果园生草对中国果树?土壤系统生产性能影响的Meta 分析

高丽敏　顾泽辰　贡雪菲　崔联明　郭东森　周影　王琳　魏启舜

摘要：果园生草在改善果园环境、土壤生态、果树生理等方面具有重要作用。采用Meta 分析方法，搜集2000—2022年669组数据，定量分析了果园生草对果实产量、果实品质、果园发病率、土壤理化性状及微生物多样性等的影响。结果表明，果园生草能显著提高果实产量（11.9%），但对处于低温区域（年均气温低于10 ℃）、土壤偏碱（pH>7）、有效磷含量较低（<5 mg·kg?1）或偏高（>40 mg·kg?1）及土壤速效钾含量较高（≥100 mg·kg?1）的果园无显著影响。草种类、土壤速效钾含量及果园类型是果园增产效应的关键影响因素，贡献率达到17.4%、9.8%、9.7%。果园生草提高了果实品质，显著降低了果园的发病率。果园生草显著提高了果园土壤的有机质、全氮、碱解氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾、有效锌、有效铜、有效猛、有效镁含量。在果园0—20 cm土层，生草增加了土壤含水量、孔隙度，提升了土壤关键酶活性、微生物数量、碳氮量及群落多样性。结果表明，果园生草在改善果树-土壤系统生产性能中具有积极作用，是实现果园绿色可持续发展的有效措施。

关键词：果园生草；产量；品质；土壤理化性质；土壤微生物；Meta分析

doi：10.13304/j.nykjdb.2024.0029

中图分类号：S181 文献标志码：A 文章编号：10080864（2024）04018411

我国是世界上果树种植面积较大、总产量较高的国家。中国统计年鉴数据显示，2020年我国果树种植面积为1 265万hm2，总产量高达28 692万t[1]。目前，土壤质量是影响我国果实产量的关键因素，果园立地条件差，土壤有机质水平低，会导致树势弱、果实产量低下等问题[2]。投入大量化肥虽然能够维持果树的高产，但诱发的树体营养失衡、土壤酸化和板结等问题往往会引起产量不稳定[34]、果园病害频发等问题[56]严重制约了我国果树产业的发展与转型。因此，通过果园土壤管理措施降低化学肥料的投入，改善果树?土壤系统生产性能，进而提高土壤地力及果实产量，对实现我国果园绿色健康发展具有重要意义。

果园生草指在果园种植草本植物的一种管理方式，多用于成年期果树土壤管理，种植的草种以禾本科、豆科为主，可直接翻压或切割处理后作为绿肥施用在果园土壤中[7]。越来越多的研究证明，相较于传统的清耕管理，果园生草在改善果园土壤生态等方面具有重要作用[2， 8?9]。秦秦等[10]研究表明，猕猴桃行间生草可以有效调控0—20 cm表层土壤理化性质；肖力婷等[11]研究表明，生草显著增加了橘园土壤有机质及氮、磷、钾的含量，提高了土壤肥力及果实产量；段志龙等[12]研究表明，苹果园种植豆科绿肥可以显著降低土壤容重，提高果实产量；王燕和白岗栓[13]研究认为，自然生草可提高0—40 cm 土层中土壤全氮、有效磷、速效钾含量。此外，也有部分研究结果认为果园生草对果实产量并无显著的正向效应：胡斌等[14]研究表明，与清耕相比，黑麦草、光叶紫花苕、紫花苜蓿种植对芒果产量的提升效应不显著；樊巍等[15]研究表明，全园生草间作紫花苜蓿导致单株产量、平均单果重均有所下降。

关于果园生草对果实产量及土壤特性影响的研究目前尚未有一致的结论，这可能与生草种类、果园类别、地理条件、土壤基础地力等因素有关，所得结论也仅适用于特定试验点。近年来，相关研究逐年增多，为从宏观角度分析果园生草对土壤肥力及产量的影响奠定了良好的基础。Meta分析是一种基于大量数据的定量分析方法，其通过提取同一主题、相互独立的研究文献数据并进行深度分析，可以定量回答独立研究所无法回答的问题，形成更为准确、可靠和普适性的研究结论，并为后续研究提供参考。因此，本文运用Meta 分析的方法，定量研究果园生草对果实产量、土壤特性的影响并确定相关影响因素，探讨果园生草影响果实产量的可能机制，研究结果可为果园绿色可持续生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

