黄土高原苹果园黑麦草间作还田：提升产量、减少氮素流失的绿色新策略

为解决黄土高原苹果园传统清耕导致的土壤问题，研究人员开展不同覆盖作物间作还田对土壤水氮动态及苹果树生长影响的研究。结果表明黑麦草间作优势明显，该研究为果园可持续管理提供指导。

　　在广袤的黄土高原，苹果园曾长期依赖清耕这种传统的土壤管理方式。清耕虽能短期内有效控制杂草，却如同一场 “慢性灾难”。随着时间推移，它加剧了土壤侵蚀，让肥沃的土壤养分不断流失，土壤质量也日益下降。这不仅影响了苹果树的茁壮成长，还对苹果的产量和品质造成了潜在威胁。与此同时，全球对可持续农业的呼声越来越高，果园管理急需找到新的出路。

在这样的背景下，覆盖作物间作作为一种可持续的土壤管理替代方案，逐渐进入人们的视野。它被寄予厚望，有望解决清耕带来的诸多问题。然而，不同的覆盖作物在与苹果树间作时，会产生怎样的效果呢？是携手共进，还是暗中竞争？这些问题如同迷雾，亟待研究人员去揭开谜底。

为了找到答案，来自中国的研究人员在陕西省咸阳市的旬邑苹果试验站展开了一项为期两年（2022 - 2023 年）的田间实验。他们精心设计了三种间作系统，分别是苹果 - 黑麦草（AR）、苹果 - 油菜（AO）和苹果 - 苜蓿（AA），并以清耕作为对照。

研究人员采用了稳定同位素技术（包括水稳定同位素分析和¹⁵N 同位素示踪法）来深入探究不同间作系统下的水氮利用情况。同时，通过对土壤水分含量、作物蒸散量等多方面的监测，评估间作结合残茬还田对苹果产量和作物水分生产力（WP_c）的影响。

在土壤水动力学方面，研究发现三种间作系统都使蒸散量有所增加，AR、AO、AA 分别增加了 3.5%、3.4%、2.2%。而且，不同间作系统中土壤水分差异比为负且与对照差异显著的发生频率各不相同，AR 为 1 次，AO 为 2 次，AA 为 3 次。黑麦草生长所需水分，0 - 20cm 土层贡献率为 41% ，20 - 60cm 土层为 37.1% ，60 - 100cm 土层为 21.9%；而苹果树相应的数值分别为 34.4%、16%、49.7%。这表明黑麦草和苹果树在水分利用上存在差异，减少了彼此间的水分竞争。

土壤氮动力学研究结果显示，三种间作系统都显著促进了苹果树的¹⁵N 利用效率（¹⁵NUE），AR 提升了 40.9%，AO 提升了 16.1%，AA 提升了 14.1%。其中，AR 覆盖作物的¹⁵NUE 最低（19.7%），AA 最高（39.4%）。所有间作系统都显著降低了¹⁵N 损失率（p < 0.05），0 - 60cm 土层的总氮含量也有所增加，AR 增加 16.9%，AO 增加 9.4%，AA 增加 7.7%。

在苹果树生长方面，AR 表现出色。2022 年，AR 使苹果产量和 WP_c分别提高了 11.7% 和 5.4%；2023 年，这两个数值分别提高了 9.8% 和 9.1%。AO 在 2022 年使苹果产量和 WP_c有所增加，但在 2023 年却出现了下降。AA 则在两年中都导致产量和 WP_c降低。

综合各项研究结果，研究人员得出结论：间作系统整体上未有效降低作物蒸散量，反而略有增加。黑麦草与苹果树之间的水氮竞争极小，这主要得益于它们不同的水氮利用策略。相比之下，苜蓿由于根系分布较深，与苹果树存在显著的水氮竞争。三种覆盖作物通过间作都增加了土壤总氮含量，减少了氮素流失。其中，黑麦草间作还田在减少水氮竞争、降低土壤氮素流失以及提高苹果产量方面表现突出。

这项研究成果意义重大，为黄土高原乃至气候和土壤条件相似地区的苹果园可持续管理提供了宝贵的实践依据和理论支持。它帮助人们更好地理解覆盖作物间作和残茬还田的实际效果，指导农民选择更适宜的间作模式，在保障苹果产量的同时，实现土壤生态环境的可持续发展。该研究成果发表在《Agriculture, Ecosystems》上。

研究中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：

1. 稳定同位素技术：利用水稳定同位素分析和¹⁵N 同位素示踪法，精确测定不同间作系统下土壤水氮的动态变化，以及作物对水氮的利用情况。
2. 田间监测技术：对实验期间的气象数据进行监测记录，包括降水量、气温等。同时，实时监测土壤水分含量和作物蒸散量，获取不同生长阶段的数据变化。

此次研究通过多种研究手段，对不同覆盖作物间作系统进行了全面且深入的探究。研究结果清晰地展示了各间作系统在水氮利用、土壤环境改善以及对苹果树生长影响方面的差异。黑麦草间作还田成为了苹果园管理的理想选择，为农业生产的可持续发展提供了重要的参考方向，有助于推动黄土高原地区苹果产业向更加绿色、高效的方向迈进。