生草对澳洲坚果果园土壤理化性质与果实品质的影响

摘 要：【目的】明确果园生草模式对澳洲坚果果园土壤理化性质及果实品质的影响，为今后澳洲坚果高效生态经营管理提供参考依据。【方法】选取3种果园常见生草草种，以清耕为对照，研究不同处理间果园土壤含水量、温度、容重、养分及果实品质差异，并分析土壤理化性质与果实品质的相关性。【结果】3种生草模式条件下的果园土壤含水量均显著高于清耕，表现为草木樨（0.25）>紫花苜蓿（0.22）>多年生黑麦草（0.21）>清耕（0.17）。土壤容重则表现出相反特征，3种生草模式条件下的果园土壤容重均显著低于清耕。清耕区土壤温度较生草区高，变化幅度大，变异系数高。不同生草模式下果园地表土壤温度日均变化均呈现先增加后降低的趋势，在14：00土壤温度达到最高值，草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草生草模式下土壤温度最高值分别比清耕区低10.39%、11.87%、14.84%。与清耕相比，果园生草能显著提升土壤有机质、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量，而土壤全磷含量均显著低于清耕区。3种生草模式条件下的澳洲坚果株产量均显著高于清耕，表现为草木樨（20.67 kg）>多年生黑麦草（19.60 kg）>紫花苜蓿（14.73 kg）>清耕（4.33 kg）。在果实品质方面，生草区均显著高于清耕。相关分析表明，土壤理化性质与澳洲坚果产量及果实品质的相关性较大，产量与土壤含水量、碱解氮、有机质、全钾等呈显著或极显著正相关关系。PCA分析表明除了土壤全磷、温度和容重，其他土壤性状均与澳洲坚果产量和品质指标呈正相关关系。【结论】果园生草能有效增加澳洲坚果果园土壤含水量和养分含量，降低了土壤容重和温度，同时显著提高了果树产量和果实品质。产量和果实品质与土壤理化性质相关性较好，紫花苜蓿生草模式更适合澳洲坚果果园。

关键词：澳洲坚果；果园生草；土壤理化性质；果实品质；相关性分析

中图分类号：S727.33 文献标志码：A 文章编号：1673-923X（2024）07-0101-09

基金项目：广西技术创新引导专项项目（桂科AC23026001）；崇左市科技计划项目（崇科攻2021ZC19）；广西农业科学院基本科研业务专项资助项目（桂农科2022YM25）。

Effects of grass cultivation on soil physico-chemical properties and fruit quality in the Macadamia orchard

ZHOU Chunheng， TAN Qiujin， WANG Wenlin， QIN Zhenshi， ZHENG Shufang， HUANG Xiyun

（Guangxi South Subtropical Agricultural Science Research Institute， Longzhou 532415， Guangxi， China）

