生草栽培对赣南地区晚棱脐橙土壤微量元素及叶片营养吸收的影响

朱婧 陈东晓 何天养 管冠 姚锋先 周高峰

摘要：赣南地区是我国脐橙的主产区，随着种植规模不断扩大，传统果园的清耕栽培模式所产生的弊端逐渐显现，为了维持产业健康发展，科学的生草栽培模式也在当地逐步推广。旨在探讨不同生草栽培模式对脐橙果园土壤微量元素含量及叶片营养吸收的影响。结果表明，生草兼施用生物有机碳的T4处理和采用秸秆覆盖的T5处理在2015年其土壤有效铁、锰、锌、硼元素含量分别比CK处理显著增加了17.73%～41.55%、59.09%～113.37%、51.35%～55.86%、113.68%～117.09%，同时，T4处理与CK处理相比其叶片微量元素含量也有显著增加。说明在生草栽培模式上，采用梯面施用生物炭或是秸秆覆盖能够有效地促进土壤有机质的积累，也有利于提高赣南山地脐橙果园的土壤微量元素含量及叶片营养吸收效率。

关键词：赣南脐橙;生草栽培;微量元素;叶片营养吸收

中图分类号： S666.401 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）20-0172-05

江西省赣南地区是世界脐橙集中种植面积最大的产区，近年来随着产业规模不断扩大，传统果园的清耕栽培模式所产生的诸如水土流失、肥力退化、果品质量下降等弊端逐渐显现[1]。为了维持产业健康发展，科学的生草栽培模式也在当地逐步推广[2]。生草栽培是一种果园全园生草或果树行间带状生草并不再进行人工除草的栽培模式，常被用于果园水土维持及土壤改良，不仅有助于果园土壤生态系统的稳定，也有利于土壤肥力的优化[3]。在笔者的前期研究中发现，生草栽培显著提升了果园土壤酶活性及微生物种群数量，有利于土壤矿质营养向植物可利用的赋存形态转变，从而提高果树对土壤养分的吸收利用效率[4]。

在赣南地区果园的土壤状况评估指标中，土壤微量元素受到研究人员的广泛关注。卢映琼研究了铜（Cu）、锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn）、硼（B）5种微量元素在赣南脐橙园土壤中的分布特征，结果表明，赣南脐橙产区果园土壤有效硼含量普遍偏低，有效锰含量较高[5]。而丰富的土壤有机质含量可能有助于土壤微量元素有效态含量的增加[6]。另外，长期不合理的栽培模式会加剧果园水土流失，使得土壤肥力退化更为迅速，赣南地区的高龄脐橙果园普遍存在养分的转化速率和供应能力逐年下降的趋势[7]。

生草栽培有助于减少化肥在果园土壤中的淋失，同时也能够有效地提高土壤有机质含量[8]。而随着土壤有机质含量的增加，土壤生态环境会在微生物的正常代谢过程中维持稳定，有利于土壤的矿质营养向植物容易吸收利用的形态转化。大量研究表明，高产优质的脐橙果园多伴随有科学合理的栽培管理模式，相比普通果园具备较高的土壤生物学性质及理化性质指标，有助于提高果树对矿质营养元素的吸收利用效率[1，9]。

本研究以晚熟脐橙品种晚棱为研究对象，以传统果园的清耕栽培模式为对照，研究生草栽培模式对果园土壤矿质营养及叶片营养吸收的影响，旨在明确土壤微量元素含量及晚棱脐橙叶片矿质营养吸收对果园生草栽培模式的响应，为生草栽培模式在脐橙果园的推广应用提供科学数据与参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

本试验地点位于江西省赣州市信丰县嘉定镇（25°23′N，115°5′E，海拔162～187 m），当地属于亚热带季风气候，年均气温19.2 ℃，年均降雨量1 500 mm，降雨集中于4—10月。当地土质以紫砂岩母质发育的第四纪红壤为主。于2010年秋季开垦丘陵山坡形成梯带，开垦后梯带的梯面、梯壁植被全清，梯面宽度约为4 m，梯壁高度为3～4 m，梯面内斜，梯面与梯壁交汇处开挖20～30 cm宽的竹节沟，2011年春定植嫁接一年生的晚棱脐橙树苗。分别于2015年12月、2016年12月、2017年12月果实采摘后，采集果园叶片样品后装入纸质信封带回实验室，于105 ℃杀青20 min，在75 ℃恒温烘箱中烘干至恒质量后粉碎，置于干燥器中保存待测。土壤样品采集后用自封袋带回实验室，自然状况下风干，过2 mm筛保存待测。

