《Frontiers in Agronomy》：Soil management in organic rainfed vineyards in the Penedès region (Catalonia, NE Spain) with cover crops and mulches. Effects on weed flora and vine vigor
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本研究评估了在西班牙佩内德斯地区雨养有机葡萄园中，通过行间覆盖作物（Hordeum vulgare和Lolium multiflorum）和行下有机地膜（松木屑）来替代传统机械耕作，以控制杂草、减少土壤退化与碳排放的策略。结果表明，覆盖作物可有效抑制杂草（覆盖率<10%），但在极端干旱条件下会与葡萄树竞争水分，导致植株活力下降；而松木地膜不仅能维持低杂草压力，还对葡萄生长有支持作用，是旱作葡萄园中替代行下耕作的一种可持续方案。研究创新性地利用移动式地面激光雷达（LiDAR）技术量化了不同土壤管理措施对葡萄树冠层结构的影响，为地中海地区有机葡萄园土壤管理的可持续发展提供了数据支持。
引言
在地中海地区的有机葡萄园，特别是西班牙，土壤耕作是最常见的杂草控制策略。然而，反复的机械耕作不仅消耗燃料、增加碳足迹，还可能导致土壤结构退化、压实和侵蚀。为了寻求可持续的替代方案，本研究评估了两种不同的土壤管理策略：在葡萄树行间的区域（alleyways）种植冬季禾本科覆盖作物，以及在葡萄树行下区域（under-vine）铺设有机地膜，旨在减少耕作次数，同时控制杂草并维持葡萄树的生长活力。
研究地点与方法
研究在西班牙加泰罗尼亚佩内德斯产区的Torrelavit进行，试验田为2003年种植的霞多丽（Vitis vinifera cv. Chardonnay）有机雨养葡萄园。研究为期两个生长季（2021-2022年），期间气候异常干旱。
试验分为两部分：覆盖作物试验和地膜试验。
- 1.
覆盖作物试验：在行间播种两种冬季禾本科作物——大麦（Hordeum vulgare）和多花黑麦草（Lolium multiflorum），与传统行间耕作进行对比。试验采用随机区组设计，重复三次。
- 2.
地膜试验：在葡萄树行下区域一次性铺设厚度20厘米、宽度30厘米的松木屑（Pinus sylvestris）有机地膜，与传统行下耕作进行对比。同样采用随机区组设计。
研究测量了杂草覆盖率、葡萄树活力指标（如产量、修剪重量、叶面积等），并创新性地采用了移动式地面激光雷达（LiDAR）系统来扫描和量化葡萄树冠层的横截面积（CSA），作为评估植株营养生长的客观指标。
结果
3.1 覆盖作物试验（行间管理）
由于两季试验期间降水均远低于历史平均水平，覆盖作物的建植和覆盖率受到影响。尽管如此，两种覆盖作物都有效地抑制了杂草生长。在多花黑麦草处理区，杂草覆盖率从未超过3.8%；在大麦处理区，最高杂草覆盖率为19.6%（2022年6月）。相比之下，传统耕作处理在2022年晚春时杂草覆盖率一度接近30%，直到6月15日进行耕作后才降至接近零。
然而，覆盖作物对葡萄树活力产生了明显的竞争效应。与传统耕作行间相邻的葡萄树相比，两侧为覆盖作物的葡萄树在多个活力指标上显著降低。在2022年，传统耕作区的产量（0.84 公斤/株）显著高于覆盖作物区（0.56 公斤/株）。同时，覆盖作物区的修剪重量和单枝重量在两个年份都显著更低。LiDAR数据证实了这一趋势：两侧为耕作的葡萄树行，其冠层横截面积显著大于两侧为覆盖作物的行。在“混合”行（一侧耕作，一侧覆盖作物）中，葡萄树冠层尺寸处于中间水平，表明竞争效应是局部的。
3.2 地膜试验（行下管理）
松木屑地膜在两个生长季中都保持了良好的持久性，并能有效抑制杂草。地膜下杂草覆盖率最高为10.1%（2022年6月），与多次耕作的对照处理效果相当。突破地膜的杂草主要是具有营养繁殖结构的多年生种类，如田旋花（Convolvulus arvensis）。
重要的是，地膜处理对葡萄树生长无负面影响，甚至在某些指标上表现出积极趋势。与传统行下耕作相比，地膜处理葡萄树的叶面积（2022年显著更高）和单株果穗数（2021年显著更高）均更高。产量在地膜处理中也更高（2021年0.99 公斤/株 vs. 0.77 公斤/株；2022年1.16 公斤/株 vs. 0.95 公斤/株），尽管差异未达统计显著水平。LiDAR数据提供了有力支持：在两个年份中，地膜处理葡萄树的冠层横截面积均显著大于耕作处理。
讨论
本研究表明，在地中海雨养有机葡萄园中，行间覆盖作物和行下有机地膜是两种具有不同效果和权衡的可持续土壤管理策略。
覆盖作物，特别是禾本科种类，通过强烈的竞争能有效抑制杂草，这与前人研究一致。但其“双刃剑”效应在于，在水分有限的条件下，它们会与葡萄树竞争土壤水分和养分，导致植株活力下降，这在异常干旱年份尤为明显。覆盖作物的竞争强度与其覆盖率、生长周期及气候条件密切相关。在降雨正常的年份，覆盖作物可能建植更好，提供更显著的土壤保护和生态效益。然而，在气候变化导致干旱频发的背景下，其应用需谨慎。选择生长周期短、早衰的冬季一年生种类，或采用隔行种植（部分行间使用覆盖作物）的策略，可能是平衡杂草控制与水分竞争的可行方案。
相比之下，有机地膜（本研究中的松木屑）展现出了更大的优势。其物理屏障作用能持久抑制杂草萌发，且自身不消耗水分。地膜通过减少土壤蒸发、缓冲温度波动，可能改善了根区水分状况，从而支持甚至促进了葡萄树的生长。因此，在旱作葡萄园中，用持久性的有机地膜替代反复的行下机械耕作，是一种既能控草又能维持甚至提升植株活力的可持续策略。
本研究成功地将LiDAR技术应用于葡萄园土壤管理研究。LiDAR衍生的冠层结构参数（如横截面积）能灵敏、客观地反映不同土壤管理措施对葡萄营养生长的细微影响，与传统的活力测量指标（如修剪重量、产量）具有良好的一致性。这项技术为量化农业管理措施对作物结构的影响提供了高效、精准的工具。
结论
在雨养有机葡萄园中，行间种植冬季一年生覆盖作物能有效抑制杂草，但在干旱条件下会对葡萄树活力产生竞争性抑制。行下施用松木屑有机地膜，不仅能有效控制杂草、持久性好，还对葡萄树生长无负面影响，是替代行下机械耕作的可靠且可持续的选择。结合LiDAR的冠层分析技术，为评估土壤管理策略对植株生长的影响提供了新的见解。未来的管理策略可以考虑将地膜与部分覆盖作物相结合，以在生态效益与农业生产之间取得最佳平衡。
