果园生草的理论与实践_以黄土高原南部苹果园生草实践为例_李会科

32草业科学22卷8期8/2005PRAT AC ULTU RAL SCIENCE Vol122No18草地
农业
果园生草的理论与实践
)))以黄土高原南部苹果园生草实践为例
李会科1,赵政阳2,张广军1
(11西北农林科技大学资源与环境学院,陕西杨凌712100;21西北农林科技大学园艺学院,陕西杨凌712100)摘要:根据黄土高原南部苹果园生草的研究实践,结合前人的研究成果,着重从理论上论述了果园生草的发
展模式,并对黄土高原南部苹果园生草实践中注意的几个问题进行了讨论。

关键词:果园生草;理论与实践;问题;黄土高原
中图分类号:S156文献标识码:A文章编号:1001-0629(2005)08-0032-06
*果园生草是指在果树行间或全园种植草本植物,或果园自然生草(剔除恶生性杂草)作为覆盖作物的一种土壤管理模式[1]。

这是生态果园建设的一种主流模式,第二次世界大战后在国外迅速发展,现已成为许多国家广泛采用的地面管理模式。

目前欧美及日本实施果园生草面积占果园总面积的55%~70%以上[2]。

借鉴国外的先进经验,我国于1998年将果园生草制纳入绿色果品生产体系,向全国推广[3]。

但清耕果园面积仍占果园总面积的90%以上,果园生草仅处于试验和小面积应用阶段[2]。

根据前人研究成果,并结合黄土高原南部苹果园生草的研究实践,着重论述果园生草的主要作用,并对黄土高原南部果园生草实践中存在的问题进行讨论,以期推动果园生草生产实践的发展。

1果园生草的理论基础
传统果园管理借用一年生作物的管理方式,以清耕、裸露、中耕为主要手段,其生产特征是土壤肥力主要依赖于化肥,病虫害防治完全依赖化学农药[4]。

清耕制短期效果虽好,但长期清耕导致果园地力退化,生物多样性丧失,果实产量下降,品质变劣[5,6]。

因此,改变传统果园土壤管理模式,走用地与养地相结合的果园生产可持续发展之路已成为果树生产的重要方向[7,8]。

果园生草是近年来发展较快的一种农林复合系统,是以果树生产为中心,遵循/整体、协调、循环、再生0生态农业的基本原理,借助生态学、生态经济学及相关学科的研究成果,把果树生产视为一个开放型生产系统及若干个相互联系的微系统,其栽培措施不仅针对果树生产本身,还需考虑果园的草本植物、动物和土壤微生物及其相互作用的共生关系,充分利用果园生态系统内的光、温、水、气、养分及生物资源,保护系统的多样性和稳定性,改善系统环境,创造合理生态经济框架,形成多级多层次提效增值结构,建立一个投入少、效能高、抑制环境污染和地力退化的可持续发展果园生产体系,达到生产出高营养、无污染、安全性强的无公害绿色果品的目的。

果园生草复合系统在运行的过程中通过系统内层次、要素、结构与功能的优化调控,通过果树栽培、果树生物学及果树生态工程技术的运用,一方面提高系统内部光能、生物能的利用率及代谢能的循环利用率,提高系统生产力,实现系统本身的物质循环与能量转化及生物种群之间的长期稳定平衡;另一方面在外部介入复合系统条件下,系统能够实现自身运转的无废料循环及经济高效的转化效率,因此,果园生草复合系统在第一性生产、经济及生态环境
*收稿日期:2005-02-27
基金项目:国家/十五0重点攻关项目(2002BA16B10);中
科院知识创新项目(kzcx1-06-02);陕西省农业
攻关项目(2004K01-G2);陕西省科技厅扶贫办
专题资助
作者简介:李会科(1965-),男,副教授,在职博士生,主要
从事果草复合经营方面的研究。

EËmail:lihuik e@nw su af1edu1cn
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3个方面是具有可持续性发展能力的果树生产模式,其主要功能有以下几个方面。

111改善果园小气候果园生草后,由于增加了地面活地被物,形成了/土壤)牧草)大气0下垫面环境新态势,改变了传统清耕式果园/土壤)大气0下垫面环境,近地层光、热、水、气等生态因子发生了明显变化。

在清耕制果园中,地表温度变化不仅受土壤本身热状况的影响,而且由于直接和大气接触,强烈地受近地层对流和湍流作用,因此地表温度日变化较大,而生草制果园,单就土壤容积热容量而言,其土壤每升温1e所需的热量大于清耕[9],生草覆盖夜间长波辐射减少,从而使生草区的夜间能量净支出小于清耕区,因而生草制果园的土壤温度日变幅小于清耕区,从而缩小果园土壤的年温差和日温差,有利于果树根系生长发育及对水肥的吸收利用。

