摘 要:【目的】為油茶林生草栽培模式的應用提供參考?!痉椒ā?018 年,在4 年生油茶林行間進行生草試驗,供試草種為百喜草、金雞菊,以清耕自然生草為對照。2020 年,測定土壤理化性質(zhì)、微生物多樣性及酶活性,分析生草對油茶林土壤生物特性的影響?!窘Y果】間種百喜草和金雞菊能提高油茶林0 ~ 30 cm 土層土壤含水率、孔隙度及pH 值(P > 0.05),分別比對照增加了45.55%、10.18%、6.97% 和26.64%、17.54%、4.98%。間種百喜草和金雞菊能提高土壤有機質(zhì)、全氮含量(P > 0.05),分別比對照增加了35.91%、16.22% 和23.09%、33.78%,但降低了土壤全磷含量(P > 0.05),分別減少了8.47%、18.64%。間種百喜草提高了土壤細菌多樣性(P < 0.05),Sobs 指數(shù)、Shannon 指數(shù)、Simpson 指數(shù)分別比對照增加了42.20%、6.40%、1.02%,但降低了土壤真菌多樣性(P > 0.05);間種金雞菊提高了土壤細菌多樣性和真菌多樣性(P < 0.05),Sobs 指數(shù)、Shannon 指數(shù)、Simpson 指數(shù)分別比對照增加了62.49%、9.60%、1.02% 和46.00%%、13.68%、3.26%。間種百喜草、金雞菊可提高土壤脲酶活性(P > 0.05),分別比對照增加了36.69%、20.13%,但降低了土壤多酚氧化酶活性(P < 0.05),分別比對照減少了24.22%、29.19%?!窘Y論】間作百喜草、金雞菊在一定程度上提高了油茶林地土壤肥力水平,對油茶林地土壤改良和可持續(xù)生產(chǎn)具有積極的作用。推薦將百喜草和金雞菊作為油茶林地生草草種使用。
關鍵詞:油茶;生草栽培;土壤;理化性質(zhì);生物學性狀
中圖分類號:S601 文獻標志碼:A 文章編號:1003—8981(2023)01—0045—07
土壤管理是經(jīng)濟林栽培技術的重要內(nèi)容之一,也是經(jīng)濟林栽培管理的基礎。常見的經(jīng)濟林土壤耕作管理方法有3 種,分別為清耕法、覆蓋法和生草法。大多數(shù)研究者認為生草栽培不僅能減少地表徑流,有效抑制水土流失[1-3],提高土壤含水量[4],還可增加土壤養(yǎng)分含量[5-6]、酶活性[7-8] 及土壤微生物數(shù)量[9-10],有效改善土壤結構,提高土壤肥力,促進林木生長發(fā)育,提高果實產(chǎn)量和品質(zhì)[11-13]。在土壤缺乏有機質(zhì)、嚴重受侵蝕、易板結的經(jīng)濟林中,生草法是較好的土壤管理方法。
生草栽培在梨、蘋果、葡萄、獼猴桃等果園中已得到廣泛應用。在南方鮮食棗園種植白三葉生草可顯著增加0 ~ 15 cm 土壤的有機質(zhì)、全磷、全鉀、速效氮含量和土壤含水量[14];在核桃園內(nèi)種植黑麥草能顯著提高土壤蔗糖酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性[15];梨園長期生草可以有效增加表層土壤微生物數(shù)量,提高土壤脲酶活性,增加土壤腐殖酸含量,使土壤腐殖質(zhì)品質(zhì)朝好的方向轉(zhuǎn)化[8]。
油茶Camellia oleifera 是山茶科Theaceae 山茶屬Camellia 植物,為多年生小喬木或灌木,是我國特有的木本油料樹種, 與油棕Elaeisguineensis、油橄欖Olea europaea 和椰子Cocosnucifera 并稱世界四大木本食用油料植物[16]。近年來,油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,但傳統(tǒng)的清耕法依然是油茶林地土壤耕作管理的主要方法,這使得土壤長時間裸露,林地土壤結構被破壞,肥力下降,導致果實品質(zhì)和產(chǎn)量的降低[3]。因此,改變油茶林地土壤耕作管理方法十分必要。盡管已有油茶林種植黑麥草Lolium perenne、百喜草Paspalumnotatum、金雞菊Coreopsis basalis 的研究報道,但側(cè)重于栽培技術和水土保持效果的研究,關于其對油茶林土壤理化性質(zhì)及微生物多樣性影響的研究鮮見報道。本試驗中通過在油茶林種植多年生草本植物百喜草、金雞菊,研究生草對油茶林土壤理化性質(zhì)、微生物多樣性及酶活性的影響,分析生草栽培條件下土壤生物特性的變化,衡量和評價生草對油茶林土壤質(zhì)量的影響,以期為油茶林土壤改良和生態(tài)栽培提供參考。
