李 茜，劉松濤，何 俊，孫兆軍，呂 雯

(1.寧夏大學(xué) 環(huán)境工程研究院，寧夏 銀川 750021；2.教育部中阿旱區(qū)特色資源環(huán)境治理國際合作聯(lián)合實驗室，寧夏 銀川 750021； 3.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；4.寧夏大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，寧夏 銀川 750021；5.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評價與環(huán)境調(diào)控重點實驗室，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】近年來，中國葡萄栽培面積和葡萄產(chǎn)量呈快速上升的發(fā)展趨勢，釀酒葡萄種植面積增速在13 %～15 %[1]。膠東半島和新疆產(chǎn)區(qū)是我國葡萄栽培面積最大的產(chǎn)區(qū)，而寧夏賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)的釀酒葡萄種植面積最大，是我國釀酒葡萄的主要原料供應(yīng)基地，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。?jù)不完全統(tǒng)計，寧夏賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)業(yè)基地已增加到4萬hm2，栽植的葡萄品種的數(shù)量也從14個增加到30多個，目前已建成86個葡萄酒莊，年產(chǎn)葡萄酒近10萬噸，綜合產(chǎn)值超過200億元，寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)帶已初具規(guī)模。但是隨著釀酒葡萄栽植年限的增加，很多老齡葡萄園表現(xiàn)出了嚴(yán)重的連作障礙問題，導(dǎo)致葡萄幼苗生長不良，葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)出現(xiàn)下降的趨勢，病蟲害問題嚴(yán)重?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】專家學(xué)者普遍認(rèn)為土壤中的養(yǎng)分虧缺或失衡、有害微生物種類和數(shù)量的增加以及根系分泌物導(dǎo)致的植物-土壤間的互作關(guān)系毒害是連作障礙的主要原因[2-4]。目前，針對賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)土壤肥力、水肥管理、重金屬污染評價等方面開展了部分研究[5-10]，但是對不同栽培年限葡萄土壤養(yǎng)分變化規(guī)律鮮見報道?！颈狙芯壳腥朦c】本研究以寧夏賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)種植3、8和20年的“赤霞珠”葡萄根際土壤和非根際土壤為研究對象，測定不同種植年限下土壤各理化指標(biāo)，分析土壤養(yǎng)分及相關(guān)因子變化規(guī)律對栽培年限的響應(yīng)關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】旨在探討長期種植葡萄后土壤養(yǎng)分的變化趨勢，為本區(qū)釀酒葡萄的合理種植及葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)的青銅峽市甘城子，屬于中溫帶干旱氣候區(qū)。年平均氣溫為8.5 ℃，≥10 ℃的有效積溫3135～3272 ℃，晝夜溫差達(dá)10～15 ℃，日照時數(shù)為3032 h，太陽輻射強，年平均降水量為180～200 mm，年蒸發(fā)量1000 mm以上，無霜期180 d。土壤以普通灰鈣土為主，肥力較低， 但光照充足，氣候干燥，適合釀酒葡萄的種植。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集方法 本研究選取栽培3、8和20年的赤霞珠葡萄園，地力與栽培管理基本一致。于2018年6月底采集根際土壤和非根際土壤。每1個栽培年限取選5個樣地，每個樣地采取五點采樣法，混合土樣為一個樣品，3次重復(fù)。根際土壤(Rhizosphere soil)采集方法為抖落法，非根際土壤(Non-rhizosphere soil)的采集，于距離葡萄主莖50 cm處無根系附著的土壤，為非根際土壤。以未種植葡萄的撂荒地為對照。采集的土樣分別收集到滅菌的自封袋中低溫條件保存，供測試分析。

1.2.2 測試指標(biāo)及測試方法 土壤微生物生物量C用熏蒸提取-容量分析法[11]；土壤微生物生物量N用凱氏定氮法[11]；土壤微生物生物量P用氯仿熏蒸法[12]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 本文用Excel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

根際對土壤養(yǎng)分的富集程度用“富集率”表示[13]。

富集率=[(根際土壤含量-非根際土壤含量)/非根際土壤含量]×100 %。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培年限葡萄土壤pH和電導(dǎo)率變化

2.1.1 不同栽培年限葡萄土壤pH變化 栽植3年時，葡萄根際和非根際土壤pH值無差異(圖1)，但是和對照土壤差異顯著。栽植8年后，葡萄非根際土壤和對照土壤pH值降幅較大，和根際土壤pH值差異顯著；而栽植20年后，葡萄根際土壤pH值反而上升，pH值達(dá)8.81；整體來看，pH值隨著栽培年限的延長出現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢。

圖1 不同栽培年限土壤pH值Fig.1 pH values under different planting years

2.1.2 不同栽培年限葡萄土壤電導(dǎo)率變化 整體來看，土壤電導(dǎo)率隨著栽培年限的增加表現(xiàn)出先升高在降低的變化趨勢(圖2)。無論栽培年限長短，葡萄根際和非根際土壤的電導(dǎo)率之間差異不顯著，但是和對照土壤存在顯著差異。當(dāng)栽培年限達(dá)20年時，葡萄根際和非根際土壤電導(dǎo)率分別為0.2726和0.2550 g/kg，而對照土壤的電導(dǎo)率為0.4265 g/kg。

