渭北旱地苹果园生草的生态环境效应及综合技术体系构建

【摘要】： 绿色果品生产是当今世界果树产业发展的一种潮流和趋势。果园生草作为一种优良的果园栽培管理制度,已演变为发达国家绿色果品生产的一个主要技术系统。目前,我国的果园土壤管理仍以传统的清耕制为主,清耕果园面积占果园总面积的90%以上,果园生草在我国尚处于试验与小面积推广应用阶段,已有的研究多以生产性试验和简单的种植对比试验为主,缺乏机理研究和系统性研究;试验研究工作也不平衡,多数研究集中在南方橘园、梨园、龙眼园的生草问题上,黄土高原地区的该类研究较少,渭北苹果产区的研究更为薄弱。 本研究以渭北旱地苹果园为对象,通过田间试验和室内实验分析相结合,测定了渭北旱地苹果园,行间生草微域小气候变化特征,以及土、肥、水的演变特征;分析了渭北旱地苹果园生态环境效应及其作用机制;研究了旱地苹果园生草对果树生长发育,以及对果品产量和品质的影响;探讨了生草的外延利用对果树生长发育和果品产量与品质的影响;分析了外延利用模式的能流特征;针对渭北旱地苹果园生草中存在的问题,构建了渭北旱地苹果园生草综合技术体系。主要研究结果如下: 1.摸清了渭北旱地苹果园生草的小气候变化特征。研究结果表明,生草调节了苹果园近地层的气温、空气湿度、照度,降低了近地层风速,调节土壤温度;在牧草的不同发育阶段上述调节作用不同,且调节程度与草种的种类关系密切,灰色关联度分析结果表明,白三叶的小气候综合效应强于黑麦草; 2.揭示了渭北旱地苹果园生草的土肥水效应与所生牧草的互动效应及其演变特征,分析了土肥水效应的作用机制。①生草改善了土壤的一系列理化性状:降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度、土壤有机质含量和水稳性团聚体含量,随生草年限的增加,其效应愈显著,主要呈现在0-40cm土层;对速效性N、P、K含量也有积极性影响,草种不同影响程度不一,随生草年限的增加,速效Mn、Fe、Zn、水溶性Ca、水溶性Mg含量有升高趋势;生草较大幅度地提高了土壤细菌、放线菌、真菌的数量,而且增强了土壤酶的活性,微生物数量及酶活性提高的程度随生草年限的增加而增加,对0-40cm土层具有良好效应。②通过对旱地苹果园生草土壤物理、化学及生物的14个测定指标的相关分析表明,生草对土壤有机质的积累作用是促进旱地苹果园土壤肥力持续发展的核心,在此基础上,对不同生草草种土壤肥力综合影响进行了主成分分析与评价,结果表明:随生草年限的增加,果园土壤综合肥力不断提高,长期生草有利于持续改善土壤肥力,其中白三叶的效应强于黑麦草。③生草提高了土壤蓄水能力,扩大了土壤贮水库容,随着生草年限增加,土壤吸持贮水、滞留贮水演化及饱和持水量趋于增加,白三叶的作用效应强于黑麦草;显著地提高了土壤入渗性能,土壤入渗通用方程较好的反映渭北旱地苹果园土壤水分入渗过程。但旱地苹果园生草果树与牧草存在水分竞争,主要发生在0-40cm土层,主要表现在春季和秋季牧草分蘖期,在干旱年份表现的尤为突出,通过对土壤水分变化特征分析,提出了渭北旱地苹果园行间生草水分管理优化模式应为“果树行间生草+清耕带覆盖”二元优化模式。 3.阐明了渭北旱地苹果园生草果树生长发育及果品产量与品质的变化特征。统计分析表明:①生草提高了苹果百叶重、中短枝比例、成花率、座果率,随着生草年限增加,趋于提高,白三叶效应较明显;②促进了果树2mm径级根系的发育,促进根系向较深层土壤伸展,主要呈现在20-60cm土层;③改善了树体营养,叶片N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn有所提高,随着生草年限的增加,除白三叶区叶片N,黑麦草区叶片P含量较明显外,其余营养元素变化不大;④增加了叶绿素含量,提高了光合速率及叶片水分利用率;⑤改善了果品品质,随着生草年限的增加,果品质量提高明显,不同生草草种改善程度不同,但生草对产量影响不大。 4.定量分析了“果+草+畜+沼+窖”型果园生草外延利用果树生长发育、产量品质变化特征及其生产辅助能流特征,揭示了该外延利用模式运行机制,为提高果园生草的综合效益以及该模式的优化调整提供了依据。研究结果表明:外延利用促进了果树生长发育,提高了果品产量与品质,且连续施入沼肥,树势趋于增强,果品品质进一步提高;外延利复合系统生产辅助能量构成、分布、流向均发生较大变化,期中苹果亚系统有机能输入增幅较大,工业辅助能输入降低了26.69%,降低了化肥和农药施用量,能流循环指数是果园生草生态系统苹果亚系统能流循环指数2.46倍,经济产出是果园生草的1.94倍,但复合系统内畜牧业子系统饲料生物能转化率及水窖子系统雨水能利用率较低,收益低,有待优化提高。 5.在系统调查研究分析基础上,针对渭北旱地苹果园生草中存在的问题,构建了渭北旱地苹果园生草综合技术体系。旱地苹果园生草综合技术体系包括:确定适宜生草区域、选择适宜的生草草种、关键农艺技术措施等要素;基于深层土壤水库效应,通过典型调查,初步提出了应以降水量大于550mm区域作为陕西旱地苹果园生草适宜区域;通过田间试验,基于对渭北旱地苹果园种植的几种牧草根系分布的数理统计分析,提出了渭北旱地苹果园应选择根冠比小、根系浅的白三叶、红三叶等作为旱地苹果园生草草种;在分析与综合的基础上,集成了旱地苹果园生草栽培关键农艺技术措施。