野生植物鼠茅对苹果园土壤钾素有效性的生物调控机制

The nutrient of potassium is the main factor that limits yield and quality of apples, and potassium resources are usually short in our country. Through this project, we intend to study biological mechanism concerning how to regulate potassium availability in soil with the wild plants, Vulpia myuros C. Gmelin. We plan to transplant wild V. myuros into apple orchard, so as to construct some tree-grass symbioses of apple trees and V. myuros grass. Then, we will compare ecological characteristics of the tree-grass symbioses in four landforms, including hills, slopes, plain and bottomland. By comparing the symbioses with apple orchards that lack any grass, we plan to study life-history characteristics of V. myuros, spatial and temporal dynamics of the tree-grass symbiosis, and their niche matching. We will also research on transformation and biogeochemical cycling of potassium, and regulation methods concerning potassium availability in the tree-grass symbioses. We will also study effects of the symbioses on weed controlling, and their competition for available potassium in soil. Further, we will observe effects of the symbioses on soil and water conservation, and on the pool of available potassium in soil. In a word, we attempt to clarify how the symbioses regulate potassium availability in soil, to refine techniques with V. myuros for the symbiosis construction, to innovatively apply wild plants to ecosystem restoration or reconstruction, and to establish novel theories that can facilitate potassium availability, weed controlling, and water and soil conservation in apple orchards.

基于钾已经成为苹果高产优质的主要营养限制因素，而我国钾肥资源又严重不足的现实，本项目拟研究利用野生植物进行土壤钾素有效性的生物调控机制。将野生鼠茅属植物引种于苹果园作为人工生草，比较丘陵、坡地、平原、河滩4种立地条件下的人工栽培树草共生体系的生态特征，以原生树草体系和清耕园为对照，进行共生体系的时空分析、观测鼠茅的生活史特征及其生态位匹配，研究该体系钾素的生物地球化学循环过程、树草相互作用对钾素转化的影响，揭示树草共生体系钾的生物有效性调控；研究树草体系对杂草的生态防控，揭示土壤有效钾的生物竞争机制；实地观测树草体系对水土流失的生物阻控过程，探讨其对土壤有效性钾库的生物保持效应。以期阐明鼠茅对果园土壤有效性钾的生物调控机制，为运用野生植物鼠茅建立人工树草生态系统技术，创新利用野生植物资源重建人工干预生态系统，对果园土壤有效性钾素营养、防控杂草滋生、阻控水土流失的可持续调控提供理论支撑。

进行了室内模拟与田间试验，研究了鼠茅草的适宜发芽时间、温度、湿度与播种量、播种深度的相互关联与对应关系，摸清了鼠茅草的基本生物学性状，以及在不同地区果园环境条件下的生态适应性。进而构建了丘陵、坡地、平原、河滩4种主要果树立地条件下，人工栽培以后的树草共生生态体系，成功地将鼠茅草应用于不同生态环境的果园，实现了基础理论研究与生产实践上的同步结合。通过以传统的清耕园栽培、原生树草体系（自然生草）为对照开展的跟踪试验，从植被、生草及植物体的腐烂分解特性等植被防蚀因素，研究树草共生体系中鼠茅属植物的生物学稳定性与动态变化过程，搞清了鼠茅属植物在不同生态条件果园中的腐解规律，确定了影响草本植物腐解的最主要环境因素是水分，其次是温度。无论温度和水分的作用强度有多大，其结果最终都要与作用时间相统一，水分、温度和时间的综合作用影响和决定了果园生草（自然生草、人工生草）的腐解规律，其特征通过不同的果园生草管理模式的应用效果而体现出来。.研究了苹果和鼠茅属植物主要根系分布层土壤中速效性钾和缓效性钾在果树周年生长期间的地球化学行为特征与循环过程。鼠茅草的生长能够促进土壤中的矿物钾向缓效钾向速效钾的转化，鼠茅草对土壤速效钾、与缓效钾含量的影响高于清耕处理。比较不同生草处理条件下，土壤矿物态钾、缓效性钾与速效性钾之间的转化特点与过程，探讨了树草相互作用对土壤钾素有效化过程的生物调控。.杂草主要滋生季节树草体系对果园杂草的生态防控研究的结果表明，在果树主要生长发育时期，鼠茅属植物在树草共生体系中对不同类型杂草具有极为有效的防控效果，达到了除草剂零施用的生产实践上的管理要求，果园人工种植鼠茅草的生态效益、环保效益与经济效益（含省工、省事、省力的效益），显著高于自然生草和当前所有正在应用的人工植草种类。这为野生鼠茅属植物在果园中的实际应用、消除果农担忧，提供了科学依据和生产实践上的典范。鼠茅草已经被多个地方的政府招标项目定位首选或必选草种。.通过对不同生草措施在坡地果园水土流失阻控作用方面的研究，比较了在自然降雨条件下，不同类型的果园生草措施对坡地果园泥沙和径流流失量及其所携带的养分流失量的影响，证明鼠茅草在防控坡地果园水土和养分流失上，发挥了极为重要的防控作用，具有其他类型的草种难以替代的防控效果，为鼠茅草在现代生态果园建设和实际生产中的应用提供了理论上的支撑和实践上的示范。