自然生草有机覆盖对低纬高原...雨养桃园生理生态效应的影响_于菲.pdf

湖北农业科学2023 年收稿日期：2022-01-10基金项目：国家现代农业（桃）产业技术体系昆明综合试验站项目（CARS-30-Z-15）；汪懋华院士工作站（昆明）项目（2015IC016）；汪懋华院士工作站（丽江）项目（LJGZZ-2018001）作者简介：于菲（1981-），女，河北赵县人，副研究员，硕士，主要从事果树生理生态研究，（电话）15398483339（电子信箱）；通信作者，王发林（1964-），男，河南南乐人，研究员，博士生导师，主要从事果树生理生态研究，（电子信箱）。第 62 卷第 3 期2023 年 3 月湖北农业科学Hubei Agricultural SciencesVol.62 No.3Mar.，2023于菲，王发林，张晏，等.自然生草有机覆盖对低纬高原地区雨养桃园生理生态效应的影响 J.湖北农业科学，2023，62（3）：30-34，95中国是农业大国，农业产值居世界前列。在中国农业结构中，果树产业发展取得巨大成就，果树种植面积广阔，是中国农业经济作物的重要组成部分。但在果树种植环节中，特别是云南省的贫困区域，仍采用较为传统的清耕制1，2。该种植方式虽然可以缓解杂草与果树争夺营养的情况，但也在一定程度上导致果园生态环境遭受破坏，使土壤营养供给能力下降，对果树成长造成抑制。在果园管理中采取生草有机覆盖的生产方式，可以促进果树生长、优化果实品质3-6。自然生草有机覆盖对低纬高原地区雨养桃园生理生态效应的影响于菲1，王发林2，张晏1，陆琳1，仇明华1，汪懋华3，李莉3（1.云南省农业科学院园艺作物研究所，昆明650205；2.甘肃省农业科学院林果花卉研究所，兰州730070；3.中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083）摘要：以自然生草有机覆盖区域（秋冬季辅以撒播紫花光叶苕子种子）为试验对象，清耕制区域作为对照，研究自然生草有机覆盖对土壤含水量、土壤容重、土壤温度、桃树春梢生长、桃树品质的影响，结果表明，在低纬度高原地区的雨养桃园，自然生草有机覆盖可以提高土壤含水量、降低土壤容重、降低土壤温度、促进桃树春梢的生长，自然生草有机覆盖区域桃树果实的产量、总糖含量、维生素C含量都显著高于清耕制区域的桃树。关键词：自然生草；低纬高原地区；桃园；土壤性质；云南省中图分类号：S662文献标识码：A文章编号：0439-8114（2023）03-0030-05DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2023.03.006开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Effects of natural grass organic mulching on physiological and ecological effects ofrain-fed peach orchard in low latitude plateau areaYU Fei1，WANG Fa-lin2，ZHANG Yan1，LU Lin1，QIU Ming-hua1，WANG Mao-hua3，LI Li3（1.Horticultural Crop Research Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Kunming 650205，China；2.Institute of Fruit and Floricultrue，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou 730070，China；3.College of Information and Electrical Engineering，China AgriculturalUniversity，Beijing 100083，China）Abstract：The organic mulching area of natural grass（supplemented by sowing Vicia Villosa Roth var.glabrescens seeds in autumnand winter）was used as the test object，and the cultivation area of clear tillage was used as the control to study the effects of organicmulching method of natural grass on soil water