梨园林下豆科绿肥绛三叶的景观生态特征

廖 恒， 张 钦*， 姚单君，冉 斌， 张爱华，王文华，况胜剑，朱 青

(1.贵州省农业科学院 土壤肥料研究所/ 农业资源与环境研究所/农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站，贵州 贵阳 550006；2.兴义市农业农村局，贵州 兴义 562400)

0 引言

【研究意义】随着“美丽乡村、乡村振兴”发展目标的明确，在田园综合体发展模式中，农业生产将承载增加经济效益、保护生态环境、美化田园风光等众多功能，其中，以景观生态学、植物生态学为基础，构建具有生产、生态、景观功能一体的乔灌草立体复合植物生产生态系统，是实现农业生产众多功能的重要途径[1]。推进生态果园、观光果园建设，将发展果园循环农业形成的现代农业形象和优美田园风光，与乡村旅游休闲相结合，可作为乡村振兴的有力抓手之一，推动农业产业融合发展、美丽乡村建设和农村环境综合整治，加快农民增收致富，增加农民幸福感和获得感[2]。自20世纪90年代起果园生草在提高土壤肥力、改善果实品质、促进土壤酶活性及微生物活动、改善小环境、降低生产成本等方面的研究不断增多，推广的果园生草技术面积也持续增加，果园生草的生态效益和经济效益日趋明显，这种转变对于我国果树产业的健康可持续发展具有重要意义[3-6]。【前人研究进展】许多绿肥作物都具有一定的观赏价值，主要用于观花、观叶及观果等，在果茶园种植时具有重要开发价值[7-8]，同时在保护果园生态方面有促进作用[9-11]。绛三叶(Trifoliumincarnatum)为豆科车轴草属，一年草本，高30～100 cm，茎直立或上升，粗壮，被长柔毛，具纵棱，顶生花序，花期继续伸长，花冠深红色、朱红色至橙色[12]，观赏性较高。果园林下种植绛三叶可可提升景观效果，丰富果园观赏色彩。【研究切入点】选择林下作物品种时，除符合果树林下生产与利用的要求外，还应具有观赏功能和生态功能。目前，关于绛三叶林下景观生态特征的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】选择在贵州区域梨园内3-4月间开花的豆科绿肥绛三叶为研究对象，从花朵的时空分布、视觉特性等景观响应角度，探明养分、固氮、固碳、制氧量等生态功能特征，为绛三叶在生态及观光果园中的应用提供参考，促进生态果业、观光农业、美丽乡村的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018-2019年在贵州省安顺市普定县黄桶街道办梨园内(105°42′11″E， 26°16′20″N)进行，试验地海拔1 249 m，位于贵州省中部偏西，属于亚热带季风湿润气候，季风交替明显，全年气候温和，年平均气温15.1℃，年平均日照时数1 164.9 h，无霜期301 d，年平均降水1 378.2 mm。供试土壤为黄壤，机械组成为粉壤，pH 6.15、全氮0.21%、全磷0.12%、全钾0.76%、有效磷19.90 mg/kg、速效钾62.50 mg/kg、碱解氮147.35 mg/kg、缓效钾199.33 mg/kg、有机质31.67 g/kg，根据全国第二次土壤普查养分分级标准，综合土壤肥力水平属中等。

1.2 试验材料

试验材料为绛三叶(Trifoliumincarnatum)，种子购于郑州开元草业公司。

1.3 试验设计

以绛三叶播种量为处理对象，试验共设6个处理，播种量为1.0 kg/667m2、1.5 kg/667m2、2.0 kg/667m2、2.5 kg/667m2、3.0 kg/667m2、3.5 kg/667m2。小区面积为8 m2(2 m×4 m)，随机区组排列，3次重复。9月播种，条播，生长过程不施用任何肥料。

1.4 指标测定方法

参照文献[13-14]的方法，试验前采集0～20 cm耕层土壤样品，按常规方法进行土壤基本理化性质分析。盛花期时采集各密度各小区具有代表性的3株植株，取其地上及地下部分，测定花朵数、花朵面积、花朵高度、地上鲜重及地下鲜重。将植株带回实验室分别将地上及地下两部分杀青后烘干称量，粉碎后测定其氮、磷、钾含量。参照绿肥种质资源描述规范和数据标准进行计量。始花穗期为25%的茎枝开花日期，盛花穗期为75%的茎枝开花日期，终花穗期为75%的茎枝停止开花日期，花穗期为从始花期到终花期所经历的时间。