圖2 不同栽培年限土壤電導(dǎo)率Fig.2 EC under different planting years

2.2 不同栽培年限葡萄土壤養(yǎng)分變化

2.2.1 不同栽培年限葡萄土壤全N、全P及全K變化 隨著栽培年限的延長，葡萄根際土壤全N和全K的變化規(guī)律一致(表2)，即種植3年時，根際土壤全N和全K含量最低，栽培年限為8年時，其含量達(dá)到峰值，而栽培年限為20年時，其含量又略微降低，根際土壤全N和全K含量整體表現(xiàn)為先升高在降低的變化趨勢。同一個栽培年限下葡萄根際土壤和非根際土壤全N和全K含量的差異顯著。無論是根際土壤還是非根際土壤，其全P的含量都隨著栽培時間的延長而逐漸升高，栽培年限為20年時含量最高，且葡萄根際土壤和非根際土壤全P含量差異顯著。

表2 不同栽培年限葡萄根際/非根際土壤全N、全P及全K

2.2.2 不同栽培年限葡萄土壤有機碳、堿解氮、速效P及速效K變化 從葡萄土壤的均值分析，有機碳和和速效K隨著栽培年限表現(xiàn)出先升高在降低的趨勢(表3)，栽培8年時土壤有機碳和和速效K平均值為0.5543 %和125.4912 mg/kg，從數(shù)據(jù)可以看出，栽植20年時土壤有機碳和和速效K的值有所降低，但是差異不顯著，基本維持在一個穩(wěn)定的水平；而堿解氮和速效P隨著種植年限的延長呈現(xiàn)上升趨勢，栽培20年時土壤堿解氮和速效P的平均值達(dá)到了28.9370和6.3498 mg/kg，和栽培3年時相比，其增幅達(dá)到了77.23 %和144.64 %。

表3 不同栽培年限葡萄根際/非根際土壤有機碳、堿解氮、速效P及速效K

2.2.3 不同栽培年限葡萄土壤微生物生物量變化 整體來看，土壤微生物生物量C和微生物生物量N隨著栽植年限的延長(表4)，呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢，種植8a時土壤微生物生物量C和微生物生物量N的值達(dá)到最高，分別為17.9222 和20.8417 mg/kg。而土壤微生物生物量P表現(xiàn)出先降低在升高的變化趨勢，但是種植8年土壤微生物生物量P含量和種植3年及種植20年比較，降幅僅為6.21 %和6.63 %。土壤微生物生物量C含量在種植8和20年時，非根際土壤的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于根際土壤的含量，且差異顯著，但是非根際土壤并無顯著差異。種植3和20年葡萄根際土壤和非根際土壤微生物生物量N和微生物生物量P含量無顯著差異。

表4 不同栽培年限葡萄根際/非根際土壤微生物生物量

2.2.4 不同栽培年限葡萄根際土壤養(yǎng)分富集率 從不同的土壤養(yǎng)分角度分析，不同栽培年限葡萄根區(qū)全N、全P、堿解氮和微生物生物量C的富集率表現(xiàn)規(guī)律一致(表5)，即在栽培3年時呈現(xiàn)出正的富集率，全N、全P、堿解氮和微生物生物量C的富集率分別為27.3 %、11.57 %、6.96 %和21.25 %，但是種植8和20年時，這4種指標(biāo)的富集率為負(fù)值，并未表現(xiàn)出根際養(yǎng)分的富集作用。土壤的全K和有機碳只在栽培8年時出現(xiàn)了富集作用，其富集率分別為8.37 %和16.03 %；而微生物生物量N在只在栽培8年時沒有富集作用，而在栽培3和20年時有富集作用，微生物生物量N的富集率分別為8.53 %和12.30 %。土壤速效P在栽培3和8年時根際有一定的富集作用，其富集率分別為4.61 %和17.23 %；土壤微生物生物量P在不同栽培年限下都表現(xiàn)出了根際富集作用，但是富集作用較微弱，栽培3、8和20年土壤微生物生物量P的富集率僅為0.37 %、1.65 %和1.37 %，而土壤速效K在不同栽培年限下都未表現(xiàn)出富集作用。

表5 不同栽培年限葡萄根區(qū)土壤養(yǎng)分富集率

從不同栽培年限的角度分析，栽培3年時根際對土壤養(yǎng)分表現(xiàn)出富集作用的養(yǎng)分指標(biāo)最多，全N、全P、堿解氮、速效磷和微生物生物量C、N、P都有根際的富集作用；栽培8年時對全K、有機碳、速效P和微生物量P有根際的富集作用；而栽培20年時僅有微生物量N和微生物量P有根際的富集作用。說明隨著栽培時間的延長，根際對土壤養(yǎng)分的富集作用越來越弱，并未表現(xiàn)出明顯的養(yǎng)分富集。

