李 超，王曉玲，劉 思，李 輝，張軍翔,*

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學(xué)葡萄酒學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)果園管理一直采用傳統(tǒng)的清耕方式，很難滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。在西方及日本等果品生產(chǎn)發(fā)達(dá)國(guó)家，果園生草已成為綠色果園建設(shè)的首選模式，55 %～70 %以上的果園選擇生草模式，有的國(guó)家實(shí)施生草的果園面積占總面積的90 %以上[1]，然而我國(guó)果園生草栽培研究起步較晚，20世紀(jì)60年代才有個(gè)別報(bào)道，90年代才陸續(xù)開(kāi)始[2]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)地處埋土防寒區(qū)，果園生草需要每年春季進(jìn)行人工補(bǔ)種，因此果園成本和工作量大幅上升，不符合果園經(jīng)濟(jì)化管理需求，果園自然生草則可避免以上弊端。果園自然生草憑借其適應(yīng)性強(qiáng)、覆蓋率高、易于腐爛分解等特點(diǎn)，可明顯增加土壤微生物，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤肥力，減少土壤板結(jié)，不同程度地促進(jìn)果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育[3]。但目前我國(guó)果園生草技術(shù)主要以人工種草為主，自然生草由于起步較晚，基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱，成功經(jīng)驗(yàn)較少，尚處于試驗(yàn)研究階段，難以將其推廣到果園實(shí)際生產(chǎn)中[4]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本試驗(yàn)以賀蘭山東麓蘭山云昊4年赤霞珠葡萄園為試驗(yàn)基地，以傳統(tǒng)清耕方式為對(duì)照，研究葡萄園自然生草一年對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究以期為推進(jìn)賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，進(jìn)而為果園推行自然生草制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

寧夏蘭山云昊酒莊位于中國(guó)西北部賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)內(nèi)，屬于典型的大陸性氣候。該地區(qū)適宜種植中熟歐亞釀酒葡萄品種，晝夜溫差較大(10～15 ℃)，尤其在葡萄轉(zhuǎn)色期間，果實(shí)的糖份和色素物質(zhì)可以充分積累；光能資源豐富，日照時(shí)間長(zhǎng)，全年日照時(shí)數(shù)2851～3106 h，年平均積溫≥10 ℃，葡萄生長(zhǎng)季節(jié)(4-10 月)>10 ℃的活動(dòng)積溫約3300 ℃，有效積溫1534.9 ℃，7-9月有效積溫961.6 ℃，葡萄成熟期間溫度相對(duì)降低，葡萄漿果可以進(jìn)行緩慢成熟，有利于香氣物質(zhì)和多酚物質(zhì)的積累，從而使?jié){果中各物質(zhì)達(dá)到平衡；因處于西北部干旱氣候區(qū)，年降水量193.4 mm，但引黃灌溉工程和豐富的地下水資源可以在葡萄需水時(shí)期提供及時(shí)灌溉，8-9月降雨量相對(duì)少，有利于提升釀酒葡萄的品質(zhì)和減少葡萄病蟲(chóng)害的發(fā)生。土壤類(lèi)型多樣，成土母巖以沖積物為主，土壤以淡灰鈣土為主，土質(zhì)多為沙壤土，土層較厚，有些土壤含有礫石，富含鈣、鉀素，土壤通氣透水性好，每立方米所含礫石(半徑8 mm以內(nèi))體積約占41.20 %，土層深約40～100 cm，pH 8.5 左右[5]。因其得天獨(dú)厚的自然條件,該地區(qū)釀酒葡萄含糖量高，酸度適中，香氣馥郁，轉(zhuǎn)色充分，成熟度良好，被國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家確認(rèn)為世界釀酒葡萄生長(zhǎng)最佳生態(tài)區(qū)之一[6]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)共設(shè)2個(gè)處理，每個(gè)處理有3組：①行間清耕作為對(duì)照；②行間自然生草；草帶寬2.4 m，每個(gè)處理分4個(gè)行間，每個(gè)行間面積480 m2，共250株樹(shù)。葡萄開(kāi)花期(6月)、轉(zhuǎn)色期(7-8月)和果實(shí)成熟期(9-10月)在每個(gè)處理行間按對(duì)角線選取5個(gè)點(diǎn)，用鐵鍬挖取剖面采集0～20,20～40,40～60 cm土樣，每個(gè)行間土樣分別混合均勻，按四分法保留并做好標(biāo)記，一部分土樣用無(wú)菌袋裝好帶回實(shí)驗(yàn)室立即進(jìn)行土壤微生物量的測(cè)定，另一部分帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后過(guò)1 mm篩后用于土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的測(cè)定。