content，soil volume density，soil temperature，spring shoot growth of peach trees，andpeach tree quality.The results showed that，in the rain-fed peach orchard of the low latitude plateau area，organic mulching of naturalgrass could improve soil water content，reduce soil bulk density，reduce soil temperature，and promote the spring shoot growth ofpeach trees.Peach fruit yield，total sugar content and vitamin C content in the organic mulching area of natural grass were significantlyhigher than those of peach trees in the clear tillage area.Key words：natural grass；low latitude plateau area；peach orchard；soil properties；Yunnan Province第 3 期1试验区概况与研究方法1.1试验区概况低纬度高原地区的雨养桃园位于昆明市北郊，海拔 2 000 m；土壤为红壤，pH 5.29，土壤有机质含量 2.57%；山地果园，地下水位约 2 m，年降水量约1 000 mm；干湿季明显，冬春为干旱季，夏秋为雨季。雨水集中在6月上旬至8月下旬；该区域为亚热带气候，年平均气温 16.0，夏季最高气温 31.1，冬季最低气温-5.9。1.2选种与种植方法试验区种植品种为5年生早熟油桃紫金红1号，采用“Y”字形整形，株行距 2 m5 m，每 667 m2种植数量为 67株。夏季修剪 35次，冬季修剪 1次。果园除施用基肥时浇水，其余时间均不浇水，实施雨养栽培制度。选择秋冬季（10 月播种）人工种草结合夏季自然生草的全园全年生草的生产方式。由于在试验区紫花苜蓿、三叶草在冬季无法自然生存，死亡率超过95%，因此，10月在自然生草有机覆盖区域撒播紫花光叶苕子种子，其他季节不进行人工干涉。生草的区域包括树盘及行间的整个果园地面，重复的设置以树行为单位。对照区域采取清耕制管理，全年清除树盘及行间的杂草。1.3测量指标与措施采用直角地温计测量020 cm、040 cm深度土壤温度7；测量时间为 2020 年 112 月，每天下午2：00，每周测量 1次，并详细记录测量结果；各处理以及对照重复 3 次，取每月平均值进行比较8。采用环刀法测量土壤容重9；将 010 cm 的土样放入铝盒，置于 105 的烘箱烘烤至恒重。用烘干法测量土壤含水量10；将010 cm、1020 cm的土样放入铝盒，置于105 的烘箱烘烤至恒重；测量时间为桃树花期及果实生长发育期，每周测量1次，并详细记录测量结果，各处理及对照重复3次，测量时间为每天下午2：00。采用直尺测量桃树春梢生长速度11；桃果实进入果实膨大期时开始观察测量。每个处理选择5棵桃树，每棵桃树不同方位随机选择6个春季新发树梢，尽可能地选择相同长度的春梢；每周测量1次，直到春梢尖端不再生长，完成封顶。在果实达到成熟以后进行采集，采集的果实为不同方位、不同高度桃树枝外侧位置的果实，果实要尽可能地保持成熟度相同，每个处理的取样为 10个，各处理以及对照重复3次；用蒽酮法测定果实的总糖含量、高锰酸钾滴定法测定还原糖含量、滴定法测定总酸含量、荧光法测定维生素C含量12。2结果与分析2.1自然生草有机覆盖对土壤含水量的影响在试验地，桃树根系主要分布在 040 cm 深度的土壤。花期和果实生长发育期是桃树生长及形成经济产量的重要生理时期。在这两个时期，桃树需要吸收更多的水分来完成开花和果实生长。试验地的花期和果实生长发育期正值旱季，自然降水量很少。由表1、表2可知，在020 cm深度的土壤中，自然生草有机覆盖区域的土壤含水量显著高于清耕制区域的土壤含水量；花期自然生草有机覆盖区域和清耕制区的土壤层中含水量随着时间推移都呈下降趋势。在2040 cm深度的土壤中，花期自然生草有机覆盖区域与清耕制区域土壤含水量无显著差异；除3月16日外，果实生长发育期自然生草有机覆盖区域与清耕制区域的土壤含水量无显著差异；自然生草有机覆盖区域及清耕区域的土壤含水量随时间推移变化不大。