行内生草对葡萄根系生长和土壤营养状况的影响

王小龙1,2,3,刘凤之1,2,3,史祥宾1,2,3,王孝娣1,2,3,冀晓昊1,2,3,王志强1,2,3,王宝亮1,2,3,郑晓翠1,2,3,王海波1,2,3

(1.中国农业科学院 果树研究所,辽宁 兴城 125100;2.农业部园艺作物种质资源利用重点实验室,辽宁 兴城 125100;3.辽宁省落叶果树矿质营养与肥料高效利用重点实验室,辽宁 兴城 125100)

摘要为解决葡萄根系上浮和土壤酸化问题,探明葡萄园生草对葡萄根系生长和土壤营养状况的影响,以清耕为对照,在辽宁兴城地区葡萄园行内种植黑麦草(Lp)和紫花苜蓿(Ms),研究行内生草对葡萄不同根层根系长度和表面积、土壤有机质及矿质元素含量的影响。结果表明,黑麦草和紫花苜蓿均较清耕显著提高不同时期和不同土层的根系长度和根系表面积(P<0.05),且其增幅为黑麦草>紫花苜蓿>清耕。黑麦草具有减轻葡萄园土壤酸化的效果,其土壤pH值6.22~7.04,高于清耕的6.14~6.39。黑麦草在坐果期、转色期和收获期的土壤有机质含量较清耕分别显著提高了24.71%,48.07%和44.44%(P<0.05),而紫花苜蓿较对照分别提高了7.87%,29.88%和34.07%。黑麦草在坐果期、转色期和收获期时土壤中碱解氮含量较清耕分别显著提高了40.40%,51.46%,22.15%(P<0.05),而紫花苜蓿较清耕分别提高了29.88%,28.03%,5.42%。黑麦草和紫花苜蓿较清耕均显著提高了各个时期的土壤有效磷含量(P<0.05),钾元素含量明显升高,黑麦草处理的土壤全钾、全磷和有效磷含量最高,其次是紫花苜蓿,清耕最低。综上,行内种植黑麦草对增加葡萄根系长度和根系表面积、提高土壤有机质含量、减轻土壤酸化、增加必需营养元素含量等方面效果优于紫花苜蓿和清耕。

关键词葡萄园;生草;根系生长;土壤营养

土壤耕作在果园日常管理中占有重要的地位,其中最常用的有清耕法、生草法、覆盖法、免耕法和休闲轮作法等。土壤耕作主要是通过对土壤的生态环境、根际营养以及杂草竞争的影响,为果树生长发育和栽培管理提供良好的条件,满足其对水分、温度和养分等的需求[1-3]。目前,我国果园土壤耕作的农艺措施仍以清耕为主[4],有利于提高果园土壤的透气性、促进土壤中难溶性养分的分解和吸收。清耕虽然短期效果明显,但是长期清耕容易导致果园土壤地力减弱、生物多样性丧失、土壤养分不均衡等一系列土壤退化问题[5-7]。果园生草能够改善土壤理化性状,提高土壤肥力[8-10];减少土壤水分蒸发,减少灌溉次数;改善果园小气候;便于果树病虫害的综合治理,减轻劳动强度[11];促进果树生长发育,果品高产、优质[12]。我国果园实施生草面积远低于欧美和日本,其中清耕的面积占果园总面积的90%以上[13]。果园生草制推广较慢,其主要原因是没有适时适地提出果园生草的生理生态效应和管理策略。葡萄园行间生草,能够促进赤霞珠根系向深层土壤发展,有利于水分和养分的吸收[14];可提高赤霞珠葡萄园土壤中细菌、真菌和放线菌含量[15];可提升葡萄与葡萄酒中多酚化合物的含量,从而提高葡萄酒的质量[16];增加了红地球叶绿素、叶面积和节间长[17];可显著提高玫瑰香葡萄的生长量及土壤中速效氮、速效钾、速效磷和有机质含量[18]。国内果园生草研究主要关注行间生草,而关于与果树根系关系更为密切的行内生草对土壤和葡萄生长发育的影响未见报道。本试验通过行内种植黑麦草和紫花苜蓿,比较葡萄根系生长状况和土壤生态环境等指标,为促进葡萄园生草草种的选择和培肥地力技术的发展提供参考,以确保现代果园的可持续高效发展。

1 材料和方法

1.1 试验地概况与试验材料

试验在中国农科院果树研究所葡萄园进行。葡萄园所处位置为温带湿润季风气候,年平均降水量为758 mm,四季分明;年平均温度为9.7 ℃,年极端最高气温为35.5 ℃、最低气温为-26.2 ℃。试验材料为2012年定植的巨峰,株行距0.6 m×3 m,露地栽培,斜干水平龙干形配合V行叶幕。

