行間生草對靈武長棗種植園小氣候的影響

宋麗華，黨娜娜，曹 兵，萬仲武 ，李占文，唐文林

（1.寧夏大學 農學院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏回族自治區靈武市林業局，寧夏 靈武 751400）

中國是一個具有多個氣候類型的國家，不同的地區有不同的生態環境。寧夏遠離海洋，位于西北干旱荒漠區，大部分地區的年太陽總輻射量在5 000 MJ·m-2左右，年日照時數約3 000 h，光照充足，年平均氣溫8～9 ℃，晝夜溫差大，年均降水量在200 mm左右，太陽輻射和日照充足[1]，適宜棗樹栽培。靈武長棗Zizphus jujuba Mill. cv.Lingwuchangzao是寧夏優良特色經濟樹種之一，在寧夏靈武已有1 500多年的種植歷史[2-3]，主要集中栽植在寧夏中部半干旱地區。其果個兒大，鮮食口感好，營養豐富。中醫研究者認為，紅棗具有益氣補血之功效，因此紅棗受到了消費者的青睞。然而，在夏季高溫旱季，靈武長棗坐果率低、果實日灼現象發生頻繁，這嚴重影響了靈武長棗的產量和果實品質。因此，對種植園小氣候環境的調節日益重要。為了進一步提升靈武長棗產業水平與經濟效益，改變傳統的以清耕為主的果園栽培模式，利用果園行間生草，改善種植園的小氣候環境，調節土壤表層的水、肥、氣、熱，以形成一種果草復合的小氣候生態系統，這是發展原生態高品質果品的黃金選擇。為給寧夏靈武長棗的高效栽培實踐提供參考依據，筆者采用不同行間生草處理進行了試驗研究，對不同處理下近地表層0～10 cm的光照強度和近地表層0～10 cm、冠層80～150 cm的空氣溫度、濕度與CO2濃度的日變化曲線進行了觀測，分析了不同行間生草處理對靈武長棗種植園小氣候環境的影響效應，現將研究結果分析報道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

生草試驗區的果樹品種為靈武長棗，自然生草處理的草種以田間自然生長的良性雜草為主，人工生草處理的草種分別為紫花苜蓿Medicago sativa L.、百脈根 Lotus corniculatus L.、黑麥草Lolium perenne L.、白三葉草 Trifolium repens L.。

1.2 試驗設計

在3年生靈武長棗園區內，分別設置了Ⅰ（自然生草）、Ⅱ（紫花苜蓿）、Ⅲ（百脈根）、Ⅳ（黑麥草）、Ⅴ（白三葉草）共5個行間生草處理，以清耕為對照（CK）。每處理各設3個重復，采取完全隨機設計，每個重復的試驗區面積為130～140 m2（15 m×9 m），棗樹12～14株（株行距2 m×3 m），共計18個重復，試驗地的總面積為2 500 m2。

試驗于2016年4月底開始進行，生草方式采取人工撒播方式，播種深度為0.5～1.5 cm，紫花苜蓿、百脈根、黑麥草、白三葉草的每畝播種量分別為1.00、1.00、1.50、0.50～0.75 kg。每處理

中間都留了過渡行。灌溉方式采取水肥一體化地埋式滴灌和地上噴灌相結合的方式。

1.3 測定指標與測定方法

采用TASI-8731數字式照度計測定近地表0～10 cm處的光照強度；采用GXH-3010D紅外線分析器分別測定近地表0～10 cm和冠層80～150 cm處的空氣CO2濃度；采用TZS-5X-G土壤墑情速測儀測定空氣相對濕度與空氣溫度。晴天條件下，標記固定測定地點和測定高度，由專人從早上10:00—18:00時每隔2 h讀數1次，從6月中旬開始每隔30 d觀測1次種植園內小氣候環境的日變化情況。

1.4 數據處理

采用Excel 2003和DPS（7.05 版）軟件進行數據處理與統計分析。

1.5 小氣候效應的綜合評價

采用灰色關聯度分析法[4]對各生草處理所用草種的小氣候效應進行綜合評判：以清耕（對照）種植區的各氣候因子觀測值為參考點，組成參考數列，運用公式（1）計算各生草處理和清耕種植區小氣候因子的差值序列：