表1020 cm深度土壤自然生草有机覆盖对土壤含水量的影响生长期花期果实生长发育期日期2月10日2月17日2月24日3月2日3月9日3月16日3月23日3月30日4月6日4月13日4月20日4月27日5月4日5月11日5月18日5月25日土壤含水量/%自然生草有机覆盖27.520.1427.230.1630.370.2729.510.3731.130.1233.610.2329.290.2328.380.0228.840.1628.930.1228.440.1932.430.1431.610.1828.070.1526.640.2625.600.23清耕制25.480.3425.160.1225.540.1924.940.1526.880.1226.590.2023.000.8423.470.1124.700.1224.350.6224.670.4028.690.0827.051.9422.330.3321.030.0720.590.33P0.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.052.2自然生草有机覆盖对土壤容重的影响自然生草有机覆盖处理会对土壤表层位置的土壤容重产生明显的改善。由表3可知，在010 cm深度的土壤中，花期和果实生长发育期自然生草有机覆盖区域的土壤容重都显著低于清耕制区域的土壤容重，说明自然生草有机覆盖对改善土壤质地有一定的作用。于菲等：自然生草有机覆盖对低纬高原地区雨养桃园生理生态效应的影响31湖北农业科学2023 年表22040 cm深度土壤自然生草有机覆盖对土壤含水量的影响生长期花期果实生长发育期日期2月10日2月17日2月24日3月2日3月9日3月16日3月23日3月30日4月6日4月13日4月20日4月27日5月4日5月11日5月18日5月25日土壤含水量/%自然生草有机覆盖33.570.2533.550.3433.160.1334.540.3035.460.2837.460.4133.391.1634.440.2434.380.3834.820.2234.540.1735.480.2734.631.3735.330.3734.660.0935.030.20清耕制33.370.2234.040.1233.570.1333.920.1635.630.3436.430.2034.860.3634.020.2434.430.2934.980.3533.810.1436.620.1234.150.2834.750.0534.990.1035.030.08P0.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.05表3010 cm深度土壤自然生草有机覆盖对土壤容重的影响生长期花期果实生长发育期月份2月3月4月5月土壤容重/g/cm3自然生草有机覆盖1.310.051.320.031.300.041.310.04清耕制1.650.041.620.041.630.031.620.03P0.050.050.050.052.3自然生草有机覆盖对土壤温度的影响土壤温度对桃树根系的生长有直接影响。在桃树年生长周期中，落叶期、休眠期、萌动期、萌芽期都需要适合的土壤温度。在低纬高原雨养桃园试验区开展的试验也表明，利用自然生草有机覆盖同样会对土壤的温度产生影响。由表4、表5可知，在11月中旬到次年1月中旬，自然生草有机覆盖区域、清耕制区域 020 cm、2040 cm深度的土壤温度随时间推移都整体呈下降趋势，其中，自然生草有机覆盖区域、清耕制区域 020 cm、2040 cm 深度的土壤温度均在次年 2 月 10日降到最低。在020 cm、2040 cm深度的土壤中，自然生草有机覆盖区域的土壤温度均显著高于清耕制区域的土壤温度。可见自然生草有机覆盖区域较高的土壤温度有利于桃树结束休眠，进入生长期。2.4自然生草有机覆盖对桃树春梢生长的影响有研究显示自然生草有机覆盖对桃树春梢的生长速度产生影响13。试验区桃树春梢生长处于干旱季节，降水少，春梢生长量不足。由表 6可知，自然生草有机覆盖区域桃树的春梢发育和成长更充足，显著高于清耕制区域。到5月27日，春梢停止生长时，自然生草有机覆盖区域桃树的春梢长度显著高于清耕制区域的春梢长度。这对桃树果实能够吸收到更多的营养非常有利，对增加桃树产量有一定的促进作用。自然生草有机覆盖区域对桃的产量有较大影响。通过产量对比发现（表7），自然生草有机覆盖区域桃树的产量较高，每667 m2桃树产量达1 316.04 kg（本试验区），而清耕制区域每 667 m2桃树的产量仅表4020 cm深度土壤自然生草有机覆盖对土壤温度的影响生长期落叶期、休眠期萌动期、萌芽期日期11月18日11月25日12月2日12月9日12月16日12月23日12月30日1月6日1月13日1月20日1月27日2月3日2月10日2月17日温度/自然生草有机覆盖14.360.0814.030.1113.300.1012.680.0112.830.0511.300.0511.100.0411.420.0310.560.0810.340.0410.430.0410.090.039.090.039.960.04清耕制13.780.1113.550.0912.760.1011.840.0312.160.0410.740.0610.340.0310.870.069.880.069.830.089.750.069.610.068.770.059.740.06P0.