从生草对果园极端气温影响来看,李全胜等对桃园种植黑麦草Lolium p er enne的研究表明[9],清耕区日最高气温高于生草区,在晴天更为突出,即生草有利于降低夏季树冠的最高温度,从而在一定程度上防止夏季高温对果实生产的不良影响,而对于日最低气温的影响,由于清耕区土壤热通量大于生草区,生草区的最低气温高于清耕区。

许多研究表明[9-12],清耕区温度低于生草区且日变化波动较大,而生草不仅可提高近地层空气相对湿度,而且起到缓冲作用,有利于防止高温低湿对果实的不良影响。

且果园空间相对湿度增加,使果园空间水气压与果树叶片气孔下腔水气压差值缩小,降低果树蒸腾。

从生草对果园水气压变化影响来看,李全胜等研究表明[13],生草区的水气压随高度增加而减少,说明生草区下垫面存在很强的水气压,生草可降低果园地面蒸发。

可见,果园生草后,近地层光、热、水、气等生态因子发生明显变化,形成了有利于果树生长发育的微域小气候环境。

112改善果园土壤环境土壤是果园的载体,土壤质量状况在很大程度上决定着果园生产的性质、植株寿命、果实的产量和品质[14]。

持续清耕导致果园土壤板结,氧扩散减少,结构破坏,理化性状变差,生物多样性衰减,微生物活性降低,这些物理的、化学的及生物学的土壤退化不仅降低了果园土壤现有的和潜在的生产力,而且导致或加剧土壤质量下降[15]。

但在果园生草复合系统中,地面活地被物不仅是系统固定CO2、进行能量转化的中介,而且是改善土壤理化性状、活化土壤养分的资源,对果园养分平衡起直接作用。

国外研究表明,生草对降低果园土壤容重、增加土壤渗水性和持水能力有显著的促进作用[15,16],国内桔园种植香根草4年后,土壤容重比清耕对照降低0109g/cm3,孔隙度增加318%[17]。

随着时间的推移,活地被物残体、半腐解层在微生物的作用下,形成有机质及有效态矿质元素,不断补充土壤营养。

H ay ness报道,生草3年后土壤中有机碳增加2%[18],且随生草年限延长,土壤有机质积累随之增加,我国黄土高原渭北地区苹果园种植黑麦草每年有机质可增加011%,种植白三叶Tr if dium r ep ens增加0115%[19],乌克兰灌溉果园,14年实行全园生草,每年植被残体及残根向土壤注入纯N104kg/hm2,P2O516kg/hm2, K2O62kg/hm2[20],且生草可有效地提高土壤酶活性,激活土壤微生物的活动,使土壤N,P,K移动性增加,有利于提高营养元素的有效性[21,22]。

土壤水分是影响果树生长发育的主要因素之一,我国北方果园干旱和南方季节性干旱均不利于果树的生产发育[23,24]。

生草覆盖后,一方面有机物层减缓了土壤水分蒸发,另一方面,由于有机质的增加,团粒结构的形成和有效孔隙的增加使土壤的容水能力得到提高,苹果园生草0~60cm土层水分增加117%~310%[25],红壤丘陵果园自然生草干旱季节0~20cm土层水分较清耕园高5%,持续干旱期土壤水势下降速度慢,水分相对稳定[26],梨园、桃园、葡萄园生草土壤水分均有不同程度的提高[27-29]。

大面积果园建在丘陵山地,因而果园的水土保持一直倍受关注[30,31],果园生草后,由于近地层的吸附及滞留作用,可有效减弱和消除地表径流水的系统外循环,不仅有效利用了果园水分,而且有效地防止果园水土流失,张名铭等研究表明,桔园采用爬地蓝与自然生草,年水土流失量分别比清耕对照降低4112%和27218%[32],意大利的山地矮化桃园,3年一直采用全园生草防止水土
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流失,成为当地惟一能够持续发展的生态果园,乌克兰10年期苹果园生草,土壤透水吸水提高2倍,有效防御了土壤侵蚀[20],桔园生草与梯田配合可使水土保持效果增加39514%~41210%[32,33],因此,果园生草在控制果园水土流失上起着重要的作用。

113有利于果树病虫害的综合治理果园是相对较为持久的生态系统,不像小麦Tr iticum aestiv um,玉米Zea may s等大田作物因季节性收获而使生态系统中断,因此为各种害虫和天敌提供了良好的生境连续性。