1 材料與方法
1.1 試驗地概況
試驗地位于湖南省邵陽縣塘渡口鎮(zhèn)塘坪村(111°19′42.00″E,26°58′35.54″N)。該地區(qū)屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū),丘陵山地,海拔112 m,土壤為紅黃壤。年平均氣溫16.0 ~ 17.8 ℃,年平均無霜期288 d,年平均降水量1 255.3 mm。2013 年冬季—2014 年春季造林,品種為湘林210、華金、華碩等,株行距為2.5 m×3.0 m。
1.2 試驗設計
設清耕自然生草(CK)、間種百喜草(T1)、間種金雞菊(T2)3 個處理,每處理設置3 個600 m2重復樣地,各樣地中間設置10 m 隔離帶,共9 個樣地,采用隨機區(qū)組排列。2018 年春季,采用種子條播的方式,在T1 處理樣地油茶林行間播種2 行百喜草,在T2 處理樣地油茶林行間播種2 行金雞菊,條播間距及其與油茶樹兜距離均約為1 m,隨后由百喜草和金雞菊自然繁殖擴散。對照處理不間作草本植物,存在少量自然生長的雜草,主要為狗尾草Setaria viridis、橘草Cymbopogongoeringii 和香絲草Conyza bonariensis 等。
1.3 指標測定
2020 年6 月,在距油茶樹體30 ~ 50 cm 處使用土鉆取樣,鉆取深度0 ~ 30 cm,每次每樣地取4 個重復,放置實驗室陰涼通風處進行自然風干,風干后過0.149 mm 篩,用于測定土壤物理性狀、微生物多樣性和酶活性。采用烘干法測定土壤含水率;使用pH 計(PHS-3C 型)測定土壤pH 值;采用苯酚鈉- 次氯酸鈉比色法測定土壤脲酶活性,采用鄰苯三酚比色法測定土壤多酚氧化酶活性。對油茶林地土壤中DNA 進行16S、18S、ITS 等細菌和真菌物種特征序列的PCR 擴增,再利用高通量測序技術對PCR 擴增產(chǎn)物進行測序,并對得到的對應細菌、真菌群落豐度信息進行Sobs、Shannon 和Simpson 等指數(shù)的微生物群落Alpha 多樣性分析。
分別在2020 年6、9、11 月取樣,采用重鉻酸鉀容量法- 稀釋熱法測定土壤有機質(zhì)含量,使用間斷分析儀(Autochem 1100amp;1200)分別采用凱氏法、抗壞血酸法測定土壤全氮、全磷含量。
1.4 數(shù)據(jù)處理
使用Microsoft Excel 2003 軟件處理數(shù)據(jù),用SPSS 16.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析,采用單因素方差分析和LSD 法對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗。
2 結果與分析
2.1 生草栽培對土壤基本理化性質(zhì)的影響
不同生草栽培處理下油茶林地土壤的基本理化性質(zhì)見表1。由表1 可知,油茶林間種百喜草和金雞菊后,土壤含水率、孔隙度及pH 值均比CK有所提高,但差異不顯著(P > 0.05)。其中:T1 處理的土壤含水率最高(19.94%),比CK 提高了45.55%,T2 處理比CK 提高26.64%;T2 處理的土壤孔隙度最高(42.83%),比CK 提高了17.54%,T1 處理比CK 高6.97%;T1 處理的土壤pH 值最高(4.30),比CK 提高了6.97%,T2 處理比CK 高4.98%。
2.2 生草栽培對土壤養(yǎng)分含量的影響
不同生草栽培處理下油茶林地土壤的養(yǎng)分含量如表2 所示。由表2 可知,在6、9、11 月,T1和T2 處理的土壤有機質(zhì)含量均比CK 有所提高。