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.05表52040 cm深度土壤自然生草有机覆盖对土壤温度的影响生长期落叶期、休眠期萌动期、萌芽期日期11月18日11月25日12月2日12月9日12月16日12月23日12月30日1月6日1月13日1月20日1月27日2月3日2月10日2月17日温度/自然生草有机覆盖13.660.1412.990.1112.530.1111.660.1012.250.0710.060.0710.170.0910.790.149.250.069.580.109.660.109.020.038.380.049.740.08清耕制13.210.0412.750.1412.140.0911.020.0311.340.109.340.099.290.1310.250.088.790.079.060.069.000.128.620.078.130.059.320.05P0.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.0532第 3 期为 1 096.92 kg，显著低于自然生草有机覆盖区域。可见自然生草有机覆盖能够显著提高试验区桃树的产量。表6自然生草有机覆盖对桃树春梢生长的影响日期4月20日4月27日5月4日5月11日5月18日5月25日长度/cm自然生草有机覆盖20.551.4323.291.8928.062.5732.003.4333.604.2135.314.90清耕制16.551.3518.501.8222.022.8324.263.4325.504.0426.024.13P0.050.050.050.050.050.05表7自然生草有机覆盖对桃树产量的影响处理自然生草有机覆盖清耕制产量/kg/667 m21 316.0466.001 096.9282.83P0.050.052.5自然生草有机覆盖对桃树果实品质的影响自然生草有机覆盖对桃树果实的品质也会产生影响14。由表 8可知，自然生草有机覆盖区域桃果实的总糖含量、维生素C含量显著高于清耕制区域，说明自然生草有机覆盖区域对提高桃果实的内在品质有一定的作用。而自然生草有机覆盖区域和清耕制区域桃果实的还原糖含量、总酸含量差异不显著。表8自然生草有机覆盖对桃树果实品质的影响处理自然生草有机覆盖清耕制P总糖含量g/100 g8.200.208.080.090.05还原糖含量g/100 g2.590.102.900.260.05总酸含量g/kg9.740.609.810.650.05维生素C含量mg/100 g48.081.3642.832.680.053小结与讨论果树种植是中国农业发展的重要内容，桃树、梨树、苹果树等重要的经济作物对农业经济发展水平提升产生重要影响15。不仅要重视果木品种，更要注重自然环境的影响力度，通过调控湿度、温度等因素提升果实品质15-17。云南省地处低纬高原，桃树、梨树、苹果树等温带水果种植面积大，与其他温带果树种植区相比，果实成熟期较早，优势明显，是云南省山区民众脱贫致富的产业。该地区大多处于山地半山地区域，不利于机械化生产，缺乏基础的农业配套设施，特别是灌溉设施，工程性缺水严重，超过80%的果园在种植过程中完全依靠雨养的方式，或者选择使用保障率很低的人工浇灌种植，且往往因为水源缺乏，浇水量并不能满足生产需求18-20。在春末夏初的时候，低纬度高原地区频繁出现干旱缺水的现象，严重影响到果木的水分吸收和营养利用。这段时间，正值低纬高原果品成熟生长期，在生产过程中，因为受到天气干燥、水分供给不足、温度控制不佳等因素的影响，造成果实生长受到抑制，果实品质、质量也相对较低21-23。本研究选取的试验时期为桃树花期和果实生长发育期，该时期是桃树果实品质和产量形成的关键时期，桃树需要摄取足够的水分来维持生理机能、营养运输。桃园在此期间应通过传统大水漫灌和浇灌、节水型滴灌、喷灌等方式补充水分，以保证桃园桃树的正常生长。该时期处于云南省的旱季，晴天多，阴天、雨天少，光线日照强烈，气温高，蒸发量大，桃园多处于不发达的山区地带，基础农业设施匮乏，同时面临季节性缺水和工程性缺水。该时期是桃树生产的关键时期，极少的降水量对开花和果实生长发育十分不利。