贺兰山东麓葡萄园自然生草对土壤养分酶活性及微生物的影响

李 超，王晓玲，刘 思，李 辉，张军翔,*

(1.宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏大学葡萄酒学院，宁夏 银川 750021)

【研究意义】长期以来，我国果园管理一直采用传统的清耕方式，很难满足现代农业生产的要求。在西方及日本等果品生产发达国家，果园生草已成为绿色果园建设的首选模式，55 %～70 %以上的果园选择生草模式，有的国家实施生草的果园面积占总面积的90 %以上[1]，然而我国果园生草栽培研究起步较晚，20世纪60年代才有个别报道，90年代才陆续开始[2]。【前人研究进展】贺兰山东麓产区地处埋土防寒区，果园生草需要每年春季进行人工补种，因此果园成本和工作量大幅上升，不符合果园经济化管理需求，果园自然生草则可避免以上弊端。果园自然生草凭借其适应性强、覆盖率高、易于腐烂分解等特点，可明显增加土壤微生物，提高土壤有机质含量，增强土壤肥力，减少土壤板结，不同程度地促进果树生长发育[3]。但目前我国果园生草技术主要以人工种草为主，自然生草由于起步较晚，基础研究相对薄弱，成功经验较少，尚处于试验研究阶段，难以将其推广到果园实际生产中[4]。【本研究切入点】本试验以贺兰山东麓兰山云昊4年赤霞珠葡萄园为试验基地，以传统清耕方式为对照，研究葡萄园自然生草一年对土壤养分、微生物数量和酶活性的影响。【拟解决的关键问题】本研究以期为推进贺兰山东麓葡萄产业可持续发展做出贡献，进而为果园推行自然生草制度提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

宁夏兰山云昊酒庄位于中国西北部贺兰山东麓产区内，属于典型的大陆性气候。该地区适宜种植中熟欧亚酿酒葡萄品种，昼夜温差较大(10～15 ℃)，尤其在葡萄转色期间，果实的糖份和色素物质可以充分积累；光能资源丰富，日照时间长，全年日照时数2851～3106 h，年平均积温≥10 ℃，葡萄生长季节(4-10 月)>10 ℃的活动积温约3300 ℃，有效积温1534.9 ℃，7-9月有效积温961.6 ℃，葡萄成熟期间温度相对降低，葡萄浆果可以进行缓慢成熟，有利于香气物质和多酚物质的积累，从而使浆果中各物质达到平衡；因处于西北部干旱气候区，年降水量193.4 mm，但引黄灌溉工程和丰富的地下水资源可以在葡萄需水时期提供及时灌溉，8-9月降雨量相对少，有利于提升酿酒葡萄的品质和减少葡萄病虫害的发生。土壤类型多样，成土母岩以冲积物为主，土壤以淡灰钙土为主，土质多为沙壤土，土层较厚，有些土壤含有砾石，富含钙、钾素，土壤通气透水性好，每立方米所含砾石(半径8 mm以内)体积约占41.20 %，土层深约40～100 cm，pH 8.5 左右[5]。因其得天独厚的自然条件,该地区酿酒葡萄含糖量高，酸度适中，香气馥郁，转色充分，成熟度良好，被国内外专家确认为世界酿酒葡萄生长最佳生态区之一[6]。

1.2 试验设计

实验共设2个处理，每个处理有3组：①行间清耕作为对照；②行间自然生草；草带宽2.4 m，每个处理分4个行间，每个行间面积480 m2，共250株树。葡萄开花期(6月)、转色期(7-8月)和果实成熟期(9-10月)在每个处理行间按对角线选取5个点，用铁锹挖取剖面采集0～20,20～40,40～60 cm土样，每个行间土样分别混合均匀，按四分法保留并做好标记，一部分土样用无菌袋装好带回实验室立即进行土壤微生物量的测定，另一部分带回实验室自然风干后过1 mm筛后用于土壤养分和土壤酶活性的测定。

1.3 样品采集与测定方法

土壤全磷和速效磷测定用钼锑抗比色法，全钾和速效钾测定用火焰光度法，土壤有机质测定用重铬酸钾容量法，全氮测定用凯氏法，碱解氮测定用碱解扩散法，pH值用酸度计测定，全盐用电导率仪进行测定[7]。

