孫夢飛，彭建偉*，楊國順，鐘雪梅，康興蓉

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學，湖南長沙 410128；2.土肥資源高效利用國家工程試驗室，湖南長沙 410128；3.湖南省葡萄工程技術研究中心，湖南長沙 410128)

葡萄口味特殊，營養(yǎng)價值高，人們非常喜歡食用。葡萄種植戶在生產(chǎn)過程中大量施肥，以高投入追求葡萄的高產(chǎn)出和高品質，但忽略了土壤的承受能力，容易出現(xiàn)土壤酸化、板結、微量元素缺乏和葡萄植株根系分布淺等一系列問題，造成土壤退化，保肥能力弱，不利于葡萄種植。葡萄生長對于土壤質量有其特定的需求，葡萄園可持續(xù)生產(chǎn)，土壤質量的保護與提升就顯得尤為重要。從土壤的物理、化學、微生物性質等多個方面就葡萄園土壤質量特征進行分析，以期為生產(chǎn)優(yōu)質葡萄及推動農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 土壤質量的定義及其內(nèi)涵

1.1土壤質量的定義土壤質量是反映土壤性質的標準之一[1]，土壤質量中的可測指標，包括土壤物理性質、化學性質和微生物，均能反映出作物的生長發(fā)育等相關內(nèi)容[2]。

關于土壤質量的定義，中國的學者給出了一些看法，他們認為土壤質量包括“土壤保持生產(chǎn)力和保護人類、動植物健康的能力”，指的是由土壤組成的能夠保持自身系統(tǒng)生產(chǎn)力的自然或被感知的生態(tài)系統(tǒng)，以及人類、動植物健康而不會自身退化或產(chǎn)生其他生態(tài)問題的能力，是土壤特有或整體功能的綜合體現(xiàn)[3-4]；相對于中國學者，美國學者[5]指出，土壤可以改變土壤的生態(tài)系統(tǒng)、調節(jié)系統(tǒng)外的環(huán)境的這種能力稱為土壤質量。除此之外，美國土壤學會[6]指出，土壤質量是“保持動植物的生產(chǎn)力，保持并改善水質和空氣質量，支持人類健康和自然生態(tài)條件和人為生態(tài)系統(tǒng)的能力”。中國學者給出的土壤質量的定義是從生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境和可持續(xù)性問題出發(fā)詮釋其本質，而美國國家研究委員會和美國土壤學會給出的土壤質量的定義偏向于植物和動物乃至人類的生存。土壤質量定義的確定，是明確研究土壤結構性和功能性的重要指導方向和關注領域，有利于發(fā)揮土壤生產(chǎn)的有效性和土壤管理的針對性。

1.2土壤質量的特性土壤質量的特性可以從土壤自身性質和外在條件體現(xiàn)出來，土壤自身性質包括理化和微生物性質，外在條件包括土地利用方式，土地利用方式是人們?yōu)榱双@得一些效益，長期或者不間斷地在土地上種植等相關事宜[7-8]。Turner等[9]研究表明，不同的土地利用方式，可以改變土地覆被狀況，并且影響許多生態(tài)過程，如生物多樣性的改變[10]、土壤侵蝕程度的快慢[11-12]、土壤環(huán)境質量的變化[13-14]等。土壤的改善源自于合理的土地利用方式，這樣能使土壤抗性增加，結構勻實，進而土壤環(huán)境質量也更好[15-16]；反之，土地管理措施不當，沒有合理利用，土壤的環(huán)境質量就會降低[17]，土壤會變得容易被侵蝕[18]，生物的多樣性也降低[19]。

相關研究指出，土地利用方式的變化不但會引起土壤環(huán)境質量的變化，還會改變地表的植被生長[20]，改變地表反射率[21-22]，進而植物的枯枝落葉等都受到影響[23]，土壤微生物也不例外[24]，土壤在管理方面也產(chǎn)生影響[25]。目前，土地利用方式的改變是影響全球環(huán)境變化的原因之一，而研究土地利用變化對土壤質量的影響是全球環(huán)境變化研究的核心內(nèi)容[26-29]。

