屠娟麗

(嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036)

桃(Amygdaluspersica)是我國重要的水果，2012年全國栽培面積77.21萬hm2，產(chǎn)量1202.76萬t[1]。在桃園土壤管理中一般采用全部清除雜草的方式，這種管理措施易引起水土流失，從而造成土壤中有機碳下降，氮、磷流失進入周邊水體，對水環(huán)境產(chǎn)生危害[2]。在果園中種草是一項較好的土壤管理技術(shù)，在歐美、韓國、日本等國家已得到了廣泛的應(yīng)用。20 世紀(jì)80 年代初，我國部分果園開始試行生草栽培，但受到“與果爭肥水”、“除草務(wù)盡”等傳統(tǒng)思想的影響，推廣應(yīng)用并不理想，僅20%左右的果園實施生草栽培[3]?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，在果園中栽培不同種類的草本植物能增加桃園土壤有機質(zhì)含量[4]，提升土壤酶和微生物活性[5-6]，降低土壤容重[2]，減少氮、磷養(yǎng)分流失風(fēng)險[6]，控制種植業(yè)面源污染[7]，同時果實品質(zhì)得到有效改善，單果產(chǎn)量也明顯增加[8]。而在桃園中種植不同種類的草種對土壤有機碳含量、組成及微生物功能多樣性的研究則鮮有報道。為此，本文以3種果園常用生草種(黑麥草、白三葉、紫花苜蓿)為試材，探討桃園套種不同草種后土壤有機碳組成及微生物功能多樣性的變化，以期為桃園生草的推廣應(yīng)用提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于浙江省嘉興市南湖區(qū)鳳橋鎮(zhèn)三星村(30°40′12″ N、120°40′12″ E)，海拔2.5～2.8 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫15.9 ℃，年均日照時間2017 h，年無霜期235 d[8]。該區(qū)域水蜜桃種植已有100多年歷史。水蜜桃品種為湖景蜜露，樹齡6 a，栽培密度700株·hm-2，平均株高2.5 m，地徑4.5 cm。主要經(jīng)營措施是每年4月施復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15) 750 kg·hm-2，10月施腐熟雞糞10000 kg·hm-2。

1.2 試驗設(shè)計

2015年9月，采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)黑麥草(Loliumperenne)、白三葉(Ttifoliumrepens)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、清耕(No-tillage) 4個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)，共12個小區(qū)，每個小區(qū)面積20 m×5 m。2015年10月7日，結(jié)合翻耕給桃園施足基肥，然后分別將黑麥草、白三葉和紫花苜蓿撒播于已分劃好的試驗小區(qū)中，種子用量均為30 kg·hm-2，并于2016和2017年4、5月刈割85%的生草，并將割下的草用于試驗區(qū)覆蓋，其余15%留作種源，以備結(jié)實供來年生長。黑麥草、白三葉、紫花苜蓿年生物量分別為39700、20500、26900 kg·hm-2；清耕則采用化學(xué)除草的方式，每年1月、3月、5月底噴施20%草甘膦，做到林下無雜草。12個處理小區(qū)日常土壤灌水、施肥或者其他病蟲害防治工作等條件均一致。

1.3 土壤樣品采集與分析方法

2017年7月，在4個處理小區(qū)的桃樹植株中間位置采用5點采樣法，分別采集0～20 cm土層混合樣，共計12個混合樣品。用酸度計法(水土比為2.5∶1.0)測定土壤pH值；采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量；采用鹽酸-氟化銨浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷含量；采用乙酸銨浸提-原子吸收法測定速效鉀含量；采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法測定土壤總有機碳含量[9]。土壤水溶性有機碳含量采用純水浸提-TOC法測定[10]，土壤微生物量碳含量采用氯仿熏蒸浸提-TOC法測定[11]。土壤有機碳組分采用HF溶液預(yù)處理，核磁共振波譜法儀測定[12]。土壤微生物功能多樣性采用Biolog Eco檢測法測定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理在SPSS 13.0軟件上完成。采用單因素方差分析(one-way ANOVA)比較不同數(shù)據(jù)組間的差異，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理桃園土壤基本理化性質(zhì)及水蜜桃產(chǎn)量

試驗結(jié)果(表1)表明，園地土壤有效磷、堿解氮、速效鉀和pH值在不同處理間的差異并不顯著，土壤有效磷、速效鉀含量在種植生草的桃園中有一定程度的增加，而土壤堿解氮則略有下降。與清耕相比，套種3種草種后的水蜜桃產(chǎn)量增加3.8%～7.7%，其中以桃園中種植白三葉的處理最佳。

