葡萄园种草的环境效应

巴德日胡，孙铁军，张颖娟

(1.内蒙古师范大学生命科学与技术学院，内蒙古 呼和浩特 010022；2.北京市农林科学院草业与环境研究发展中心，北京 100097)

葡萄园种草的环境效应

巴德日胡1,2，孙铁军2，张颖娟1

(1.内蒙古师范大学生命科学与技术学院，内蒙古 呼和浩特 010022；2.北京市农林科学院草业与环境研究发展中心，北京 100097)

采用葡萄(Vitisvinifera)园行间单播草地雀麦(Bromusriparius)、单播野牛草(Buchloedactyloides)、草地雀麦和野牛草混播3种人工种草方法，以清耕裸露地和自然生草地为对照，分析人工植草对葡萄园生态环境的改善作用，筛选果草间作的适宜草种。结果表明，人工植草可以快速增加葡萄园行间地上生物量，提高植被覆盖度和地表粗糙度。其中，野牛草播种3个月后，地表覆盖度可达88.5%，当年地上生物量达到4 016.2 kg·hm-2，地表粗糙度较裸露地增加2.4倍以上，同时提高葡萄坐果前和采收后土壤温度，减弱近地表气温与空气湿度剧烈变化，稳定葡萄园微环境小气候，且不同生态草中野牛草表现突出；生态草种植还可以改善葡萄园土壤水分状况，调节不同深度土壤水分分布格局，增加0～20 cm深度土壤含水量和减少20 cm以下土层含水量；野牛草和草地雀麦种植还可以降低土壤容重和紧实度，减少耕作层速效磷含量，混播后还可增加土壤速效钾含量，有利于果实品质提高。

果草间作；葡萄园；草地雀麦；野牛草

适宜的气候与土壤环境是葡萄(Vitisvinifera)生产的重要前提，葡萄园小气候及土壤条件改善对葡萄的产量与品质有着直接影响。人工植草是葡萄园生态栽培的主要形式之一，即以葡萄树为中心，通过行间生态草草地建植进行人工调控，充分利用园内光、温、水、气、养分及生物资源，建立持续发展体系，促进葡萄园生态系统稳定发展[1-5]。一般而言，葡萄春季萌芽后，需要适宜的气温和地温，气温上升过快，枝条徒长，节间不充实，花期受精不良，地温高，根系发育不良。葡萄生长对水分要求也高，营养生长期需水较多，生长后期与结果期需水较少，花期缺水易落果，坐果到转色期干旱，单果糖度及质量降低，果熟期吸水过多又易引起裂果和疾病[6-9]。葡萄喜中性土壤，适宜pH值为6.0～8.0，且需钾量大，成熟期钾含量充足。果实含糖量高，单果质量增加明显，主要病害可受到明显抑制[10]。

葡萄园人工植草具有前期降温、后期增温保温的双重效应，可以减少土壤水分蒸发，蓄水保墒，增强果树长势和枝条数量，调节土壤温度，避免果树夏季灼伤，提高越冬性能，还可以改善土壤理化性状，增加土壤有机质及速效氮、磷、钾含量，抑制杂草生长与地面扬沙起尘，减少浆果病菌感染，提高葡萄产量和品质[11-13]。因此，本研究选择适应性好、高度小、覆盖能力强的生态草草种[14]，进行葡萄行间裸露地草地建植，筛选适宜葡萄园种植的生态草草种，分析人工植草对葡萄园生态环境的改善作用，以期为北京乃至我国北方地区葡萄园建立生态栽培模式提供优良草种和技术支持。

1 材料与方法

1.1试验地概况 北京市房山区总面积2 019 km2，地处华北平原与太行山交界地带，西部和北部为山地、丘陵，最高峰百花山白草畔，海拔2 035 m；最低处位于东南部的立教洼，海拔26 m，属温带大陆性气候，年平均气温11.9 ℃，历史最高气温43.5 ℃，最低气温-26 ℃，年平均降水量582.8 mm，年平均无霜期202 d。试验区位于房山区城关镇八十亩地村波垄堡葡萄园，39°44.74′ N，116°1.08′ E，海拔58 m，葡萄树成行种植3年，行距3 m，土壤质地为砂质壤土(表1)，土壤有机质含量为2.157%，全氮含量0.074%，速效氮含量65.3 mg·kg-1，速效磷含量4.2 mg·kg-1，速效钾含量54.6 mg·kg-1，pH值7.69。

表1 试验区不同粒径土壤颗粒含量Table 1 Soil particle content with different diameters in the experiment area