土壤细菌、放线菌、真菌计数采用稀释涂布平板法测定[8]。细菌培养用牛肉膏蛋白培养基，放线菌培养用改良高氏1号培养基，真菌培养用孟加拉红培养基。

土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，以mg(NH3-N)/g(37 ℃，24 h)表示;蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法，以葡萄糖mg/g(37 ℃，24 h)表示;过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法，以毫升(0.02 mo1/L KMnO4)/(h·g)表示[9]。

1.4 数据处理

运用DPS V7.05版软件对试验数据进行分析，采用LSD法进行显著性比较,并使用Excel 2007进行图表绘制和数据分析。

2 结果与分析

2.1 自然生草对土壤养分的影响

2.1.1 自然生草对土壤速效磷、速效钾、速效氮含量的影响 氮素的合理使用可提高植株的生产能力和产量，延长植株的寿命[10]。由表1可得，自然生草和清耕条件下不同深度土壤中速效磷、速效钾和碱解氮的含量均存在不同的差异。自然生草处理使速效磷含量在0～20 cm土层呈显著下降，在20～40和40～60 cm土层表现相反，其中40～60 cm上升了2.01 mg/kg，达显著水平；与清耕对照相比，自然生草速效钾含量在各土层均呈显著下降，其中0～20 cm土层下降最，达76.66 mg/kg；土壤碱解氮(包括无机态氮和部分有机质中分解的)能反映土壤近期内氮素供应情况，测定土壤碱解氮的含量对了解土壤的供氮能力，指导合理施肥具有一定意义。由表1可知，碱解氮含量除在0～20 cm土层呈显著降低外，在20～40 cm土层和40～60 cm土层表现为显著上升，上升幅度最大达到2.33 mg/kg。

表1 自然生草对不同深度土壤速效磷、速效钾和碱解氮的影响

注：同一行中不同小写字母表示P<0.05差异显著。

2.1.2 自然生草对土壤全磷、全氮、全钾的影响 与清耕对照相比，自然生草处理全磷含量在0～20 cm土层、20～40 cm土层和40～60 cm土层均有所增加(表2)，其中0～20 cm土层增长幅度最大；自然生草处理全氮含量较清耕对照在各土层中均呈现下降趋势，其中0～20 cm土层和40～60 cm土层达到显著降低水平；自然生草处理全盐与全氮含量与清耕对照变化一致，整个土层含量均呈现下降趋势，且达到显著水平。

2.1.3 自然生草对土壤pH和有机质的影响 土壤的pH是土壤性质的综合反映，土壤中营养元素的存在形态、植物吸收的有效程度、土壤微生物的组成和活动，以及有机物合成和分解均受pH值的影响，土壤pH在影响土壤中矿质营养成分的同时也会对葡萄的生长带来显著影响[11-12]。土壤有机质的数量和质量象征土壤的肥力大小，对影响土壤理化性质、通气性、抗蚀能力、保水能力、供肥保肥能力和养分有效性等起重要作用[13]。如表3所示，自然生草处理较清耕对照各土层降低但无显著变化，自然生草1年处理有机质则普遍降低，其中0～20 cm土层，20～40 cm土层则显著降低。

2.2 自然生草对果园土壤微生物数量的影响

由表4可知，自然生草处理对0～20 cm土层土壤微生物的影响是复杂的。细菌在5次测定过程中有增有减，其中6月15日和9月23日测定的细菌自然生草处理较清耕对照显著增加，且9月23日增幅最大，达到15.1 105CFU·g-1。真菌数量在前4次测量过程中只有7月10日自然生草较清耕对照有所增加，其余3次均下降，然而9月23日测定的结果显示自然生草较清耕对照真菌数量显著优化增加，说明长时间自然生草处理可提高土壤真菌数量。放线菌在5次测量过程中自然生草较清耕对照均有所增加，其中6月15日和9月23日达到显著增加水平。