1.2 试验设计

在葡萄园行内播种一年生禾本科植物黑麦草(Lp,Lolium perenne L.)和多年生豆科草本植物紫花苜蓿(Ms,Medicago sativa L.)2种绿肥,以清耕为对照(CK),采用单因素随机区组设计。黑麦草、紫花苜蓿采用行内生草模式,于2015年5月上旬播种,播种量均为30 kg/hm2;行间采取自然生草;葡萄树行暨树盘宽2.0 m。葡萄树体和供试牧草的田间管理措施均同一般果园。连续播种2年,第3年开始取样(土壤与根系样品),取样时期分别是坐果期、转色期和收获期,每个处理均挖取根系、土壤样品进行测定。

1.3 土壤与根系样品采集

以葡萄树体作为横向宽度起始点、地表作为纵向深度起始点,第1层取样纵向深度0~20 cm、横向宽度0~30 cm;第2层取样纵向深度20~40 cm、横向宽度30~60 cm(第2层);第3层取样纵向深度40~60 cm和横向宽度60~90 cm,分别采集葡萄根系和土壤样品,用以测定根系长度、根系表面积和土壤pH值。其他指标(根系中矿质元素、土壤有机质和矿质元素含量)样品均来自纵向深度0~60 cm和横向宽度0~90 cm的混合样品。按照试验设计分层混匀,剔除植物残体、石子等杂物,并用速封袋装好,带回实验室进行风干,研磨,过1 mm筛,待测。

1.4 测定指标与方法

取5 g研磨并风干的土样。加入25 mL中性的蒸馏水(pH值7.0)测定pH值,摇床混样20 min,静置沉淀经过滤,用pH仪测定滤清液pH值。土壤有机质采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法测定;全氮采用凯氏法测定;碱解氮采用碱解扩散法测定;有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定;根系形态选择EPSON1680扫描仪,使用黑白二值图像进行扫描,其分辨率和比例尺分别设置为300 dpi和100%。再用WinRhizo 2009根系分析软件进行分析,获得根系总长度、总表面积形态数据。采用ICP等离子体原子发射光谱仪测定土壤和根系样品中全磷(P)、全钾(K)、钙(Ca)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、硼(B)、钼(Mo)等元素含量。

1.5 数据分析

使用Excel 2007和SPASS 23软件进行数据整理、图表绘制和差异显著性检验(Duncan′s)。

2 结果与分析

2.1 行内生草对葡萄根系生长状况的影响

由图1可见,除坐果期第1层根系外,行内黑麦草处理均显著增加了各个时期不同根层的葡萄根系长度(P<0.05);黑麦草处理在坐果期、转色期和收获期较对照增幅的最大值均出现在第3层根系中,分别提高了41.17%,75.50%和110.79%。而在紫花苜蓿处理中,坐果期的各个根层和收获期的第3层的根系长度较对照均未出现显著性变化。与黑麦草处理相似,紫花苜蓿处理的根系长度较对照增幅的最大值均出现在各个时期的第3层根系中,增幅分别为6.50%,41.17%和44.61%。清耕处理的第3层根系长度在坐果期、转色期和收获期所占总比例分别为31.34%,31.86%和29.16%;黑麦草处理的第3层根系长度在各个时期所占总比例依次为35.22%,36.71%和37.84%,而紫花苜蓿处理与之相对应的分别为31.83%,35.36%和32.62%。

柱形图上端不同小写字母表示同一时期和同一根层的不同处理间差异显著(P<0.05)。图2-7同。

The different lowercase letters at the top of the bar chart indicate that there is a significant difference (P<0.05) between different treatments located at the same period and root level.The same as Fig.2-7.

图1 葡萄园生草处理的葡萄根系长度
Fig.1 Grape root length of grass-treated vineyard

由图2可见,黑麦草处理均提高了各个时期不同根层的葡萄根系表面积,并在坐果期的第1层和第3层、转色期的第1层和第2层、收获期的第1层和第3层根系较对照具有显著性差异(P<0.05)。黑麦草处理分别在坐果期的第2层、转色期的第1层和收获期的第1层根系表面积较对照增幅达到最大,分别提高了51.40%,240.13%和55.98%。紫花苜蓿处理条件下,收获期第1层和第2层根系表面积较对照分别减少了8.05%和59.06%;其他各个时期不同根层的根系表面积均有所提高,其中坐果期第2层、转色期第1层和第2层具有显著性差异(P<0.05)。与黑麦草相似,紫花苜蓿处理的坐果期第2层、转色期第1层和收获期第3层根系表面积较对照的增幅达到最大,分别提高了115.69%,174.83%和3.33%。

图2 葡萄园生草处理的葡萄根系表面积
Fig.2 Grape root surface area of grass-treated vineyard

2.2 行内生草对葡萄根系中矿质元素含量的影响

由图3可见,行内种植黑麦草显著提高了各个时期根系中全氮含量(P<0.05),在坐果期、转色期和收获期时的全氮含量分别为12.61,11.19,9.74 g/kg,较对照分别提高了39.11%,55.37%和21.33%。同黑麦草处理,紫花苜蓿提高了各个时期根系中全氮含量,含量分别为10.86,9.53,8.48 g/kg;但只在坐果期和转色期与对照出现显著性差异(P<0.05),较对照分别提高了19.82%和32.38%。