1.2试验材料 草地雀麦(Bromusriparius)种子引自加拿大，野牛草(Buchloedactyloides)种子引自美国。

1.3试验设计 试验以葡萄树行间裸露地(CK)和行间自然生草地(Z)为对照，同时在行间裸露地构建不同草种单播与混播草地建植模式，即，单播草地雀麦(C)、单播野牛草(Y)、混播草地雀麦与野牛草(CY)，其中，裸露地试验区定期拔除杂草，使地表覆盖度小于5%，每个建植小区面积为10 m×30 m，3次重复。试验区设置前翻耕土地，耱平土块，然后进行生态草播种，单播草地雀麦和野牛草播种量为45 kg·hm-2，混播草地各草种播种量减半，隔行条播，所有小区均采取开沟直播方式，行距30 cm，播种后覆土2～3 cm。

1.4测定方法

1.4.1草层高度与植被覆盖度 在不同草地试验小区，随机选取2 m×2 m的样方，测定草层高度，再用美国Decagon公司生产的First-growth盖度分析仪测定植被覆盖度，重复3次，得出草层高度和植被覆盖度。

1.4.2草地生物量 生态草生长季末期，在不同试验小区随机选取2 m×2 m的样方，收获样方内全部地上部分，放入烘箱80 ℃烘干至质量恒定不变，称干质量，重复3次，计算草地地上生物量。

1.4.3土壤含水量 葡萄园草地建植后，采用时域反射仪(Time Domain Reflectometry)每月在不同试验小区测定0～80 cm深度每20 cm土层的剖面含水量，重复3次，得出土壤体积含水量。

1.4.4大气温度、湿度及土壤温度 使用台湾CENTER 311-K型数位温湿度表，每月定期测定地面以上30 cm处大气温度、湿度，同时读取插入土壤5 cm深度的地温表显示值，重复3次，记录读数。

1.4.5地表粗糙度 近地层风速与高度的对数呈正比，即风速廓线是随高度呈对数分布的，在半对数纸上表现为一条直线，近地表水平风速为零的高度称为粗糙度，由以下公式计算：

式中,V1、V2分别为Z1、Z2高度上的水平风速，因此，粗糙度Z可由任意两个已知高度上的水平风速测定值计算出，一般取风速变化明显的高度计算比较理想，试验选择风速变化较为明显的高度是150和20 cm，同时测定2个高度的水平风速，使用美国便携式Kestrel 4000型风速测定仪，计算出不同建植模式草地地表粗糙度。

1.4.6土壤容重 每个建植模式试验小区内按照对角线选取5个点，用100 cm3环刀在0～30 cm土层取样，称鲜质量后，放入烘箱105 ℃烘干8 h，称干质量，然后将每小区土壤干质量进行平均，重复3次，得出土壤容重。

1.4.7土壤紧实度 生态草生长季末期，不同试验小区内按蛇形定点样法选10个点，使用美国SC-900型原位土壤紧实度计测定0～45 cm土层内不同深度土壤紧实度，然后将同一深度不同点的紧实度值进行平均，重复3次，得出试验区土壤紧实度。

1.4.8土壤养分 生态草播种前后生长季末期，用土钻分别在不同试验小区按照对角线选取5个点，采集0～30 cm土层土壤样品，均匀混合后风干过1.00 mm土壤筛，取500 g装入纸袋，重复3次，实验室土壤养分测定方法中，有机质测定用重铬酸钾容量法(外加热法)，全氮测定用凯氏定氮法，碱解氮测定用碱解扩散法，速效磷测定用0.5 mol·L-1碳酸氢钠浸提法(钼锑抗比色法)，速效钾测定用中性醋酸铵浸提法(原子吸收分光光度法)，pH值测定用酸度计法[15]。

2 结果与分析

2.1草地生物学特征

2.1.1草层高度动态变化 2011年5月播种生态草，1个月后全部出苗并进入幼苗期，7月初草地雀麦草层高度达到最大，为18.3 cm；其次是野牛草地，为15.4 cm；最小的是自然生草地，为11.4 cm。之后各草地植被快速生长，7月26日自然生草地草层高度达到33.8 cm(图1)，为各建植模式中最大。为减少葡萄园浆果病菌感染，8月15日第1次刈割，草层高度减少到10 cm左右，而7-8月期间野牛草与草地雀麦地草层高度增加不明显，直到9月29日果实全部采收后，草层最大高度仅为19.0～22.3 cm，明显低于自然生草地，在葡萄园浆果抗病菌感染方面表现出良好的优势(图1)。

图1 7-10月不同类型草地草层高度动态变化Fig.1 Dynamic changes of grass height in different eco-grasslands from July to October

注：自然生草地(Z)、单播野牛草(Y)、单播草地雀麦(C)、混播草地雀麦与野牛草(CY)。下图同。

Note：Z,natural undergrowth vegetation;Y,monocultureBuchloedactyloides;C,monocultureBromusriparius;CY,mixedB.dactyloieds/B.riparius.The same below.