在11 月,各處理按照土壤有機質(zhì)含量由高到低排序依次為T1、T2、CK,且差異顯著(P < 0.05);在6、9 月, 依次為T1、T2、CK, 差異不顯著(P > 0.05)。在6、11 月,各處理按照土壤全氮含量由高到低排序依次為T2、T1、CK,差異不顯著(P > 0.05);在9 月,依次為T2、CK、T1,差異顯著(P < 0.05)。在6 月,各處理按照土壤全磷含量由高到低排序依次為T2、T1、CK,差異顯著(P < 0.05); 在9 月, 依次為CK、T2、T1,差異顯著(P < 0.05);在11 月,依次為CK、T1、T2, 差異顯著(P < 0.05)。T1 和T2 處理的土壤有機質(zhì)含量和全氮含量3 次測定的平均值均高于CK,分別提高35.91%、16.22% 和23.09%、33.78%,土壤全磷含量低于CK,分別減少8.47%、18.64%,但差異均不顯著(P > 0.05)。
2.3 生草栽培對土壤微生物群落多樣性的影響
不同生草栽培處理下油茶林地土壤的微生物群落多樣性見表3。由表3 可知,各處理按照根際土壤細菌群落的Sobs 指數(shù)由高到低排序依次為T2、T1、CK,按照Simpson 指數(shù)由高到低排序依次為T2(T1)、CK,按照Shannon 指數(shù)由高到低排序依次為T2、T1、CK。T1 和T2 處理的細菌群落的Sobs 指數(shù)均顯著高于CK,分別增加了42.20%、62.49%,Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)與CK 的差異均未達到顯著水平(P > 0.05),分別增加了6.40%、1.02% 和9.60%、1.02%,其中T2處理的油茶根際細菌群落多樣性水平最高。T2 處理的根際真菌群落Sobs 指數(shù)顯著高于CK,增加了46.00%,T1 處理與CK 相比減少了8.91%,T2處理根際土壤真菌群落的Shannon 指數(shù)和Simpson指數(shù)高于CK,分別增加了13.68%、3.26%,T1 處理與CK 相比分別減少了21.97%、13.04%,不同間種植物處理的真菌群落多樣性具有差異,但與CK 的差異均未達到顯著水平(P > 0.05),其中T2 處理的油茶根際真菌群落多樣性水平最高。
2.4 生草栽培對土壤酶活性的影響不同生草栽培處理下油茶林地土壤的酶活性見表4。由表4 可知,油茶林內(nèi)間種百喜草和金雞菊對根際脲酶活性與多酚氧化酶活性的影響不同。T1 和T2 處理的油茶根際土壤脲酶活性分別為176.12 和154.79 μg/g,分別比CK 高36.69%、20.13%, 但差異均不顯著(P > 0.05)。T1 和T2 處理的油茶根際土壤多酚氧化酶的活性分別為968.14 和904.61 μg/g,分別比CK 低24.22%、29.13%,且差異顯著(P < 0.05)。
3 結論與討論
本研究結果表明,生草可提高油茶林0 ~ 30 cm土層土壤含水率、孔隙度和pH 值,以及土壤有機質(zhì)、全氮含量,但其對磷的吸收量大于歸還量,造成土壤磷含量下降,油茶林間種百喜草、金雞菊要注重磷肥的補充。油茶林生草可改變土壤細菌和真菌群落的多樣性。與清耕相比,間種金雞菊可提高土壤細菌、真菌群落的多樣性;間種百喜草提高了土壤細菌群落的多樣性,但降低了真菌群落的多樣性。與清耕相比,間種百喜草和金雞菊提高了油茶林土壤脲酶活性,但降低了土壤多酚氧化酶活性。綜合來看,間種百喜草和金雞菊在一定程度上改善了油茶林的土壤環(huán)境、土壤養(yǎng)分、微生物活性和酶活性,對油茶林地土壤改良和可持續(xù)生產(chǎn)具有積極的作用。
3.1 生草栽培對土壤理化性質(zhì)的影響
油茶間種百喜草和金雞菊在一定程度上提高了土壤含水率、總孔隙度,使土壤的物理性狀得到有效改善,與丁怡飛等[3]、周乃富等[17] 得出的研究結果相似,這主要是由于間種百喜草和金雞菊后,在生長發(fā)育過程中,其地下根系一定程度上增加了土壤的總孔隙度,地上枝葉提高了油茶林地植被覆蓋度,阻礙了地表水分漫流和蒸發(fā),有利于土壤水分的保持。與金雞菊相比,百喜草具有貼靠地表的匍匐莖,根系縱深發(fā)達,能在種植后短時間內(nèi)提高地表覆蓋度[18-19],因此,間種百喜草對油茶林土壤水分的保持效果更好。油茶林間種百喜草和金雞菊后土壤pH 值升高,與鐘云等[20] 在幼齡柑橘園種植綠肥使土壤pH 值升高的研究結果相似,這是由于紅壤呈酸性,酸性土壤會抑制植物對陽離子的吸收,釋放OH-,從而提高土壤pH 值[21]。