图3 葡萄园生草处理的葡萄根系全氮含量
Fig.3 Total nitrogen content of grape root in grass-treated vineyard

由表1可见,不同时期、不同处理根系中矿质元素含量存在一定差异。铜元素除外,黑麦草处理均引起其他元素在不同时期组合内的含量增加,如磷和镁元素在坐果期较对照分别显著提高5.77%和21.49%(P<0.05);铁元素在坐果期、转色期和收获期较对照分别显著提高了8.59%,70.89%和7.53%(P<0.05);钾元素在转色期和收获期较对照分别显著提高28.23%和43.42%(P<0.05);锰和硼元素在转色期较对照分别显著提高了54.13%和10.43%(P<0.05);钼元素在坐果期和收获期较对照分别显著提高了20.79%和29.01%(P<0.05);钙元素含量并未发生显著性提高;铜元素在各个时期均有所降低。另外,紫花苜蓿处理也引起各个元素含量在特定时期显著性提高(P<0.05),如磷元素在坐果期和转色期较对照分别显著提高了27.14%和39.24%,钙元素相应显著提高26.37%和11.88%;钾元素在转色期和收获期较对照分别显著提高了77.13%和21.05%,同期的铜元素相应显著提高了8.55%和4.41%;镁元素在该3个时期较对照分别显著提高了36.73%,20.29%和10.45%。铁元素在坐果期和收获期较对照分别显著提高了17.35%和15.86%,钼元素相应较对照分别显著提高45.83%和49.59%;钼元素在转色期较对照显著提高了24.53%。

表1 葡萄园生草处理的根系矿质元素含量
Tab.1 The content of mineral element in root under grass treatment

时间Time处理Treatment全磷/(g/kg)Total phosphorus全钾/(g/kg)Total potassium全钙/(g/kg)Total calcium全镁/(g/kg)Total magnesium全铁/(mg/kg)Total iron全锰/(mg/kg)Total manganese全锌/(mg/kg)Total zinc全铜/(mg/kg)Total copper全硼/(mg/kg)Total boron全钼/(mg/kg)Total molybdenum坐果期 对照4.08±0.00c7.21±0.08a25.55±0.11b3.21±0.00c364.35±20.85c480.80±3.40a123.78±1.19a47.77±0.58a25.57±1.24a3.66±0.04cFruiting黑麦草4.32±0.08b5.82±0.12c25.68±0.98b3.90±0.00b395.65±26.05ab335.55±7.65b110.57±13.92ab32.53±0.48b23.54±0.38a4.42±0.44b紫花苜蓿5.19±0.03a6.91±0.12b32.29±0.20a4.39±0.05a427.55±8.15a220.49±5.51c106.04±2.26b27.47±0.70c23.60±1.29a5.33±0.30a转色期对照4.95±0.27b5.62±0.39c20.54±1.00b2.85±0.10b714.75±1.45b71.68±1.61c102.29±11.85a45.42±0.87b26.71±1.52b6.04±0.24aVeraison黑麦草5.06±0.16b7.20±0.17b21.61±1.17ab3.00±0.22b1 221.45±26.65a110.48±1.83a86.21±3.35b37.62±2.56c29.50±0.31a4.19±0.19c紫花苜蓿6.89±0.22a9.95±0.45a22.98±0.06a3.43±0.04a458.40±74.70c89.26±1.58b72.72±0.40b49.30±0.39a22.73±0.84c5.56±0.27b收获期对照6.90±0.12a5.68±0.01c19.39±1.12a3.12±0.04b885.40±28.90c127.07±0.55a85.64±7.49a57.35±0.73b24.22±1.23a3.09±0.09cVintage黑麦草6.74±0.05b8.14±0.27a16.22±0.44b2.30±0.02c952.10±19.60b123.78±1.17b87.11±3.13a44.25±1.23c24.45±0.67a3.98±0.12b紫花苜蓿4.93±0.00c6.87±0.03b17.52±0.67b3.45±0.15a1 025.80±40.90a63.51±0.31c80.32±2.21a59.88±1.11a26.48±2.02a4.62±0.02a

注:小写字母表示同一时期、同一根层和同一元素的不同生草处理间差异显著(P<0.05)。表2-3同。

Note:Lowercase letters indicate that there is a significant difference (P<0.05) between the same period/root level/element and different grass cover treatments.The same as Tab.2-3.

