典型果园生草模式及果草系统资源调控研究进展

杨梅,王亚亚,陆姣云,刘敏国,段兵红,杨惠敏

(草地农业生态系统国家重点实验室,兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州 730020)

典型果园生草模式及果草系统资源调控研究进展

杨梅,王亚亚,陆姣云,刘敏国,段兵红,杨惠敏*

(草地农业生态系统国家重点实验室,兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州 730020)

果园生草是一种先进的果园土壤管理方式，能促进果品的优质可持续生产。我国引入果园生草措施已近40年，对生草果园小气候、土壤的物理、化学和生物学特性，以及果实产量和品质的变化等开展了较多研究，但对果园生草模式及其调控果园光热水土资源机制的系统研究还较少。本文综述了我国现有的典型果园生草模式及其运行机制，重点分析了果园生草对果园土壤水分、肥力、光照的调控机制，以及生草对果园害虫与杂草的调节作用。1)根据果园组分、系统水分和养分、草类植物种来源等的不同，果园生草有多种模式。2)适宜的果园生草可增加水分入渗，减小地表蒸发，减少水土流失；提高土壤肥力，增强土壤有益微生物活性；增加系统的光能捕获能力，改善果园光环境；增强系统抵抗杂草、病虫害能力，提高果园生产多样性和品质。3)不适宜的果草搭配和生草措施会导致果树和草类植物的水肥资源竞争，加剧土壤的水肥匮缺，影响系统生产性能。可为我国果园生草技术的深入研究与进一步推广应用提供参考。

生草果园；生草模式；资源调控；害虫和杂草控制

我国果树面积和水果产量位居世界前列，据FAO统计，2004年我国果园面积为976.86万hm2，水果产量为8394万t[1]。随着退耕还林还草政策的实施，我国果园面积不断增加，为推动区域经济发展、维护生态环境稳定及农民持续增收做出了重要的贡献[2]。但随着国际市场的开放，我国果业竞争力低下等情况日益显现，而以果园生草等为核心的现代化、标准化果园管理措施，有助于提高果业整体生态与经济效益，将极大地促进果园优质可持续发展[3]。

果园生草是一种较为先进的果园土壤管理方式[4-6]，始于19世纪中叶的美国，后因开沟旋耕割草机的出现和果园喷灌技术的发展，于20世纪40年代中期在美国大面积推广[7]，并被新西兰、日本、意大利、法国等果品行业较发达的国家采用[8]。目前，欧美国家及日本等实施果园生草的果园面积占果园总面积的55%～70%以上，有的甚至达到95%以上[9-11]。我国现代意义上的果园生草始于20世纪80年代初，在南方红黄壤水土流失的地方应用较多[12]。1998年，我国正式引入此项技术并开始逐步推广[13]，但发展缓慢，现有生草果园占果园总面积的20%以下。我国有关果园生草的研究多以果园生草土壤理化性质、果品及果园生态效应变化等为主，有力地指导了果园生草实践，但对我国果园生草模式及其运行机制、生草对系统资源的调控作用等的研究鲜少。本文综述了我国现有的果园生草模式及其运行机制，重点分析了果园生草对果园土壤水分、肥力、光照的调控机制以及生草对果园害虫与杂草的调节作用，以期为我国果园生草技术的深入研究与进一步推广应用提供参考。

1 我国主要果园生草模式及运行机制

1.1主要果园生草模式及类型

我国果园生草系统正在由单一果园生草养地模式向果园生草与养殖业和畜牧业相结合的复合型立体模式发展[12]，形成了多种类型、各具特色的生草果园系统。

根据组分不同，果园生草模式可分为3类：1)以沼气为纽带的生态果园生草模式。通过将种植业、养殖业、加工业及废弃物综合利用有机结合，实现生草果园系统内能量、物质多级利用和循环再生的目的。2)种养结合的生态果园生草模式。在果园内生草并放养各种经济动物，且以野生取食为主，辅助以必要的人工饲养，形成以”草-牧-果”为主的果园生草模式。3)以旅游观光为主的生态果园生草模式。通过在果园内种植一些观赏性花草，将绿色果品生产与生态旅游相结合，以提高果园的整体生态与经济效益[14]。多组分果园生草体系多样性、稳定性和抗逆性都得到较大提高，是生态农业的发展方向。