2.1.2地表覆盖度动态变化 7月份随着北京地区气温快速升高以及降水增多，不同类型草地地表覆盖度快速增加，其中，自然生草地地表覆盖度增加最快，7月8日达到79.1%，而生态草苗期刚过，地表覆盖度增加相对较慢，7月8日野牛草与草地雀麦草地地表覆盖度仅为43.8%和55.2%，之后野牛草地表覆盖度大幅度增加，7月26日达到88.5%，与自然生草地覆盖度差异不明显，表明野牛草在葡萄园裸露地快速覆盖方面具有一定的优势(图2)。

2.1.3不同类型草地地上生物量 生物量是植被生态功能发挥的重要前提，不同类型草地地上生物量相差较大，自然生草地在8月15日与生态草生长季末期刈割2次，地上生物量达4 915.5 kg·hm-2，显著高于生态草草地，在生物量积累方面表现出一定的优势。而生态草播种当年，地上生物量积累相对较小，野牛草地上生物量最大，为4 016.2 kg·hm-2；其次是草地雀麦；最小是野牛草与草地雀麦混播草地，地上生物量仅为1 332.8 kg·hm-2(图3)。

图2 7-10月不同类型草地地表覆盖度动态变化Fig.2 Dynamic changes of grass cover in different eco-grasslands from July to October

图3 生长季内不同类型草地地上生物量Fig.3 Aboveground biomasses of eco-grassland in a growing season

注：图中不同字母表示在0.05水平上差异显著。图9同。

Note:Different lower case letters mean significant difference at 0.05 level. The same in Fig.9.

2.2草地建植对葡萄园小气候的影响

2.2.1对近地表大气温度的影响 雨季随着草地生物学特征变化，葡萄园小气候亦有相应变化。7月后葡萄园行间裸露地面以上30 cm处大气温度监测数据显示，气温总体上呈现二次曲线下降趋势，即，y=0.491 7x2-7.601 7x+39.092(R2=0.961 7)(y为近地表气温，x为日期)，且8-9月气温明显降低，不利于葡萄坐果后光和物质积累与果实后熟，而草地在7-9月近地表气温相对裸露地较高，且近地表气温逐月下降趋势相对平稳，尤其是野牛草草地，下降趋势近乎直线，y=-5.08x+37.9(R2=0.9823)(y为近地表气温，x为日期)，有利于葡萄园小气候稳定和浆果成熟(图4)。

图4 7-10月各类型草地近地表大气温度Fig.4 Near-surface air temperature of eco-grasslands from July to October

注：CK，裸露地Bare land.下同The same below.

2.2.2对近地表大气湿度的影响 大气湿度对于葡萄园浆果成熟影响较大，过高或过低的大气湿度均可增加葡萄浆果的染病机率，监测结果显示，不同月份间，同一类型草地大气湿度差异明显，但同一测定时间内，各类型草地近地表大气湿度与行间裸露地大气湿度差异均不明显，表明葡萄园大气湿度受气候变化影响较大，生态草种植与自然生草对葡萄园近地表大气湿度影响不大(图5)。

图5 7-10月各类型草地近地表大气湿度Fig.5 Near-surface air humidity of eco-grasslands from July to October

2.2.3对浅表层土壤温度的影响 土壤温度对葡萄树根系的生理活动有着直接影响，试验结果显示，7月26日以前，野牛草、草地雀麦及其混播草地0～5 cm土层土壤温度高于裸露地和自然生草地，有利于葡萄树坐果前养分积累和繁殖器官的正常发育。7月26日-8月30日，裸露地与各类型草地土壤温度差异不明显，生态草种植对葡萄浆果成熟影响不大，9月份葡萄采收后，草地土壤温度又明显高于裸露地，有利于葡萄树营养生长和根系越冬(图6)。

图6 7-10月各类型草地0～5 cm土层土壤温度Fig.6 Soil temperatures in 0-5 cm soil layer of eco-grasslands from July to October