2.3 行内生草对土壤pH值和有机质含量的影响

由表2可见,行内种植黑麦草较对照显著提高了各个时期不同土层的土壤pH值(P<0.05),其中收获期的第1层土壤较对照增幅最高,为10.18%;其次是坐果期的第3层土,为2.65%。但紫花苜蓿处理条件下,出现变化规律不统一的现象,如在坐果期的各个土层土壤的pH值均有所提高,而在转色期的各个土层均下降,在收获期的第2层土壤的pH值也出现下调现象;其中,收获期的第1层土壤较对照增幅最高,为9.16%。

表2 葡萄园生草处理的土壤pH值
Tab.2 Soil pH of grass-treated vineyard

土层Soil level处理Treatment坐果期Fruiting period转色期Veraison收获期 Vintage第1层清耕6.21±0.00c6.31±0.02b6.39±0.00bFirst level黑麦草6.35±0.02b6.40±0.02a7.04±0.05a紫花苜蓿6.43±0.06a6.28±0.02b6.97±0.02a第2层清耕6.14±0.02b6.30±0.04b6.20±0.00bSecond level黑麦草6.22±0.00a6.46±0.06a6.28±0.04a紫花苜蓿6.17±0.05ab5.86±0.04c5.91±0.00c第3层清耕6.22±0.01c6.21±0.02b6.23±0.02cThird level黑麦草6.39±0.02a6.33±0.06a6.33±0.01a紫花苜蓿6.36±0.01b5.72±0.03c6.29±0.00b

由图4可见,行内生草对土壤有机质含量的增加与生草品种有关,不同生草处理的葡萄园土壤有机质含量差异显著(P<0.05),其中种植黑麦草的土壤有机质含量最高,其次是紫花苜蓿,清耕(对照)最低。其中,黑麦草处理在坐果期、转色期和收获期土壤有机质含量分别为28.57,23.69,27.41 g/kg,较对照分别显著提高了24.71%,48.07%和44.44%(P<0.05);而紫花苜蓿处理在相应时期的土壤有机质含量分别为24.71,20.78,25.44 g/kg,分别较对照提高了7.87%,29.88%和34.07%。

图4 葡萄园生草处理的土壤有机质含量
Fig.4 Soil organic matter content of grass-treated vineyard

2.4 行内生草对土壤中植物必需元素含量的影响

由图5可见,土壤中的碱解氮含量在行内生草条件下较对照均有所提高。黑麦草处理在坐果期、转色期和收获期时土壤中碱解氮含量分别为294.22,228.52,287.06 mg/kg,较对照分别显著提高了40.40%,51.46%和22.15%(P<0.05)。而紫花苜蓿处理在相应时期的土壤碱解氮含量显著低于黑麦草处理,分别为272.18,193.17,247.75 mg/kg,较对照分别提高了29.88%,28.03%和5.42%,其中只有坐果期和转色期与对照存在显著性差异(P<0.05)。

图5 葡萄园生草处理的土壤碱解氮含量
Fig.5 Soil alkaline nitrogen content of grass-treated vineyard

由图6可见,行内种植黑麦草和紫花苜蓿均引起土壤中全氮含量上调,并且只有在转色期处理组的全氮含量与清耕(对照)存在显著性差异(P<0.05)。黑麦草处理条件下的土壤全氮含量最高值出现在坐果期,其次转色期,最后是收获期,其含量分别为7.96,5.51,5.05 g/kg,较对照分别提高了14.48%,54.75%和2.16%。紫花苜蓿处理在坐果期、转色期和收获期的土壤全氮含量分别为7.68,4.49,5.25 g/kg,较对照分别提高了10.56%,26.06%和6.22%。

图6 葡萄园生草处理的土壤全氮含量
Fig.6 Soil total nitrogen content of grass-treated vineyard

由图7可见,行内种植黑麦草和紫花苜蓿较对照均显著提高了各个时期的土壤中有效磷含量(P<0.05),黑麦草处理的土壤有效磷含量最高,其次是紫花苜蓿处理,最低是清耕(对照);其中黑麦草和紫花苜蓿处理在转色期(黑麦草和紫花苜蓿处理的土壤有效磷含量分别为215.99,199.32 mg/kg)和收获期(243.78,225.57 mg/kg)的土壤有效磷含量存在显著性差异。

图7 葡萄园生草处理的土壤有效磷含量
Fig.7 Soil available phosphorus content of grass-treated vineyard

由表3可见,行内种植黑麦草和紫花苜蓿普遍提高了土壤矿质元素在不同时期的含量,除坐果期的铁元素外,各个矿质元素含量在不同时期较清耕(对照)出现的显著性差异(P<0.05)具有一定的特异性,如黑麦草处理条件下,磷元素在坐果期、转色期和收获期较对照分别显著提高了5.20%,50.86%和32.02%;钙元素在转色期和收获期较对照分别显著提高了105.11%和256.16%;钾和铁元素分别只在坐果期和收获期较对照显著提高了13.02%和92.18%。此外,紫花苜蓿处理条件下的土壤矿质元素含量在特异时期也有显著上调的情况发生(P<0.05),如磷元素在转色期和收获期较对照分别显著提高了31.61%和29.92%;镁元素在坐果期、转色期和收获期较对照分别显著提高了7.56%,37.58%和33.76%;锰和锌元素分别只在转色期和收获期较对照提高了5.74%和21.11%。