从系统水分和养分供应角度出发，可产生不同果园生草模式。在水分、养分供应充足的成龄果园内，可实行全园生草模式；在水分、养分供应不足或是幼龄果园内，多进行行间生草模式[15]。而仅考虑养分供应，也可实行不同模式，如，在辽宁半湿润区和半干旱区常见的生草补钙模式(果园生草+2次刈割覆盖/年+施肥2次/年+叶面喷肥2次/年)、覆草补钙补硼模式(每年覆草1次+秋施肥加钙50 kg+硼砂500 g+叶面喷肥2次/年)等。在这2种生草果园中，果树坐果率、百果重、株产、果实可溶性固形物、Vc和花青苷均有明显提高[16]。此外，从果园整体养分与水分节约方面考虑，果园生草模式又可分为刈割模式和常年不刈割模式[17]。

从果园草种出发，可以分为自然生草模式和人工种草模式。前种模式中的生草一般对当地气候和环境有较强的适应性，而后者多是有目的地种植对果树有益的特定品种的草，可以改善土壤特质，改进果园生境[18]。如，蓝莓(Vacciniumspp.)园可以种植的豆科牧草有白三叶(Trifoliumrepens)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、田菁(Sesbaniacannabina)，禾本科草类有早熟禾(Poaannua)、燕麦草(Arrhenatherumelatius)、结缕草(Zoysiajaponica)等[19-20]。又如，火龙果(Hylocereusundulatus)园常搭配种植的牧草有紫花苜蓿、柱花草(Stylosanthesguianensias)和百喜草(Paspalumnatatu)等[21]。

我国幅员辽阔，经纬度跨度较大，各地气候和土壤等条件差异显著，因此，进行果草搭配时，应因地制宜，实现草与果树的合理搭配。一般地，实行果园生草时，水分是首要考虑的问题。我国以秦岭-淮河一线作为南北方的地理分界线和我国降水量800 mm的年等降水量线。此线的南面和北面，自然条件和农业生产方式有明显的不同，果园生草的模式也因此不同，表现出北方和南方两大区域。

1.2北方常见果园生草模式及运行机制

我国北方地区降水较少，果园生草模式相对单一，尤以北方旱塬区的果园生草模式较为常见。水分短缺是北方旱塬区果园生草的主要限制因素，因此，利用的生草模式首要考虑减少水分散失，增加储水，提高水分利用效率。如，渭北旱地普遍采用“果树行间生草+树盘秸秆覆盖”模式，土壤有机质和土壤团聚体增加，土壤水分储存增加。草叶面的散射光增多，有利于改善果质和提高果产[22]。王长新[23]提出了旱作果园中的油菜(Brassicacampestris)、豆类轮作模式，将果树与草(作物)的需水期合理搭配，油菜幼苗期正值秋雨季节，降水较为充足，冬前旺盛生长时降水偏少但果品已经采收，而在果树新梢生长期需水量增大时，油菜已经割除；豆类从播种到割除的5-7月已经进入雨季，降低了果树与草(作物)的水分竞争。

除上述较单一的果园生草模式外，北方旱塬区还围绕草畜结合形成了多种类型的果园生草模式，包括渭北旱塬的“牧-沼-果-草”，晋中市的“果-畜-沼-窖-草”和豫西黄土丘陵区的“草-畜-沼-果”、“草-畜-果”和“草-土种禽畜-沼-果”等多种特色果园生草模式。“牧-沼-果-草”生态果园模式，主要草类植物是白三叶草，该模式除具有保墒肥地、防止水土流失及为家畜提供饲草的功能外，还通过果园养猪为果园提供充分优质的有机肥，从而降低了化肥投入量；并且沼气除作为生活能源外，还能使家畜粪尿经厌氧发酵变得无害，更适合苹果(Maluspumila)的吸收与利用[24]。“草-畜-沼-果”和“草-土种禽畜-沼-果”生态果园模式除了以上优点外，还实现了当地土种禽畜资源的合理充分利用，提高了果园的整体生态与经济效益[25]。“果-畜-沼-窖-草”生态果园模式，主要特色是在果园中建有水窖，可收集和储藏降水，为沼气池、果园喷药和人畜生活提供用水，还可以补充灌溉用水[26]。