表1 不同處理桃園的土壤基本理化性質(zhì)及水蜜桃產(chǎn)量

*：表中相同小寫字母為差異不顯著；不同小寫字母為差異顯著；下同。

2.2 不同處理桃園土壤有機碳含量

已有研究表明，生草栽培可以增加土壤有機碳含量[14]。由圖1可知，桃園生草栽培后土壤總有機碳含量顯著提高(P<0.05)。與清耕相比，套種黑麥草、白三葉、紫花苜蓿2 a后，土壤總有機碳含量分別增加21.1%、31.6%、25.0%。土壤有機碳含量提高的主要原因是套種的草種每年可通過細根周轉(zhuǎn)、根系分泌和地上部分刈割入土等向土壤歸還大量的有機質(zhì)，這與蘋果園[3]、葡萄園[15]土壤有機碳含量顯著提高等研究結(jié)果相似。

圖1 不同處理土壤有機碳含量

不同處理桃園土壤固態(tài)13C核磁共振波譜包含4個明顯共振區(qū)，即烷基碳區(qū)(0～50 mg·kg-1)、烷氧碳區(qū)(50～110 mg·kg-1)、芳香碳區(qū)(110～160 mg·kg-1)、羰基碳區(qū)(160～220 mg·kg-1)，土壤含碳組分占總有機碳的比例見表2。與清耕相比，種植黑麥草、白三葉、紫花苜蓿后土壤烷基碳的比例下降14.0%～29.6%(P<0.05)，而羰基碳的比例提高39.1%～48.7%(P<0.05)，主要原因是每年大量有機物料是以易被氧化分解的羰基碳歸還于土壤。芳香度(C110～160/C0～160×100%)可以反映有機碳分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，該值越大，表明芳香核結(jié)構(gòu)越多，分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜[16]。從表2可知，不同處理芳香度介于49.1%～51.1%，生草栽培并沒有改變桃園土壤碳庫的穩(wěn)定性。

表2 不同處理土壤含碳組分占總有機碳的比例 %

2.3 不同處理桃園土壤溶解性有機碳含量

從表3可知，桃園套種草種后園地土壤微生物量碳含量顯著高于清耕(P<0.05)，含量提高53.7%～130.4%。與清耕相比，栽培生草后土壤水溶性有機碳含量提高59.27%～80.3%(P<0.05)。種植生草后改變了桃園土壤微生物量碳/水溶性有機碳、微生物量碳/總有機碳、水溶性有機碳/總有機碳的比例，微生物量碳/水溶性有機碳的比例由清耕的4.03提高到5.31～5.97，微生物量碳/總有機碳、水溶性有機碳/總有機碳分別由清耕處理的0.70%、0.17%提高到1.34%～1.37%、0.23%～0.25%。

表3 不同處理土壤微生物量碳及水溶性有機碳含量

2.4 不同處理桃園土壤微生物功能多樣性

桃園套種不同草種后，土壤環(huán)境與結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，刈割下來的草用于地面覆蓋，這些覆蓋物腐爛產(chǎn)生較多的溶解性有機碳(土壤微生物量碳、水溶性有機碳)，可為土壤微生物提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，從而促進微生物的繁殖和生長[17]。

圖2 不同處理土壤微生物AWCD值的變化

每孔顏色平均變化率是反映土壤微生物代謝活性的一個重要指標(biāo)[18]。隨著培養(yǎng)時間的延長，土壤微生物活性明顯提高，各處理的每孔顏色變化率的數(shù)值均呈拋物線模型(圖2)。24 h前，土壤的每孔顏色變化率的數(shù)值變化不明顯，而后快速提高，144～192 h變化平緩，基本趨于穩(wěn)定，此時黑麥草、白三葉、紫花苜蓿和清耕土壤的每孔顏色變化率的數(shù)值分別為1.1872、1.3443、1.2305。經(jīng)顯著性差異檢驗，3種生草土壤的每孔顏色變化率的數(shù)值顯著高于清耕(P<0.05)，其中以套種白三葉的效果最佳。

桃園套種不同草種后提高了土壤微生物多樣性指數(shù) (圖3)。3種生草栽培土壤微生物Shannon(H)指數(shù)均高于清耕 (P<0.05)。土壤微生物均勻度指數(shù)(E)則表現(xiàn)為白三葉、紫花苜蓿處理顯著高于黑麥草和清耕處理(P<0.05)。

3 結(jié)論

桃園中栽培不同草種后，土壤有機碳含量增加21.1%～31.6%%、土壤微生物量碳含量增加53.7%～130.4%，土壤水溶性有機碳含量提高59.27%～80.3%。增加的有機碳組分以羰基碳為主，其比例提高39.1%～48.7%；生草栽培也顯著增強了土壤微生物功能多樣性；栽培白三葉后土壤質(zhì)量提升的效果最佳，水蜜桃產(chǎn)量增加7.7%。

圖3 不同處理土壤微生物多樣性指數(shù)