表3 葡萄园生草处理的土壤矿质元素含量
Tab.3 The content of mineral element in soil under grass treatment

时间Time处理Treatment全磷/(g/kg)Total phosphorus全钾/(g/kg)Total potassium全钙/(g/kg)Total calcium全镁/(g/kg)Total magnesium全铁/(mg/kg)Total iron全锰/(mg/kg)Total manganese全锌/(mg/kg)Total zinc全硼/(mg/kg)Total boron全钼/(mg/kg)Total molybdenum坐果期对照2.17±0.03b46.91±1.54b817.35±28.85a247.00±5.00b2.91±0.02b702.42±29.36a245.80±2.60a67.19±0.73b2.04±0.09bFruiting黑麦草2.29±0.05a53.01±1.11a849.95±13.85a269.60±3.39a3.05±0.09b724.72±61.12a258.80±11.07a81.30±10.42a2.96±0.02a紫花苜蓿2.24±0.02ab47.12±1.67b821.65±37.45a265.67±11.72a3.34±0.21a714.83±15.87a257.13±13.20a73.91±3.96ab2.99±0.01a转色期 对照1.55±0.07c48.57±4.08a337.60±21.30b149.00±11.00c3.00±0.10a631.90±18.40c195.56±9.30b68.62±12.91a2.18±0.17cVeraison黑麦草2.34±0.05a50.19±2.32a692.47±52.37a274.33±13.32a3.05±0.13a716.40±23.20a234.55±9.25a77.20±12.48a2.24±0.14b紫花苜蓿2.04±0.17b49.50±1.27a667.55±9.09a205.00±25.00b3.03±0.17a668.15±7.75b208.98±10.22b76.08±8.17a2.44±0.59a收获期对照1.57±0.06b53.86±7.23a248.85±46.25c157.00±22.00b3.83±0.92b774.65±50.55b215.21±23.79b60.90±3.60b1.69±0.04c Vintage黑麦草2.07±0.02a55.73±0.65a886.30±37.70a216.67±12.50a7.36±0.19a897.42±10.57a265.80±0.90a83.39±6.15a2.17±0.01a紫花苜蓿2.04±0.11a55.59±1.81a486.95±27.55b210.00±22.87a6.69±0.01a828.60±39.40ab260.63±12.07a81.30±2.67a2.00±0.02b

3 讨论与结论

果园生草是保护和维持土壤肥力的有效管理措施之一[19],在改善土壤理化特性和生物学特性、维持土壤养分平衡和养分循环、增加生物多样性、降低病虫害发生机率等方面具有重要的作用。生草可以降低病虫害发生机率,改善果实品质及采后加工的质量[20-22]。土壤酸化是土壤退化的主要特征之一[23-24],也是当前葡萄园土壤普遍面临的主要问题。当土壤pH值低于5或高于8,容易引起葡萄树生长不良[25]。本研究发现,清耕管理的葡萄园土壤有酸化的趋势,pH值分布在6.14~6.39;黑麦草处理后土壤酸化问题缓解效果显著,其pH值分布在6.22~7.04;而紫花苜蓿处理之后,其土壤pH值整体偏低,甚至转色期的第2层和第3层及收获期的第2层土壤的pH值低于对照。由此说明,改良葡萄园酸化土壤除常用的施用石灰[26]、土壤改良剂[27]和碱性有机肥[28]等方法外,还可以采用行内生草的管理模式,尤其是种植黑麦草。根系是植物水分和矿物营养的供应者,也是植物地上部分生长发育的调控者。本研究发现,葡萄园行内种植黑麦草和紫花苜蓿,能够显著提高根系长度和表面积,并且黑麦草处理要高于紫花苜蓿处理。行内黑麦草和紫花苜蓿处理在转色期的表层根系(0~20 cm)表面积剧增(较对照分别增加240.13%和174.83%),且其根系表面积增加比例远高于根系长度,说明葡萄吸收根增加,加快了葡萄根系对营养的吸收效率,高效储备营养,用以提高越冬性能。果园生草有利于产生益于果树根系生长的土壤环境并促进根系下扎[29-30]。行间播种无芒雀麦和鸭茅草的山区果园总根量(0~20 cm)分别为66.3和62.8,对照为30.1;而纵向深度为20~40 cm的根系总量分别为87.9,85.4和58.7[31]。葡萄园生草促进了根系向土壤深层发展[32],扩大了根系生长发育的空间。本研究中各个时期的第3层根系长度和表面积普遍较大,且行内生草处理提高了深层(纵向深度为40~60 cm)根系长度的比例,说明行内生草促进了葡萄根系下扎,下扎程度依次为黑麦草>紫花苜蓿>清耕。