圆锥侧面积(S)、花朵总面积和养分积累量根据下列公式计算：

S=π×r×l

花朵总面积=单位面积花朵数×单朵花面积

养分积累量=鲜草产量×含水量×养分含量

式中，单朵花面积以花序表面积计算，r为小花组成的圆锥形花序底面半径，l为圆锥母线。

根据光合作用方程式，植物每生产1.00 g 植物干物质能固定大气中CO21.63 g，释放O21.20 g。

1.5 数据处理

采用Excel 2007和SPSS 18.0统计分析数据。采用单因素(one-way ANOVA)和Duncan法进行方差分析和多重比较(α=0.05)，利用Excel 2007作图，图表中数据为平均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 林下开花时空特征

由图1可见，绛三叶花期在3月底至4月中下旬，共24～27 d，随着花期的推进，总花序缓慢伸长，花冠深红色、朱红色至橙色。各处理的花期时长相差不大，与绛三叶的播种密度规律不明显，但1 kg/667m2的花期时长最短。从空间上看，绛三叶是顶生花序，总花梗比叶长，长2.5～7.0 cm，粗壮，花序高度主要分布于33～55 cm，但作物播种密度影响植株高度，从而影响花序高度，播种密度与花序高度呈显著正相关，拟合曲线y= 2.354x2-18.11x+70.83(R=0.878)。

注：不同小写字母表示在P≤0.05水平差异显著。下同。

2.2 林下花朵视觉特征

经观察，绛三叶花冠深红色，花序呈圆锥状，花期继续伸长，具花50～120朵，甚密集，每朵花序的锥底直径主要分布在1.1～1.8 cm，平均1.4 cm，圆锥母线长度主要分布在2.8～6.7 cm，平均约4.5 cm，单朵花面积为4.71～18.93 cm2，平均10.21 cm2，由图2可见，单朵花面积和播种量呈显著负相关，拟合曲线y=-0.061x2-2.482x+ 16.14(R=0.856)。萼筒形，密被长硬毛，具脉纹10条，萼齿狭三角状锥形，近等长，萼筒较短，萼喉具一多毛的加厚环，果期缢缩闭合；旗瓣狭椭圆形，锐尖头，明显比翼瓣和龙骨瓣长[12]。绛三叶每株花朵数平均4朵，320～544朵/m2，平均约410朵/m2，单位面积花朵数随着播种量呈先上升后略有下降趋势，呈显著负相关，拟合曲线y=-43.048x2+146.78x+328.84(R=0.5163)，整体视觉上花朵数量较多，加上高低错落分布，层次感丰富。

图2 不同处理绛三叶的单位花朵数量和单花面积

2.3 林下景观效益特征

林下景观是综合的视觉效果，单位总花朵面积受单位花朵数量和单朵花面积的影响。由图3可知，单位花朵总面积为108.02～686.68 m2/667m2，平均289.74 m2/667m2，而单位总花朵面积随播种量增大呈下降趋势，表现出显著负相关关系，拟合曲线y=-31.315x2+32.806x+397.29(R2=0.731 7)。播种量为1.5 kg/667m2播种量时单位总花面积最大，达461.57 m2/667m2；2.5 kg/667m2时，比1.5 kg/667m2的单位总花面积显著降低52.7%。绛三叶是顶生花序，位于鲜草之上，视觉上无鲜草遮挡，视觉效果佳。

图3 不同处理绛三叶的总花朵面积

2.4 林下绛三叶鲜草养分积累效益及土壤养分变化特征

林下生草还田可以原地提供有机肥源，而养分受鲜草产量与其养分含量的双重影响，绛三叶养分含量为全氮1.54%、全磷0.46%、全钾2.31%，鲜草产量为244～1 163 kg/667m2，平均541.86 kg/667m2，播种量与鲜草产量的拟合曲线y=-67.84x2+149.8x+597.5(R=0.705)。综合二者养分积累量，总养分积累量4.06～18.45 kg/667m2，平均8.68 kg/667m2。由图4可知，随播种量增加总养分呈下降趋势，表现出显著负相关关系，拟合曲线y=-0.480x2-0.431x+12.43(R=0.707)，主要是因鲜草产量下降导致。绛三叶还田后土壤养分含量发生改变，土壤有机质33.07 g/kg、全氮1.92 g/kg、全磷0.699 g/kg、全钾5.04 g/kg、碱解氮169.62 mg/kg、速效磷54.83 mg/kg、速效钾56.3 mg/kg。相较试验前的土壤养分含量，土壤有机质、碱解氮、速效磷含量有所升高，全氮、全磷、全钾、速效钾含量有所降低，但差异未达到显著，因此需延长时间探索这种模式下的土壤养分变化规律。

