生草栽培对果园土壤健康影响的研究进展_刘静.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0095 刘静，李孝龙，明月欣，余东，孙宏洋，周俊.生草栽培对果园土壤健康影响的研究进展.草业科学,2022,39(11):2380-2392.LIUJ,LIXL,MINGYX,YUD,SUNHY,ZHOUJ.Advancesontheeffectsoflivingmulchesonsoilhealthinorchards.PrataculturalScience,2022,39(11):2380-2392.生草栽培对果园土壤健康影响的研究进展 刘静 1,2，李孝龙1,2，明月欣1,2，余东3，孙宏洋1，周俊1（1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041；2.中国科学院大学,北京100049；3.四川省草业技术研究推广中心,四川成都610041）摘要：生草栽培对果园土壤健康具有重要影响。本文系统总结了生草栽培对果园土壤理化性质、养分水平和生物活动等方面的影响，发现生草栽培对果园土壤健康多个指标的影响存在较大争议；分析了现有土壤健康评价方法在果园土壤健康评价中的适宜性，发现由于缺乏合适的评价方法，目前尚无法定量评价生草栽培对果园土壤健康整体水平的影响；提出应构建适用于不同果树品种的土壤健康评价指标体系，指出合理的指标体系应包含的 5 类核心指标：1)土壤结构和酸碱度；2)土壤养分的最低和最高含量以及大、中、微量营养元素的均衡性；3)土壤重金属含量；4)土壤生物调控的养分供给能力；5)抑制土壤病原微生物的能力。建议开展更多研究揭示生草栽培对果园土壤健康的作用机理，为研发适宜不同果园土壤的生草栽培技术提供依据。关键词：果园生草；土壤养分；土壤有机碳；土壤酶活性；土壤微生物；土传病害文献标志码：A文章编号：1001-0629(2022)11-2380-13Advances on the effects of living mulches on soil health in orchardsLIUJing1,2,LIXiaolong1,2,MINGYuexin1,2,YUDong3,SUNHongyang1,ZHOUJun1(1.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,Sichuan,China;2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.SichuanGrasslandTechnologyResearchandPromotionCenter,Chengdu610041,Sichuan,China)Abstract:Livingmulchcanaffectsoilhealthinorchards.Wesummarizedtheeffectsoflivingmulchonorchardsoilphysicochemicalproperties,nutrientstatus,andbiologicalactivitiesfrom71publishedpapers.Wefoundinconsistentreportsontheeffectsoflivingmulchonseveralindicatorsoforchardsoilhealth,suchassoilpH,moisture,availablemacronutrients,andpathogens.Weanalyzedtheapplicabilityofcurrentsoilhealthassessmentmethodsfororchardsoilsandfoundthattherewasanomethodthatproperlyorchardsoilhealth.Wesuggestthedevelopmentofanindexsystemforsoilhealthassessmentsuitable for orchards with different fruit trees.We proposed five essential indicators for this system.To support thedevelopmentofcustomizedlivingmulchtechniquesfordifferenttypesoforchards,wesuggestedthatfurtherresearchonthemechanismsunderlyingtheeffectsoflivingmulchonorchardsoilhealthbecarriedout.Keywords:livingmulchinorchards;soilnutrients;soilorganiccarbon;soilenzymaticactivities;soilmicroorganism;soil-borndiseasesCorresponding author:ZHOUJunE-mail:收稿日期：2022-02-17接受日期：2022-04-27基金项目：国家重点研发计划(2018YFD1100104-03)；中国科学院(2022g104)；四川省科技计划(2021YJ0339)第一作者：刘静(1998-2022)，女，甘肃镇原人，在读硕士生，研究方向为土壤养分与土壤健康。E-mail:通信作者：周俊(1983-)，男，四川罗江人，副研究员，博士，研究方向为养分生物地球化学循环。E-mail:2380-2392草业科学第39卷第11期11/2022PRATACULTURALSCIENCEVol.39,No.11http:/健康的土壤是水果种植业高质量发展的基础。科学合理的生草栽培是维持和提升果园土壤健康的重要途径。