表2 自然生草对不同深度土壤全磷、全氮、全盐的影响

表3 自然生草对不同深度土壤pH和有机质的影响

表4 自然生草对0～20 cm土壤微生物数量的影响

由表5可知，20～40 cm土层细菌变化较为复杂，其中6月15日，8月4日和8月29日测定结果显示自然生草较清耕对照土壤细菌数量有所降低，6月15日达到显著降低，7月10日和9月23日自然生草处理可提高土壤中土层20～40 cm细菌数量， 9月23日达到显著提高水平。20～40 cm土层真菌在前3次测定过程中清耕对照均高于自然生草，但随着自然生草时间的增加，自然生草处理真菌数量分别在8月29日和9月23日,高于清耕对照。20～40 cm土层放线菌在前4次测定过程中清耕对照也均高于自然生草，其中6月15日和8月4日达到显著水平，然而9月23日测定结果显示自然生草处理土壤放线菌数量显著高于清耕对照。

由表6可知，40～60 cm土层自然生草处理较清耕对照细菌，真菌和放线菌数量都有不同程度的增长。5次测定中，只有8月4日自然生草处理土壤细菌较清耕对照有所下降，6月15日自然生草较清耕对照土壤真菌数量下降，8月4日自然生草较清耕对照土壤放线菌数量降低，其余4次自然生草较清耕对照土壤细菌，真菌，放线菌均有所增加。其中9月23日测定则显著增加。

表5 自然生草对20～40 cm土壤微生物数量的影响

表6 自然生草对40～60 cm土壤微生物数量的影响

2.3 自然生草对土壤酶活性的影响

2.3.1 自然生草对过氧化氢酶的影响 过氧化氢酶活性是衡量土壤有机质积累程度和腐质化强度的重要指标之一，其本身通过缓解由有机物生化反应和生物呼吸而产生的过氧化氢毒害作用，参与土壤物质和能量转化。如图1～3所示，过氧化氢酶活性各土层大小为0～20 cm土层>40～60 cm土层>40～60 cm土层，各土层过氧化氢酶活性均呈现先降低后增加的变化趋势，自然生草处理条件下的过氧化氢酶活性前4次测定结果显示0～20 cm土层和40～60 cm土层均低于清耕对照相应土层，然而9月23日测定显示不同土层的过氧化氢酶活性自然生草处理均高于清耕对照，由此可以说明长时间自然生草可提高土壤不同土层的过氧化氢酶活性。

图1 自然生草对0～20 cm过氧化氢酶活性影响Fig.1 Effect of natural grass on catalase activity of 0-20 cm

图2 自然生草对20～40 cm过氧化氢酶活性影响Fig.2 Effect of natural grass on catalase activity of 20-40 cm

2.3.2 自然生草对蔗糖酶的影响 蔗糖酶活性是土壤碳氮转化的速率的表现，自然生草总体有利于提高土壤中酶活性，促进土壤养分转化[13]。图4～5所示，0～20 cm土层和40～60 cm土层清耕对照蔗糖酶活性均高于自然生草处理，但整体差距随时间增长而不断减。40～60 cm土层自然生草处理和清耕对照蔗糖酶活性互有高低，其中8月4日和8月29日自然生草处理蔗糖酶活性显著高于清耕对照，由此说明自然生草处理对土壤蔗糖酶活性大小的影响先从40～60 cm土层开始，蔗糖酶活性各土层大小为0～20 cm土层>40～60 cm土层>40～60 cm土层。

图3 自然生草对40～60 cm过氧化氢酶活性影响Fig.3 Effect of natural grass on catalase activity of 40-60 cm

图4 自然生草对0～20 cm蔗糖酶活性影响Fig.4 Effect of natural grass on invertase activity of 0-20 cm

图5 自然生草对20～40 cm蔗糖酶活性影响Fig.5 Effect of natural grass on invertase activity of 20-40 cm

图6 自然生草对40～60 cm蔗糖酶活性的影响Fig.6 Effect of natural grass on invertase activity of 40-60 cm