图4 不同处理绿肥作物的氮、磷、钾养分总积累量

2.5 林下绛三叶生长的固氮、固碳、制氧特征

绛三叶是豆科绿肥作物，可固定3～12 kg/667m2的氮素，同时，作物在生长过程中可以固定大气中CO2，释放O2，根据光合作用方程，固碳量与制氧量由干物质的量决定，林下引入绛三叶可固碳量84～398 kg/667m2，平均183 kg/667m2、制氧量61～293 kg/667m2，平均135 kg/667m2。由图5可知，播种量与鲜草量呈显著负相关关系，固碳拟合曲线y=-12.39x2+0.262x+253.9(R=0.677)，制氧拟合曲线y=-9.123x2+0.193x+186.9(R=0.677)。

图5 不同处理绿肥作物的固碳及制氧量

3 讨论

梨树品种繁多、花期不一，多数在3月，花期长约10 d，观赏期相对较短，但其林下空间大，可利用观赏性较高的绿肥作物打造林下景观，同时兼顾生态功能共同发展。绛三叶生长适宜性强且具备较好的观赏性，可作为观赏绿肥于林下种植，提升景观与生态效果。观赏时空特征方面，梨花为白色，具有很高的观赏性，但其花期较短，选择花期在3月下旬至4月中上旬的绛三叶作为林下观赏绿肥作物，花期24～27 d，可延长梨园的观赏时间。在空间上，绛三叶是顶状花序，无鲜草遮挡，花序高度主要为33～55 cm，播种密度与花序高度呈显著正相关。另外，若梨花开在3月下旬时，可与绛三叶花期有交叠，与梨花呼应，形成树上白花、地上红花，丰富观赏色彩，景观更有空间感、立体感。观赏视觉特征方面，绛三叶花冠深红色、朱红色至橙色，花序呈圆锥状，花期继续伸长，具花50～120 朵，每朵花序的锥底直径平均1.4 cm，圆锥母线长度平均4.5 cm，单朵花序面积平均10.21 cm2，单株花朵数平均4朵，单位面积花序数平均410朵/m2，单位花序总面积为108.02～686.68 m2/667m2，平均约289.74 m2/667m2。绛三叶引入量与影响观赏的单朵花序面积、单位面积花序数量、单位总花序面积呈显著相关关系。林下生态效益上，豆科绿肥有其自身的优势，生长过程中可固氮、固碳、制氧，鲜草还田可为土壤提供有机肥源，绛三叶养分含量为全氮1.54%、全磷0.46%、全钾2.31%，总养分积累量平均约8.68 kg/667m2，相较紫云英、箭筈豌豆等的氮含量较低，但磷、钾含量相对较高[15]。受果树生长以及果园管理方式的影响，林下作物选择宜植株低矮、耐践踏[1]，绛三叶鲜草产量平均541.86 kg/667m2，株高50 cm以下，符合其要求。另外，根据计算，绛三叶可固定氮素3～12 kg/667m2、固碳量平均183 kg/667m2、制氧量平均135 kg/667m2。绛三叶引入量与总养分积累量、固碳量、制氧量呈显著相关关系，而对土壤养分的影响未表现出显著差异，需延长时间以探索该模式下的土壤养分变化规律。

4 结论

绛三叶引入梨园，提升林下甚至整个果园在花朵大小、数量、面积、空间等方面的景观效果，播种量与单位面积花序数量呈显著负相关，拟合曲线y=-43.048x2+ 146.78x+ 328.84(R2=0.5163)；与单位总花序面积呈显著负相关，拟合曲线y=-31.315x2+32.806x+ 397.29(R2=0.731 7)。同时绛三叶引入梨园增加固氮、固碳、制氧、有机肥源还田等绿肥的生态功能，播种量与鲜草产量的拟合曲线y=-67.84x2+149.8x+597.5(R2=0.705)，与总养分的拟合曲线y=-0.480x2-0.431x+12.43(R2=0.707)。因此，在观赏功能及绿肥功能运筹平衡的绛三叶利用模式中，绛三叶播种量0.52～1 kg/667m2的花序总面积大，播种量1.7～2 kg/667m2的花序数量多，播种量1.1～1.5 kg/667m2的鲜草产量高，综合观赏功能及绿肥功能，绛三叶播种量在1～1.2 kg/667m2为宜。绛三叶生长适宜性强，还可适当推广于3-5月开花的桃园、李子园等性质相似的果园林下利用，以丰富观光色调，延长观光时间，形成树上、树下不同色彩的花朵呼应，不仅可实现果园绿色生产，同时使观光品牌多样化，助推乡村振兴的发展。