Abstract：【Objective】To clarify the impact of orchard grass planting patterns on the soil physico-chemical properties and fruit quality in Macadamia orchards， providing reference for efficient ecological management of Macadamia in the future.【Method】Select three common grass species in orchards， and use clear tillage as a control to study the differences in soil moisture content， temperature， bulk density， nutrients， and fruit quality among different treatments. Analyze the correlation between soil physico-chemical properties and fruit quality.【Result】The soil water content of orchards under three different grass growing modes was significantly higher than that of clear tillage， as shown by Melilotus officinalis （0.25）>Medicago sativa （0.22）>Lolium multiflorum （0.21）>clear tillage（0.17）. The soil bulk density showed the opposite characteristics， the soil bulk density of orchards under three different grass growing modes was significantly lower than that of clear tillage. The soil temperature in the plowing area was higher than that in the grass growing area， with a large range of changes and a high coefficient of variation. The daily variation of surface soil temperature in orchards under different grass growing modes showed a trend of first increasing and then decreasing， and the soil temperature reached its highest value at 14：00. The highest soil temperature values under the grass growing mode of M. officinalis， M. sativa， and L. multiflorum were 10.39%， 11.87%， and 14.84% lower than those in the clear tillage area， respectively. Compared with tillage， orchard grass significantly increased soil organic matter， total potassium， alkaline nitrogen， available phosphorus， and available potassium content， while the total phosphorus content in the soil was significantly lower than that in the tillage area. The yield of Macadamia plants under three different grass growing modes was significantly higher than that under clear tillage， as shown by M. officinalis （20.67 kg） >L. multiflorum （19.60 kg） >M. sativa （14.73 kg） >clear tillage （4.33 kg）. In terms of fruit quality， the grass growing areas were significantly higher than the clear tillage areas. Relevant analysis showed that there was a significant correlation between soil physico-chemical properties and the yield and fruit quality of Macadamia. The yield was significantly or extremely significantly positively correlated with soil water content， alkaline nitrogen， organic matter， total potassium， etc. PCA analysis showed that except for soil total phosphorus， temperature， and bulk density， all other soil properties were positively correlated with Macadamia yield and quality indicators.【Conclusion】Orchard grass can effectively increase the soil water and nutrient content of Macadamia orchards， reduce soil bulk density and temperature， and significantly increase fruit tree yield and fruit quality. The correlation between yield， fruit quality， and soil physico-chemical properties is good， and the M. sativa grass growing model is more suitable for Macadamia orchards.

Keywords： Macadamia； orchard grass cultivation； soil physico-chemical properties； fruit quality； correlation analysis

澳洲坚果Macadamia ternifolia又称为昆士兰栗、澳洲胡桃、夏威夷果、昆士兰果，系山龙眼科澳洲坚果属多年生常绿果树，原产于澳大利亚昆士兰东南部和新南威尔士东北部沿岸的亚热带雨林地区[1]。其营养丰富，富含脂质、蛋白质与氨基酸等各种营养成分[2]，在众多干果类中经济价值最高，素有“干果皇后”的美称[3-4]。广西从20世纪70年代开始商业化引种澳洲坚果，是国内最早开始商业化种植的省区之一，经过40多年的发展，目前广西种植面积已超过1.4万hm2，位居全国第二[5]。土壤是果树生长的必要条件，作为果树根系的生长基质，土壤为果树的生长发育提供源源不断的水分和养分支撑[6]。根据笔者团队成员走访调查发现目前广西澳洲坚果果园对果园土壤管理主要采用“清耕法”进行管理，该方法在防治果园杂草生长过快表现出良好的短期效益，但从长远看，长期清耕必将导致果园水土流失、养分降低、生产经营成本增加、果实品质下降等问题[7]，进而导致市场竞争力下降等产业问题[8]。

果园生草技术是一项较为先进的果园土壤管理方法，起源于19世纪中叶的美国，在发达国家已得到广泛的应用[9]。果园生草通常在果树行间种植1年生或多年生的豆科或禾本科草种，以此达到改善土壤质量、防治水土流失、控制杂草危害等目的[10]。目前全世界可作为果园生草的草种共有1000种[11]，其中常见的有三叶草Oxalis spp.、紫花苜蓿Medicago sativa、黑麦草Lolium multiflorum等[12]。已有研究表明，生草对改善果园微域环境、增强果树光合作用、控制其他杂草生长、减轻病虫危害、增加土壤肥力等有较为明显的作用[13-15]。同时，也有研究表明生草植物与果树特别是幼龄果树间会存在水分和养分的竞争关系[16]。目前果园生草研究主要集中在苹果园[10]、梨园等[17]，澳洲坚果果园生草的研究报道较少，果园生草技术对澳洲坚果果园的土壤及果树产量、果实品质等影响尚不明确。

因此，开展适宜当地澳洲坚果果园的生草栽培技术研究显得尤为必要。本研究以澳洲坚果为研究对象，以不同生草栽培模式为切入点，选择3种果园常见生草草种（草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草）进行生草栽培，通过研究不同果园生草模式下澳洲坚果果园土壤含水量、容重、机械组成、温度、养分、果树产量及果实品质的变化情况，分析澳洲坚果果园土壤理化性质与果树产量及果实品质的关系，以期为筛选出最佳的澳洲坚果园生草栽培模式提供科学理论依据，为广西澳洲坚果果园的高效生态经营提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