然而传统清耕果园管理为了片面追求单一的经济效益,在发生病虫害时大量施用农药,从而使这种连续性因杀虫剂、杀菌剂的大量使用而中断[34-36]。

果园生草增加了植被多样化,为天敌提供了丰富食物、良好的栖息场所以及泌源植物,克服了天敌与害虫在发生时间上的脱节现象,使昆虫种类的多样性、富集性及自控作用得到提高,在一定程度上也增加了果园生态系统对农药的耐受性,扩大了生态容量[36],果园生草后优势天敌东亚小花椿Orius sauter i,中华草蛉Chr y sop a sinca及肉食性螨类T1Ur itcae等数量明显增加[34,37-39],天敌发生量大,种群稳定,发生高峰较清耕园提前,害虫发生量低,无突增现象[34]。

近年的研究还表明,苹果叶面生长期间附生着T richoder ma viride等附生生物,在生草制果园中,这些菌类在叶面保持着动态平衡,而在清耕园中,杀菌剂的大量使用在降低病菌数量的同时,也减少了有益生物组成和数量,提高果树病菌的侵染能力,从而失去了有益微生物对病原菌的自然控制作用。

此外在生草制果园土壤及果园空间富含寄生菌,对果园害虫的蛹、幼虫及成虫有不同程度的寄生作用,制约着害虫的蔓延[20]。

114促进果树生长发育,提高果实产量和品质在果园生草复合系统中,树体微系统与地表牧草微系统在物质循环、能量转化方面相互联接,生草直接影响果树生长发育。

大面积试验表明,桔园生草叶片中全N,全P,全K含量比清耕对照增加01143%,01011%,0114%,苹果叶片分别增加01023%,01064%,01068%[40],由于树体营养的改善,杆枝生长加快,新梢生长量、叶面积不同程度增加[17]。

良好的营养生长促进了果树开花结实,苹果园生草后花芽比清耕对照提高2215%[41],桔园、苹果园、桃园生草后产量分别提高17%,1414%和914%[40,42],甚至更高[27,43],且能普遍增加单果重和一级果率,改善果实外观品质[42,44],从内在品质看,生草使果实的可溶性固形物和Vc含量有明显增加,苹果园生草果实可溶性固形物含量增加1113%[42],梨园生草果实Vc含量提高2215%[28],而且生草使果实N含量下降,P和K含量上升,降低果实含N量,提高P 和K含量可促进着色[45,46],提高果实含P量可减轻贮藏期间的低温伤害[47],K含量的提高一般伴随着可溶性固形物含量的提高[46],有利于减轻贮藏过程中的病害和腐烂[48]。

综上所述,果园生草是具有多种功能的复合生态系统,强调系统组分之间的相互作用,并将它们以一种较为和谐的方式联系起来,协调果树与环境间的关系,进而建立高产优质、环境友好的可持续果园生产体系,具有极为重要的应用价值。

我国果园立地条件普遍较差,有机质含量低,有机肥源普遍短缺[49],生产优质、无公害果品将是今后生产的必然趋势,而生草栽培无疑是一条有效途径,因此,应从当地气候、土壤特点及果树生长特性出发,推广果园生草技术。

2黄土高原南部果园生草实践应注意的问题
黄土高原南部是一个具有代表性的干旱原区,海拔高,昼夜温差大,光热资源丰富,是苹果的最佳优生区。

长期以来,果园管理习惯以清耕为主,导致水土流失,土壤肥力退化,果实产量和品质难以持续提高。

近些年,果园生草已成为该区苹果产业优化升级重点推广的技术措施之一,然而在生产实践中,有不少果园未能做到科学生草,效果不是很好,因此果园生草应该科学化、规范化,注意下列问题。

211果园生草生态适宜性问题黄土高原南部苹果优生区80%的果园属雨养果园,区内水分环境特点表现为:大气降水的垂直入渗是地下水的主要来源,河川径流对地下水侧向补给或补给量甚少,地下水埋深60~70m,果树不能直接
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吸收利用,水分交换以土地)植物)大气垂直交换为主,土壤的物理蒸发和植被蒸腾约占总降水量的80%~100%,大气降水是该区域旱作果园惟一可利用的水资源,果树常处于逆境水分环境条件下,因此,在该区实行果园生草制的水分环境条件与国外发达国家及我国南方的果园生草的水分环境条件有很大差异。