在山东省沂蒙山区，果园生草模式较常见的有两种：一种是就地取材、以园养园、节资省工的“苹果/桃(Amygdaluspersica)/葡萄(Vitisvinifera)等+马唐(Digitariasanguinalis)/狗尾草(Setariaviridis)/芥菜(Brassicajuncea)等半木质化或无木质化茎、矮生、覆盖面大、耗水量小、适应性广的牧草自然生草模式，另一种是对果园土壤和微生态环境进行针对性改善的“苹果/桃/葡萄等+以黑麦草(Loliumperenne)/紫花苜蓿/鼠茅草(Vulpiamyuros)等”的人工生草模式[27-29]。

1.3南方常见果园生草模式及运行机制

我国东南地区也是果园生草适宜推广的地区，其中红壤土果园生草最为常见。红壤土广泛分布在我国热带与亚热带季风气候区，涉及南方14个省(区)，总面积有218万km2，占我国国土面积的22.7%[30-31]。长期以来，红壤丘陵坡地和山地的水土流失较为严重，而果园生草作为主要的治理措施被推广应用。

1.3.1南方丘陵坡地果园生草模式 南方红壤丘陵坡地果园生草的主要目的是减少水土流失、保持水土，常见有“桔(Platycodongrandiflorus)+萝卜(Raphanussativus)/黄豆(Glycinemax)”、“桔+百喜草”、“桔+宽叶雀稗(Paspalumwettsteinii)”、“桔+狗牙根(Cynodondactylon)”4种果园生草模式。张华明等[32]发现，4种模式均具有较强的水分涵养能力，减流减沙效果良好，尤以桔+百喜草模式最好。并发现，果园中草类覆盖达80%以上时，减流减沙效应能达到92%以上；而且草类套种模式较作物套种模式具有更强的减沙减流蓄水能力，横坡种植模式要比顺坡种植模式好，因此，在南方红壤丘陵区应大力推行“横坡+全园+百喜草”的果园套种模式[32]。在南热带与亚热带季风气候盛行的长江以南红壤丘陵区果园，“横坡+百喜草+萝卜/黄豆”的果园生草模式也可以有效减少径流和泥沙运移损失，降低果园土壤侵蚀[33]。

南方红壤丘陵坡地果园生草模式较为单一，大多是草种的选择不同。翁伯琦等[34]、应朝阳等[35]和罗涛等[36]从澳大利亚引种多种牧草，并从早期建植、产量、越冬率、生物学特性、形态学特征等方面进行综合评价，筛选出圆叶决明(Cassiarotundifolia)和羽叶决明(Chamaecradtanictitans)2个品种、6个品系。适合该地区推广的其他果园牧草还有平托花生(Arachispintoi)、白三叶、印度豇豆(Vignasinensis)、南非马唐(Digitariaeriantha)、黑麦草(Loliummultiflorum)、杂交狼尾草(Pennisetumamericanum×P.purpureum)、鲁梅克斯(Rumexpatientia)、罗顿豆(Lotononisbainesii)等[37]，可以发展特色果园生草模式，如，“果-草-牧-(菌)-沼”观光生态果园模式，提高了果园系统的能量利用效率[38-39]。此外，在该模式中，以豆科牧草(如圆叶决明、平托花生、白三叶等)搭配少量非豆科牧草(如南非马唐、黑麦草、鲁梅克斯等)，可提高生草的生态与经济效益；沼渣的加入提高了果产和果质，生草养畜(牛、羊、猪)，果园内养鹅、鸭及观光游览等大大提高了果园的经济效益[40]。

