《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Effects of inter-row cover crop termination strategy on grapevine performance and mycorrhizal activity under contrasting seasonal conditions
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葡萄园覆盖作物终止方法研究：碾压与绿肥管理对葡萄生理及土壤微生物的影响。在意大利托斯卡纳有机葡萄园进行两年实验，发现碾压（R）方法在湿润条件下显著改善葡萄水分状况（Ψstem升高）、冠层发育和产量（较绿肥管理GM增产16.5%），同时维持葡萄汁成分稳定，促进菌根真菌（AMF）根系定殖（2022年达72%），但菌根接种潜力差异不显著。研究证实碾压可作为地中海葡萄园可持续土壤管理的有效替代方案，兼顾水土保持与葡萄品质提升。
乔瓦尼·卡鲁索（Giovanni Caruso）|贾科莫·帕莱（Giacomo Palai）|达尼埃莱·安蒂基（Daniele Antichi）|洛伦佐·加布里埃莱·特拉马切雷（Lorenzo Gabriele Tramacere）|西尔维娅·潘帕娜（Silvia Pampana）|西蒙娜·内西（Simone Nesi）|米凯莱·拉法埃利（Michele Raffaelli）|洛伦佐·加利亚尔迪（Lorenzo Gagliardi）|马泰奥·贝兰卡（Matteo Bellanca）|艾琳·帕利亚拉尼（Irene Pagliarani）|亚历山德拉·图里尼（Alessandra Turrini）
比萨大学农业、食品与环境系，Via del Borghetto 80，比萨 56124，意大利
摘要
覆盖作物的清除会影响葡萄园的运作，但关于地中海地区雨养系统的证据有限。在这项研究中，我们旨在了解两种常用的清除方法如何影响地中海葡萄园中葡萄植株的表现和地下生物活动。我们在托斯卡纳的一个有机“Vermentino”葡萄园进行了为期两年的实验，以评估绿肥（GM）和压草机压顶（R）对葡萄植株水分状况、树冠发育、产量、葡萄汁质量、行间植被动态以及丛枝菌根真菌（AMF）反应的影响。在清除时，2022年的地上总生物量（8.5–10.0吨干物质/公顷）高于2023年（7.0–8.3吨干物质/公顷）。2022年的杂草生物量更大，尤其是在采用压草机压顶处理的地块。清除后，压草机压顶处理的裸土面积小于绿肥处理，而杂草覆盖面积则略有增加（+11–16%）。2022年，只有在夏末时葡萄植株的茎部水分势（Ψstem）存在差异（压草机压顶处理的Ψstem在当年第220天和第240天高于绿肥处理），但对总叶面积（2.8–2.9平方米）没有处理效应。2023年，压草机压顶处理从第180天到第240天保持了更高的茎部水分势（Ψstem），支持了更大的树冠，并提高了葡萄产量（压草机压顶处理为2.84公斤/株，绿肥处理为2.43公斤/株）和修剪重量（压草机压顶处理为0.78公斤/株，绿肥处理为0.69公斤/株）。收获时的葡萄汁成分在两种处理之间没有差异。2022年，压草机压顶处理下葡萄根部的丛枝菌根真菌定殖率从36%增加到72%，超过了绿肥处理；菌根接种潜力（土壤和根际）因年份而异，但在不同清除策略之间没有显著差异。总体而言，研究表明，在湿润条件下，压草机压顶可以改善葡萄植株的水分状况和活力，同时保持葡萄汁质量并支持丛枝菌根真菌的活动，为地中海葡萄园提供了一种可行的土壤保护方法。
引言