试验于2022年11月在广西壮族自治区龙州县广西南亚热带农业科学研究所澳洲坚果示范园区进行，果园立地条件一致，常规管理。澳洲坚果树龄5年生，株行距5 m×6 m，平均树高4.8 m，平均冠幅3.37 m×3.19 m，树势中庸，管理水平良好。果园土壤为红壤土，土壤pH值5.0，有机质21.8 g·kg-1，全氮1.4 g·kg-1，全磷0. 8 g·kg-1，全钾2.5 g·kg-1，碱解氮97.1 mg·kg-1，速效磷19.2 mg·kg-1，速效钾129.0 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验于2022年11月在果园进行冬季修剪施肥后进行，共设4个处理，分别是草木樨Melilotus officinalis、紫花苜蓿、多年生黑麦草，以传统清耕作业（每两月人工除草一次）为对照，每个处理10株，设3个重复。草种播种方式为撒播，每个处理播种面积675 m2，平均播种量为45 kg/hm2。

1.3 样品采集与测定方法

在2023年5月生草旺盛生长期，使用土钻在每个生草区距树干1～2 m区域的对角线和焦点采用五点采样法采集各处理0～20 cm 土层土壤样品，将土壤样品剔除石粒和树根等杂物，风干，过2 mm筛，装袋待用。

参照《土壤农化分析方法》[18]进行土壤样品的分析：采用重铬酸钾氧化-外加热法测定土壤有机质含量，采用半微量开氏法-流动注射仪测定土壤全氮含量，采用NaOH熔融-钼锑抗显色-紫外分光光度法测定土壤全磷含量，采用NaOH熔融-原子吸收法测定土壤全钾含量，采用扩散法测定土壤碱解氮含量，采用0.5 mol/L NaHCO3提取-钼钯抗显色-紫外分光光度法测定土壤速效磷含量，采用NH4Ac浸提-原子吸收法测定土壤速效钾含量，采用环刀法测定土壤容重。于2023年6月15日、6月29日、7月14日，取各处理0～20 cm土层土壤样品，用烘干法测定含水量，并于当日8：00—18：00每间隔2 h用红外测温仪（Apogee MI-210）测定1次各处理地表处土壤温度，结果取平均值。

于2023年8月30日，澳洲坚果果实成熟期，每个处理随机选取5株树进行株产测量，挑选结果部位一致、无病虫害的青皮果实50个，采收，混匀，立即运回实验室进行果实品质的测定。采用凯氏定氮法（GB 5009.5—2016）测定果实蛋白质含量， 采用索氏抽提法（GB 5009.6—2016）测定果实脂肪含量，采用水解-提取法（GB 5009.168—2016）测定果实棕榈油酸和油酸含量[19]。

1.4 数据分析

所有数据采用Excel 2010软件进行整理统计，运用SPSS 21.0软件进行单因素方差分析（Oneway ANOVA）、相关性分析、多重比较等，使用Origin 2018软件绘制折线图与柱状图，用Canoco 5.0软件绘制PCA图。

2 结果与分析

2.1 不同生草模式对土壤物理性质的影响

2.1.1 不同生草模式对土壤含水量、容重、机械组成的影响

不同生草模式对澳洲坚果果园土壤含水量、容重和机械组成的影响情况如表1所示。由表1可知，3种生草模式条件下的澳洲坚果果园土壤含水量均显著高于清耕对照组（P<0.05），具体表现为草木樨（0.25）>紫花苜蓿（0.22）>多年生黑麦草（0.21）>清耕（0.17），草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草生草模式下土壤含水量分别较清耕高出45.10%、31.37%、25.49%。土壤容重则表现出相反特征，草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草生草模式下土壤容重分别较清耕低出13.01%、15.45%、18.70%。各生草模式间土壤机械组成差异不明显，生草区土壤砂粒粒级含量和粉（砂）粒粒级含量稍高于清耕区。