2.3.3 自然生草对脲酶的影响 脲酶是参与土壤氮素循环的重要酶类，直接参与土壤中含氮有机化合物的转化，在土壤氮素循环进程中起着重要作用，其活性强度常用来表示土壤氮素供应强度[14]。如图7～9所示，各土层脲酶活性：0～20 cm土层>40～60 cm土层>深土40～60 cm土层，其中0～20 cm土层和40～60 cm土层脲酶活性整体呈现持续下降的趋势，40～60 cm土层自然生处理脲酶活性始终低于清耕对照，而0～20 cm土层和40～60 cm土层自然生草和清耕对照脲酶活性互有高低，其中40～60 cm土层自然生草脲酶活性自7月10日后一致高于清耕对照，由此说明持续性自然生草可提高土壤表土层和深土层脲酶活性。

图7 自然生草对0～20 cm脲酶活性影响Fig.7 Effect of natural grass on urease activity of 0-20 cm

图8 自然生草对20～40 cm脲酶活性影响 Fig.8 Effect of natural grass on urease activity of 20-40 cm

图9 自然生草对40～60 cm脲酶活性影响Fig.9 Effect of natural grass on urease activity of 40-60 cm

3 讨 论

果园生草能提高树体根际土壤的有机质、全氮、全盐、全磷、速效磷、碱解氮、速效钾的含量，降低北方土壤pH[15-16]。本研究结果显示自然生草1年不同深度土壤中速效钾、全氮、全盐、pH和有机质的含量均呈现整体下降的态势，究其原因可能生草前期自然草与树体形成竞争，土壤养分消耗大于积累，故而降低了土壤中全氮、速效钾、有机质含量[49]。

果园自然生草对土壤矿质元素的影响较为复杂，并不是果园自然生草就直接可以提高土壤中的矿质元素，养分的提高需要一段时间，综合前人研究发现果园自然生草达到4年以上土壤养分才会有所增加，果园自然生草对每个土层之间的养分影响并没有明显的规律，绝大多数研究者发现果园自然生草对土壤矿质元素的影响上表层先于下表层，但也有研究者持不同观点。自然生草对不同种元素的影响并不是同步的且增加和下降的幅度也不尽相同。

微生物是土壤生态体系的重要组成部分，参与土壤养分转化、物质代谢等生化反应过程[17]，但本研究发现，土壤细菌、真菌、放线菌的数量变化趋势与土壤养分的变化趋势并不一致，造成这个结果的原因，可能是自然生草降低土壤pH，减少土壤盐含量，降低土壤温度，提高土壤湿度，为土壤微生物生长提供了一个低碱、低盐、高湿、低温的适宜环境而促使它们大量繁殖的。

土壤酶活性是体现土壤肥力、土壤性质的重要指标之一，自然生草能改善土壤养分结构，影响酶活性[18]。结合前人研究并综合本试验得出，持续性自然生草能够对脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶起到一定的提高作用，尤其是对上层土壤酶活性的改善较为明显，此结论也与付学琴[13]、魏树伟[15]、张鹏飞[19]、吴玉森[20]的研究结果基本一致，而自然生草初期对土壤酶活性影响不显著甚至呈负增长，且不同种类的酶受到的影响也不相同，自然生草对土壤酶活性的影响是一个循序渐进的过程，需要长时间才能达到积极的效果。

4 结 论

自然生草1年与清耕对照相比，不同土层土壤中速效磷、速效钾、碱解氮、全氮、全磷、有机质的含量均呈现整体下降的趋势，但自然生草可明显降低土壤pH和全盐的含量，为葡萄营造一个适宜的生长环境，可促进葡萄果树的生长发育，对葡萄品质的提高具有积极作用。

葡萄园土壤中3大微生物种群数量有垂直分布的特点，且随着土层深度的不断增加，微生物数量均有所下降。葡萄园土壤中3种微生物种群数量的排序为细菌>放线菌>真菌，且0～20和20～40 cm土壤中细菌菌群数量均高于相同深度土层中真菌和放线菌菌群的数量。持续性自然生草可提高土壤中不同土层细菌，真菌，放线菌数量，且20～40 cm土层明显于0～20 cm土层。

自然生草1年对葡萄园脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶起到一定的提高作用，尤其是对表土层(0～20 cm)土壤酶活性的提高更为明显。