通过中国知网（CNKI）、Web of Science 等数据库，以“果园（orchard）”和（and）“‘绿肥（greenmanure）或（or）‘生草（grass） ”为主要关键词，检索2000年8月至2022年1月期间发表的关于果园生草的同行评审文献。根据研究目的，文献筛选标准如下：①试验必须设有对照组（清耕）与试验组（生草），且至少3次重复；②对照组与试验组均有明确的处理重复数；③处理组需注明确切的草种数量；④数据至少含有产量、品质、土壤理化性质、土壤酶活性、微生物多样性等指标中的1项；⑤不同发表文献中的同一试验数据只纳入1次；⑥一篇文献中包含不同采样日期的结果，使用最终采样时间点的数据。最终通过标准筛选出226 篇符合要求的试验性研究文献，共计提取669组数据。

基于搜集的数据，建立果园生草对果树?土壤生态系统影响的数据库，所有相关数据均直接从文献中获取。若数据以柱状图或折线图的形式呈现，则采用图形数字化软件GetData GraphDigitizer 2.24进行数字转化后提取。考虑到生草对果园产量的影响可能受到草种、果树种类、气候、土壤及种植年限的调控，根据文献中的相关信息对以上影响因子进行归纳分组，整理得到以下影响因素：草种数及种类、果树种类、种植年限、纬度、经度、海拔、年均气温、土壤pH、土壤有机质、土壤碱解氮、土壤有效磷及土壤速效钾。

1.2 Meta 分析

采用响应比（response ratio，RR）的自然对数（lnRR）作为果园生草对果树?土壤系统相关指标影响的效应值（L）。

L=lnRR=ln（Xt/Xc） （1）

式中，Xt和Xc分别为某一指标试验组和对照组的平均值。

采用下式计算加权累积效应值（RR++）。

RR++=Σi = 1j wi Li /Σi = 1j wi （2）

式中，j 为试验组和对照组成对比较的总数，wi 为第i 个数据对效应值的权重，Li 为第i 个数据效应值。

由于本研究所搜集的文献绝大多数均未展示标准差或者标准误，因此，本研究中，效应值的权重（w）依据样本重复数进行计算。

w=（Nt×Nc）/（Nt+Nc） （3）

式中，Nt和Nc分别为试验组和对照组的样本重复数。

本研究采用MetaWin 2.1 中的重取样（resampling tests）及拔靴法（bootstrap CI）（4 999次迭代次数）确定95%置信区间（confidence interval，CI），采用偏差校正法（bias-corrected method）进行校正，采用随机检验法判断组间差异的显著性。

为使分析结果便于解释，本研究将lnRR 转化为影响效应。

影响效应=（RR-1）×100% （4）

RR=1，影响效应为0，表明试验组和对照组间无差异；RR>1，表明产生正效应，果园生草导致相关指标显著增加；RR<1，表明产生负效应，果园生草导致相关指标显著降低。

1.3 统计分析

本研究利用 Microsoft Excel 2013进行数据统计，分别使用SPSS 26 软件、Origin 9 软件及Metawin软件进行数据分析和作图。结合R 4.2.1软件并采用“gbmplus”统计包进行聚类推进树（aggregated boosted tree，ABT）分析，定量评价不同因素对果园增产效应的相对影响。

2 结果与分析

2.1 果园生草对果实产量的影响

如图1所示，与对照相比，果园生草能显著提高果实产量，增幅为11.9%（CI=9.1%～15.4%）。不同果园中，生草对果实的增产效应不同，其中以桃园增产效应最高（20.0%），生草对葡萄园的增产效应不显著（CI=?2.6%～10.3%）。禾本科及豆科生草均能显著增加果实产量，两者之间无显著性差异。气候条件会影响果园生草的增产效应，随年均气温的增加，生草的增产效应增加，当年均气温低于10 ℃时，增产效应不显著（CI=?2.4%～3.2%）；当年均气温高于15 ℃时，增产效应最大（12.6%）。全年日照时数低于2 500 h时，果园生草能显著提高果实产量（CI=2.5%～26.2%）；当全年日照时间高于2 500 h时，增产效应不显著（CI=?1.0%～13.3%）；当年均降雨量为1 000～1 500 mm时，果园生草增产效应最高（16.3%）。

不同土壤理化条件下，生草对果实产量的响应不同：酸性土壤上，果园生草能显著提升果实产量（12.5%），而在碱性土壤上增产效应不显著（CI=?2.0%～9.0%）；不同土壤有机质含量下，果园生草对果实产量均有显著正效应，当有机质含量大于20 g·kg?1时，增产效应最大（12.4%）；在所有土壤碱解氮范围内，果园生草均显著提高了果实产量；随土壤有效磷含量的增加，果园生草对果实产量的增产效应先增加后降低，当土壤有效磷含量为20～40 mg·kg?1时，增产效应最大（15.7%），而当土壤有效磷含量低于5 mg·kg?1或高于40 mg·kg?1时，生草对果实产量无显著影响；当土壤速效钾含量低于100 mg·kg?1时，果园生草能显著提高果实产量，而当土壤速效钾含量高于100 mg·kg?1时，生草对果实产量无显著影响。