国外发达国家一般果园均能灌溉或者当地降水较多,如日本青森年均降水1300m m左右;我国南方果园降水也在800mm以上,因此果园生草生态适宜性问题,是黄土高原南部果园生草推广中应该值得重视的问题,对此问题国内已有报道[50]。

根据对黄土高原南部不同降水等值区生草制果园和清耕制果园0~5m土层土壤水分监测结果表明,在降水量小于500mm的地区,3m以下土壤水分明显低于清耕制果园,表明生草制果园不仅消耗掉每年的降水入渗量,而且还不断利用深层土壤有效储水,形成深层土壤生物性下伏干层,在降水500~ 550mm的地区,3m以下土壤水分较清耕制果园低015%~115%,说明在该降水区域,果园生草促使深层土壤进一步干燥化,在降水500mm地区,尤其600m m以上地区,生草制果园3m以下土壤水分与清耕果园基本无差异或略高于清耕制果园。

董大学、邵明安等人对该区域多年降水入渗的研究结果表明[51],在该区域有植被参与的情况下,降水入渗深度不超过2m。

由此可见,在降水小于550m m区域,果园生草势必促进深层土壤向干燥过程发展,导致土壤蓄水量降低,土壤水库的调节作用丧失,果树的生长和产量形成所消耗的水分转而依靠自然降水,产量不可避免地随年际降水量的多寡而波动,因此从长远的观点看,在降水小于550mm地区,果园生草不可避免地影响水量转化,加强大气)土壤)植物的水分小循环,最终影响果园的可持续发展,对此问题有待进一步探讨。

212生草模式的优化问题果园生草后,所生牧草与果树争夺水分是黄土高原地区生草栽培普遍存在的一种主要矛盾。

目前生产中普遍选择浅根性牧草,以及适时刈割覆盖来缓解或消除其矛盾。

然而在生产中选择适当的生草模式对缓解或消除生草栽培中牧草与果树争水矛盾有重要作用,许多早期及后来的试验证实[52,53],全园生草可以明显消弱树势,尤其在降水相对短缺的地区表现尤为突出。

因此,在黄土高原南部果园生草中应该选择行间生草模式,在果树根系主要分布区留出清耕带,且清耕带宽度应随果冠扩大而扩大,大体应在60~200cm内变动。

但对行间条带式生草模式如何进行优化,使该生草模式发挥出更大效益,应成为区域果园生草中值得进一步研究的问题。

张立新对黄土高原南部苹果优生区不同地面管理模式研究结果表明[54],在干旱年份以秸秆覆盖效果最佳,在多雨年份以果园种植牧草最佳。

基于此,可以提出黄土高原南部苹果优生区果园生草的优化模式应该为/果树行间生草+清耕带覆盖0二元覆盖模式。

213加强对地面牧草的施肥管理在果园生草栽培中,牧草植被的形成是一个渐进过程,从牧草植被的培育到稳定群落建成一般要2~3年,随着牧草植被稳定群落的建成,植被残体、半腐解层在微生物的作用下形成有机质及有效态矿质营养,并逐渐向土壤下层淋析,不断向土壤补营养,形成较为持久的营养循环。

期间果园土壤有机质及矿质元素需历经/S0型发育过程,在牧草植被发育初期,牧草对土壤营养的暂时性消耗程度不同地影响土壤库营养物质,因此,应在生草植被的培育阶段加强施肥管理。

214果园生草外延功能利用问题果园生草外延功能利用问题国内已有不少研究报道[55-57]。

目前在黄土高原南部苹果优生区,果园生草后,对牧草的利用基本以刈割覆盖为主,其外延功能的利用尚未得到重视。

根据黄土高原南部苹果优生区环境特点,建议发展/果)草)畜)沼)窑0五位一体高效循环利用模式,形成以果园生草为依托,建沼养畜修窖,提高果园生草的综合效益。

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The theory and practice of grass interplanting in orchards
LI H u-i ke1,ZH AO Zheng-yang2,ZH ANG Guang-jun1
(1Colleg e of Environment and Reso urce,Northw est Sc-Tech University of Agr iculture and For estr y, Yang ling712100,China;2Co lleg e of H o rticulture,N WSU AF,Yang ling712100,China) Abstract:A cco rding to the r esearch r esults of the author in the south of loess plateau and o thers'stud-y ing results of grass interplanting in or chards,this paper discussed the patten o f g rass inter planting in orchards in term s of theor y,and discussed som e problem s that sho uld be paid attentio n to for g rass in-terplanting in apple o rchards practiced in the south of loess plateau1
Key words:g rass interplanting in orchar ds;theo ry and pr actice;problem;loess plateau。