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

土壤全磷和速效磷測(cè)定用鉬銻抗比色法，全鉀和速效鉀測(cè)定用火焰光度法，土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定用重鉻酸鉀容量法，全氮測(cè)定用凱氏法，堿解氮測(cè)定用堿解擴(kuò)散法，pH值用酸度計(jì)測(cè)定，全鹽用電導(dǎo)率儀進(jìn)行測(cè)定[7]。

土壤細(xì)菌、放線菌、真菌計(jì)數(shù)采用稀釋涂布平板法測(cè)定[8]。細(xì)菌培養(yǎng)用牛肉膏蛋白培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)用改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)用孟加拉紅培養(yǎng)基。

土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，以mg(NH3-N)/g(37 ℃，24 h)表示;蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法，以葡萄糖mg/g(37 ℃，24 h)表示;過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，以毫升(0.02 mo1/L KMnO4)/(h·g)表示[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用DPS V7.05版軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用LSD法進(jìn)行顯著性比較,并使用Excel 2007進(jìn)行圖表繪制和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然生草對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 自然生草對(duì)土壤速效磷、速效鉀、速效氮含量的影響 氮素的合理使用可提高植株的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量，延長(zhǎng)植株的壽命[10]。由表1可得，自然生草和清耕條件下不同深度土壤中速效磷、速效鉀和堿解氮的含量均存在不同的差異。自然生草處理使速效磷含量在0～20 cm土層呈顯著下降，在20～40和40～60 cm土層表現(xiàn)相反，其中40～60 cm上升了2.01 mg/kg，達(dá)顯著水平；與清耕對(duì)照相比，自然生草速效鉀含量在各土層均呈顯著下降，其中0～20 cm土層下降最，達(dá)76.66 mg/kg；土壤堿解氮(包括無(wú)機(jī)態(tài)氮和部分有機(jī)質(zhì)中分解的)能反映土壤近期內(nèi)氮素供應(yīng)情況，測(cè)定土壤堿解氮的含量對(duì)了解土壤的供氮能力，指導(dǎo)合理施肥具有一定意義。由表1可知，堿解氮含量除在0～20 cm土層呈顯著降低外，在20～40 cm土層和40～60 cm土層表現(xiàn)為顯著上升，上升幅度最大達(dá)到2.33 mg/kg。

表1 自然生草對(duì)不同深度土壤速效磷、速效鉀和堿解氮的影響

注：同一行中不同小寫(xiě)字母表示P<0.05差異顯著。

2.1.2 自然生草對(duì)土壤全磷、全氮、全鉀的影響 與清耕對(duì)照相比，自然生草處理全磷含量在0～20 cm土層、20～40 cm土層和40～60 cm土層均有所增加(表2)，其中0～20 cm土層增長(zhǎng)幅度最大；自然生草處理全氮含量較清耕對(duì)照在各土層中均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中0～20 cm土層和40～60 cm土層達(dá)到顯著降低水平；自然生草處理全鹽與全氮含量與清耕對(duì)照變化一致，整個(gè)土層含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且達(dá)到顯著水平。