ABT模型分析结果（图2）表明，豆科/禾本科是影响果园增产效应的首要因子，相对贡献率为17.4%，其次为土壤速效钾含量、果园类型、土壤碱解氮含量，相对贡献率分别为9.8%、9.7%、9.7%。气候因素包括年均气温、年均降雨量、全年日照时间对果园增产效应的影响最小，分别为8.9%、8.4%、8.3%。

2.2 果园生草对果实品质及发病率的影响

如图3所示，除单果体积与可滴定酸含量外，果园生草对其他果实品质指标均存在显著影响。就外观品质而言，果园生草对果实纵径、果实横径、单果质量、果形指数、果实硬度均存在显著正效应，增加比例分别为5.4%、4.5%、19.3%、4.2%、13.7%。同时，果皮厚度与果点数在生草模式下均显著降低，降低比例分别为15.0%、11.3%。就风味品质而言，可溶性固形物、糖酸比、可溶性糖含量均显著增加，增加比例分别为6.6%、27.2%、5.0%。对营养品质而言，果园生草显著增加果实中可溶性蛋白含量及Vc 含量，增加比例分别为8.1%、8.7%。生草对果树发病率具有显著抑制作用，降低比例为20.7%（图3）。

2.3 果园生草对果园土壤理化性状的影响

果园生草可以显著提高0—20及20—40 cm土层土壤含水量，对40—60 cm土壤含水量无显著影响（图4～6）。对不同土层而言，生草均显著降低土壤容重，同时增加土壤孔隙度。生草对果园土壤pH的影响较小。生草显著提高了土壤有机质含量，与对照相比，0—20、20—40、40—60 cm土层土壤有机质含量分别提高22.8%、20.7%、12.3%。就大量元素含量而言，果园生草显著提高了各土层土壤全氮与碱解氮含量，与对照相比，0—20、20—40、40—60 cm 土层土壤全氮含量分别提高14.5%、29.6%、6.6%，土壤碱解氮含量分别提高22.3%、21.5%、15.0%。果园生草对0—20 及40—60 cm土层土壤全磷及全钾含量存在显著正效应，对20—40 cm土层全磷及全钾含量无显著影响。此外，果园生草显著提升了0—20及40—60 cm土层土壤有效磷含量，提升比例分别为23.3%、9.1%。各土层土壤速效钾含量在果园生草种植后均显著提升，0—20、20—40、40—60 cm土层土壤速效钾含量分别提高了24.2%、14.4%、16.2%。果园生草对土壤中有效锌、有效铜、有效猛、有效镁含量存在显著正效应，对其他元素含量的影响不显著。

2.4 果园生草对土壤酶活性及微生物多样性的影响

如图7所示，果园生草显著提高了0—20 cm土层中土壤蔗糖酶及脲酶活性，提高比例分别为25.4%、40.2%，对20—60 cm处蔗糖酶及脲酶活性无显著影响。与对照相比，生草模式下0—20、20—40、40?60 cm土层土壤过氧化氢酶活性分别提高8.3%、15.5%、18.8%，0—20 cm土层土壤葡萄糖苷酶、蛋白酶、酸性磷酸酶及磷酸酶活性分别提高43.3%、77.1%、46.6%、37.9%。

如图8所示，与对照相比，果园生草显著提高了土壤微生物碳氮，提高比例分别为66.8%、40.0%，同时，0—20 cm 土层土壤细菌、真菌及放线菌数在生草管理下均显著增加，20—60 cm 土层土壤微生物数量的响应不显著。此外，果园生草显著提升了各土层土壤微生物群落香农指数、0—20 cm土壤微生物群落丰富度及20—40 cm土层土壤微生物群落均匀度。

