覆盖对山地幼龄茶园杂草多样性及茶苗生长的影响

胡方洁，翟秀明，邓 敏，杨海滨，盛忠雷

（重庆市农业科学院茶叶研究所/重庆市茶叶工程技术研究中心，重庆永川 402160）

随着“一带一路”建设不断推进，我国茶产业发展迅猛，国际影响力显著增强，2020 年5 月21 日被联合国确定的首个“国际茶日”是我国首次成功推动设立的农业领域国际性节日，彰显了世界各国对中国茶文化的认可。我国茶产业蓬勃发展的同时，也面临着严峻的挑战。草害是茶园管理长期以来存在的棘手问题，尤其是山地幼龄茶园的草害防治更为困难。此外，冻害在受寒潮侵袭的高山茶区也时有发生。因此，探究不同覆盖处理对山地幼龄茶园土壤温度、杂草群落、茶苗生长和控草成本的影响，研究茶园杂草绿色防控技术，对实现“节本增效、质量安全、绿色环保”技术目标，构建茶园杂草生态防控模式具有重要意义。据农学著作《汜胜之书》记载，我国覆盖技术最早出现在距今已有两千多年的西汉时期，远早于国外。目前，关于覆盖技术在谷类[1-5]、薯类[6-7]、豆类[8-9]等粮油作物及果蔬类作物[10-11]的控草作用及对作物生长发育的影响[12-14]等方面已有报道。覆盖处理可有效控制茶园盛夏杂草生长，影响杂草群落结构，降低控草成本[15-16]。各种覆盖处理中，地膜对杂草的影响尤为明显[17-18]。目前有关覆盖对杂草防控的影响研究停留在局部层面，对山地幼龄茶园杂草群落特征、杂草多样性影响方面的研究鲜见报道。人工除草费工费时，经济效益低，化学除草易引发茶园环境和食品安全问题，大部分除草作业机械不适宜我国西南地区山地茶园，因此探明覆盖处理对茶园杂草多样性和茶苗生长的影响，有利于提升茶园杂草生态防控效能和经济效能，为构建山地幼龄茶园杂草生态防控模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样地概况

试验于2017 年10 月至2020 年10 月在渝西早市名优茶区重庆永川茶山竹海进行，东经105°53′，北纬29°23′，海拔614 m，气压94.5 kPa，土壤为黄砂壤，pH 值4.46，有机质含量47.16 g·kg-1，全氮含量1.87 g·kg-1，有效磷含量21.75 mg·kg-1。供试茶苗品种为两年生鄂茶10 号，苗高20～30 cm，覆盖率10%～20%，实行双行双株错窝方式种植，大行距1.5 m，小行距0.3 m。

1.2 试验设计

试验设3 个处理：T1 为覆盖无纺布；T2 为覆盖地膜；T3 为生草覆盖，CK 为裸地对照；每小区规格20 m×1.5 m×3 行。地膜材料为聚乙烯（PE），厚度0.014 mm；无纺布为聚丙烯（PP），厚度85 g·m-2，覆盖处理的宽度均为1.3 m（距茶苗基部留10 cm 空隙）；生草覆盖品种为黑麦草冬牧70，播种量为5 g·m-2，在茶园大行间整地、撒播、覆土。整个试验期限为3年。

1.3 调查项目

土壤温度测定：所用仪器为电子温湿度计（-30～50 ℃，0～100%相对湿度）、手持式探杆数显温度计（-50～200 ℃）。低温调查选择“小寒大寒”期间7:00—19:00，每隔1 h，距茶苗基部20 cm 位置测0 cm、5 cm 和20 cm 深度的土层温度，以掌握低温天气条件下不同深度土壤温度变化情况。

杂草调查：调查时间为2019 年3 月和7 月，采用33 cm×33 cm 小样方，五点取样法调查行间杂草种类、生长量、覆盖度等生长指标，采用相对密度（小区中某种杂草的密度除以小区中所有杂草的密度之和）作为衡量某种杂草优势程度的指标。