土壤有机质和全氮的含量是衡量土壤长期肥力水平的重要指标。大量研究表明,果园生草制能够有效提高土壤中有机质含量[33-37],主要是由于果园生草刈割后的残草、生草根系和葡萄枯枝落叶等有利于土壤中有机质的形成。黄健全等[38]试验结果表明,行间持续2年生草的葡萄园土壤有机质含量均显著高于清耕处理,其中薄荷覆盖的土壤有机质含量最高,其次是猫薄荷和紫花苜蓿。朱东方等[39]研究发现,桃园生草能够极显著提高园内土壤有机质含量,较对照高37.73%。何莉莉等[40]和郭磊等[4]在桃园生草,均不同程度提高土壤中的有机质和有机碳含量。本研究也发现了相似的结果,行内生草均显著提高了土壤中的有机质含量,且黑麦草处理的土壤有机质含量高于紫花苜蓿处理。张先来[41]研究指出,果园生草制对提高土壤中全氮含量具有明显效果,其主要是通过阻止氮素向深层土壤的淋失过程而实现的。葡萄园行内种植黑麦草和紫花苜蓿提高了土壤碱解氮含量,且黑麦草处理显著高于紫花苜蓿处理。与对照相比全氮含量的显著性差异,仅出现在黑麦草和紫花苜蓿处理的转色期土壤中(P<0.05),且黑麦草处理显著高于紫花苜蓿处理。

果园生草能够在不同程度上提高土壤养分含量[37]。柑橘园生草栽培后,土壤有效磷含量在第1年前期下降,第2年7月则显著升高,而生草栽培2年后对土壤有效磷含量无显著影响[21,42]。套种印度豇豆、圆叶决明和羽叶决明的枇杷园,其土壤有效磷含量较对照分别提高275%,300%和225%。荔枝园间作柱花草3年后,其土壤有效磷含量提高了30%[43]。间作三叶草的苹果园和梨园土壤中有效磷含量分别提高了14.63%和21.4%[44-45]。本研究表明,葡萄园行内种植黑麦草和紫花苜蓿均能较对照提高土壤有效磷含量,且二者在转色期开始出现显著性差异。葡萄园行内生草的土壤和葡萄根系中矿质元素含量普遍显著性提高,其中根系中的钙元素含量要明显高于根系中氮、磷和钾元素;同样,土壤中的钙元素也维持在较高的水平,明显高于镁元素。钙素是偶联胞外信号和胞内生理反应的第二信使,它在调节植物细胞对逆境反应和适应性过程中发挥着重要作用[46]。由此可以推断,行内生草能够提高根系和土壤中的钙元素含量,从而可能会提高葡萄对逆境适应性。此外,生草果园前期土壤中养分会因果树与生草之间激烈的营养竞争而减少土壤肥力,但随着生草刈割和时间的增加,土壤养分和有机质状况能得到明显的改善[47-48];若生草期间水分供应充足,生草与果树之间的竞争就会减弱[32]。本研究中,土壤中有效磷、碱解氮和有机质含量在坐果期并没有减少反而维持在相对较高的水平,其次是收获期,最低是转色期,这可能与行内生草后减少了养分的淋失,提高了土壤水分含量,降低了高温天气地表温度有关[49-50],也有可能行内生草减缓了土壤有机质的分解速度以及受葡萄生长发育所需养分周期规律与土壤肥力的供需关系影响。

葡萄园行内种植黑麦草和紫花苜蓿,具有显著增加根系长度、表面积,提高土壤有机质含量、减轻土壤酸化、提高根系中矿质元素含量,增加土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、钙、镁、铁、锰、锌、铜、硼和钼元素含量。但紫花苜蓿处理的增幅水平低于黑麦草处理,所以建议将葡萄园行内播种黑麦草作为土壤改良和培肥的重要措施进行推广。

参考文献

[1] 李光晨,李绍华. 果园土壤管理与节水栽培[M].北京:中国农业大学出版社,1998.

[2] 李 华. 葡萄集约化栽培手册[M].西安:西安地图出版社,2002.

[3] 朱纵宇. 果园土壤改良与修复[J].西北园艺(果树),2016(4):6-9.

[4] 郭 磊,宋宏峰,俞明亮,等. 桃园生草对土壤养分及酶活性的影响[J].江苏农业科学,2017,45(19):205-208.

[5] 王耀锋,邵玲玲,刘玉学,等. 桃园生草对土壤有机碳及活性碳库组分的影响[J].生态学报,2014,34(20):6002-6010.

[6] 王 超,白 龙,赵 波,等. 温带果园适宜草种及其播量的初步筛选[J].草业科学,2014,31(2):284-289.

[7] 白岗栓,郑锁林,邹超煜,等. 陇东旱塬果园生草对土壤水分及苹果树生长的影响[J].草地学报,2018,26(1):173-183.

[8] Ming gang X U,Wen S L,Gao J S. Effects of different forage planting model on soil and water conservation and environments in red hilly regions[J].Journal of Soil Water Conservation,2001,15(1):77-80.

[9] 李 华,惠竹梅,张振文,等. 行间生草对葡萄园土壤肥力和葡萄叶片养分的影响[J].农业工程学报,2004,20(S1):116-119.