2 土壤物理性質變化對葡萄種植的影響

2.1土壤容重和孔隙度土壤容重通過影響葡萄根系的生長而影響其對養(yǎng)分等的吸收，進而對葡萄產(chǎn)量和品質造成影響。土壤容重大小由土壤孔隙度和土壤固體的數(shù)量決定，因此，土壤容重與葡萄根系的生長有很大的關系。Allmaras等[30-31]研究表明，土壤通氣性的好壞、根系扎根的深淺以及根系生長狀況都與土壤容重呈顯著相關。王曉芳等[32]研究顯示，土壤容重在1.05～1.25 g/m3時，葡萄根系分布很廣，但是達到1.47 g/m3時根系根量不多，超過1.65 g/m3時基本沒有根系。肥料種類對土壤的影響較大，土壤容重隨有機肥等的施用而發(fā)生改變，土地利用方式的變化也可使土壤容重發(fā)生改變，F(xiàn)ranzluebbers等[33]、Murty等[34]、Bronson等[35]等發(fā)現(xiàn)，林地變草地或林地變耕地都使土壤的容重變大。

土壤孔隙度與土壤容重關系密切，二者可以全面反映土壤的水分保持能力、疏松程度和土壤通氣能力。張寶峰等[36]發(fā)現(xiàn)，在土壤通氣孔隙度約為10%時，有利于葡萄根系扎根，土壤水分保持。但是土壤孔隙度不能太小，因為土壤孔隙度越小，土壤越緊實，影響葡萄扎根，反之孔隙度越大，土壤的透氣性越好，結構也穩(wěn)定。土壤團粒結構十分重要，其影響土壤對水分的吸收、自身的透水透氣性。呂粉桃等[37]研究發(fā)現(xiàn)，隨退耕年限的延長，土壤總孔隙度呈增大的趨勢，土壤容重則表現(xiàn)出減小的趨勢。姜培坤等[38]研究發(fā)現(xiàn)，在紅壤地區(qū)也出現(xiàn)類似的規(guī)律，在植被恢復之后，土壤容重明顯降低，并且土壤總孔度和通氣孔度總量增加。彭文英等[39]研究發(fā)現(xiàn)，黃土高原遭侵蝕破壞的土體構型，在退耕以后土壤的穩(wěn)定性漸趨恢復，容重變小，在30年后，土壤的物理性質較為穩(wěn)定。

2.2土壤團聚體土壤團聚體是土壤結構的基本組成單元，是土壤中的有機物等轉化分解為營養(yǎng)元素從而被葡萄根系吸收的場所。土壤團聚體是土壤肥力的基礎，是評價土壤質量的重要指標[40]。

土壤團聚體的直徑大小會對葡萄種植產(chǎn)生影響，Cheng等[41]研究顯示，葡萄園的優(yōu)勢水穩(wěn)性團聚體直徑為 0.25～0.50 mm，并且含量在113～261 g/kg，對于葡萄的種植和生長有較大影響。土壤團聚體的數(shù)量也不是一成不變的，王銳[42]研究指出，葡萄種植時間越長，直徑>0.25 mm 的水穩(wěn)性土壤團聚體數(shù)目明顯增長，而直徑<0.25 mm的水穩(wěn)性土壤團聚體數(shù)量則隨之減少，研究還顯示，葡萄種植年限過長則不利于>5 mm水穩(wěn)性團粒的穩(wěn)定。不同土質的土壤，其團聚體數(shù)量的改變使得葡萄根系也發(fā)生變化。在砂質土壤上，土壤團聚體數(shù)量的改善可以促進葡萄的根系發(fā)育，增加水分的保持能力，還能提高土壤微生物的多樣性[42]。