1.3.2南方山地果园生草模式 南方丘陵山地土壤属于南亚热带的赤红壤及中亚热带的红壤，一般采用桑(Morusalba)园生草模式，以“桑+百喜草”模式最为常见。该模式中百喜草可以改善桑园小气候，减轻桑园在高温干旱期的干旱程度，延长灌溉时间间隙，促进了桑树生长和增产[41]。针对江浙山地柿(Diospyroskaki)、桔果园等实施了“省力化耕作生态复合经营”模式，主要草种为白三叶、黑麦草、苜蓿和霍香蓟(Ageratumconyzoides)等，除抗旱保墒外，还大大减少了人力成本投入。在炎夏，幼龄柿园生草覆盖地表温度相较于裸地降低了1.78 ℃，而且果园绿肥相应增加，果质得到提高[42]。在福建山地生态果茶园，利用牧草为原料就地栽培食用菌，构建了“果-草-牧-菌-沼”模式。一般选择宽叶雀稗、南非唐马、圆叶决明、百喜草及杂交狼尾草的混合草料作为木耳(Auriculariaauricula)、草菇(Volvariellavolvacea)、金针菇(Flammulinavelutiper)的栽培料，而残渣和多余的牧草则用来生产沼气。相比于传统的山地水土流失治理方式，该模式的防治效果高达57%～76%，5年之内可提高红壤综合肥力20%～30%以上[43]，而且果园的农产品有较强市场竞争力和较高投资回报率，具有巨大的经济和社会效益。广西省多山地区发展了“养殖+沼气+水果+加工+旅游”现代生态果园模式，形成柑橙(Citrussinensis)、柚子(Citrusmaxima)、柿子和桃连片种植的四大水果产业基地或产业带，实现了资源的多次利用与果园生草系统的复合化和立体化发展[44]。

2 生草对果园系统的资源调控及其机制

因果园系统资源需求和气候、土壤等客观因素的限制，各地果园生草的模式不尽相同。生草对各个果园系统资源(水、肥、光照等)有明显的影响和调控。

2.1果园生草对果园土壤水分的调控

与传统的果园清耕相比，特定草种的引入能缓和降雨对土壤的直接侵蚀，减少地表径流[45-46]，防止雨水冲刷，减少水土流失[47-48]。尤其在黄土高原土质疏松地区[49]和南方丘陵山地[50]，生草增加水分入渗、保持水土的效果更为明显。在旱季时，生草可增加地表覆盖面积，减少水分的蒸发；在雨季时，生草能促进土壤多余水分的排出，促进果树的生长和养分吸收[51-52]。相比于林间翻耕作业而言，生草后地表覆盖可以极大地改善土壤水分和养分状况[53-57]。

果园生草模式下，果树与草存在水分竞争，而且竞争多发生在0～40 cm土层内。但二者间的水分竞争会受到降水量、草和果树根系分布、草和果树共生年限等的影响。因此，可以通过选择适宜的草种、调整果树布局、合理灌溉和刈草等来控制耗水，减弱竞争[58]。

2.2果园生草对果园土壤肥力的调控

果园生草后，果园土壤肥力得到了大幅度改善。邓丰产[59]发现，随着生草年限的增加，种植小冠花(Coronillavaria)的果园内土壤有机质含量呈现逐年增加的现象。柑橘园生草和李(Prunussalicina)园生草后，土壤的氮、磷、钾含量都高于清耕区[60-61]。但是，生草对果园土壤肥力的改善可能受土壤营养状况、果树和草的根系吸收特性的影响，在生草的不同时期表现不一。如，李会科等[62]发现，在果园生草前期，0～40 cm土层土壤养分的消耗大于积累，而在第5年，土壤有机氮、磷、钾都有了活化，呈现出增加的趋势。此外，果园生草可以降低土壤容重、增加土壤孔隙度、使水稳性团聚体含量升高，而且，随生草年限增加，果园土壤物理特性的改善愈加明显[58,63-64]。