式（1）中：i為1，2，3…，n，n為各因子觀測值的個數；p為1，2，…，m，m為因子數。然后，以差值序列作為被比較序列，計算出Δij的最小值和最大值。再根據公式（2）計算出各比較數列與參考數列的關聯系數，式中的ρ為分辨系數，一般在0～1之間，常取0.5。最后，將p個比較系列與同一個比較系列的關聯度按順序大小排列起來，組成關聯序，記為{x}，此關聯序可直接反映出各比較序列對參考序列的“優劣”關系，關聯度的計算公式為式（3）。

2 結果與分析

2.1 行間生草處理對靈武長棗種植園空氣溫度的影響

7月測定的行間生草處理后靈武長棗種植園近地表層0～10 cm和樹冠層80～150 cm處空氣溫度的日變化曲線分別如圖1A與B所示。從圖1A與B中可以看出，各行間生草處理的氣溫日變化規律較為一致，均呈現出明顯的單峰曲線的變化趨勢，這與寧夏氣候的日變化特征一致，但各處理的生草下墊面對靈武長棗種植園內氣溫均有明顯的調節作用。7月份的測定結果表明，近地表層0～10 cm處的空氣溫度，與CK處理的相比，生草處理Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的日均空氣溫度分別降低了5.10%、4.69%、6.78%、4.95%、4.52%，其中，處理Ⅲ的下降幅度最大，降溫效果最好，處理Ⅰ的次之，處理Ⅴ的下降幅度最小。樹冠層80～150 cm處的空氣溫度，與CK處理的相比，處理Ⅲ的日均空氣溫度降低了4.36%，其下降幅度最大。與對照處理相比，各生草處理的日均空氣溫度均有下降的趨勢，其中，處理Ⅲ的降溫效果最好，生草處理Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的種植園樹冠層與近地表層的日均空氣溫差均減小。這一觀測結果說明，生草可以有效調節冠層與近地表層的溫度，從而減輕夏季高溫給北方地區靈武長棗樹體生長和果實品質形成帶來的不利影響。

2.2 行間生草處理對靈武長棗種植園空氣相對濕度的影響

7月測定的行間生草處理后靈武長棗種植園近地表層0～10 cm和樹冠層80～150 cm處空氣相對濕度的日變化曲線分別如2A與B所示。從圖2A與B中可以看出，7月份棗園內近地表層0～10 cm處的日平均空氣相對濕度，與CK處理的相比，處理Ⅰ、Ⅲ分別提高了28.93%、30.70%，其中處理Ⅲ的增加幅度最大，增濕效果最好，其他處理也都有較好的增濕效果。樹冠層80～150 cm處的空氣相對濕度，與CK處理的相比，各生草處理的日均空氣相對濕度均有所提高，其中處理Ⅴ的日均空氣相對濕度提高了9.82%，其提高幅度最大，增濕效果最佳。靈武長棗種植園內近地表層與樹冠層的日均空氣濕度，各行間生草處理的均高于CK處理的，各生草處理對0～10 cm近地表層的增濕效果均明顯大于其對80～150 cm冠層的增濕效果。隨著生草種植時間的延長，不同處理間日均空氣相對濕度的變化不同，整體而言，處理Ⅴ對空氣的增濕效果最好。

圖2 7月測定的行間生草處理后靈武長棗種植園近地表層0～10 cm和冠層80～150 cm處空氣相對濕度的日變化曲線Fig.2 Diurnal variation curves of air relative humidities of near soil surface lay (0-10 cm) and canopy lay (80-150 cm)in Lingwu Long Jujube garden after inter-row green covering in July