2.1.3 自然生草對(duì)土壤pH和有機(jī)質(zhì)的影響 土壤的pH是土壤性質(zhì)的綜合反映，土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的存在形態(tài)、植物吸收的有效程度、土壤微生物的組成和活動(dòng)，以及有機(jī)物合成和分解均受pH值的影響，土壤pH在影響土壤中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí)也會(huì)對(duì)葡萄的生長(zhǎng)帶來(lái)顯著影響[11-12]。土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量象征土壤的肥力大小，對(duì)影響土壤理化性質(zhì)、通氣性、抗蝕能力、保水能力、供肥保肥能力和養(yǎng)分有效性等起重要作用[13]。如表3所示，自然生草處理較清耕對(duì)照各土層降低但無(wú)顯著變化，自然生草1年處理有機(jī)質(zhì)則普遍降低，其中0～20 cm土層，20～40 cm土層則顯著降低。

2.2 自然生草對(duì)果園土壤微生物數(shù)量的影響

由表4可知，自然生草處理對(duì)0～20 cm土層土壤微生物的影響是復(fù)雜的。細(xì)菌在5次測(cè)定過(guò)程中有增有減，其中6月15日和9月23日測(cè)定的細(xì)菌自然生草處理較清耕對(duì)照顯著增加，且9月23日增幅最大，達(dá)到15.1 105CFU·g-1。真菌數(shù)量在前4次測(cè)量過(guò)程中只有7月10日自然生草較清耕對(duì)照有所增加，其余3次均下降，然而9月23日測(cè)定的結(jié)果顯示自然生草較清耕對(duì)照真菌數(shù)量顯著優(yōu)化增加，說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間自然生草處理可提高土壤真菌數(shù)量。放線菌在5次測(cè)量過(guò)程中自然生草較清耕對(duì)照均有所增加，其中6月15日和9月23日達(dá)到顯著增加水平。

表2 自然生草對(duì)不同深度土壤全磷、全氮、全鹽的影響

表3 自然生草對(duì)不同深度土壤pH和有機(jī)質(zhì)的影響

表4 自然生草對(duì)0～20 cm土壤微生物數(shù)量的影響

由表5可知，20～40 cm土層細(xì)菌變化較為復(fù)雜，其中6月15日，8月4日和8月29日測(cè)定結(jié)果顯示自然生草較清耕對(duì)照土壤細(xì)菌數(shù)量有所降低，6月15日達(dá)到顯著降低，7月10日和9月23日自然生草處理可提高土壤中土層20～40 cm細(xì)菌數(shù)量， 9月23日達(dá)到顯著提高水平。20～40 cm土層真菌在前3次測(cè)定過(guò)程中清耕對(duì)照均高于自然生草，但隨著自然生草時(shí)間的增加，自然生草處理真菌數(shù)量分別在8月29日和9月23日,高于清耕對(duì)照。20～40 cm土層放線菌在前4次測(cè)定過(guò)程中清耕對(duì)照也均高于自然生草，其中6月15日和8月4日達(dá)到顯著水平，然而9月23日測(cè)定結(jié)果顯示自然生草處理土壤放線菌數(shù)量顯著高于清耕對(duì)照。

由表6可知，40～60 cm土層自然生草處理較清耕對(duì)照細(xì)菌，真菌和放線菌數(shù)量都有不同程度的增長(zhǎng)。5次測(cè)定中，只有8月4日自然生草處理土壤細(xì)菌較清耕對(duì)照有所下降，6月15日自然生草較清耕對(duì)照土壤真菌數(shù)量下降，8月4日自然生草較清耕對(duì)照土壤放線菌數(shù)量降低，其余4次自然生草較清耕對(duì)照土壤細(xì)菌，真菌，放線菌均有所增加。其中9月23日測(cè)定則顯著增加。

