄河北岸的中国农业科学院新乡综合试验基地,调查了葡萄园行间不同位置的早熟禾地上、地下生物量以及土壤物理性质,分析了草地生物量的空间分布及其与各土壤物理性质指标的相关关系,为深入认识果园人工草地生长、分布及其环境适应机制奠定基础,为促进果园生草技术的精细化、可持续化发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况研究区位于河南省新乡县七里营镇(113°54′E,35°18′N),是古黄河冲积平原的北翼地带,地形平坦开阔。土壤类型以砂土和砂壤土为主。温带大陆性季风气候,春季干旱多风,夏季多雨。年均气温14.1 ℃。年均无霜期200.5 d,年均降水量548.3 mm,年均蒸发量1 908.7 mm。具体试验地点位于七里营镇的中国农业科学院新乡综合试验基地,在葡萄育种试验区设施栽培示范区的连栋大棚内。棚内葡萄为南北行种植,行间距4 m,株间距2 m,单主干双主蔓培养。采用钢结构篱棚架,架高2 m,架上铺设避雨塑膜,架下地表覆盖黑色透湿性地膜。行间空地宽约2 m,于研究前一年由人工均匀播撒种植早熟禾,形成整齐一致的人工草地(图1)。

图1 葡萄行间的早熟禾草地Fig.1 The Poa annua grassland between grape rows

1.2 样方设置2018年6月,在巨玫瑰葡萄架行间的东西方向上,选取地面无碾压践踏、草势生长良好的代表性地段,设置6条取样的样带,作为6次重复。用钢卷尺测量其东西净长(m),然后以东侧端线为起点(0 m),向西依次在0.5 m(东)、1.0 m(中)、1.5 m(西)处设置3个取样样方,每个样方边长为30～40 cm。

1.3 测定项目与方法

1.3.1生物量。地上部分采用全体收割法,将样方内所有草叶剪下,用布袋带回室内,烘干称重后计算地上部分生物量(g/m2)。地下部分采用环刀法,分层取200 cm3的土壤样品,在测过土壤物理性质之后,通过洗土,筛选出草根,烘干称重,根据分层厚度(10 cm),换算地下部分生物量(g/m2)。二者之和为总生物量(g/m2)。

1.3.2土壤物理性质。采用环刀法,在每个样方的正中央,采用200 cm3容积的环刀,垂直向下进行分层取样,土壤深度分别是0～10、10～20、20～30 cm土层的中间部位。密封好带回室内,采用浸水法测定容重、饱和持水率、毛管持水率、田间持水率等指标[15]。

1.4 数据处理与统计试验数据在Excel 2010中进行处理和制图,在SPSS18.0中进行Pearson相关分析、单因素方差分析和差异显著性检验(LSD,显著水平a=0.05)。

2 结果与分析

2.1 早熟禾生物量及土壤物理性质的水平分布由表1可知,葡萄园行间早熟禾的总生物量在357.2～427.8 g/m2,平均为395.8 g/m2。行间中间部位的总生物量最高,其次是东端,二者显著高于西端(P<0.05)。这说明早熟禾的生物量在行间的水平分布呈单峰型格局,即东西两端靠近葡萄架的位置生物量较小,距离葡萄架较远的中间位置生物量较大。其中,地上部分生物量对总生物量的贡献最大,占总体的79.6%,地下部分生物量仅占20.4%。地上部分生物量在286.4～335.4 g/m2,地下部分生物量在70.8～92.4 g/m2。地下/地上比值(根冠比)在0.24～0.28,中间位置大,两端位置小。这反映均匀撒播的早熟禾在葡萄架行间的生长出现了一定分异,中间位置生长较好,尤其是地下部分的根系更加发达。

表1 早熟禾生物量的水平分布Table 1 Horizontal distribution of Poa annua biomass 单位:g/m2

由表2可知,葡萄园行间的土壤自然含水率在取样当天平均为19.4%,在行间中间处最高,为20.6%,略高于西端和东端;饱和持水率、毛管持水率、田间持水率平均分别为46.3%、38.4%、35.7%,同样也是中间略高于两端;容重则反之,中间略低于两端;但以上差异均不显著(P>0.05)。这反映了土壤物理性质在远离葡萄架的中间地段略优于东西两端。

表2 土壤物理性质的水平分布Table 2 Horizontal distribution of soil physical properties

2.2 早熟禾生物量及土壤物理性质的垂直分布由表3可知,葡萄园行间早熟禾的地下生物量随土层向下呈递减趋势,在17.2～39.1 g/m2,地下生物量最高的0～10 cm土层是最低的20～30 cm土层的2.3倍,而且差异达显著水平(P<0.05)。其递减趋势与土壤毛管持水率、田间持水率一致,但与土壤自然含水率相反。土壤饱和持水率在45.3%～48.0%,其最大值出现在10～20 cm土层,与土壤容重相反,其最小值1.37 g/cm3出现在10～20 cm土层。