1.2 试验设计方案

试验在2015—2017年进行，试验设计处理包括对照（CK）在内共设置7个处理，主要包含（1）CK，自然裸露果园;（2）T1，在梯坎下开挖的水平竹节沟内种植百喜草形成草沟;（3）T2，草沟+梯壁种植百喜草;（4）T3，草沟+梯壁种植百喜草+梯面生草（播撒百喜草草种15～18 g/m2）;（5）T4，草沟+梯壁种植百喜草+梯面施生物黑炭（稻壳炭施用量为6 t/hm2）;（6）T5，草沟+梯壁种植百喜草+梯面秸秆覆盖（水稻秸秆覆盖量为9 t/hm2）;（7）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）。每个处理3个重复，小区投影面积154 m2，顶端净面宽度8 m，底端净面宽度7 m。

1.3 化学分析方法

1.3.1 土壤矿质营养元素的测定

土壤pH值采用pH计法[10]测定，土壤有机质（SOM）含量采用油浴法[10]测定，土壤有效Fe、Zn、Cu含量采用0.1 mol/L HCl浸提，浸出液用乙炔-空气火焰的原子吸收光谱法[11]测定。土壤有效Mn含量用含有还原剂对苯二酚的中性乙酸铵溶液浸取，浸出液的锰含量用火焰原子吸收光谱法[12]测定。土壤有效B含量采用姜黄素光度法[13]测定。

1.3.2 叶片矿质营养元素含量的测定

将磨碎后的叶片干样粉末置于75 ℃恒温烘箱中烘干过夜，称取0.50 g左右叶片粉末，将称取的粉末置于石英坩鍋中，在马弗炉中以500 ℃灰化 6 h，待炉温降到室温时加入10 mL 0.1 mol/L HCl，过滤后装入10 mL离心管中待测。用Agilent 7900型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定矿质营养元素的含量[13]。

1.4 数据统计分析

试验采用Excel 2010进行数据处理，用SigmaPlot 12.5作图，采用SAS 10.0进行显著性分析及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 生草栽培对脐橙果园土壤pH值及有机质含量的影响

由图1可知，与清耕对照处理相比，采用生物炭覆盖以及秸秆覆盖的2种生草栽培模式明显提升了土壤有机质含量。如在2015年和2016年，表现最好的T4和T5处理的土壤有机质含量与自然裸露果园（CK）土壤相比分别增加了 34.2%～49.5%和17.3%～30.7%。而在2017年，T3和T4處理的土壤有机质含量最高。各生草栽培模式与清耕对照处理的土壤pH值无显著差异。

2.2 生草栽培对脐橙果园土壤微量元素含量的影响

从图2可以看出，除梯面施土壤改良剂（丙烯酰胺）的T6处理外，其他在生草栽培模式的基础上辅以梯面处理的3种措施（T3、T4、T5处理）均有效提高了土壤微量元素含量，有机质在土壤中的沉积有利于土壤微量元素Mn、Zn、B等含量的增加。如在2015年，施用生物有机碳的T4处理和采用秸秆覆盖的T5处理其土壤的Mn、Zn、B含量分别比CK处理显著增加了59.09%～113.37%、51.35%～55.86%，113.68%～117.09%。

在2015年，生草栽培显著增加了土壤中微量元素的含量。其中在2015年和2016年，梯面施用生物炭的T4处理的土壤Fe、Mn元素含量最高（图2-a、图2-b），相比开挖草沟的生草栽培模式处理（T1）分别增加了22.8%、70.4%。而在2017年，T2、T3处理的土壤Zn含量分别比T1处理高37.6%、35.1%（图2-c）。值得注意的是，T3、T5处理与T1处理相比其土壤B含量增加了1倍以上。