茶苗调查：2019年10月全园调查供试茶苗成活情况，主要采取定点定窝的方式，调查茶苗主干粗、树幅、覆盖度等生长指标。

无纺布和地膜调查：2018—2020 年，调查覆盖材料完整性和人工成本等。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft office、SPSS软件进行统计和分析。

杂草多样性通过计算Shannon-Wiener 多样性指数（H′）、Pielou 均匀度指数（E）和Margalef 物种丰富度指数（DMG）等生物多样性指数，其中H′是对杂草物种丰富度和物种均匀度的综合量度，E 是对杂草群落中不同杂草之间数量分布均匀程度的量度，DMG 是对一定总数量的杂草中其种类数的量度[19-20]。计算公式为：

式中，N为各小区中1 m2内所有杂草的总株数，n为各小区中1 m2内某种杂草的株数，S为各小区中1 m2内杂草种类数量。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖处理对茶园土壤温度的影响

在冬季连续低温天气条件下，一天中不同覆盖处理的土壤温度变化趋势一致。不同处理下0 cm 表层土壤随大气温度变化而变化的步调趋于一致且土温相近，最高温值均出现在中午13:00，其中覆盖地膜处理和覆盖无纺布处理的土温略高于生草覆盖处理和对照，表明覆盖处理能提高冬季茶园地表温度。5 cm 土层一天中温度最高峰值均出现在15:00，持续到16:00之后开始下降，到19:00 时降为一致，不同处理土壤温度表现为地膜＞无纺布＞生草＞对照，地膜处理土温比对照高2 ℃，表明覆盖地膜对提高5 cm 土层温度效果更明显。20 cm 土层一天中温度最高峰值均出现在15:00，持续到18:00 后开始降温，不同处理土壤温度表现为地膜＞无纺布＞对照＞生草，表明覆盖地膜对提升土壤冬季温度的持续性效果更好。

一天中不同覆盖处理的各深度土壤温度有一个变化过程。在7:00—19:00测定时间段内，不同处理的土层温度均是中午或中午过后最高，说明在此前后所有处理的土层温度处在升温和降温过程。自7:00 开始到中午土壤处于升温过程，随着土壤深度的增加，升温时间延后，各处理不同土层深度的升温程度不同，自中午过后土壤温度最高峰值均呈现显著下降趋势。表1 数据显示，不同处理土壤温度沿土层深度均呈递减趋势。0 cm 表层土壤的两种覆盖处理的各温度值都高于生草覆盖和对照处理，所有处理最大变幅完全一致，表明覆盖能显著提高表层土壤温度，且地表温度变化无波动；5 cm 浅土层的平均温度和平均最低温度值均表现为地膜＞无纺布＞生草＞对照，其中无纺布处理下的温度波动最大，这可能是由于无纺布材料透水透气特点造成的；在地下20 cm 深度土壤中覆盖处理下的各温度值仍保持其优势，结果表明覆盖处理有利于提高不同土层冬季土壤的温度。

表1 连续低温天气下不同处理的土壤温度变化

2.2 不同覆盖处理对茶园杂草群落结构的影响

2.2.1 对杂草种类、密度和优势种的影响

不同覆盖处理下，春季茶园杂草种类、数量、优势种存在差异。由表2 可知，通过对不同覆盖处理下茶园春季杂草的调查，共获得5科7属7种杂草，全部属于草本植物，其中禾本科(Gramineae)2 种、菊科(Compositae)2 种、蓼 科(Polygonaceae)1 种、豆 科(Leguminosae)1 种、酢浆草科(Oxalidaceae)1 种。一年生、二年生和多年生杂草种数比值为4∶1∶2，由此可见茶园春季杂草生活型以一年生杂草为主，主要发生种为牛筋草（Eleusine indica）、马唐（Digitariasanguinalis）、鼠曲草（Gnaphalium affine）、白车轴草（Trifolium repens）。不同覆盖处理下，杂草种类表现为裸地对照和生草覆盖处理发生频率最高，为5 种；其次为覆盖地膜处理，覆盖无纺布处理的杂草种类最少。从杂草密度上看，裸地对照和生草覆盖处理极显著大于覆盖无纺布和覆盖地膜处理（P＜0.01）；从杂草优势种（＞10%）上看，生草覆盖和覆盖地膜处理有4 种，裸地对照和覆盖无纺布处理有3 种，但不同覆盖处理下优势种存在差异。可见，覆盖无纺布处理和覆盖地膜处理有效阻止了茶园杂草春季萌发，并干扰控制了杂草优势种。