2.3葡萄园土壤含水量动态变化 土壤水分是葡萄树正常生长的首要条件之一，土壤含水量大小对葡萄产量与品质有着直接影响。7-10月不同类型草地0～80 cm深度土壤含水量监测结果显示，7月份前，由于草地建植初期没有形成有效的地表覆盖度，各类型草地土壤含水量与裸露地差异不大，7月下旬野牛草、草地雀麦及其混播生态草草地土壤含水量高于裸露地和自然生草地，有助于浆果生长期葡萄快速生长，8-9月生态草草地土壤含水量与行间裸露地相比增长较慢，直到9月29日，均低于裸露地，有利于葡萄成熟期浆果含水量降低和品质改善(图7)。

图7 7-10月不同类型草地0～80 cm深度土壤含水量动态变化Fig.7 Dynamic changes of soil moisture in 0-80 cm soil layer of eco-grasslands from July to October

进一步分析不同土层土壤含水量动态变化得出，生态草种植可以在一定程度上调节葡萄园土壤水分空间分布格局。草地建植可以增加0～20 cm深度土层土壤含水量，尤其7月份效果明显，各类型草地0～20 cm土层土壤含水量均高于裸露地，但对于20 cm深度以下土壤含水量具有一定的降低作用。其中，20～40 cm土层内，8月份后草地土壤含水量均低于裸露地，40～60 cm土层内，除野牛草与草地雀麦混播草地外，7-10月份均低于裸露地，而各类型草地中尤以野牛草草地和草地雀麦草地下降幅度最大。说明葡萄园生态草种植可以调节不同深度土壤水分分配格局，提高耕作层0～20 cm土层含水量，减少40 cm深度以下土壤水分含量，有助于引导葡萄树根系下扎(图8)。

图8 7-10月各类型草地不同土层深度土壤含水量动态变化Fig.8 Dynamic of soil moisture in different soil depth of eco-grasslands from July to October

2.4草地建植对葡萄园土壤环境的影响

2.4.1地表粗糙度 葡萄园生态草种植可以增加植被有效覆盖，提高地表粗糙度，从而减少地表扬沙起尘，减少成熟期浆果病菌感染。不同类型草地距地面20和150 cm高度风速监测结果显示，受植被影响低位风速均低于高位风速，但不同类型植被覆盖下的低位风速减弱效果不同。通过公式计算地表粗糙度，得出行间裸露地表粗糙度为0.827 cm；自然生草地地表粗糙度最高，为3.642 cm，是裸露地表的4.4倍；其次是野牛草草地，为1.986 cm，是裸露地表的2.4倍，表明葡萄园行间裸露地野牛草种植与自然生草均可以显著增加地表粗糙度，减少扬沙起尘，有助于果实病害防治(表2)。

表2 不同类型草地地表粗糙度 Table 2 Roughness lengths on the surface of different eco-grasslands

注：同列中不同字母表示0.05水平上差异显著。

Note:Different lower case letters mean significant difference at 0.05 level.

2.4.2土壤容重 生态草生长季末期，测定不同类型草地0～30 cm土壤容重，结果显示，葡萄园生态草种植可以明显减小土壤容重，且野牛草改善效果最好，一个生长季内可使葡萄园土壤容重由1.557 g·cm-3下降到1.265 g·cm-3，容重减少了18.8%(图9)。

图9 不同类型草地0～30 cm土层土壤容重Fig.9 Soil bulk densities in 0-30 cm soil layer of different eco-grasslands

2.4.3土壤紧实度 草地土壤紧实度测定结果显示，生态草种植对葡萄园0～45 cm深度土壤紧实度均有一定的改善作用，尤其是对0～15 cm土层紧实度改善作用最大，但不同草种对土壤紧实度改善的深度不同，其中，野牛草可以影响到30 cm深度，土壤紧实度的改善作用相对更大(图10)。

图10 不同类型草地各土层深度土壤紧实度Fig.10 Soil compactiveness in 0-45 cm soil layer of different eco-grasslands

2.4.4土壤化学性质 土壤养分是植物生长的主要营养来源，其含量多少直接关系到植被的形成、发展过程。葡萄园生态草播种前和生长季末期测定土壤主要养分含量，结果显示，生态草种植当年，土壤有机质含量变化不大，全氮虽有一定程度的增加，但除自然生草地与野牛草地外，各类型草地差异均不显著，且不同类型草地建植前后土壤pH值差异不显著，主要由于土壤有机质、全氮等长效养分和pH值不仅受到植被生长状况的影响，还受到气候、水分、雨热等外界条件的影响较大，是一个多年累积结果，短期内不易体现。对葡萄树生长及其果实品质改善有着直接影响的主要是速效养分，其中，碱解氮含量过高，会导致葡萄树营养生长过度，果实品质下降。本研究显示，生态草种植前后，各类型草地碱解氮含量差异均不显著，说明生态草种植对葡萄营养生长影响不大，而速效磷含量却在生态草种植后显著降低，同时，速效钾在生态草种植后均有一定程度增加，其中，野牛草、野牛草与草地雀麦混播两种类型草地增加显著。由于葡萄是一种需钾较多的果树，特别是果实软化成熟期对钾的需求量更大，且低磷有助于果实糖度控制，此阶段充足的钾营养和较低的磷含量有利于果实品质的提升(表3)。

表3 不同类型草地0～30 cm深度土壤养分含量Table 3 Soil nutrient in 0-30 cm soil layer of different eco-grasslands

注：同列内同一处理不同小写字母表示测定值在0.05水平上差异显著。

Note:Different lower case letters within the same column for the same treatment mean significant difference at 0.05 level.