3 討 論

近年來，植物根際微域環(huán)境的研究越來越受到專家學(xué)者的關(guān)注，目前已成為土壤學(xué)最活躍、最敏感的研究領(lǐng)域之一。根際pH值的變化是由于根系呼吸作用釋放CO2以及在離子的主動吸收和根尖細(xì)胞伸長過程中分泌質(zhì)子和有機酸所致[14]。植物的發(fā)育階段不同，植物體自身的蒸騰作用使土壤中的鹽分隨著土壤水運移到植物根際周圍，使得葡萄根際土壤的電導(dǎo)率高于非根際土壤，這和張學(xué)利[15]的研究結(jié)果一致。不同發(fā)育階段根際土壤中鹽分積累的程度與植物蒸騰強度的變化密切相關(guān)。

土壤養(yǎng)分是土壤提供植物生命活動所必需的營養(yǎng)元素，是評價土壤自然肥力的重要因素之一。有研究結(jié)果顯示，隨著種植年限的增加有助于改善土壤肥力與土壤質(zhì)量的提高[16-17]，也有部分研究表明天然林自然更新過程中土壤養(yǎng)分指標(biāo)呈現(xiàn)下降趨勢[18-19]。張玉樹[20]認(rèn)為耕作30年范圍內(nèi)果園土壤全氮含量隨種植年限的延長而顯著增加。張仕穎[21]提出，隨著葡萄種植年限的延長土壤肥力呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢。總體來看，雖然測定的各養(yǎng)分指標(biāo)變化規(guī)律不一致，但是栽培8和20年多數(shù)養(yǎng)分指標(biāo)之間差異不顯著。栽培20年后土壤養(yǎng)分平均含量明顯高于栽培3年，表明隨著種植年限的延長，葡萄園土壤養(yǎng)分總體呈積累的變化趨勢，王志秀[22]等人也得到了相同結(jié)論。說明在賀蘭山東麓長期種植葡萄后，在水肥等田間管理措施的干預(yù)下，有利于土壤養(yǎng)分水平的整體提升。

土壤微生物生物量是衡量土壤養(yǎng)分的有效性以及土壤微生物變化情況的敏感性指標(biāo)[23-25]。 “富集率”表示根際對土壤養(yǎng)分的富集程度?！案患省痹礁弑砻鞲祵ν寥乐械酿B(yǎng)分富集程度越高。在葡萄栽培3年時，對大多數(shù)測試的土壤養(yǎng)分均有富集作用，栽培8年時，全K、有機碳、速效P和微生物生物量P表現(xiàn)出了一定程度的富集作用，而栽培20年時僅有微生物生物量N和微生物生物量P有較弱的根際富集作用。隨著栽培時間的延長，根際對土壤養(yǎng)分的富集作用越來越弱，分析原因，可能是隨著葡萄樹體的不斷生長，葡萄根系在不斷的向更深更廣的區(qū)域擴張，導(dǎo)致根際周圍無明顯的富集效應(yīng)。

在植物的生長過程中，根系可以從土壤中攝取養(yǎng)分和水分，同時也會向土壤中分泌、釋放大量的次生代謝物質(zhì)。這些次生代謝物質(zhì)會改變植物根際微區(qū)的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而影響根際土壤養(yǎng)分和微生物的結(jié)構(gòu)和功能。土壤中的微生物參與土壤的養(yǎng)分循環(huán)，在一定程度上反映了土壤的質(zhì)量。多年連栽會導(dǎo)致土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使土壤中的養(yǎng)分循環(huán)受到阻礙，從而引起了土壤質(zhì)量的下降[26]。根際土壤微環(huán)境是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，種植葡萄后根際土壤肥力指標(biāo)變化對根際土壤的微生物、土壤酶活性的影響如何，需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié) 論

不同栽培年限，葡萄根際土壤的pH值和電導(dǎo)率均高于非根際土壤。根際土壤和非根際土壤pH值均表現(xiàn)為先下降后上升的變化趨勢，而土壤電導(dǎo)率隨著栽培年限的增加表現(xiàn)出先升高在降低的變化趨勢。

不同栽培年限下葡萄土壤全N、全K、有機碳和速效K都呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢，栽培8年時土壤全N、全K平均含量最高，較栽培3年時分別提高了1.03和0.28倍；不同栽培年限下葡萄土壤有機碳、速效K含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。葡萄土壤堿解氮、速效P和全P隨著栽培年限的增加，其含量逐漸增加。

除了栽培20年葡萄非根際土壤的土壤微生物生物量C以外，栽培3和20年之間，葡萄根際土壤和非根際土壤的微生物生物量C、N和P含量并無顯著差異，表明長期種植葡萄后，對根際土壤和非根際土壤微生物生物量C、N和P無明顯影響。