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

doi:10.11686/cyxb2022163

摘要/Abstract

摘要：

为明确行间生草种类对华北平原苹果园春季土壤蒸发、果树冠层空气湿度、土壤贮水的影响特征，揭示果园生草对土壤有效水分的影响规律，于2019-2021年在河北省武邑县武罗农业综合示范园区开展苹果树行间生草试验，采用田间定位观测方法研究了苹果树行间套种越年生牧草（二月兰、毛叶苕子、小黑麦）和多年生牧草（鸭茅、白三叶）后牧草群体叶面积指数（LAI）、光合有效辐射（PAR）透射率、土壤温度、水分蒸发、冠层空气相对湿度、土壤含水量、土壤贮水量的变化特征及相互影响。结果表明，2021年4-5月苹果树行间套种越年生牧草时土壤蒸发量大于多年生牧草，平均增加3.14 mm。越年生牧草切碎覆盖还田前后对土壤蒸发的影响不同。还田前，越年生牧草对土壤蒸发的抑制效果大于多年生牧草，抑制率平均增加20.5%，这与越年生牧草生长速度快，群体LAI大、PAR透射率低，0~25 cm土壤温度低和土壤含水量下降相关。还田之后，对土壤蒸发的抑制效果小于多年生牧草，抑制率平均降低29.0%。越年生牧草对果树冠层1 m高度空气相对湿度的改善效果大于多年生牧草，空气相对湿度平均增加15.5%。冠层空气相对湿度变化与1 m土体内土壤贮水减少量呈显著线性正相关关系。越年生牧草对土壤贮水的消耗量大于多年生牧草，平均多消耗土壤贮水39.20 mm。行间生草后土壤蒸发量平均降低27.80 mm，土壤贮水消耗量平均增加52.50 mm。因此，华北平原苹果园行间生草后春季土壤蒸发减少量难以弥补牧草生长对土壤贮水的消耗量，降低了果园土壤有效水分。越年生牧草比多年生牧草更有利于改善春季果园空气湿度，但对土壤水分消耗较大，生产上应根据不同生草种类对土壤水分的影响特征优化果树春季灌溉制度。

关键词: 行间生草, 苹果园, 土壤蒸发, 空气湿度, 土壤含水量

Abstract:

The aim of this study was to clarify how different species of cover grass affect soil evaporation， canopy air humidity， and soil water storage in an apple （Malus pumila） orchard in spring， and to determine how cover grasses affect the available water content in soil. A field experiment was conducted from 2019 to 2021 at the Wuluo Modern Agriculture Demonstration Garden， Wuyi County， Hebei. Changes in， and interactions among， the leaf area index （LAI） of the grass population， photosynthetically active radiation （PAR） transmittance， soil temperature， water evaporation， air relative humidity in the fruit tree canopy， soil water content， and water storage were evaluated when overwintering grasses ［February orchid （Orychophragmus violaceus）， hairy vetch （Vicia villosa）， and triticale （×Triticosecale Wittmack）］ and perennial grasses ［cocksfoot （Dactylis glomerata） and white clover （Trifolium repens）］ were planted between the apple tree rows. It was found that the soil evaporation in sod culture was 3.14 mm higher with overwintering grasses than with perennial grasses from April to May in 2021. The effects of overwintering grasses on soil evaporation differed between before and after returning to the field. Before returning to the field， overwintering grasses reduced soil evaporation by 20.5% compared with perennial grasses due to the rapid growth rate， large population LAI， low PAR transmittance， low temperature in 0-25 cm soil profile， and low soil water content. After overwintering grasses were returned to the field， the soil evaporation was 29.0% higher than in the plots with perennial grasses. There was a significant linear positive correlation between air relative humidity at 1 m height in the fruit tree canopy and reduced soil water storage in the 1 m soil profile. Compared with perennial grasses， overwintering grasses consumed 39.20 mm more stored soil water， and increased the air relative humidity by 15.5%. Compared with clear tillage， sod culture reduced soil evaporation by 27.80 mm， and increased stored soil water consumption by 52.50 mm. In conclusion， the ability of cover grasses to reduce soil evaporation in spring could not compensate for the consumption of soil water by grass growth， which ultimately resulted in reduced soil available water content. Compared with perennial grasses， overwintering grasses were more conducive to improve air humidity in orchards on the North China Plain in spring， but consumed a large amount of stored soil water. In practice， irrigation systems for apple orchards in spring should be optimized according to how different grass species affect the soil water content.

Key words: inter-row cover grass, apple orchard, soil evaporation, air humidity, soil water content

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图/表 11

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

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）清耕、白三叶、鸭茅、毛叶苕子、小黑麦和二月兰试验处理分别用CK、Trif.、Dac.、Vic.、Trit.和Ory.表示。下同。The experimental treatments of clear tillage， T. repens， D. glomerata， V. villosa， ×T. Wittmack and O. violaceus are represented by abbreviations of CK， Trif.， Dac.， Vic.， Trit. and Ory.， respectively. The same below.

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）

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）不同字母表示差异显著（P<0.05），下同。Different letters mean significant difference （P<0.05）， the same below.

Fig.3 Effects of different grass species on the grass population’s LAI and PAR transmittance （11：00-14：00， April 15， 2021）

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

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

项目 Item	叶面积指数 Leaf area index	PAR透射率 PAR transmittance	土壤温度Soil temperature
项目 Item	叶面积指数 Leaf area index	PAR透射率 PAR transmittance	5 cm	10 cm	15 cm	20 cm	25 cm
土壤蒸发量Soil evaporation	-0.976**	0.975**	0.980**	0.921**	0.983**	0.918**	0.997**
叶面积指数Leaf area index		-0.933**	-0.988**	-0.951**	-0.988**	-0.957**	-0.968**
PAR透射率PAR transmittance			0.959**	0.896**	0.954**	0.852**	0.974**
土壤温度Soil temperature
5 cm				0.978**	0.999**	0.963**	0.982**
10 cm					0.976**	0.982**	0.935**
15 cm						0.969**	0.986**
20 cm							0.929**

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

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

牧草种类

Forage species

鲜重

Fresh weight

（mg·hm^-2）

干重

Dry weight

（mg·hm^-2）

干鲜比

Dry-fresh

ratio

含水量

Water content

（%）

有机碳含量

Organic carbon content （g·kg^-1）

全氮含量

Total nitrogen content （g·kg^-1）

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

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

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

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

牧草种类 Forage species	单株产量 Yield per plant （kg·plant^-1）	可溶性固形物含量 Soluble solid contents （%）	可溶性糖含量 Soluble sugar contents （%）	含酸量 Acid contents （%）	糖酸比 Sugar-acid ratio
二月兰Ory.	20.66bc	15.10a	12.00ab	0.33b	46.27a
毛叶苕子Vic.	20.62bc	15.20a	12.48a	0.31b	46.14a
小黑麦Trit.	17.49c	15.20a	12.46a	0.32b	48.34a
白三叶Trif.	22.39ab	14.70ab	11.47ab	0.34b	43.31a
鸭茅Dac.	21.23ab	14.80ab	11.49ab	0.33b	45.22a
清耕对照CK	24.55a	14.50b	11.30b	0.42a	34.28b

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