2.3 生草栽培对晚棱脐橙叶片微量元素吸收的影响

与土壤微量元素含量的测定结果类似，在基础生草栽培模式的基础上施用有机炭（T4处理）有效地提高了叶片微量元素含量。从图3可以看出，与CK相比，T4处理的叶片Fe元素的含量在2015年和2017年分别显著增加了12.4%和 38.8%（图3-a）。而在2016年和2017年，T4处理相比基础生草栽培模式（T1处理），叶片Zn元素含量显著增加了33.5%和 45.9%（图3-c）。而T4处理叶片Cu元素含量相比T1处理也呈现出显著的增加趋势（图3-d）。

在梯面施用土壤改良剂能有效地促进叶片对土壤B元素的吸收（图3-e）。相比自然裸露果园（CK），施用土壤改良剂T6处理的叶片B元素含量在2015年和2017年分别增加了36.5%和41.2%，差异显著。但各生草栽培模式处理并没有对脐橙叶片Mn元素含量产生规律性影响（图3-b）。

2.4 土壤微量元素与叶片营养元素含量的相关性分析

一般认为，丰富的土壤微量元素沉积有利于植物对土壤微量元素的吸收利用，叶片微量元素含量与土壤微量元素含量存在密切关系[14]。在本研究中，笔者针对土壤pH值、有机质及微量元素和叶片营养元素含量进行了相关性分析（表1）。结果表明，土壤有机质含量与叶片Fe、Zn、Cu、B含量均呈极显著相关，可以认为较丰富的土壤有机质能够有效地促进植物对土壤矿质营养的吸收利用[15]。而笔者的前期研究也证实，脐橙果园优良的土壤生物学性质，有助于土壤矿质营养赋存形态的转化，促进植物的养分吸收效率提高[16]。值得注意的是，在本研究条件下，土壤Fe、Mn含量与相对应的叶片[KG*8]Fe、Zn、Cu、B的元素含量均存在显著或极显著相关性，同时，土壤有效Zn含量也与叶片的Fe、Cu、B元素含量极显著相关。土壤的Fe含量和叶片中的Fe含量极显著相关，土壤中的B含量和叶片中的B含量极显著相关。结果表明，较高的土壤有效Fe、Mn、Zn含量能够有效地促进脐橙对微量元素的吸收利用，这也符合笔者的理论预期。

3 讨论

土壤养分含量与果树营养的吸收利用的关系长期以来都是植物营养学研究的热点[17-19]。赣南地区作为我国的脐橙主产区，地势以丘陵为主，土壤相对贫瘠，大量研究表明，科学合理的栽培管理模式能够有效地提升土壤矿质营养元素含量[20-21]。而脐橙作为多年生果树，其土壤环境变化相比大田作物更为复杂，不同的耕作及管理措施对土壤微量元素的影响常存在累积效应。相比传统果园的清耕栽培模式，生草栽培在防治水土流失的同时能够有效地补充红壤中的有机质含量[22]，这在本研究中也得到了证实。但由于基础的生草栽培模式对土壤有机质的输入多以草体死亡后的残体形式带入，其过程类似秸秆还田且需要时间，因此结合生物炭和秸秆覆盖能够加速有机质在土壤中的沉积，从而更为迅速地提升土壤有机质含量。大量研究表明，较低的pH值不利于植物根系对土壤养分的吸收利用，而赣南红壤偏酸，生物炭的施用能够有效地提高土壤pH值[23-24]。在本研究中，生物炭的施用对土壤pH值虽有提升但并未达到显著水平，但对于土壤及叶片微量元素的含量提升效果较好。相关分析结果表明，较高的土壤有效Fe、Mn、Zn含量能够有效地促进脐橙对微量元素的吸收利用。

在本研究中，笔者意外地发现生草栽培模式虽然在一定程度上提高了土壤中的有效Mn含量，但对植物叶片中的Mn含量则没有显著影响，叶片中的Mn元素含量与土壤pH值、有机质和矿质营养含量也不存在相关性。推测其原因可能是由于本试验中的果园土质本身属于酸性红壤，土壤中的Mn含量相对较高，在供给脐橙生长的过程中已达到叶片所能正常吸收的上限[25]。因此在改变栽培模式后，也并未影响脐橙叶片对Mn元素的吸收利用。

4 结论

本试验结果表明，在生草栽培模式的基础上，采用梯面施用生物炭或是秸秆覆盖有助于促进土壤有机质的积累，有利于提高赣南山地脐橙果园的土壤微量元素含量及叶片营养吸收效率。在赣南山地脐橙果园科学推广生草栽培模式对于土壤肥力的维持及赣南脐橙产业健康发展重大。

参考文献：

[1]程金金. 赣南脐橙产地土壤质量及其对脐橙产量和品质的影响——以信丰县为例[D]. 北京：中国科学院大学，2015：13-20.