果园土壤微生物群落结构及组分的改变与果园产量、果品质量密切相关[65]，而前者在土壤有机物质分解、系统养分循环及能量流动等过程中起决定性作用。果园土壤微生物种类会因果树和草的种类变化而不同，但整体而言，生草后果园土壤中的微生物含量和活性都得到了增加。在三叶草和苜蓿的生草园中，土壤微生物生物碳和氮含量都比清耕区高[66]。葡萄园生草后土壤微生物含量明显增加，较之于清耕区，固氮菌与纤维素分解菌数量升幅较大[67]。猕猴桃(Actinidiachinensis)园生草增加了果园土壤线虫群落多样性[68]。此外，果园生草提高了果园土壤的酶活性，并且生草年限、草种不同还会引起土壤酶种类和活性发生变化[69]。因此，果园行间种草有利于土壤微生物活动，提高对腐殖质的分解能力，加强养分循环，有助于土壤肥力提高[68]。

2.3果园生草对果园光照的调控

果园生草可以截获更多的光能，减少地面直接光照，改善土壤热量状况，增加地表比热容，平稳地温。生草覆盖模式对果园光热的改善程度随草种、地表覆盖程度及当地的温差而变化[64,70]。果园生草打破了传统“土壤-果树-空气”之间的水热交换模式，形成了“土壤-果树+草-大气”新型模式，可以截获更多的光能用于植物的光合作用，增加碳同化，进而有利于果树的物质积累[52]。此外，草对光照的反射、散射等作用还能改善果皮的着色，从而改善果品品质[71]。

3 果园生草影响果园系统的病虫草害的发生

生草可以使果园生态系统多样性增加，尤其是近地表生态系统多样性，而系统多样性的增加会引起果园病虫害天敌的数目或者出现的几率增加[72]。如，梨(Pyrusspp.)园种植芳香类草类植物可以控制梨园害虫数量，增加天敌数量，能调节主要害虫与天敌的相互关系[73]。苹果园实行生草后，其主要的病虫害都有所减少，某些病虫害有减轻和发生期推迟的情况[74]。果园生草是一种间作模式，增加了果园系统的复杂性，为昆虫、小动物等提供了更充分的活动场所，增加了害虫与天敌的生态位宽度，且使天敌对害虫有较好的跟随性效应和控制作用[75]。

果园杂草危害也是果园系统内常见的、困扰果农的问题。杂草与果树竞争养分和水分，尤其是恶性杂草对果树的影响尤为明显，而且难以控制。因此，传统上常采取清耕土壤的管理方式去除杂草。Andersen等[76]发现，相比于传统的除草剂，果园生草结合黑色地膜和生草秸秆覆盖能更有效控制杂草，减少污染和成本。

4 生草果园的果树生产效应

草类植物引入果园系统是对传统精耕细作的一个挑战。在具体的实践和应用中，草类植物与果树存在水分和养分的竞争，从而影响果树生长，最终降低果产和果质。如，在石灰岩旱地果园中种草可以涵养水源，但在干旱严重季节会明显导致生草区域土壤含水量低于轻耕区[77]；在柑橘园，生草初期会出现0～20 cm土层中N、P、K等矿质营养下降的情况[78]。研究表明，果园生草会明显减弱树体的营养生长，主要可能是由水分缺少、根系竞争加剧引起的[79-82]。因此，优化草种的选择、草与果树的根系吸水范围的搭配能有效缓解资源竞争。如，在葡萄园中，搭配种植浅根系草类使浅土层根系的水肥资源竞争加剧，会导致葡萄的减产[83]，因此，实践中应避免类似的搭配。而豆科牧草有助于葡萄园中土壤氮素的积累，禾本科牧草有利于土壤有机质的提高[84]，实践中可以加以利用。在土壤水分、肥力较充足的条件下，草类植物与果树的资源竞争并不明显[85-86]，反而能发挥生草的积极作用。

果园生草可调节果树生长。果园生草后，增加了浅土层中的根生物量[87]，而促使果树根系纵向发展，促进深根系的生长，有利于果树水分和养分的获得与资源的充分利用[88]。生草会促使果树短枝比例增加，有利于果树的生殖生长，并且随着生草年限的增加，短枝比例会持续增加[59]。此外，生草使果园湿热环境更稳定，减少果树干和果实的日烧情况，果园系统稳定性增强[69]，有利于果园的持续性生产。