[10] 陈学森,张瑞洁,王艳廷,等. 苹果园种植长柔毛野豌豆结合自然生草对土壤综合肥力的影响[J].园艺学报,2016,43(12):2325-2334.

[11] 杨奉霞. 中国南方梨园生草效应研究[D].杭州:浙江大学,2015.

[12] 赵英杰. 猕猴桃果园生草效应及栽培技术[J].落叶果树,2010,42(3):58-59.

[13] 姚胜蕊,薛炳烨. 果园地面管理研究进展[J].山东农业大学学报:自然科学版,1999,30(2):186-192.

[14] 惠竹梅,李华,张振文,等. 葡萄园行间生草对植株生长的影响[C]//中国园艺学会青年学术讨论会,2004.

[15] 岳泰新,惠竹梅,孙 莹,等. 行间生草对葡萄园土壤微生物学特征的影响[J].西北农林科技大学学报:自然科学版,2009,37(9):100-104.

[16] 惠竹梅,张振文,成宇峰,等. 行间生草对赤霞珠葡萄与葡萄酒中主要单体酚的影响[J].中国农业科学,2009,42(9):3209-3215.

[17] 魏志峰,郭景南,高登涛,等. 行间生草对红地球葡萄园树体及土壤物理性状的影响[J].河南农业科学,2012,41(2):122-125.

[18] 黄建全,田淑芬,商佳胤,等. 行间生草对玫瑰香葡萄生长及土壤性状的影响[J].中外葡萄与葡萄酒,2013(1):8-11.

[19] 位 杰,蒋 媛,王丙太,等. 果园生草栽培与利用技术[J].北方园艺,2018(6):197-201.

[20] 曾 明,李道高,熊丙全,等. 桔园生草对丛枝菌根形成及果实品质的影响[J].西南大学学报:自然科学版,2004,26(2):105-107.

[21] 李国怀,伊华林. 生草栽培对柑橘园土壤水分与有效养分及果实产量、品质的影响[J].中国生态农业学报,2005,13(2):161-163.

[22] 王 依,陈 成,雷玉山,等. 果园生草对土壤环境及果实品质相关因素研究进展[J].北方园艺,2017(19):174-179.

[23] 李 强,赵秀兰,胡彩荣. ISO10390:2005土壤质量pH的测定[J].污染防治技术,2006(1):53-55.

[24] 张瑞清,孙 晓,杨剑超,等. 果园酸化土壤修复技术——果园生草种植管理技术[J].烟台果树,2017(3):31-33.

[25] 李秋红,郑素莲,王家祥,等. 蓬莱市葡萄园土壤酸化及改良技术[J].土壤与作物,2014(2):63-67.

[26] 王桂华,于树增,陈浪波,等. 施用生石灰改良苹果园酸化土壤试验[J].中国果树,2005(4):14-15.

[27] 李庆军,林 英,李俊良,等. 土壤pH和不同酸化土壤改良剂对苹果果实品质的影响[J].中国农学通报,2010,26(14):209-213.

[28] 李庆军,刘成连,李俊良,等. 北方果园酸化土壤修复技术研究[C]//庆祝中国园艺学会创建80周年暨第11次全国会员代表大会论文摘要集,2009.

[29] 寇建村,杨文权,韩明玉,等. 我国果园生草研究进展[J].草业科学,2010,27(7):154-159.

[30] 焦润安,张舒涵,李 毅,等. 生草影响果树生长发育及果园环境的研究进展[J].果树学报,2017,34(12):1610-1623.

[31] 兰彦平,牛俊玲. 石灰岩山区果园生草对果树根系生态系统的效应[J].山西农业大学学报:自然科学版,2000,20(3):259-261.

[32] Li H,Xi Z M,Fang Y L,et al.Effects of grass cover in vineyard on the vine growth and wine quality[J].Journal of Fruit Science,2005,22(6):697-701.

[33] 吴玉森,张艳敏,冀晓昊,等.自然生草对黄河三角洲梨园土壤养分、酶活性及果实品质的影响[J].中国农业科学,2013,46(1):99-108.

[34] 杨青松,李小刚,蔺 经,等.生草对梨园土壤有效养分、水分、温度及果实品质、产量的影响[J].江苏农业科学,2007(5):109-111.

[35] 刘蝴蝶,郝淑英,曹 琴,等.生草覆盖对果园土壤养分、果实产量及品质的影响[J].土壤通报,2003,34(3):184-186.

[36] 寇建村,杨文权,李尚玮,等.我国果园土壤有机质研究进展[J].北方园艺,2016(4):185-191.

[37] 方凯凯,张玉岱,李 树,等. 渭北果园生草生物量与土壤养分因子的关系[J].干旱地区农业研究,2016,34(5):172-179.

[38] 黄建全,田淑芬,商佳胤,等. 行间生草对玫瑰香葡萄品质及土壤性状的影响[J].天津农业科学,2014,20(5):77-80.

[39] 朱东方,周卫超,张 斌,等. 自然生草对核桃园土壤性质和坚果品质的影响[J].山东林业科技,2013,43(3):50-51.