3 结论

生态草种植可以显著增加葡萄园地上生物量，提高植被覆盖度和地表粗糙度，减少地面扬沙起尘和浆果病菌感染。不同生态草中，野牛草具有高度适中、地表覆盖速度快和地上生物量大等优点，播种3个月后，地表覆盖度可达88.5%，当年地上生物量达到4 016.2 kg·hm-2，地表粗糙度较裸露地增加2.4倍以上，是房山区葡萄园地被植物的首选草种。

生态草种植可以提高葡萄树坐果前和采收后浅表层土壤温度，对浆果生长期土壤温度影响不大；同时，可以减弱近地表气温与湿度剧烈变化，稳定葡萄园微环境小气候，有利于果实正常发育与成熟，不同生态草中野牛草表现较为突出。

生态草种植可以改善葡萄园不同时期土壤水分状况，调节不同深度土壤水分分布格局，其中，单播野牛草和草地雀麦可以提高葡萄浆果生长期初期0～20 cm土层土壤含水量，减少成熟期20 cm以下土层土壤含水量，有助于引导葡萄树根系下扎，增强葡萄树抗旱性。

生态草种植可以减小葡萄园土壤容重，降低0～15 cm土层土壤紧实度，其中，野牛草对土壤紧实度的减弱效果可以深达30 cm，且一个生长季内可使葡萄园土壤容重由1.557 g·cm-3下降到1.265 g·cm-3，降低18.8%，同时，野牛草与草地雀麦种植当年可显著减少0～30 cm土层土壤速效磷含量，混播还可以显著增加速效钾含量，有利于葡萄果实品质提高，但对土壤pH值和有机质等长效养分影响不大。

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Effectsofundergrowthoneco-environmentinvineyards

Baderihu1,2, SUN Tie-jun2, ZHANG Ying-juan1

(1.Institute of Life Science and Technology, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China; 2.Beijing Research and Development Center for Grass and Environment, Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Beijing 100097, China)

In order to analyze the effects of pasture establishment on eco-environment in vineyards and select pasture species sown in vineyards, monocultureBromusriparius,Buchloedactyloidesand mixedB.riparius/B.dactyloideswere used. The results showed that above-ground biomass, vegetation cover and surface roughness of pastures in mid rows increased after pasture establishment in the vineyard. Especially, above-ground biomass and coverage of monocultureB.dactyloidespasture were 4 016.2 kg·ha-1and 88.5%, respectively, and its surface roughness could be over 2.4 times of the bare soil after sowing for three months. The soil temperature in the 0-5 cm soil layer rose before bear fruit and after fruit harvest. The change of strength on near-surface air temperature and moisture were weakened and mini-environment and mini-climate in the vineyard improved.B.dactyloideswas better performed than others. Meanwhile, soil moisture improved and water distributing structure changed in the soil due to pasture establishment in vineyards. Water content increased in the 0-20 cm layer and decreased under the 20 cm layer obviously. After monocultureB.dactyloidesandB.ripariusfor a year, soil bulk density, soil compactiveness and available phosphorous decreased in the arable layer, while available potassium increased after sowing mixedB.dactyloides/B.riparius, which was beneficial to the fruit quality.

intercrop with the grape and grass; vineyard;Bromusriparius;Buchloedactyloides

SUN Tie-jun E-mail：stj_cau@163.com

2012-04-11接受日期：2012-07-24

现代农业产业技术体系专项(CARS-30)；北京市农林科学院科技创新能力建设专项(KJCX201102005、KJCX201103001)

巴德日胡(1986-)，男(蒙古族)，内蒙古呼伦贝尔人，在读硕士生，主要从事植物生态学专业。 E-mail：baderihu2012@163.com

孙铁军(1972-)，男，内蒙古呼和浩特人，副研究员,博士，主要研究方向为草业科学与生态学。E-mail：stj_cau@163.com

S344.2;S181;Q948.1

A

1001-0629(2013)01-0096-08