表2 不同处理茶园春季杂草种类及密度 单位：株·m-2

在不同覆盖处理下，夏季茶园杂草种类、数量、优势种存在明显的差异。由表3 可见，通过对不同覆盖处理下茶园夏季杂草的调查，共获得20 科30属37 种杂草，其中一年生、二年生和多年生杂草种数比值为21∶4∶12，可见茶园夏季杂草生活型仍以一年生杂草为主，主要发生种为牛筋草（Eleusineindica）、马唐、鼠曲草、灯心草（Juncus effusus）、白车轴草、白茅（Imperata cylindrica）、看麦娘（Alopecurus aequalis）、披碱草（Elymus dahuricus）、早熟禾（Poa annua）、商陆（Phytolacca acinosa）、莲子草（Alternanthera sessilis）、酢浆草（Oxalis corniculata）等。覆盖无纺布处理、覆盖地膜处理、生草覆盖处理和裸地对照的杂草种类分别有12 种、18 种、28种、34 种，其杂草种类数存在显著差异（P＜0.05），杂草密度也存在极显著差异（P＜0.01）；而覆盖无纺布、覆盖地膜、生草覆盖和裸地对照的优势种分别有1 种、1 种、2 种、3 种，尽管优势种数量随着覆盖物不同而发生变化，但是鼠曲草始终在群落内保持优势地位。与裸地对照相比，覆盖地膜处理和覆盖无纺布处理显著抑制了杂草发生种类、密度，其中显著降低了牛筋草、马唐、鼠曲草等恶性杂草的发生。

表3 不同处理茶园夏季杂草种类及密度 单位：株·m-2

2.2.2 不同覆盖处理对杂草多样性指数的影响

生物多样性指数能直观反映不同覆盖处理下茶园杂草多样性的变化情况。从表4 可以得出，春季和夏季茶园杂草的多样性指数Shannon’s H′，均是覆盖无纺布处理极显著低于祼地对照和生草覆盖处理（P＜0.01）；春季茶园生草覆盖处理的Shannon’s H′值最大，夏季茶园裸地对照的Shannon’s H′值最大。春季和夏季茶园杂草的Shannon’s E 均匀度指数，不同覆盖处理之间没有明显差异。春季茶园的物种丰富度指数Margalef DMG 覆盖无纺布处理显著低于地膜覆盖处理、裸地对照和生草覆盖处理（P＜0.05）；夏季茶园无纺布覆盖处理的Margalef DMG 最小，显著低于裸地对照和生草覆盖处理（P＜0.05）。可见，覆盖无纺布处理能显著降低春季、夏季茶园的杂草多样性。

表4 不同处理茶园春夏季的杂草多样性指数

2.2.3 对杂草盖度和生物量的影响

幼龄茶园茶苗植株较小，茶园覆盖率低，杂草易泛滥成灾，影响茶苗成活率及其生长发育。控草是幼龄茶园管理最重要的内容之一，覆盖可抑制杂草生长[21-22]。分析可知，茶园行间杂草覆盖度和杂草地上部鲜重均表现为无纺布＜地膜＜生草＜对照，其中覆盖无纺布处理和覆盖地膜处理的茶园杂草春夏季生长量显著低于裸地对照，可见覆盖无纺布处理和覆盖地膜处理显著减少了茶园杂草的发生。