土壤有機質(zhì)具有調(diào)節(jié)土壤的理化性質(zhì)及通氣性等作用,其含量是衡量土壤質(zhì)量的重要指標[22]。
與清耕相比,間種百喜草和金雞菊后土壤有機質(zhì)含量提高了35.91%、23.09%,全氮含量提高了16.22%、33.78%,間種草本植物可以有效增加油茶林土壤的有機質(zhì)和全氮含量,這與林桂志[23] 的研究結果相似,因為百喜草、金雞菊為多年生草本植物,其枝、葉、根經(jīng)過腐解后可提高土壤有機質(zhì)和氮的含量。土壤全磷含量可反映土壤磷庫的大小和潛在的磷供應能力[24],全磷含量通常由母質(zhì)和外來磷素輸入來決定[25-26]。間種百喜草和金雞菊后油茶林土壤全磷含量分別減少8.47%、18.64%。說明油茶、百喜草和金雞菊在整個生長期對磷的吸收大于其歸還量,造成土壤磷含量下降,因此在間種草本植物期間要注意油茶林地肥料的補充,特別是磷肥的補充。
3.2 生草栽培對土壤微生物多樣性的影響
土壤微生物多樣性指土壤中所有種類微生物的基因及其與環(huán)境之間相互作用的多樣化程度[27],可反映土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及和諧性[28]。
Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)可反映微生物多樣性,且主要反映物種的均勻度和豐富度[29-30]。本試驗中,間種百喜草和金雞菊后,油茶林土壤細菌的Sobs 指數(shù)顯著高于清耕對照,分別提高了42.20%、62.49%,經(jīng)Alpha 多樣性分析得知,土壤細菌Shannon、Simpson 指數(shù)高于清耕對照,同時,細菌總體的Sobs 指數(shù)、豐富度和均勻性高于真菌。
綜合以上幾項多樣性指數(shù)分析結果來看,間種百喜草、金雞菊能提高油茶根際細菌和真菌群落的多樣性水平,且間種金雞菊的效果最佳,這可能是由于百喜草、金雞菊的根系分泌物和凋落物為土壤微生物提供了營養(yǎng)物質(zhì),但其根系分泌物和凋落物的物理化學特性不同,導致在分解過程中釋放的有機物和無機物的差異較大,進而造成土壤微生物多樣性的差異[31-32]。
3.3 生草栽培對土壤酶活性的影響
土壤酶是土壤中動植物殘體分解、植物更新分泌以及土壤微生物代謝的產(chǎn)物[33],其活性可以反映土壤中各種生物化學反應的強度和方向。土壤脲酶可催化尿素水解為氨和二氧化碳,其活性可以反映土壤的供氮能力。間種百喜草、金雞菊后,土壤脲酶活性分別提高了37.01%、20.13%,表明間種百喜草和金雞菊均在一定程度上提高了土壤肥力,這與劉業(yè)萍等[7]、孫計平等[8]、傅聿青等[34]得出的研究結果相似,可能是因為生草后其凋落物分解引起土壤微生物群落多樣性和豐富度升高,從而間接影響土壤酶活性[35]。多酚氧化酶能參與土壤芳香族化合物的循環(huán),該酶屬于氧化還原酶類。與清耕相比,間種百喜草、金雞菊分別使土壤多酚氧化酶活性降低了24.22%、29.19%,這與李發(fā)林等[36] 的研究結果相似。趙睿宇等[37],葛曉改等[38],陳光升等[39] 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),土壤多酚氧化酶活性與土壤有機質(zhì)含量、全氮含量存在負相關關系,隨著土壤中腐殖質(zhì)含量增加而降低。間種百喜草、金雞菊后土壤多酚氧化酶活性降低,可能是土壤有機質(zhì)和全氮含量增加導致的。
本研究中僅測定了土壤的基本理化性狀、養(yǎng)分含量、微生物多樣性以及酶活性等指標,為給油茶林專用生物菌肥的研制和應用提供參考,仍需進一步研究生草對油茶林根際微生物種群結構、根際分泌物、根系分布等的影響。同時,為給油茶林生草栽培中的草種選擇提供參考,生草對油茶林產(chǎn)量及果實經(jīng)濟性狀品質(zhì)的影響也有待進一步研究。
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[ 本文編校:聞 麗]