葡萄园地面管理是一个复杂的问题，涉及杂草控制、土壤保护、生物多样性维护以及水分和养分的调节（Guerra和Steenwerth，2012；Kader等人，2017）。因此，可持续的土壤管理实践对于减轻气候变化对葡萄生长和葡萄酒质量的影响至关重要（Van Leeuwen等人，2019）。葡萄园的恢复力通常与土壤生物活动有关，其中丛枝菌根真菌（AMF）被认为是关键的有益生物之一，它们是土壤生物质量和健康的重要指标（Giffard等人，2022）。这些属于Glomeromycota门的微生物与大多数陆地植物的根系形成互利共生关系，从宿主植物获取碳化合物，同时其菌丝网络延伸到土壤中吸收水分和关键养分，如磷、氮、钾和微量元素，从而作为额外的吸收系统。除了养分获取外，丛枝菌根真菌还能改善土壤结构、减少侵蚀、增加有机质，并影响根际微生物群落，从而支持生态系统功能（Zhang等人，2024）。在葡萄园中，丛枝菌根真菌能促进葡萄植株的生长、提高产量、增强抗旱性和抗虫性，并刺激黄酮醇和花青素等化合物的生物合成，这些化合物可能改善葡萄酒的质量（Torres等人，2018）。此外，本地丛枝菌根真菌群落的组成和多样性也会影响葡萄植株的受益程度，因为不同物种提供不同的代谢功能（Lailheugue等人，2024）。
在地中海葡萄园中，传统的土壤管理策略之一是行间反复耕作，以限制杂草和葡萄植株对水分和养分的竞争（Delpuech和Metay，2018）。然而，反复耕作会减少土壤覆盖和结构稳定性（Gago等人，2007；Laudicina等人，2017；Polge de Combret-Champart等人，2013），从而增加侵蚀性（Novara等人，2011；Rodrigo-Comino等人，2018），加速有机质氧化（García-Díaz等人，2018；Prosdocimi等人，2016），并扰乱土壤生物群落（Roger-Estrade等人，2010；Fiera等人，2020；Gon?alves等人，2020），尤其是丛枝菌根真菌群落。耕作会破坏菌丝网络（Kabir，2005），对不同生态角色的丛枝菌根真菌种类产生不同的影响，这些真菌在生态作用、响应性和功能贡献方面存在差异（Giovannini等人，2020）。
相反，行间覆盖作物可以增强水分渗透（Celette等人，2008），并与裸露的土壤相比减少表面升温（Santos等人，2020）。覆盖作物可以增加土壤有机碳的固定和土壤生物活动，从而改善土壤结构和水分保持能力（Ball等人，2020；Ruiz-Colmenero等人，2013；García-Díaz等人，2018）。它们还积极支持与杂草抑制、害虫控制和疾病防治相关的生态系统服务（Garcia等人，2018；Jacometti等人，2007；Beaumelle等人，2021；Bernaschina等人，2023）。此外，覆盖作物可以在冬季为丛枝菌根真菌提供碳源，帮助在年度宿主作物缺失时维持其接种水平（Kabir和Koide，2002）。作为必需的共生体，丛枝菌根真菌在没有植物碳水化合物的情况下会减少，因此菌根营养型覆盖作物对于在休耕期间维持接种水平至关重要。
覆盖作物对葡萄园中水分和养分动态的影响相当复杂。一方面，它们可以增强水分渗透和养分可用性（Gaudin等人，2010；Capo-Bau?a等人，2019），但另一方面它们也可能与葡萄植株竞争相同的资源（Celette和Gary，2013；Abad等人，2021）。这些相互作用受气候条件、土壤类型、物种组成和管理策略的显著影响（Medrano等人，2015；Celette和Gary，2013；Warren Raffa等人，2022）。
先前的研究关于覆盖作物在葡萄园中的效果报告了不同的结果。物种选择、播种日期和密度、空间布局、清除日期和方法都会对结果产生显著影响（Garcia等人，2018）。例如，豆科植物通常能提高葡萄植株的氮含量和产量（Warren Raffa等人，2022），而非豆科植物可能会增加氮的竞争和固定（Celette等人，2009；White等人，2017）。同样，覆盖作物的时间和空间分布也会影响其对产量和葡萄植株活力的影响（Griesser等人，2022；Delpuech和Metay，2018）。