3 讨论

关于果园生草管理模式对果实产量影响的研究结果多有不同。Meta分析结果表明，生草可以显著提升果实产量，温度、土壤因素主导了生草对果园产量的提升效应，以往研究中果园类型及生草品种差异下的不同结论可能是由不同试验地的气候及土壤因素导致的。进一步分析结果表明，在气温低于10 ℃的地区，生草对果园的增产效应不显著。温度对果园增产效应的影响可能与其对微生物活动的调控有关。在一定温度范围内，生草组织的腐解及养分释放需要一系列微生物的参与，温度的提高有利于土壤微生物群体数量和活性的增加[16]，进而提高养分转化效率，促进果实产量的增加[17]。土壤pH是影响果园生草增产效应的另一个因素，酸性土壤条件下，生草能显著提升果实产量，这可能与其对土壤养分有效性的提高有关[18]。当土壤有效磷含量过低（≤5 mg·kg?1）或过高（>40 mg·kg?1）时，生草对产量的影响较小。磷是植物尤其是豆科植物生长所需的大量元素，土壤磷含量过低会影响豆科草种的生长及其固氮过程[19]；在土壤磷含量较高能满足果树生长需求的情况下，生草对产量增加的贡献会降低。此外，生草通过调控土壤真菌群落结构，提高了土壤速效钾含量[2021]，在土壤速效钾含量较低的果园采取生草管理，能显著提高果园产量。

果园生草对土壤理化性质的改善是其提高产量的直接原因。以0—20 cm土层为例，生草通过增加光照反射率、降低地表蒸发、增强土壤持水率以提高土壤含水量，通过根系伸展牵拉作用降低土壤容重、增大土壤孔隙度[2，6，22]。生草对土壤化学性质的改善一方面与生草抑制地表径流、降低了养分的流失有关[2324]；另一方面，植株残体在土壤中的腐解及养分释放是提高土壤养分含量的关键。微生物在土壤生态系统中发挥着重要的作用，植株组织的腐解及土壤养分含量的提高与微生物活动息息相关。不同研究中关于生草对微生物的影响不同，Qian等[25]研究认为，苹果园生草可以显著增加土壤细菌及真菌多样性；Zhong等[26]认为，柿园生草降低土壤细菌多样性和数量。本研究结果表明，果园生草显著提高了微生物碳氮含量，0—20 cm土壤细菌、真菌、放线菌数量及群落香农指数、丰富度。这一方面是由于植物残体为微生物提供了物质能量来源，另一方面是由于土壤物理性质的改变有利于微生物各项活动的进行[7， 27]。微生物数量及群落结构的改变促进了土壤中多种酶（蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶葡萄糖苷酶、蛋白酶、酸性磷酸酶）的活性，这些酶活性的增加加速了土壤养分循环过程，促进了有机物分解和能量流动，最终提高了土壤有机质含量及土壤矿质养分的生物有效性[2829]。

果实品质是影响经济效益指标的关键因素。果园生草对果实外观品质、风味品质及营养品质均有一定的提升作用。果实品质的形成与生态因子及栽培措施息息相关，邓丽娟等[30]和呼盼等[17]采用Meta分析的方法发现生草可以显著降低土壤温度，提高土壤含水量，同时增加土壤养分含量。结合本研究的结果推测果园生草可能是通过调控果园小气候及果树对养分的吸收从而改善果实品质。本研究进一步统计了果园生草对果树发病情况的影响，结果表明，果园生草显著降低了果树发病率，根系分泌物的释放及其对土壤通气性、理化性质、微生物群落结构的调控是果园生草抑制病害发生的潜在机制[3132]。发病率的降低也是果园生草提高果实产量的原因之一。

综上所述，果园生草可能通过残体投入或根系分泌物及其对土壤物理性质等的影响调控土壤微生物数量及多样性、土壤关键酶活性，提高土壤有机质含量及养分生物有效性，最终实现产量及品质的提升。然而，目前的大多研究仅集中于果园生草对某一土壤的影响，且由于样本量的限制，本研究无法构建出果园生草影响果实产量及品质的机制模型，因此，在后续的研究中，可通过具体试验设计及实测数据对Meta分析的结果及可能机制进行验证，以提高研究的可靠性和准确性。此外，考虑到果园类型、气候及土壤对果园增产效应的影响，未来的研究应集中于不同地域果园生草管理模式最优组合的筛选及其影响果实产量品质的内在机制，为推动优质果园绿色生态发展提供借鉴和参考。

果园生草有利于提升果实产量和品质。生草对果园产量的影响受果园类型、纬度、海拔、年平均气温、土壤酸碱度及土壤有效磷钾含量的影响。生草通过影响土壤理化性质，包括提高土壤含水量与孔隙度、降低土壤容重等影响土壤中微生物数量及多样性，导致土壤中多种酶活性的升高，从而促进有机质的积累与养分生物有效性的提高，最终影响果实产量与品质。因此，果园生草在改善果树?土壤系统生产性能中具有显著的积极作用，是实现果园提质增效及可持续发展有效措施之一。

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（责任编辑：温小杰）