2.1.2 不同生草模式对土壤温度的影响

由不同生草模式下澳洲坚果果园地表土壤温度描述性统计分析（表2）可知，清耕区果园地表土壤温度的变化幅度较大，最高温度可达36.6 ℃，最低温度为28.0 ℃，变化幅度为7.6 ℃。生草区果园地表土壤温度则显著降低，草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草生草模式下地表最高温度分别比清耕降低12.57%、15.57%、16.67%，且地表土壤温度变化幅度同样比清耕区低，表现为紫花苜蓿（4.5 ℃）<草木樨（5.2 ℃）<多年生黑麦草（5.5 ℃），分别比清耕低40.79%、31.58%、27.63%。各处理果园地表土壤温度变异系数也表现出同样特征，生草区土壤温度变异系数显著低于清耕区，表现为紫花苜蓿（4.6%）<草木樨（5.5%）<多年生黑麦草（6.7%）<清耕（7.4%）。

不同生草模式下澳洲坚果果园地表土壤温度变化特征如图1所示。由图1可知，各生草模式下果园地表土壤温度日均变化均呈现先增加后降低的特征，在8：00—14：00地表土壤温度上升，在14：00地表土壤温度达到最高值，随后呈降低趋势。生草区地表温度显著低于清耕区，草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草在14：00地表土壤温度最大值分别为30.2、29.7、28.7 ℃，分别比清耕区（33.7 ℃）低10.39%、11.87%、14.84%。与表1呈现相似特征，清耕区地表土壤温度日均变化幅度大于生草区，日变化幅度为3.1 ℃，分别比草木樨（1.5 ℃）、紫花苜蓿（1.6 ℃）、多年生黑麦草（1.5 ℃）高出51.61%、48.39%、51.61%。

2.2 不同生草模式对土壤养分含量的影响

不同生草模式对澳洲坚果果园土壤中的有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响如图2～8所示。与清耕相比，果园生草能显著提升土壤有机质含量。在3种生草模式中，多年生黑麦草生草模式下果园土壤有机质含量最高，为29.69 g·kg-1，紫花苜蓿和草木樨生草区土壤有机质含量分别为29.43、28.12 g·kg-1，分别比清耕区增加了10.37%、9.41%、4.54%。不同生草模式下澳洲坚果果园土壤全氮含量差异显著，表现为多年生黑麦草（1.77 g·kg-1）>紫花苜蓿（1.76 g·kg-1）>清耕（1.63 g·kg-1）>草木樨（1.55 g·kg-1）。与土壤有机质相反，生草区果园土壤全磷含量均显著低于清耕区，草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草生草模式下果园土壤全磷含量分别较清耕区低12.63%、21.72%、17.17%。在土壤全钾含量上，生草区则显著高于清耕区，表现为多年生黑麦草（3.01 g·kg-1）>草木樨（2.95 g·kg-1）>紫花苜蓿（2.84 g·kg-1）>清耕（2.70 g·kg-1）。

在土壤速效养分方面，生草模式下果园土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量均显著高于清耕。相较于清耕，生草区的草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草生草模式下的果园土壤碱解氮含量分别增加了10.21%、8.15%、12.13%，土壤速效磷含量分别增加了18.18%、99.59%、66.94%。草木樨生草模式下的果园土壤速效钾含量最高，为268 mg·kg-1，显著高于生草区的紫花苜蓿生草模式（148 mg·kg-1）、多年生黑麦草生草模式（142 mg·kg-1）和清耕区（140 mg·kg-1）。

2.3 不同生草模式对澳洲坚果产量及果实品质的影响

由不同生草模式对澳洲坚果产量的影响（图9）可知，3种生草模式的澳洲坚果株产量均显著高于清耕对照组，具体表现为草木樨（20.67 kg）>多年生黑麦草（19.60 kg）>紫花苜蓿（14.73 kg）>清耕（4.33 kg），草木樨、紫花苜蓿、多年生黑麦草生草模式下澳洲坚果株产量分别较清耕高出377.37%、240.18%、352.66%。