土壤團聚體數(shù)量和大小改變的影響因素很多，土地利用方式的改變是最主要的因素之一。葡萄種植戶為了擴大種植面積，會將水田、荒地、坡地等不同類型的土地整改，從而造成土地利用方式的改變，那些人為擾動較小的土地，團聚體沒有被整改，水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量較多，但其穩(wěn)定性不高，容易遭到破壞。葡萄種植戶利用水田、荒地、山坡等土地種植葡萄，土壤團聚體先被破壞，然后通過人工管理后重新合成。在新開墾的土地上，水穩(wěn)性大的團聚體的數(shù)量較少，直接種植葡萄的效果可能并不理想，而在成熟土旱地，水穩(wěn)性大團聚體的數(shù)量基本穩(wěn)定，種植葡萄比較好。

2.3土壤持水性葡萄生長過程中，根系從土壤中吸收水分是主要的水分吸收方式，土壤的最大、最小持水量是確定葡萄灌水量的重要依據(jù)，是由土壤的毛管孔隙度和總孔隙度的大小決定的[43-44]。

葡萄園內(nèi)有些地方嚴重積水，或者生長期剪枝不到位而使得枝蔓過密，再加上水分分配、灌溉不均勻則極易造成葡萄園內(nèi)部濕度過大，葡萄植株發(fā)生病害，最后嚴重影響葡萄植株的種植以及生長發(fā)育，并且大大降低鮮食葡萄的產(chǎn)量和品質。葡萄的種植需要適宜的水分，過多過少都會對葡萄產(chǎn)生影響。王銳等[45]研究指出，當含水率小于田間持水量的35%時，葡萄的新梢生長就會受到抑制，營養(yǎng)生長明顯減弱，而土壤含水量為田間持水量的60%～70%時，土壤的透氣性和水分含量比較適宜，葡萄植株生長良好；但是當土壤持水量超過80%時，會因為水分過多導致土壤中的空氣減少，影響通氣情況，葡萄根系受到限制，抑制水分和養(yǎng)分的吸收，不利于葡萄的生長，所以在葡萄種植過程中，水分的調控就顯得尤為重要。

3 土壤化學性質變化對葡萄種植的影響

3.1土壤有機質土壤有機質是衡量土壤肥力的重要指標，它可以為葡萄生長發(fā)育提供各種營養(yǎng)元素，同時還可以改變土壤結構，改善土壤性狀[46]。

土壤有機質含有植物生長過程中所必需的大量、中量和微量元素，其對葡萄的生長十分重要。李志杰等[47]研究表明，有機質含量增加后，葡萄葉片的CO2濃度增加，光合作用增強，葡萄的產(chǎn)量提高，同時葡萄植株的蒸騰作用降低，對葡萄植株生長產(chǎn)生積極影響。補充土壤有機質能增加土壤生物量，提高土壤酶活性，增加微生物種類，同時還能促進土壤中有機態(tài)氮的礦化速率和礦化效率，從而增加土壤養(yǎng)分含量和土壤肥力有效性，促進葡萄根系的營養(yǎng)吸收，增加葡萄產(chǎn)量，改善果實品質。有機質在土壤微生物碳源和能量供應上也有很大作用，在評價土壤肥力高低的同時，土壤有機質含量通常被作為一個最重要的養(yǎng)分衡量指標。

3.2土壤養(yǎng)分葡萄種植過程中對土壤養(yǎng)分需求很大，王銳等[42]研究表明，葡萄園的土壤肥力大小可以直接影響葡萄植株的營養(yǎng)生長和后期發(fā)育，對葡萄的產(chǎn)量和品質均有較大影響。

氮素是葡萄需求量較大的營養(yǎng)元素之一，對蛋白質及葉綠素的合成有重要的促進作用，從而對葡萄植株的生長、產(chǎn)量的提高有重要作用。有研究表明[48-51]，生產(chǎn)22.5 t/hm2葡萄需從土壤中吸收純N 210.0 kg/hm2，土壤中氮的利用率為土壤供給量的1/3。土壤中營養(yǎng)元素的含量多少可以顯著影響葡萄的產(chǎn)量和品質，范海榮等[52-53]研究顯示，高產(chǎn)葡萄園土壤中的有效磷、堿解氮、速效鉀和水溶性鈣、水溶性鎂的含量是低產(chǎn)葡萄園的2倍以上。