2.3 行間生草處理對靈武長棗種植園空氣CO2濃度的影響

不同日期測定的行間生草處理后靈武長棗種植園近地表層0～10 cm和樹冠層80～150 cm處空氣CO2濃度的日變化曲線分別如3A與B所示。由圖3A與B可知，0～10 cm近地表層的空氣CO2濃度，與CK處理的相比，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的空氣CO2濃度分別降低了2.51%、2.88%、4.78%、3.45%、1.54%，其中，處理Ⅲ的空氣CO2濃度的下降幅度最大，處理Ⅴ的下降幅度最小；7月份的測定結果表明，處理Ⅴ的空氣CO2濃度比CK的提高了4.55%，其他生草處理的空氣CO2濃度相比CK均有所下降；8月份的測定結果表明，處理Ⅲ的空氣CO2濃度比CK的下降了2.77%，其下降幅度最大。樹冠層80～150 cm處的CO2濃度，6月份的測定結果表明，處理Ⅲ的空氣CO2濃度比CK的降低了2.84%，其下降幅度最大；7月份的測定結果表明，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ的空氣CO2濃度比CK處理的分別提高了1.25%、0.34%、2.28%，其中處理Ⅴ的空氣CO2濃度的增幅最大，處理Ⅲ、Ⅳ的空氣CO2濃度比CK處理的分別降低了1.18%、0.86%，其中處理Ⅲ的空氣CO2濃度的下降幅度最大；8月份的測定結果表明，各生草處理的空氣CO2濃度比CK處理的均又有所下降，其中處理Ⅲ的空氣CO2濃度的下降幅度最大。6—8月的測定結果表明，7月份各生草處理的空氣CO2濃度最高，且0～10 cm近地表層的空氣CO2濃度比80～150 cm樹冠層的空氣CO2濃度要高，其中處理Ⅴ的空氣CO2濃度比CK的高；6月份與8月份，與CK處理的相比，處理Ⅲ的空氣CO2濃度其下降幅度均最大。隨著生草種植時間的延長，7月份0～10 cm近地表層的空氣CO2濃度與80～150 cm冠層的空氣CO2濃度之差值最大，8月份的則最小。

圖3 不同日期測定的行間生草處理后靈武長棗種植園近地表層0～10 cm和冠層80～150 cm處空氣CO2濃度的變化曲線Fig.3 Diurnal variation curvers of CO2 concentrations of near soil surface lay (0-10 cm) and canopy lay (80-150 cm) in Lingwu Long Jujube garden after inter-row green covering at different determination dates

2.4 行間生草處理對靈武長棗種植園光照強度的影響

太陽輻射入種植園生草復合生態系統后，系統內地被草種植物的吸收、反射和透射削減了到達種植園的太陽輻射強度[4]。7月測定的行間生草處理后靈武長棗種植園0～10 cm近地表層和80～150 cm樹冠層的光照強度的日變化曲線分別如4A與B所示。由圖4A與B可知，7月份，0～10 cm近地表層的光照強度，與CK處理的相比，處理Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別減弱了97.68%、98.50%、98.62%、98.82%、97.94%， 各生草處理的光照強度由弱到強依次為Ⅳ＜Ⅲ＜Ⅱ＜Ⅴ＜Ⅰ，其中，處理Ⅳ的光照強度最弱，而處理Ⅰ的光照強度最強。8月份0～10 cm近地表層的光照強度，與CK處理的相比，處理Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別減弱了94.92%、96.51%、97.39%、99.69%、97.53%，各生草處理的光照強度由弱到強依次為Ⅳ＜Ⅴ＜Ⅲ＜Ⅱ＜Ⅰ，隨著生草種植時間的延長，0～10 cm近地表層的光照強度均表現為，處理Ⅳ的光照強度最弱，處理Ⅰ的光照強度最強，與CK相比，生草后可明顯降低靈武長棗種植園地表的光照強度，能有效緩解夏季高溫強光對果實的傷害。

2.5 各小氣候因子間的灰色關聯度分析

以清耕為參考系列，根據關聯系數和關聯度的計算公式，分別計算了不同生草處理后種植園內空氣溫度、空氣相對濕度、日照強度、CO2濃度等氣候因子間的關聯度和關聯系數，結果見表1。關聯度越大，表明生草對靈武長棗種植園小氣候的調節能力越差。由表 1可知，各生草處理對種植園內空氣溫度、空氣相對濕度、日照強度、CO2濃度的調節能力的大小順序不一致，處理Ⅴ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ相比于清耕處理的綜合關聯系數依次為0.654 5、0.655 3、0.657 8、0.661 7、0.672 2，由此可知，各處理的生草對種植園內小氣候的調節效能由強到弱依順為Ⅴ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅱ＞Ⅰ。

3 討論與結論

圖4 不同日期測定的行間生草處理后靈武長棗種植園近地表層光照強度的變化曲線Fig.4 Variation curves of light intensities of near soil surface lay in Lingwu Long Jujube garden after inter-row green covering at different determination dates

表1 不同生草處理后種植園內各小氣候因子間的關聯度和關聯系數Table1 Correlation degrees and correlation coefficients between microclimatic factors in planting garden after inter-row green covering