表5 自然生草對(duì)20～40 cm土壤微生物數(shù)量的影響

表6 自然生草對(duì)40～60 cm土壤微生物數(shù)量的影響

2.3 自然生草對(duì)土壤酶活性的影響

2.3.1 自然生草對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響 過(guò)氧化氫酶活性是衡量土壤有機(jī)質(zhì)積累程度和腐質(zhì)化強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一，其本身通過(guò)緩解由有機(jī)物生化反應(yīng)和生物呼吸而產(chǎn)生的過(guò)氧化氫毒害作用，參與土壤物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化。如圖1～3所示，過(guò)氧化氫酶活性各土層大小為0～20 cm土層>40～60 cm土層>40～60 cm土層，各土層過(guò)氧化氫酶活性均呈現(xiàn)先降低后增加的變化趨勢(shì)，自然生草處理?xiàng)l件下的過(guò)氧化氫酶活性前4次測(cè)定結(jié)果顯示0～20 cm土層和40～60 cm土層均低于清耕對(duì)照相應(yīng)土層，然而9月23日測(cè)定顯示不同土層的過(guò)氧化氫酶活性自然生草處理均高于清耕對(duì)照，由此可以說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間自然生草可提高土壤不同土層的過(guò)氧化氫酶活性。

圖1 自然生草對(duì)0～20 cm過(guò)氧化氫酶活性影響Fig.1 Effect of natural grass on catalase activity of 0-20 cm

圖2 自然生草對(duì)20～40 cm過(guò)氧化氫酶活性影響Fig.2 Effect of natural grass on catalase activity of 20-40 cm

2.3.2 自然生草對(duì)蔗糖酶的影響 蔗糖酶活性是土壤碳氮轉(zhuǎn)化的速率的表現(xiàn)，自然生草總體有利于提高土壤中酶活性，促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化[13]。圖4～5所示，0～20 cm土層和40～60 cm土層清耕對(duì)照蔗糖酶活性均高于自然生草處理，但整體差距隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷減。40～60 cm土層自然生草處理和清耕對(duì)照蔗糖酶活性互有高低，其中8月4日和8月29日自然生草處理蔗糖酶活性顯著高于清耕對(duì)照，由此說(shuō)明自然生草處理對(duì)土壤蔗糖酶活性大小的影響先從40～60 cm土層開(kāi)始，蔗糖酶活性各土層大小為0～20 cm土層>40～60 cm土層>40～60 cm土層。

圖3 自然生草對(duì)40～60 cm過(guò)氧化氫酶活性影響Fig.3 Effect of natural grass on catalase activity of 40-60 cm

圖4 自然生草對(duì)0～20 cm蔗糖酶活性影響Fig.4 Effect of natural grass on invertase activity of 0-20 cm

圖5 自然生草對(duì)20～40 cm蔗糖酶活性影響Fig.5 Effect of natural grass on invertase activity of 20-40 cm

圖6 自然生草對(duì)40～60 cm蔗糖酶活性的影響Fig.6 Effect of natural grass on invertase activity of 40-60 cm

2.3.3 自然生草對(duì)脲酶的影響 脲酶是參與土壤氮素循環(huán)的重要酶類(lèi)，直接參與土壤中含氮有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化，在土壤氮素循環(huán)進(jìn)程中起著重要作用，其活性強(qiáng)度常用來(lái)表示土壤氮素供應(yīng)強(qiáng)度[14]。如圖7～9所示，各土層脲酶活性：0～20 cm土層>40～60 cm土層>深土40～60 cm土層，其中0～20 cm土層和40～60 cm土層脲酶活性整體呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢(shì)，40～60 cm土層自然生處理脲酶活性始終低于清耕對(duì)照，而0～20 cm土層和40～60 cm土層自然生草和清耕對(duì)照脲酶活性互有高低，其中40～60 cm土層自然生草脲酶活性自7月10日后一致高于清耕對(duì)照，由此說(shuō)明持續(xù)性自然生草可提高土壤表土層和深土層脲酶活性。

圖7 自然生草對(duì)0～20 cm脲酶活性影響Fig.7 Effect of natural grass on urease activity of 0-20 cm

圖8 自然生草對(duì)20～40 cm脲酶活性影響 Fig.8 Effect of natural grass on urease activity of 20-40 cm

圖9 自然生草對(duì)40～60 cm脲酶活性影響Fig.9 Effect of natural grass on urease activity of 40-60 cm

