管冠+何天养+朱婧+姚锋先
摘要:赣南地区以山地丘陵为主,作为我国脐橙的主产区,长期的清耕建园制度使得果园水土流失现象日益突出,严重破坏了果园土壤的生态环境,制约了赣南脐橙产业发展。通过平板计数法、比色法测定不同生草栽培模式下的脐橙果园土壤微生物种群数量、土壤酶活性。结果表明,相比裸露的果园,合理的生草栽培模式可以显著增加土壤微生物数量,提高土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性,辅以科学的果园梯面管理措施效果更好。生草栽培在赣南地区脐橙果园的推广有利于土壤生物学性质的维持,也有利于土壤生态环境的稳定。
关键词:生草栽培;土壤酶;土壤微生物;晚棱脐橙;果园管理
中图分类号: S666.404+.6文献标志码: A文章编号:1002-1302(2017)17-0141-03
作者简介:管冠(1985—),男,湖北黄石人,博士,讲师,主要从事土壤生物学研究。E-mail:guanguan_1985@aliyun.com。赣南地区是我国脐橙的主产区之一,种植面积世界第一,产量世界第二[1]。相比国内其他产区的脐橙品种,赣南脐橙具备很强的市场竞争力。然而,随着脐橙产业的发展和扩大,赣南脐橙品种单一、土壤退化等问题也开始显现[2]。为维持赣南脐橙产业的可持续健康发展,“赣南早”、“晚棱”等多种早晚熟脐橙品种已在当地逐步推广[3-4]。同时,为解决水土流失及长期化肥施用所导致的土壤退化问题,生草栽培等栽培模式也在果园开始应用[5]。
生草栽培是在果园全园生草或果树行间带状生草,生草后不再进行特意除草的果园栽培模式[6]。与赣南地区长期以来的清耕除草的管理模式相比,果园生草栽培可以显著减少除草剂的使用量,避免对于果园生态环境的人为破坏,利于环境的保护[7]。生草栽培在维持“土壤-植物根系-微生物”的果园生态系统稳定的同时,能够有效地提高土壤有机质含量及土壤肥力,促进土壤微生物的代谢,提高土壤理化性质及土壤生物学性质[8]。土壤生物学性质主要包括土壤微生物以及土壤酶活性。相对于土壤理化性质,土壤生物学性质对于果树根系环境的变化更为敏感[9]。土壤微生物在代谢过程中所产生的各种代谢产物与果树根系分泌物一起作用于果树对土壤养分的吸收利用过程[10]。大量研究表明,优良的土壤生物学性质有助于果园土壤生态的稳定,同时也能促进果树产量和品质的提高[11-12]。
本研究以晚熟脐橙品种晚棱为研究对象,以传统的清耕方式为对照,研究生草栽培模式对果园土壤微生物数量和酶活性的影响,为赣南脐橙晚熟品种的果园生草栽培模式提供土壤生物学的科学依据,同时也为生草栽培模式在全国脐橙果园的推广提供技术依据。
1材料与方法
1.1试验地点与材料
试验在2015—2016年进行,研究区域位于江西赣州市信丰县嘉定镇庄高村,地理坐标为25°23′N,115°5′E,属中亚热带季风湿润气候,日照充足,降雨较多,年均日气温19.2 ℃,年均降水量1 500 mm,多集中在4月至10月。项目区地貌类型为丘陵地貌,海拔高程在162~187 m,自然坡度为25°,土壤为紫砂岩母质发育的红壤。2010年秋季挖机开垦形成梯带,开垦后梯带的梯面、梯壁植被全清,梯面宽度约4m,梯壁高度3~4 m,梯面内斜,梯面、梯壁交汇处开挖20~30 cm 宽的竹节沟,2011 年春定植嫁接1年生的脐橙树苗,品种为晚棱。分别于2015年12月、2016年12月果实采摘后,采集果园土壤带回实验室,在自然状况下风干,过2 mm筛保存待测。
1.2试验设计
试验共设置7个处理,具体试验设计见表1。每个处理3个重复,每个试验小区包含4级梯面,小区最顶端净面宽 8 m,底端净面宽7 m,投影面积154 m2。
表1不同生草栽培处理
编号处理CK自然裸露果园(对照)T1草沟(在梯坎下开挖的水平竹节沟内种植百喜草)T2草沟+梯壁种植百喜草(在果园梯带外坡种植百喜草)T3草沟+梯壁种植百喜草+梯面生草(15~18 kg/hm2)T4草沟+梯壁种植百喜草+梯面施生物黑炭(施用量6 t/hm2)T5草沟+梯壁种植百喜草+梯面秸秆覆盖(覆盖量9 t/hm2)T6
草沟+梯壁种植百喜草+梯面施土壤改良剂(丙烯酰胺 0.3 t/hm2)
1.3分析方法
1.3.1土壤微生物数量测定细菌数量采用牛肉膏蛋白胨培养基平板混菌法培养测定;真菌数量采用孟加拉红培养基平板混菌法培养测定;放线菌数量采用高氏l号培养基平板混菌法培养测定[13]。
1.3.2土壤酶活性的测定磷酸酶活性采用PNPP法测定[14];脲酶活性采用苯酚钠比色法测定[14];蔗糖酶活性采用水杨酸比色法测定[15-16]。
1.4统计分析
试验数据采用Excel 2007进行处理,SigmaPlot 10.0作图,采用SAS 8.0统计分析软件进行方差分析和显著性分析。
2结果与分析