葡萄在成熟期會通過根系從土壤中吸收氮素來維持果實生長，這就需要通過施用氮肥來補充土壤中缺失的氮素。葡萄易于累積硝酸鹽，施用硝態(tài)氮肥會加強葡萄中硝酸鹽含量的累積[54]，氮肥施用也不是越多越好，合理施用氮肥十分重要，在我國北方，氮肥的大量施用影響果樹對養(yǎng)分的吸收[55]、氮素過剩但是微量元素堆積在根系，其他元素供應不上而缺乏，產(chǎn)生植株幼苗早衰和病害[56]。盡管葡萄對氮肥的需求量很大，但是過量施用也會影響葡萄的生長，而且葡萄不能吸收所有的氮素養(yǎng)分。因此，生產(chǎn)中應用氮肥利用率來計算氮肥對作物增產(chǎn)效果的重要參數(shù)，也能反映氮肥對環(huán)境的影響，同時也是目標產(chǎn)量法計算推薦施肥量的科學依據(jù)，還是評價新型肥料效果和栽培技術水平的重要參數(shù)[54]。氮肥的施用遵循合理施肥，有助于葡萄的高效生產(chǎn)，也利于提高土壤的肥力，穩(wěn)定土壤性質。

磷素在葡萄種植過程中必不可少，它在葡萄氮的代謝、糖分的轉運中起促進作用，還能增加葡萄植株對環(huán)境的適應性。磷素可以促進細胞分裂，葡萄葉片的生長，還能促進葡萄植株花和芽的分化，器官組織和葡萄果實的發(fā)育，并能提高授粉，增加葡萄產(chǎn)量，增加葡萄果實中可溶性總糖的含量，增加糖分，降低總酸度，進而提高葡萄品質[57]。

土壤磷素的供應會影響葡萄的生長。土壤有效磷可以調節(jié)土壤對氮素的吸收能力，促進葡萄的花芽分化、果實發(fā)育，進而提高葡萄的產(chǎn)量和品質，同時磷素還能提高葡萄根系的吸收能力，促進葡萄根系的快速生長和發(fā)育，繼而提高葡萄的抗旱性和抗寒性。根據(jù)全國各地的土壤普查資料，磷的含量大致在0.44～0.85 g/kg，產(chǎn)量為22.5 t/hm2葡萄果實，葡萄植株需要從土壤中吸收純P 67.5 kg/hm2[48-51]，土壤中磷的利用率為土壤供給量的1/2。磷素在葡萄成熟前期，通過促進葡萄根系以及葡萄枝葉的碳水化合物向葡萄果實的轉運合成，能顯著改善葡萄品質。由于土壤中的磷素含量較低，在葡萄種植生長過程中，葡萄種植人員會施用磷肥來補充養(yǎng)分。

鉀素是葡萄種植的必需營養(yǎng)元素之一，但是不參與葡萄植株一些重要的有機體組成[58]。鉀肥的施用可以提高葡萄植株抗倒伏性能和病蟲抗性，加快水分和養(yǎng)分的運輸。葡萄在漿果的生長發(fā)育中對鉀的要求比較高，關系也最密切，在萌芽期至果實膨大期，葡萄植株各器官中的鉀積累量均有所升高。葡萄在漿果開始成熟和采收前急需鉀素的供應，在葡萄果實成熟期到葡萄的落葉期，鉀素的積累量顯著增加，數(shù)據(jù)顯示葉片和當年生枝條內(nèi)的鉀素含量上升最快[59-60]。吳林等[61]試驗證明，施用鉀肥能降低葡萄的青果率，提高葡萄產(chǎn)量及品質。

3.3土壤pH土壤pH是重要的土壤特性，它影響土壤肥力。由于pH直接影響大多數(shù)作物的存活，因此在葡萄植株的生長發(fā)育過程中，土壤pH顯得尤為重要[62]。