3 討 論

果園生草能提高樹(shù)體根際土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全鹽、全磷、速效磷、堿解氮、速效鉀的含量，降低北方土壤pH[15-16]。本研究結(jié)果顯示自然生草1年不同深度土壤中速效鉀、全氮、全鹽、pH和有機(jī)質(zhì)的含量均呈現(xiàn)整體下降的態(tài)勢(shì)，究其原因可能生草前期自然草與樹(shù)體形成競(jìng)爭(zhēng)，土壤養(yǎng)分消耗大于積累，故而降低了土壤中全氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量[49]。

果園自然生草對(duì)土壤礦質(zhì)元素的影響較為復(fù)雜，并不是果園自然生草就直接可以提高土壤中的礦質(zhì)元素，養(yǎng)分的提高需要一段時(shí)間，綜合前人研究發(fā)現(xiàn)果園自然生草達(dá)到4年以上土壤養(yǎng)分才會(huì)有所增加，果園自然生草對(duì)每個(gè)土層之間的養(yǎng)分影響并沒(méi)有明顯的規(guī)律，絕大多數(shù)研究者發(fā)現(xiàn)果園自然生草對(duì)土壤礦質(zhì)元素的影響上表層先于下表層，但也有研究者持不同觀點(diǎn)。自然生草對(duì)不同種元素的影響并不是同步的且增加和下降的幅度也不盡相同。

微生物是土壤生態(tài)體系的重要組成部分，參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、物質(zhì)代謝等生化反應(yīng)過(guò)程[17]，但本研究發(fā)現(xiàn)，土壤細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量變化趨勢(shì)與土壤養(yǎng)分的變化趨勢(shì)并不一致，造成這個(gè)結(jié)果的原因，可能是自然生草降低土壤pH，減少土壤鹽含量，降低土壤溫度，提高土壤濕度，為土壤微生物生長(zhǎng)提供了一個(gè)低堿、低鹽、高濕、低溫的適宜環(huán)境而促使它們大量繁殖的。

土壤酶活性是體現(xiàn)土壤肥力、土壤性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，自然生草能改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，影響酶活性[18]。結(jié)合前人研究并綜合本試驗(yàn)得出，持續(xù)性自然生草能夠?qū)﹄迕?、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶起到一定的提高作用，尤其是對(duì)上層土壤酶活性的改善較為明顯，此結(jié)論也與付學(xué)琴[13]、魏樹(shù)偉[15]、張鵬飛[19]、吳玉森[20]的研究結(jié)果基本一致，而自然生草初期對(duì)土壤酶活性影響不顯著甚至呈負(fù)增長(zhǎng)，且不同種類(lèi)的酶受到的影響也不相同，自然生草對(duì)土壤酶活性的影響是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，需要長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到積極的效果。

4 結(jié) 論

自然生草1年與清耕對(duì)照相比，不同土層土壤中速效磷、速效鉀、堿解氮、全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)的含量均呈現(xiàn)整體下降的趨勢(shì)，但自然生草可明顯降低土壤pH和全鹽的含量，為葡萄營(yíng)造一個(gè)適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，可促進(jìn)葡萄果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)葡萄品質(zhì)的提高具有積極作用。

葡萄園土壤中3大微生物種群數(shù)量有垂直分布的特點(diǎn)，且隨著土層深度的不斷增加，微生物數(shù)量均有所下降。葡萄園土壤中3種微生物種群數(shù)量的排序?yàn)榧?xì)菌>放線菌>真菌，且0～20和20～40 cm土壤中細(xì)菌菌群數(shù)量均高于相同深度土層中真菌和放線菌菌群的數(shù)量。持續(xù)性自然生草可提高土壤中不同土層細(xì)菌，真菌，放線菌數(shù)量，且20～40 cm土層明顯于0～20 cm土層。

自然生草1年對(duì)葡萄園脲酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶起到一定的提高作用，尤其是對(duì)表土層(0～20 cm)土壤酶活性的提高更為明顯。