2.3 不同覆盖处理对茶苗生长的影响

覆盖无纺布处理、覆盖地膜处理、生草覆盖处理和裸地对照的茶苗成活率分别为97.04%、96.39%、96.27%和96.09%，覆盖无纺布处理后茶苗成活率最高，这与李式军等[10]研究结果一致。结合试验结果，覆盖地膜处理下茶苗的覆盖度较裸地对照提高了近63%，增幅最明显，其树幅比裸地对照提高了34.48%，增幅较明显；覆盖无纺布处理的茶苗主干粗较裸地对照提高了28.48%。覆盖无纺布和地膜处理提升了茶园冬季土壤温度，减少了土壤水分散失，改善了茶园土壤水分运动规律，茶苗长势较好，树幅大、主干粗、覆盖度较大；生草覆盖处理的黑麦草与茶苗存在生态位重叠的问题，若不及时割青会妨碍茶苗的光合作用，影响其生长发育；裸地对照的杂草生长旺盛，占据茶园生态位宽度大，影响了茶苗吸收利用光、热、水资源，导致茶苗成活率较低、生长发育较迟缓。总的来说，3 种覆盖处理下茶苗的主干粗、树幅、覆盖度均高于裸地对照，生长态势较好。可见覆盖处理对茶苗成活率及其生长的影响较显著。

2.4 不同覆盖处理的控草经济效益比较

从成本考虑，农用黑地膜的市场参考价为无纺布的1/2，但不可跨年使用，无纺布使用年限为3年，一年生优质牧草冬牧70成本和人工费折算，不同覆盖处理的材料成本从高到低依次是无纺布＞生草＞地膜，除草人工费成本从高到低为生草＞地膜＞无纺布，所有处理均能显著降低除草人工费，最高效的无纺布处理每667 m2可节省人工费500 元左右，所用工时是裸地对照的1/6。

从成本与投入来看，1 年内，覆盖地膜处理的经济效益最好，其次是生草覆盖。地膜材料单价低，但质轻不耐久，需每年更换，否则会造成茶园白色污染；生草覆盖需进行整地施肥、播种管理和收割等生产管理，额外增加了材料费用和人工费用；无纺布单价较高，但强度好、耐腐蚀、抗老化、透水透气，利于茶苗在重庆常年湿热气候条件下的生长发育，3 年后防草成本最低，对于机械化水平较低、人工成本费较高的山地茶园，覆盖无纺布处理的适用性更强。

3 小结与讨论

杂草与茶树争夺水肥、光照、生存空间等资源，影响茶树生长，降低茶树产量和品质。使用化学除草剂控草会导致一系列生态问题，加之人们对美好生活的向往，催生了茶园控草技术的变革。覆盖控草具有无毒无害、无污染、安全性高等优点，符合现代生态茶园和茶业可持续发展的需求。试验打破茶园夏季除草作业的传统生产管理模式，避开茶园管理用工高峰期，在冬季农闲期进行杂草防除，结果表明，不同覆盖处理对幼龄茶园杂草控制效果显著，这与何秋虹等人研究结果一致[23-28]。茶园行间覆盖地膜或无纺布后，土壤表面形成一层物理阻隔层，增加土壤机械阻力，杂草种子无法获得萌发所需的适量水分和充足空气而难以破土发芽，尤其对牛筋草、马唐、鼠曲草等恶性杂草起到了很好的防除作用，这与刘朋等研究结果一致[29]；而黑麦草未完全覆盖茶行，杂草见隙生长，所以控草效果不及覆盖地膜或无纺布处理。覆盖使土壤维持了一个更加均衡的土温，不仅提高了地表温度，还通过土壤自身的传导作用，逐步提高了下层土壤温度，为茶苗越冬提供了有利条件，提高了茶苗成活率，促进了生长发育，尤其覆盖无纺布和地膜处理下茶树存活率、树幅、树冠盖度、树干直径明显好于生草覆盖和对照处理，这与杨书运等研究结果一致[30]。地膜较无纺布材料质轻易老化，不耐磨损，回收困难，长期使用成本较高；无纺布材料虽单价较高，但强度好、寿命长、耐腐蚀，更适合长期在田间使用。

综上，覆盖处理对冬季茶园土壤温度、杂草防除、茶苗生长发育等方面的影响显著。其中，覆盖无纺布处理能有效阻止牛筋草、马唐等恶性杂草的发生，显著降低春夏季茶园的杂草多样性，提升茶苗成活率，显著减少除草人工，提高茶园控草的经济效益，适宜在需长期进行控草作业的山地幼龄茶园中推广应用。