2.1生草栽培对脐橙果园微生物数量的影响
在本试验条件下,生草栽培的管理措施提高了脐橙土壤细菌、真菌、放线菌数量。其中,2016年与自然裸露果园对照土壤相比,T1、T2、T3、T4、T5、T6处理土壤细菌数量分别比对照增加50.0%、44.4%、72.2%、83.3%、44.4%、77.8%,与对照差异均显著(表2)。表明生草栽培模式有利于土壤微生物数量的增加。
在生草栽培的基础上加强梯面栽培管理,有利于土壤微生物數量的增加。试验结果表明,相比基础生草栽培模式T2处理,T4、T6处理的土壤细菌、真菌、放线菌数量均有不同程度的增加。其中,2016年T4、T6处理土壤细菌、放线菌数量均比T2处理显著增加(表2)。
自然裸露果园对照土壤微生物数量2016年比2015年有所减少,其中,细菌、真菌数量显著减少(表2)。endprint
2.2生草栽培对土壤酶活性的影响
土壤为挂果期0~20 cm表层土样。测定生草栽培对脐橙果园土壤酶活性影响见图1。
本试验中,生草栽培提高了晚棱脐橙土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性。其中,2015年与自然裸露果园对照相比,T1、T2、T3、T4、T5、T6处理土壤脲酶活性均显著增加(图1-b)。
在生草栽培模式的基础上加强梯面栽培管理能够有效地促进土壤蔗糖酶活性的增加(图1-a)。2016年,与无梯面管理的生草栽培T2处理相比,采用不同梯面管理措施的T3、T4、T5、T6处理土壤蔗糖酶活性均显著增加。
在梯面施用土壤改良剂能有效地促进土壤酸性磷酸酶活性增加(图1-c)。与自然裸露果园对照比较,2016年施用土壤改良剂T6处理的土壤酸性磷酸酶活性显著增加。
3讨论与结论
土壤生物学性质可以综合反映土壤的健康水平,对评价土壤的可持续利用能力及肥力保持能力具有很大的价值[17]。在果树根系附近,土壤微生物往往会形成某些固定的群落,在正常生长的同时维持根系生态环境的稳定[18]。在其代谢过程中,又会与根系分泌物发生互作,如蔗糖酶、脲酶、磷酸酶等各种存在于土壤中的酶便在这复杂的过程中共同参与植物-土壤-微生物的营养元素循環[19]。
赣南脐橙因地势所限多种于山地丘陵,果园土质以红壤为主,雨水冲刷极易导致严重的水土流失,生草栽培在防止水土流失的同时,能促进土壤细菌、真菌、放线菌数量的增加,这是符合预期的[20]。草沟+梯壁种植百喜草可以有效地防止水土流失,改良植株根系的土壤环境,从生态学角度上来说,越丰富的物种类群所组成的生态系统越稳定,本试验中也得到了体现,百喜草的种植有效地提高了脐橙根系微生物数量[21]。在梯面辅以更科学的管理措施,诸如生草、秸秆覆盖、施用生物炭、土壤改良剂等,能够有效改善土壤结构。梯面生草、秸秆覆盖能够有效地提高土壤有机质含量,维持土壤表层温度的恒定[22]。而生物炭的施用在丰富土壤有机质的同时可以在一定程度上弱化红壤偏酸的pH值,土壤改良剂则直接作用于土壤物理结构,在防控水土流失的前提下,增大土壤团聚体数量,提高土壤含水量。以上管理措施从不同的角度均有利于土壤微生物的生长,本试验中也得到了证实[23]。李国怀等研究表明,生草栽培在柑橘园种植3年后能够有效地提高土壤水分与有效养分含量,利于土壤生态环境的稳定,对土壤微生物数量的提高具备促进作用[24]。
微生物的增加使得脐橙根系附近的土壤生态系统更为活跃与稳定,由此微生物和植物根系之间的互作就更为密切与频繁[25]。笔者研究发现,土壤微生物本身与土壤酶就存在密切的相关性[26]。土壤蔗糖酶参与土壤有机质的分解与炭氮循环,脲酶参与尿素的降解,酸性磷酸酶则参与土壤的磷素循环,活跃的土壤酶活性有助于提高土壤有效养分的含量,更利于脐橙根系对土壤营养的吸收利用。科学合理的生草栽培措施在增加土壤微生物数量的同时,也提高了上述几种土壤酶的活性[27]。相关研究表明,土壤蔗糖酶活性的提高与土壤有机质含量息息相关,土壤有机质的引入能够有效地增加土壤蔗糖酶的底物浓度,促进土壤蔗糖酶活性的提高[28]。土壤脲酶与土壤磷酸酶活性的提高则与土壤pH值、持水量等理化性质关系密切,不同土壤酶对于土壤环境的响应不同[29]。本试验中土壤酶活性虽有不同程度的提高,但在自然条件下以黑箱状态存在的土壤环境相对复杂,对土壤生物学性质的影响也绝非几个因素可以说清,对其过程机制的挖掘还需要深入系统的研究。
本试验结果表明,生草栽培能够有效地提高赣南山地脐橙果园的土壤酶活性及土壤微生物数量。在生草栽培的基础上,加强梯面管理,如采用梯面施用生物炭等,提高土壤酶活性和微生物数量的效果更好,也有利于土壤的可持续利用。因此,在赣南山地脐橙果园中,生草栽培模式对于土壤质量、生物学性质以及土壤肥力的维持意义重大。
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