表3 早熟禾生物量及土壤物理性质的垂直分布Table 3 Vertical distribution of Poa annua biomass and soil physical properties

2.3 早熟禾生物量与土壤物理性质的相关关系Pearson相关分析结果(表4)表明,葡萄园行间早熟禾生物量的水平分布与土壤饱和持水率、毛管持水率、田间持水率呈正相关,与容重呈负相关;与自然含水率的关系有分化,地上生物量与之呈正相关,地下及总生物量与之呈负相关。相关系数的绝对值表明地下生物量与土壤物理性质的相关性最强,其次是总体生物量,较弱的是地上生物量。地下生物量与田间持水率相关达极显著水平(P<0.01),与毛管持水率、自然含水率、容重相关达显著水平(P<0.05)。

葡萄园行间早熟禾生物量的垂直分布受田间持水率、毛管持水率的影响,其正相关达极显著水平(P<0.01);与饱和持水率呈正相关,与自然含水率、容重呈负相关,但均未达显著水平。

3 讨论

该研究在葡萄园行间的早熟禾人工草地开展调查,发现远离葡萄架的早熟禾生物量更大,而两端靠近葡萄架的生物量较小;根系生物量随土层向下而递减。早熟禾生物量空间分布与田间持水率、毛管持水率等土壤物理性质有一定的相关性。一般认为,土壤水分是植物生理活动的主要水分来源。土壤持水能力很大程度上取决于土壤容重、毛管持水率的大小。周秋文等[16]在研究喀斯特地区不同林型土壤持水性时发现了土壤容重越小,毛管孔隙度越大,且毛管持水率偏大林型的土壤饱和持水率越大。张建波等[17]在研究紫花苜蓿根系与土壤物理性质的关系时发现,根系与土壤环境的影响是相互的,且根系的各个土壤物理性质对根系起到了交叉、复合而非一致性的作用,共同影响根系的生长发育。一种土壤物理性质可能会加强或减弱其他土壤物理性质对根系的影响,这种影响可能有规律可循,也可能没有规律。这与该研究结果相似,饱和持水率对生物量分布的影响较弱,田间持水率和毛管持水率的影响较强,且对生物量垂直分布的影响强于对生物量水平分布的影响。

刘晓丽等[18]采用根钻法研究了黄土丘陵沟壑区陕西省米脂县密植枣林地深层土壤水分垂直变化与根系分布关系,发现根干重密度随土层深度的增加而减少,深层土壤含水率随土层深度的增加而增加,表现出明显的层次特征。这与该研究结果基本一致。阿拉木萨等[19]用挖根法对沙地人工小叶锦鸡儿地下部生物量及分布进行了调查,发现植物吸收根在其分布和活动区域内能明显影响土壤水分变化,其集中分布区通常为某阶段土壤水分最低点。这与该结果有相似之处。该研究结果发现,无论是水平分布还是垂直分布,地下生物量均与自然含水率呈负相关,说明根系多的地方,土壤水分少,似乎不合常理。但其实是因为调查时间为6月,日照时间长、气温高,地面蒸发、植物蒸腾导致土壤水分锐减,越是根系集中的地方,水分消耗越快。

除土壤因素,影响行间草地生物量分布的因素可能还来自主要栽培作物葡萄叶片的遮阴、根系的水分养分竞争等,在该研究中不作深入讨论,相关工作有待进一步开展。

4 结论

该研究在黄河北侧的新乡地区葡萄园内调查分析了早熟禾草地生物量及土壤物理性质的空间分布及其相关关系,结果发现,行间草地生物量及土壤物理性质的空间分布有一定规律性。具体表现为距离葡萄架较远的中间位置的生物量显著大于两端(P<0.05),自然含水率、饱和持水率、毛管持水率、田间持水率也均大于两端,容重反之;在土壤最表层的根系生物量显著高于中、下层(P<0.05),随土层向下呈递减趋势,与毛管持水率、田间持水率变化一致,但与土壤自然含水率相反。行间草地生物量与土壤物理性质的空间分布有一定相关性。尤其是地下根系生物量,在水平分布上与田间持水率呈极显著正相关(P<0.01),与毛管持水率、自然含水率、容重呈显著相关(P<0.05);在垂直分布上与田间持水率、毛管持水率呈极显著正相关(P<0.01)。