寧夏風大，氣候干燥，單作農田易發生干熱風和強對流等天然災害[5-6]，棗園生草能夠有效改善這種狀況。空氣相對濕度是由農田蒸散和大氣濕度兩個因素決定的，農田蒸散又指土壤蒸發和植物蒸騰之和[7]。高溫季節，生草種植給土壤表面形成了天然覆蓋物，可以調節種植園的空氣溫度和濕度。李國懷等[8]研究發現，在柑桔園種植生草可以調節樹冠層的空氣溫度與濕度，使冠層的日平均空氣溫度下降0.4 ℃，日平均空氣相對濕度提高4%。鄭偉尉等[9]研究發現，生草栽培的梨園內，不同冠層（由上到下）的溫度下降幅度隨層次的下降而增加，這與梅立新等[10]的研究結果一致，也與本試驗研究結果一致，6—8月份，靈武長棗行間種植白三葉、百脈根、紫花苜蓿后，與清耕相比，近地表層和冠層的日平均空氣溫度均有明顯的降低效果，其中白三葉草的降溫效果尤為突出。另外，生草可以有效調節冠層與近地表層的空氣溫度。隨著生草種植時間的延長，與清耕相比，冠層與近地表層的日平均空氣溫差均減小，這可能與各草種植被群落減小了種植園內亂流作用，削弱了空氣熱量的上、下層交換有關[11]。

徐曉東等[12]對蘋果園的生草試驗結果證實，6—9月份，生草后園區的空氣濕度比清耕增加了10%以上。靈武長棗行間生草種植后，冠層與近地表層的日平均空氣濕度相比清耕處理的均有所提高，生草對近地表層（0～10 cm）的增濕效果明顯大于其對冠層（80～150 cm）的增濕效果。隨著生草種植時間的延長，不同處理間日平均空氣相對濕度的變化不同，其中以白三葉行間生草種植對空氣的增濕效果為最好，這可能因為生草處理所用草種不同因而形成的地被群落類型不同，而不同的地被群落引起下墊面水熱交換的潛熱通量也不同[13-14]，行間生草對靈武長棗種植園的相對濕度產生了影響，生草種植降低了地面溫度，增加了空氣熱容量，同時提高了種植園的空氣濕度。寧夏5—6月份正值靈武長棗開花坐果期，空氣相對濕度低，不利于靈武長棗坐果，行間生草可增加空氣相對濕度，因此，行間生草可有效提高靈武長棗的坐果率，這一結論在相關研究中已得到證實。

靈武長棗種植園行間生草種植后，7月份各生草處理種植園的空氣CO2濃度均最高，且近地表層的空氣CO2濃度比冠層的高，其中以白三葉草種植后棗園內的空氣CO2濃度比清耕處理的高。隨著生草時間的延長，7月份近地表層與冠層的空氣CO2濃度之差值最大，而8月份的差值卻最小。

史彥江對不同棗農間作系統進行了研究，結果發現，光照強度隨行間水平分布差異而變化較大[15]。靈武長棗種植園的光照強度，各生草處理的均強，而清耕處理的卻無地表覆蓋。隨著生草種植時間的延長，近地表層的光照強度，各生草處理的表現為：以黑麥草生草處理后的光照強度最弱，其次是白三葉、百脈根，自然生草的光照強度最強，與清耕相比，生草處理可明顯減弱種植園地表的光照強度，改善果園的生態環境，這一結論與孟林等[16]的研究結果一致。因此，靈武長棗種植園行間生草可有效減輕夏季高溫強光對果實的傷害。

不同的生草草種所形成的下墊面的性質不同，其對果園光、熱、水、氣的影響的強弱程度不同，因此其對園內小氣候的調控效果間存在差異。文中運用灰色關聯度分析法對靈武長棗種植園不同生草草種對小氣候的綜合效應進行了分析，結果表明，靈武長棗行間種植白三葉、百脈根、黑麥草、紫花苜蓿后，其對種植園內小氣候的綜合效應均優于清耕和自然生草，其中，白三葉的效果相對突出。因此，在靈武長棗栽培實踐中，可選擇三葉草、百脈根、黑麥草等適宜的草種，采取刈割、施肥等管理措施，以調整種植園生草復合生態系統，營造適宜于靈武長棗生長發育的微域小氣候環境。本研究結果是在一年周期內、同一個立地條件下試驗得出的，因此，試驗結論還有待于進一步研究驗證，下一步將選擇寧夏靈武長棗分布區的不同種植園進行多個立地條件多年的試驗，以驗證試驗結果，從而為靈武長棗的提質增效栽培提供依據。

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