葡萄生長過程中，從土壤中吸收營養(yǎng)物質，以維持自身的生長發(fā)育。但是土壤中營養(yǎng)元素的存在形態(tài)、土壤微生物的組成和活動、植物吸收的有效程度以及有機物合成和分解均受pH影響，所以土壤pH的變化會極大地影響土壤物理性質、化學性質及微生物數(shù)量和種類。孫權等[63]指出，葡萄種植過程中土壤過酸(pH≤4)，土壤微生物的存活率降低，葡萄根系表面對水分和養(yǎng)分的吸收減弱，對葡萄的生長明顯不利，土壤pH過高也不行，葡萄種植過程中土壤過堿(pH≥8.3)，葡萄植株的新梢會有黃葉病的發(fā)病跡象。因此，要種植高產(chǎn)優(yōu)質的葡萄，要控制好土壤pH，差異變化大的土壤在定植葡萄前必須采取一定的改良措施，如有機培肥、施水活土、開溝定植、施用酸堿性肥料等。

4 土壤微生物性質變化對葡萄種植的影響

土壤微生物包括真菌、細菌、病毒等。它們在土壤中進行多種化學反應，包括分解土壤有機質，氮素、碳素養(yǎng)分的合成和分解在一定程度上影響土壤質量的變化。土壤微生物對土壤環(huán)境的改變極為敏感，土壤微生物不僅可以反映土壤中參與調控能量和有機物循環(huán)轉化的微生物數(shù)量，而且可以反映人為或者其他的干擾因素所導致的土壤性質的變化。龍健等[64-65]研究發(fā)現(xiàn)，土壤越深，土壤養(yǎng)分就越少，微生物的數(shù)量越少，土壤質量下降也會使微生物數(shù)量減少，并且真菌數(shù)量的減少幅度顯著高于細菌。

4.1土壤微生物多樣性微生物多樣性包括微生物功能多樣性、微生物物種多樣性和微生物遺傳多樣性[66]。微生物的培養(yǎng)主要用培養(yǎng)基培養(yǎng)，通過觀察菌落來分析微生物種群。真菌在酸性環(huán)境下存活能力強，而土壤放線菌和細菌數(shù)量在中性或堿性環(huán)境下比較多。土壤酶的多樣性是土壤微生物功能多樣性的主要表現(xiàn)形式，其多樣性比群落結構多樣性更重要[66]。葡萄種植過程中適當施用微生物菌劑等肥料對葡萄的生長和發(fā)育有很大的提升，陳承利等[67]研究表明，土壤質量在一定程度上可以由土壤微生物組成的多樣性以及群落結構的變化來反映。在土壤中存在多種微生物，其多樣的代謝和功能可以有效調節(jié)土壤質量，從而提高葡萄的產(chǎn)量和品質。

4.2土壤微生物量土壤微生物量包含土壤微生物量磷、硫、碳和氮等，其中碳最為常見，氮次之。孫瑞蓮等[68]研究顯示，土壤微生物量和土壤養(yǎng)分之間有顯著關系，細菌、固氮菌數(shù)量越多，土壤中全氮、堿解氮等含量就越高。土壤微生物的生物量碳和氮在土壤中含量很少，但是它們的作用很大。在土壤和植物組成的系統(tǒng)中，土壤微生物在物質代謝中起著重要的作用，還影響植株養(yǎng)分的循環(huán)，對于改變土壤質量發(fā)揮十分重要的作用[69-70]，它能在功能上使土壤的有機質發(fā)生變化，間接地改變植株對土壤中養(yǎng)分的吸收[71-72]。葡萄生長發(fā)育階段，土壤微生物量在葡萄根系吸收養(yǎng)分的過程中起著不小的作用。葡萄種植的時間也會改變土壤物生物量，姜培坤等[73]指出，葡萄種植如果栽培年限過長，則土壤微生物量碳、氮以及磷的含量就會變低，反之則會變高。從而在葡萄種植過程中，關注土壤微生物量對于及時了解葡萄生長情況就顯得尤為重要。