不同生草模式对澳洲坚果果实品质的影响情况如表3所示。由表3可知，各生草模式下澳洲坚果果实品质均存在显著差异。其中，多年生黑麦草生草模式下澳洲坚果果仁蛋白质和脂肪含量最高，分别为11.14%、70.19%；而草木樨生草模式下澳洲坚果果仁棕榈油酸和油酸含量最高，分别为23 371.52 μg·g-1、105 971.09 μg·g-1。在果仁蛋白质含量上，紫花苜蓿和多年生黑麦草生草模式均显著高于清耕，分别增加6.30%、16.89%，草木樨生草模式下澳洲坚果果仁蛋白质含量则与清耕区差异不显著。而在果仁脂肪、棕榈油酸和油酸含量上，3种生草模式均显著高于清耕对照组。

2.4 土壤理化性质与澳洲坚果产量及果实品质的相关性分析

由土壤理化性质与澳洲坚果产量及果实品质的相关系数（表4）可知，澳洲坚果产量与含水量、碱解氮呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.912和0.935，与有机质、全磷、全钾为显著相关关系，其中与土壤有机质、全钾为显著正相关，与全磷为显著负相关（-0.734）。果实品质中，蛋白质、脂肪均与有机质呈显著正相关，相关系数分别为0.744、0.916。除土壤有机质外，蛋白质还与全氮呈显著正相关（0.828），脂肪与碱解氮呈极显著正相关（0.850）。棕榈油酸、油酸均与含水量、速效钾呈显著正相关，棕榈油酸还与全钾、碱解氮呈显著正相关，相关系数分别为0.711、0.815。在土壤理化性质与澳洲坚果产量及果实品质的相关系数中，容重、温度、速效磷与澳洲坚果产量和果实品质相关性不大，相关系数较低。

对土壤理化性质与澳洲坚果产量、果实品质进行主成分分析，PCA分析（图10）得到的结果与相关分析得到的结果一致。但PCA分析可以更加直观地通过发射线段长短与夹角看出各因子之间的相关性。连线越长，相关性越大，夹角越小，相关性越高。PCA结果表明，第1轴可以解释变量的80.68%的信息，第2轴可以解释15.78%的信息，能够比较好地反映土壤理化指标与澳洲坚果果实品质之间的相关性关系。除了土壤全磷、温度和容重，其他土壤性状均与澳洲坚果产量和品质指标呈正相关关系。土壤含水量、全钾、碱解氮与产量、棕榈油酸、油酸夹角较小且方向同向，两两紧密正相关，有机质与产量、蛋白质、脂肪也表现出相同特征。所有土壤理化性质指标的连线均较长，说明土壤理化性质对澳洲坚果果园的影响均较大。

3 讨 论

果园生草是一项先进环保的果园生产管理技术，具有改善果园土壤环境、控制杂草生长、防治病虫害、促进果树生长、提高果实品质等效益[20]。本研究通过在澳洲坚果果园构建3种果园生草模式，分析不同生草模式下果园土壤理化性质、果树产量及果实品质的差异性，并对土壤理化性质与产量、果实品质进行相关性分析与主成分分析。结果表明，果园生草能显著提高果园土壤含水量，与清耕相比，生草区土壤含水量增加25.49%～45.10%。果园土壤的蓄水保墒效果对夏季炎热干旱的澳洲坚果具有非常重要的意义，果园生草后能显著削减果园土壤水分的蒸腾，达到蓄水保墒的作用。许彦明等[21]在4年生油茶林进行生草试验，发现间种草种比清耕对照提高了油茶林表层土壤含水量10.18%～45.55%，本试验研究结果与其结论一致。土壤容重是评价土壤物理性质的重要指标，能有效反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低，对促进果树健康生长具有重要意义。周乃富等[22]研究发现与对照区相比，生草栽培林地0～20 cm表层土壤容重的下降幅度为15%，本试验生草区土壤容重较清耕平均低15.72%，研究结果与上述结论一致。所有植物的生长发育都需要一定的温度范围，只有在最适温度范围内植株才能正常生长发育[23]。李芳东等[24]研究表明与地表裸露相比，自然生草降低了表土层土壤每天最高温度，也降低了昼夜温差。本试验生草栽培区的果园地表土壤温度显著降低，生草在土壤与太阳辐射间形成保护层，阻隔了部分太阳的直接照射，减少了果园土壤对太阳辐射的吸收。土壤有机质以及N、P、K等含量是土壤肥力的重要物质基础，其含量大小和存在状况，直接影响了果树的生长、产量和果实品质[25]。本试验澳洲坚果果园在进行果园生草栽培后，土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量均比清耕对照显著增加，可能草的根系腐烂之后变成了植物可吸收利用的养分，增加了土壤有机质含量。