果园生草可以改善果品品质。在水分胁迫下，百喜草的菌根侵染率的提高改善了柑桔果实的品质，促进了柑桔果皮的着色[71]。生草也可以降低柑橘的柠檬酸含量，提高果质[71,78]。葡萄园行间生草使葡萄果实总氮和可溶性蛋白质含量降低，但总体上会提高葡萄与葡萄酒中游离氨基酸总含量，有利于提高葡萄酒的质量[89]。而且，随着生草年限的增加，果实品质逐年持续改善[59]。

5 展望

传统果园的清耕土壤管理模式短期效果较好，但长期清耕会导致果园地力退化，生物多样性丧失，果产和果质下降[90]，不利于果园可持续利用。果园生草是一种保护性耕作措施[91]，可以有效改善果园土壤环境和小气候等，从而提高果树产量、改善果品品质，促进果园的优质可持续生产。

我国果园生草技术的发展和推广较为缓慢，除受黄河及长江流域3000余年农耕文化和人多地少的农业现状等因素的影响[85]外，也与果园生草模式、草种选择和搭配等密切相关[92]。因此，在果园生草实践中，可以从以下几个方面对我国果园生草模式进行改进。

首先，针对果树品种，加强草种的选择，优化搭配，减弱草与果树的资源竞争。其次，适当调整果树布局，以减少果树对草生长的影响，实现果与草生产双赢。再次，优化创新果园生草模式，因地制宜地利用当地资源，发展有特色、复合型、可持续生产的生草果园。最后，合理施用水肥光资源，提高生草果园整体的经济、生态和社会效益，促进生草果园优质可持续生产。

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Advancesintypicalpatternstoincludegrassspeciesinorchardsandmechanismstoregulateresourceswithintheorchard-grasssysteminChina

YANG Mei, WANG Ya-Ya, LU Jiao-Yun, LIU Min-Guo, DUAN Bing-Hong, YANG Hui-Min*

StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-ecosystems,CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China

Including grass species in orchards is an advanced technology to manage soil, thereby promoting sustainable fruit production. It has been 40 years since this technology was introduced into China, and researchers have paid much attention to the changes in microclimate, soil features, and fruit production in orchard-grass systems. However, little attention has been paid to the patterns of orchard-grass systems and how they affect the distribution of resources. This paper summarizes some typical patterns of including grass species in Chinese orchards, and describes how they work under different conditions. The effects of including grasses in the orchard on soil water and fertility, light radiation, and pests and weeds are discussed. There are multiple patterns of orchard-grass systems, with different types and proportions of grass species that affect the moisture content and fertility within the system. Suitable patterns of orchard-grass systems may increase water infiltration into the soil, reduce water evaporation, and reduce soil erosion. They can also help to increase soil fertility and enhance the activity of beneficial soil microorganisms. These patterns can enhance the interception of light radiation and improve the light environment beneath the trees. Additionally, including grass species may help to enhance the resistance of the orchard-grass system to pests and weeds. These advantages have great potential to diversify the outcomes of orchards and to improve their quality. However, unsuitable combinations of orchard and grass species, and/or inappropriate sowing methods can lead to competition for water and nutrients in soils and worsen the deficit of those resources, leading to negative effects on production. The information summarized in this review will help to improve research on orchard-grass systems and the use of appropriate planting patterns in Chinese orchards.

orchard-grass; pattern for including grasses into orchard; regulation on resources; control on pests and weeds

10.11686/cyxb2017140

http://cyxb.lzu.edu.cn

杨梅, 王亚亚, 陆姣云, 刘敏国, 段兵红, 杨惠敏. 典型果园生草模式及果草系统资源调控研究进展. 草业学报, 2017, 26(9): 189-199.

YANG Mei, WANG Ya-Ya, LU Jiao-Yun, LIU Min-Guo, DUAN Bing-Hong, YANG Hui-Min. Advances in typical patterns to include grass species in orchards and mechanisms to regulate resources within the orchard-grass system in China. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(9): 189-199.

2017-03-27；改回日期：2017-05-12

国家科技支撑计划(2014BAD14B006)和兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金(lzujbky-2016-178)资助。

杨梅(1991-)，女，甘肃平凉人，在读博士。E-mail：yangm14@lzu.edu.cn*通信作者Corresponding author. E-mail：huimyang@lzu.edu.cn