试验区不同于其他区域，是典型的低纬高原气候，25月气温不断上升，56月是一年中气温较高的时间，也是桃树果实成熟的时期。在020 cm、2040 cm深度的土壤中，花期和果实生长发育期自然生草有机覆盖区域土壤的含水量变化呈2种变化趋势。在温度升高、降水极少的环境下，自然生草有机覆盖区域 020 cm 深度的土壤中，其含水量相较清耕制区域土壤含水量有显著提升。随着温度不断上升，土壤中的水分被蒸发，从而造成清耕制区域土壤出现水分流失现象，高温和干旱使土壤中的水分含量严重消耗，而通过自然生草有机覆盖可以降低地表水分蒸发，提高植被吸收地表水的能力，有效地降低土壤中水分蒸发力度，保持水分含量稳定。有学者对自然生草有机覆盖所产生的作用进行分析24-26，在无灌溉设施情况下，种植生草能够显著提升土壤中水分的含量，与本研究的结果一致。有研究表明，在低纬度平原区域黏性红壤土种植的荔枝园内，有机覆盖起到遮阴和减少地面水分蒸发的作用，果园010 cm、1040 cm深度的土壤中含水量都显著高于清耕制方式27。桃树虽然属于深根系经济作物，但其根系的深度受水分和土壤质地的影响较大。试验地耕作层较薄、土质黏性较大、透气性孔隙度低，不利于根系生长，桃树吸收水分的主要根系大多集中在020 cm深度的土壤，因此，本研究中，在 2040 cm 深度的土壤中，自然生草有机覆盖区域土壤的含水量相较于清耕制区域并没有出现显著的变化。通过自然生草有机覆盖可以相对较好地改善表层土壤中的容重。土壤容重在生草有机覆盖后出现于菲等：自然生草有机覆盖对低纬高原地区雨养桃园生理生态效应的影响33湖北农业科学2023 年降低的主要原因如下，一是自然生草有机覆盖区种植的光叶紫花苕子具有较发达的须根系统，而根对土壤具有穿透作用，对土壤中的孔隙具有一定程度的影响，可以增加土壤疏松度和孔隙度28。二是自然生草有机覆盖可以避免清耕除草等田间工作，减少了对果园土面踩踏，使土壤容重相较清耕制有很大的降低。桃树生长期可以通过生草有机覆盖的处理降低高温时期土壤温度29。在低纬度高原桃园中，土壤物理性质及地表覆盖植物会影响土壤温度。11月中旬到第二年1月上旬为试验区桃树的落叶期和休眠期，需要较低的温度来促使根系及整个植株进入休眠。而1月中旬至2月中旬为试验区桃树的萌动期、萌芽期，需要较高的温度促进桃树进入生长期。本研究中，这两个时期自然生草有机覆盖对土壤温度的影响一致；在 020 cm、2040 cm 深度的土壤中，自然生草有机覆盖区域土壤的温度均高于清耕制区域。造成这种现象的原因是云南省低纬高原土壤多为红壤，其长波辐射较强，而在土壤表面通过有机生草会形成下垫圈，对阳光的照射起到阻挡作用，降低了温差，同时阻挡了土壤的一部分长波辐射放热，所以在一定程度上影响到土壤温度的剧烈变化，从而达到保温及提高温度的作用。与平原等其他区域的桃园相比，由于干旱缺水，云南省桃春梢总体生长量不高30。而在云南省实施雨养桃园耕作的果园中，果农也认为桃树生长季节，特别是春梢生长和果实生长的时期，果园地面上的草会与桃树竞争营养，最终影响桃树的生长及果实的产量和品质，因此长期采取将果园内地面上草类等覆盖物清除干净的清耕栽培管理制度。本研究中，自然生草有机覆盖促进桃树春梢的生长，而清耕制下桃树春梢的生长相对缓慢；自然生草有机覆盖区域桃树果实的产量、总糖含量、维生素C含量都显著高于清耕制区域的桃树，这种现象的出现与土壤环境以及桃树营养存在紧密的联系。自然生草有机覆盖种植对桃园土壤的含水量有一定影响，特别是在桃树春梢生长需要水分较多的时期。若在此期间土壤中的水分含量较低，将对桃树根系的营养运输等产生不利影响，影响根系营养累积的能力，最终对桃树的生长产生较大影响。此外，本研究中秋冬季草种选取紫花光叶苕子，属越年生豆科草本植物，其根系固氮能力较强，紫花光叶苕子作为覆盖植物能强化果园土壤中氮元素含量，使土壤养分尤其是氮元素得到有效补充。种植豆科植物能够使土壤中全氮的含量显著提升，同时，全氮含量会伴随豆科植物种植年限的增加而相应增加，从而在整体上提升了土壤中的营养元素含量31。由此可见，紫花光叶苕子可以显著提升桃树春梢的生长速度、产量、总糖含量、维生素C含量，对于缺乏基础灌溉设施和降雨的低纬高原雨养种植区域，种植豆科植物有利于桃树生长与果实增产增收。参考文献：1SOMPOUVISET T.生草覆盖下有机无机配施对苹果园温室气体排放的影响 D.陕西咸阳：西北农林科技大学，2019.2巩庆利，翟丙年，郑伟，等.渭北旱地苹果园生草覆盖下不同肥料配施对土壤养分和酶活性的影响 J.应用生态学报，2018（1）：205-212.3杨丽扬，张永清，田静，等.基于最小数据集的生草覆盖对吉县苹果园土壤肥力质量的影响评价 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