[40] 何莉莉,杨慧敏,钟哲科,等.生草栽培对桃园土壤养分特性及细菌群落的影响[J].中国农学通报,2013,29(19):179-183.

[41] 张先来. 果园生草的生态环境效应研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2005.

[42] 陈圣林,李国怀,袁方明. 百喜草及其在南方果园生草栽培和草被体系中的应用[J].生态科学,2001,20(1):52-54.

[43] 段舜山,林秋奇,章家恩,等. 广东缓丘坡地牧草果树间作模式的水土保持效应[J].中国草地学报,2000(5):35-40.

[44] 齐鑫山,丁卫建,王仁卿,等. 果园间种白三叶草对土壤生态及果树生产的影响[J].生态与农村环境学报,2005,21(2):14-18.

[45] 王 卿,张宏文,于新智. 白三叶草在梨园行间生草的效应[J].中国果树,1994(3):18-19.

[46] Xiong L,Schumaker K S,Zhu J K. Cell signaling during cold,drought,and salt stress[J].Plant Cell,2002,14(S1): 165.

[47] Jannoyer M L,Bellec F L,Lavigne C,et al. Choosing cover crops to enhance ecological services in orchards: A multiple criteria and systemic approach applied to tropical areas[J].Procedia Environmental Sciences,2011,9(1):104-112.

[48] 魏倩倩,杨文权,韩明玉,等. 白三叶返园对苹果园土壤微生物群落的影响[J].草业科学,2016,33(3):385-392.

[49] 徐明岗,文石林,高菊生. 红壤丘陵区不同种草模式的水土保持效果与生态环境效应[J].水土保持学报,2001,15(1):77-80.

[50] 毛吉贤,石书兵,马 林,等. 免耕春小麦套种牧草土壤养分动态研究[J].草业科学,2009,26(2):86-90.

Effects of Grass Cover in Vineyard on the Vine Root Growth and Soil Nutrition

WANG Xiaolong1,2,3,LIU Fengzhi1,2,3,SHI Xiangbin1,2,3,WANG Xiaodi1,2,3,JI Xiaohao1,2,3,WANG Zhiqiang1,2,3,WANG Baoliang1,2,3,ZHENG Xiaocui1,2,3,WANG Haibo1,2,3

(1.Fruit Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Xingcheng 125100,China;2.Key Laboratory of Germplasm Resources Utilization of Horticultural Crops,Ministry of Agriculture,Xingcheng 125100,China;3.Key Laboratory of Mineral Nutrition and Fertilizers Efficient Utilization of Deciduous Fruit Tree,Liaoning Province,Xingcheng 125100,China)

AbstractTo solve the problem of grape root uplift and soil acidification,the influences in root growth and soil properties were studied by planting Lolium perenne L.and Medicago sativa L.in the inline of vineyard located at Xingcheng in Liaoning Province.The results showed that both Lp and Ms could significantly increase the root length and surface area in different stages and root levels (P<0.05), and the amplification of which from high to low was Lp,Ms and control.The soil in vineyard by control management had an acidification trend,the pH distributed from 6.14 to 6.39.The pH ranged between 6.22 and 7.04 in Lp treatment,while that in Ms treatment was lower than Lp treatment.Compared with the control,the content of organic matter in Lp treatment significantly increased by 24.71%,48.07% and 44.44% (P<0.05),while the Ms treatment increased by 7.87%,29.88% and 34.07%,respectively.In fruiting period,veraison and harvest time,the content of alkaline nitrogen in soil by Lp treatment increased by 40.40%,51.46% and 22.15% (P<0.05) to the control,respectively. In fruiting period,veraison and harvest time,while those in the Ms treatment increased by 29.88%,28.03% and 5.42%,respectively.Compared with the control,both Lp and Ms treatments significantly increased the content of available phosphorus in soil (P<0.05),which in Lp treatment was the highest,followed by the Ms treatment and the control.Both Lp and Ms treatments could cause the content of each mineral elements significantly increased at a certain time (P<0.05).The overall effect of Lp treatment on the root length,root surface area of grape,and the content of organic matter,essential nutrients in soil was better than that of Ms treatment and control.

Key words:Vineyard; Pasture-planting; Root growth; Soil nutrition

收稿日期2018-09-22

基金项目国家现代农业产业技术体系建设专项(nycytx-29-zp);国家科技支撑项目(2014BAD16B05-2);中国农业科学院创新工程(CAAS-ASTIP-2017-RIP-04);农业部“948”重点项目(2011-G28)

作者简介王小龙(1989-),男,吉林梅河口人,博士,主要从事果树栽培与生理研究。

通讯作者王海波(1978-),男,山东潍坊人,副研究员,硕士,主要从事果树栽培与生理和果园机械化研究。

中图分类号S141

文献标识码:A

文章编号:1000-7091(2018)增刊-0230-08

doi:10.7668/hbnxb.2018.S1.037