管理良好的生草栽培不仅可提高土壤健康水平、提升土壤肥力、有效防控土传病害和害虫、减少化肥和农药的用量，对环境更加友好1-3，而且可显著提升果树的产量和果实品质，进而提高种植业者的收益4-7。因此，果园生草栽培是通过提升土壤健康水平以推动水果种植业实现可持续发展的有效途径。国内外已开展大量研究探索生草栽培对果园土壤健康各个指标的影响8-9。研究发现，生草栽培不仅可影响土壤温度、湿度、孔隙度、可渗透性、pH、有机质含量和养分水平等理化性质10-13，而且可影响土壤酶活性和土壤生物活动等生物过程14-15。此外，生草栽培对土壤健康的影响还具有积极的生态环境效益。例如，生草栽培不仅可有效地控制杂草、减少除草剂的施用16，而且可在一定程度上削弱坡地果园的水土流失以及氮磷流失量、降低下游水体富营养化的风险17-18。然而，不同果树、不同草种和不同地区的生草栽培对土壤健康的影响并不完全一致，甚至出现完全相反的结果19，亟需系统总结生草栽培对果园土壤健康的作用和影响因素。本文系统总结生草栽培对土壤健康各指标的影响，重点分析生草栽培对土壤生物健康的影响以及已有土壤健康评价指标体系对评价果园土壤健康的适用性，提出未来应重点研究的方向，以期为果园生草栽培的研究工作和推广应用提供依据。1 生草栽培对果园土壤健康的影响 1.1 土壤理化性质生草可缓解果园土壤温度的剧烈变化、改良土壤结构，但对土壤 pH 和含水量等的影响仍有一定争议(图 1)。尽管不同草种对土壤温度改变的幅度不同20-21，但生草栽培可在气温急剧升高或降低时有效缓解土壤热量的快速增加或散失，改善土壤和果园的微气候条件22。各类果园开展生草栽培后土壤的容重均有所降低、孔隙度有所增加、有利于大团聚体的形成和土壤结构的稳定13,23-24。不过，生草对土壤含水量和 pH 的影响仍有较大的不确定性，这种不确定性可能与这两个指标还受季节、草种、气候条件和种植年限的影响有关。例如，生草导致干旱半干旱区果园土壤蒸散发量升高、表层土壤水分显著降低4,25，但可有效保存湿润区和雨季时果园的土壤水分，缓解旱期对果树的影响26-28。生草后果园土壤 pH 升高、降低或无显著变化结果生草栽培Living mulch土壤健康指标Indicators of soil health温度 Temperature湿度 Moisture容重 Bulk density孔隙度 Porosity团聚体 AggregatepH有机质 Soil organic matter全氮 Total N全磷 Total P速效氮 Available N速效磷 Available P其他营养元素 Other nutrients土壤生物丰度 Abundance of soil biota土壤生物多样性 Diversity of soil biota酶活性 Enzymatic activity有益菌 Probiotics病原体 Pathogens化感物质 Allelochemics?地上遮阴 Overshadow地上生物量 Aboveground biomass蒸散发 Evapotranspiration?改善土壤结构 Improving soil structure地下生物量 Belowground biomass根系活化养分 Mobilizing nutrients by roots?图 1 生草栽培对果园土壤健康指标的影响示意图Figure 1 Schematic diagram of the influence of living mulches on orchard soil health index“”代表生草栽培对土壤健康指标的影响较明确，“?”代表影响或相互作用不明确。“”indicatesthattheinfluenceoflivingmulchesonthesoilhealthindexisclear,“?”indicatesthattheinfluenceorinteractionisnotclear.N:nitrogen;P:phosphorus.第11期刘静等：生草栽培对果园土壤健康影响的研究进展2381http:/均有报道10,12,28-33。例如，有研究认为生草栽培可提高南方酸性土壤的 pH，降低北方土壤的 pH34-35，但也有研究发现生草可导致南方土壤的 pH 降低10,28。1.2 土壤养分与清耕相比，总体上生草栽培对果园土壤有机质具有正效应，但对土壤养分水平的效应则受生草年限和品种的影响(图 1)。多个原位研究和综述均发现，尽管不同草种对土壤有机质增加的幅度有所差异，但对不同气候条件和土壤类型的果园而言，生草后土壤有机质含量增加的趋势是一致的10,12,13,23,34,36-39。关于生草栽培提高或降低土壤养分水平的结果均有所报道。生草栽培降低土壤有效养分含量的情况通常发生在生草初期或生草年限较短的果园28,40。随着生草年限的增加，虽然不同草种对不同土壤养分的影响有所不同，但是，土壤有效养分的总体水平会逐步增加，生草对土壤养分的正效应更加显著10,11,14,23,25,41-42。目前，关于生草对土壤有机质和养分水平影响，大多数研究均只报道研究期内有机质、氮和磷等的变化43，而较少关注对果树营养和果实品质有重要影响的中、微量营养元素的变化。此外，生草对土壤有机质和养分状况的作用机理尚不明确，尤其是生草植物根系对土壤养分的活化机理还有待揭示。1.3 土壤生物土壤生物与土壤健康之间具有紧密关系44-45。生草栽培对果园土壤微生物的物种多样性、代谢活性以及具有特定功能的微生物的数量产生重要影响46-47，从而增加土壤有效养分含量(图 1)。在我国北方、南方、美国中部、南部和欧洲西部的研究均发现生草栽培可增加不同类型果园土壤微生物的数量、物种多样性和酶活性，形成更健康的微生物群落结构，提高有机物质的矿化速率，改善土壤的养分状况28,42,48-56。进一步研究发现，生草时间的长短11,38、生草植物的品种57、多样性52、播种方式51和管理方式等46是土壤微生