[2]张小凤，郭雁君，蒋 惠，等. 橘园生草栽培的研究进展[J]. 湖北农业科学，2018，57（3）：5-9.

[3]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.

[4]管 冠，何天养，朱 婧，等. 生草栽培对赣南地区晚棱脐橙土壤酶活性及微生物种群的影响[J]. 江苏农业科学，2017，45（17）：141-143.

[5]卢映琼. 赣南脐橙果园土壤微量元素含量分布特征[D]. 赣州：赣南师范学院，2015：2-4.

[6]邓邦良，袁知洋，李真真，等. 武功山草甸土壤有效态微量元素与有机质和pH的关系[J]. 西南农业学报，2016，29（3）：647-650.

[7]管 冠，姚锋先，刘桂东，等. 不同施肥年限对赣南脐橙果园土壤酶活性及微生物种群的影响[J]. 江苏农业科学，2016，44（2）：382-385.

[8]郭昌勋，谢宗周，潘志勇，等. 生草栽培对橘园土壤肥力和红肉脐橙果实品质的影响[J]. 华中农业大学学报，2016，35（4）：25-28.

[9]李祥彬. 生草对蜜柚园生态环境及果树生长发育的影响[D]. 福州：福建农林大学，2017：33-55.

[10]鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京：中国农业出版社，2000：91-92.

[11]金 茜，钟永科，程学勤. 火焰原子吸收光谱法测定土壤中有效态Cu、Zn、Fe和Mn[J]. 光谱实验室，2007，24（4）：626-628.

[12]刘婷琳，张浩原，黄赛花. 姜黄素分光光度法测定土壤有效硼的不确定度评定[J]. 生态环境学报，2009，18（3）：1118-1121.

[13]Sheng O，Song S W，Chen Y J，et al. Effects of exogenous B supply on growth，B accumulation and distribution of two navel orange cultivars[J]. Trees，2008，23：59-68.

[14]仝淑慧. 土壤速效态微量元素测定值与植物吸收的相关性研究[D]. 临汾：山西师范大学，2012：39-43.

[15]班春果. 土壤有机质对苹果幼树生长、生理及矿质元素吸收的影响[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2016：33-34.

[16]管 冠，何天养，姚锋先，等. 土壤改良剂对赣南果园土壤磷及微生物的影响[J]. 赣南师范大学学报，2016，37（6）：88-91.

[17]马海洋，陈 清，石伟琦，等. 木本泥炭施用对香蕉园土壤养分状况的影响[J]. 中国南方果树，2017，46（3）：51-56.

[18]Agegnehu G，Nelson P N，Bird M I. Crop yield，plant nutrient uptake and soil physicochemical properties under organic soil amendments and nitrogen fertilization on Nitisols[J]. Soil & Tillage Research，2016，160：1-13.

[19]谢开云，何 峰，李向林，等. 我国紫花苜蓿主產田土壤养分和植物养分调查分析[J]. 草业学报，2016，25（3）：202-214.

[20]霍 颖，张 杰，王美超，等. 梨园行间种草对土壤有机质和矿质元素变化及相互关系的影响[J]. 中国农业科学，2011，44（7）：1415-1424.

[21]郭昌勋. 生物炭对枳幼苗生长和南丰蜜橘果实品质的影响[D]. 武汉：华中农业大学，2016：20-21.

[22]李晓刚，邵明灿，杨青松，等. 梨园生草白三叶栽培对梨园杂草的抑制作用及其土壤理化性状的影响研究[J]. 上海农业科技，2017（2）：106-107.

[23]张德闪，李洪波，申建波. 集约化互作体系植物根系高效获取土壤养分的策略与机制[J]. 植物营养与肥料学报，2017，23（6）：1547-1555.

[24]葛银凤. 连续施用生物炭对土壤理化性质及氮肥利用率的影响[D]. 沈阳：沈阳农业大学，2017：395-397.

[25]刘 鑫，朱端卫，雷宏军，等. 酸性土壤活性锰与pH、Eh关系及其生物反应[J]. 植物营养与肥料学报，2003，9（3）：317-323.