5 土壤質量問題及改良措施

5.1存在的土壤質量問題由于外界因素的干擾，比如施肥單一，施肥方式不適當?shù)?，對土壤的管理不善，導致土壤的物理性質發(fā)生變化，再加上整改不到位，最后影響土壤質量，使得土壤產(chǎn)生退化，保肥能力變?nèi)酰寥乐饾u失去了原來的能力。所以如何改良土壤性質，改善土壤質量，提升葡萄的產(chǎn)量和質量是目前需要關注的問題。

5.2改良措施

5.2.1增施有機肥，改良土壤特性。部分地區(qū)土壤由于存在板結、鹽漬化等問題，不適合種植葡萄，這些土壤就需要整理改良，具體土壤改良培肥的方法有以下幾種：作物秸稈直接還田、作物秸稈制作肥料施用、生產(chǎn)綠肥施用、施用有機肥料等。

葡萄園土壤的改良，可以通過增施有機肥提高土壤有機質含量，改善土壤結構和質地。土壤有機質有特殊的結構，比砂土的黏性強，比黏土的黏性弱。在砂性土壤中施用有機肥，使砂性土粒容易黏結成大土粒，可以很好地改善土壤的砂性狀況，不容易松散，增加其對水分的吸附能力；而對于黏性比較大的黏質土，施加有機肥可以使黏結比較大的土塊散開碎成小土塊。

5.2.2土壤改良劑改良。土壤改良劑用量不多，但是可以有效地改善土壤的狀況和土壤微生物，而且可以有效地治理退化的土壤[74]。近幾年，隨著科技的發(fā)展，土壤改良劑的研究也越來越深入，用量少、效率高的改良劑陸續(xù)被開發(fā)，使得土壤改良劑可以逐步發(fā)展到能普遍地應用到大田中去，而且土壤改良劑的研究技術容易推廣，見效快，農(nóng)民易于接受，具有很大的應用前景。土壤改良劑的種類繁多，針對不同的土地，改良劑成分也比較復雜，一般按照性質可分為有機物土壤改良劑、無機物土壤改良劑和混合土壤改良劑等。

5.2.3實施輪作與間作套種改良。輪作可比較合理地利用土壤中剩余的養(yǎng)分，改變土壤的單一作物所帶來的病菌，不同作物的輪作可以減少病蟲災害，同時可以改善土壤的理化性狀，不同作物的輪換有利于充分利用土壤養(yǎng)分。

間作套種在我國也有多年的傳統(tǒng)，可以有效地改變土地的生產(chǎn)力。現(xiàn)已證明，不同品種的作物在不同的時期套種間作，可以充分地利用土壤養(yǎng)分，減少病蟲害。在葡萄一個周期中，葡萄果實采摘完畢后，葡萄園可以種植萵筍、草莓、西瓜等作物，一方面可以填補葡萄采摘完的空缺期，另一方面可以充分利用土壤剩余的肥力，對于土壤的更新以及改良有很好的促進作用。

6 展望

葡萄作為經(jīng)濟產(chǎn)物，其營養(yǎng)價值和市場價值都很高，葡萄種植戶希望葡萄能高產(chǎn)量，高品質，銷路多，銷路廣，但是很容易忽視土壤自身的承受能力能否滿足葡萄植物生長的需求。

為了追求高產(chǎn)量高品質，葡萄種植戶應加大肥料的投入，改善土壤物理性質、化學性質、生物學性質，促進葡萄的生長發(fā)育。不合理的管理操作方式會導致葡萄生長出現(xiàn)問題，嚴重的則會減產(chǎn)死亡。因此，在葡萄種植過程中，合理施用化肥、有機肥等，可以有效地改善土壤的物理、化學性質，增加土壤中微生物多樣性等，進而改良葡萄土壤，提升土壤質量，使得葡萄產(chǎn)量和品質進一步提升是該研究需要探究的重點和未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究的方向。

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