果园生草改变了果园土壤的有机质、矿质养分和水分等因素，进而影响到果树树体生长发育和果实品质。本试验中3种生草模式条件下的澳洲坚果株产量均显著高于清耕对照组，增幅为240.18%～377.37%，其中草木樨生草模式下澳洲坚果产量表现最佳，株产达到20.67 kg。郭晓睿等[26]采用Meta分析了1990—2020年间62篇发表的文献，定量研究了果园生草对果实产量和品质的影响，发现与清耕果园相比较，生草果园平均增产11.3%，果实可溶性固形物增加6.2%。这主要是由于果园生草一方面有利于土壤团聚体的形成，土壤中养分与微生物生物量增加，使果树根系能更好地吸收养分[27]，另一方面显著降低了土壤容重，使土壤通透性提高，这有利于果树根系的生长，进而增强了对养分的吸收[28]。澳洲坚果产量与果实品质受遗传、环境、栽培管理等多个因素的综合影响[29]。本研究结果表明，澳洲坚果产量与含水量、有机质、全磷、碱解氮有显著的正相关关系，水肥的充足供应能有效地提高澳洲坚果的产量。果实品质中，蛋白质、脂肪均与有机质呈显著正相关，这与谭秋锦等[1]对桂西南澳洲坚果果园的土壤养分因子和果实品质指标相关分析研究结论一致。棕榈油酸、油酸均与含水量、速效钾呈显著正相关，棕榈油酸还与全钾、碱解氮呈显著正相关。PCA分析进一步表明果实品质与土壤理化性质相关因子相关性较好，说明果树和土壤的协调发展对果园的生产管理至关重要。同时，可根据果实品质某些性状的需要对果树施肥进行精准调控，避免肥料的滥用造成生产成本的增加和生态环境的污染等问题[30]。

本试验只研究了生草对澳洲坚果果园土壤理化性质及果实品质的影响，下一步可对果园生草对土壤微生物及对土壤理化性质的影响机理进行研究。特别是生草对澳洲坚果果园土壤微生物多样性的影响、生草对果园土壤酶活性及养分和有机物质的循环和转化影响机理等方面均可作为今后澳洲坚果果园生草的研究方向，可进一步指导优化澳洲坚果果园生态经营管理模式、提升果园生产经济效益和生态效益。

4 结 论

1）与清耕相比，生草能显著提高澳洲坚果果园土壤含水量及养分含量，降低土壤容重与温度，同时生草也显著提升了澳洲坚果产量与果实品质。

2）澳洲坚果产量与土壤含水量、有机质、全钾、碱解氮含量显著正相关，蛋白质、脂肪含量均与土壤有机质含量显著正相关，棕榈油酸、油酸均与土壤含水量和速效钾含量显著正相关。

3）相较于其他草种，紫花苜蓿对澳洲坚果果园土壤理化性质、产量及果实品质的综合影响更加显著，更适合澳洲坚果果园。

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[本文编校：吴 毅]