传统的覆盖作物清除方法，如通过耕作将作物翻入土壤（绿肥）或通过刈割形成死覆盖层，都有其局限性。耕作能有效地迅速中断覆盖作物的蒸腾作用并促进残余物的矿化和养分释放（Warren Raffa等人，2022），尽管其反复使用可能对土壤质量和水分保持产生负面影响（García-Díaz等人，2018）。刈割对土壤的干扰较小，便于机械化的葡萄园操作，但由于覆盖层持续时间短以及杂草的快速再生，蒸腾作用和资源竞争会恢复（Abad等人，2021）。
压草机压顶作为一种免耕方法，既可以抑制覆盖作物的生长，又可以在土壤表面保持覆盖层（Ashford和Reeves，2003；Canali等人，2013）。这种覆盖层可以减少蒸发、缓解土壤温度波动，并有助于杂草抑制（Hefner等人，2020）。然而，压草的效果很大程度上取决于覆盖作物的种类、生长阶段、清除时的生物量以及气候条件。只有少数研究专门评估了覆盖作物清除方法对葡萄植株生理的影响。在欧洲葡萄园进行的实验表明，当行间都进行压草时，葡萄植株的水分状况没有变化或甚至有所下降（García等人，2024；Cunial等人，2025；Pelusi等人，2025）。然而，许多葡萄园的常见做法是交替进行耕作和覆盖，以便于拖拉机通行和早期季节的葡萄保护及机械去梗操作。据我们所知，尚未有研究直接评估在交替行间系统中清除方法的效果，而这是一种最常见的葡萄园管理方式。同样，压草机压顶对丛枝菌根真菌活动和多样性的影响也尚未在葡萄园中进行评估。
鉴于这些情况，本研究旨在阐明两种覆盖作物清除方法（压草机压顶和绿肥）如何影响：i) 葡萄植株的水分状况和营养繁殖特性，ii) 覆盖作物和杂草的动态，以及iii) 菌根功能，包括菌根接种潜力、葡萄植株根部的菌根定殖和菌根孢子多样性。
实验地点和植物材料
2022年，在托斯卡纳（意大利，北纬43°57′，东经10°74′）的一个5年生的有机雨养葡萄园（Vitis vinifera L. 品种‘Vermentino’，嫁接在‘1103 Paulsen’（V. rupestris × V. berlandieri）上）开始了一项为期两年的实验。实验地点的特征在表1中总结。土壤管理采用交替行种植方式，要么保留永久性的自然草覆盖层，要么播种Vicia villosa Roth、Phacelia tanacetifolia Benth和Triticosecale Wittmack的混合物（图1）
清除前的覆盖作物和杂草生物量
在清除时，2022年的地上总生物量（压草机压顶处理为8.5吨干物质/公顷，绿肥处理为10.0吨干物质/公顷）高于2023年（压草机压顶处理为7.0吨干物质/公顷，绿肥处理为8.3吨干物质/公顷）（图3A，3D），尽管处理之间的差异不显著，表明年内植物生物量的空间变异性有限。2022年覆盖作物的生物量主要由Vicia组成，而2023年Triticosecale占主导地位（图3B，3E）。2022年的总覆盖作物生物量
讨论与结论
本实验观察到压草机压顶对葡萄植株水分状况有积极影响，尤其是在2023年和2022赛季末。我们的结果与先前的研究相反，那些研究认为压草机压顶处理并未改善葡萄植株的水分状况（García等人，2024；Cunial等人，2025）。不同的结果可能归因于气候条件、被压草的生物量、植物材料和实验设计的差异。
CRediT作者贡献声明
洛伦佐·加布里埃莱·特拉马切雷（Lorenzo Gabriele Tramacere）：撰写 – 审稿与编辑，调查。洛伦佐·加利亚尔迪（Lorenzo Gagliardi）：撰写 – 审稿与编辑，调查。米凯莱·拉法埃利（Michele Raffaelli）：撰写 – 审稿与编辑，调查。西蒙娜·内西（Simone Nesi）：撰写 – 审稿与编辑，调查。西尔维娅·潘帕娜（Silvia Pampana）：撰写 – 审稿与编辑，调查。乔瓦尼·卡鲁索（Giovanni Caruso）：撰写 – 初稿，可视化，调查，数据分析，概念化。亚历山德拉·图里尼（Alessandra Turrini）：撰写 – 初稿，调查，数据分析，
资助
本研究由比萨大学，Fondi di Ateneo资助
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
