梨园生草对土壤养分和微生物多样性的影响

摘要：以自然生草为对照，设置3种人工生草，观察3种草种的生长覆盖特性，分析人工生草对梨园耕层土壤养分和土壤微生物多样性的影响。结果表明，毛苕子（Vicia villosa Roth.）对梨园土壤覆盖效果优于白车轴草（Trifolium repens L.）和紫云英（Astragalus sinicus L.）；人工生草和自然生草均可有效提高土壤地力，但自然生草对土壤速效养分的积累效果优于人工生草；白车轴草覆盖对土壤有机质、速效钾和全氮的提升效果优于自然生草、紫云英和毛苕子，毛苕子覆盖对土壤硝态氮的提升效果优于自然生草、白车轴草和紫云英；在生草覆盖阶段，自然生草和人工生草均可有效提高土壤微生物的多样性，紫云英生长后期土壤微生物多样性不及自然生草、白车轴草和毛苕子。

关键词： 梨园； 生草； 土壤养分； 微生物多样性

中图分类号：S153.6；S661.2" " " " "文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）11-0108-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.11.019 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of grass planting in pear orchard on soil nutrients and microbial diversity

ZHANG Gui-you， HONG Juan， HUANG Xiang， DU Lei， WANG Su-ping， JIANG Li， YAO Yan-xing

（Wuhan Academy of Agricultural Sciences， Wuhannbsp; 430070，China）

Abstract： Using naturally grown grasses as a control， three kinds of artificially planted grasses were set up to observe the growth and cover characteristics of the three kinds of grass， and the changes of artificially planted grasses on soil nutrients and microbial diversity in pear orchards were analyzed. The results showed that Vicia villosa demonstrated superior soil coverage effects in pear orchards compared to Trifolium repens and Astragalus sinicus. Both artificially planted and naturally grown grasses could effectively enhance soil fertility， but naturally grown grasses showed better accumulation of soil available nutrients than artificially planted ones； Trifolium repens coverage significantly improved soil organic matter， available potassium and total nitrogen levels compared to natural grasses， Astragalus sinicus and Vicia villosa. Vicia villosa coverage was superior in enhancing soil nitrate nitrogen levels compared to natural grasses， Trifolium repens and Astragalus sinicus. During the grass coverage period， both natural and artificial grassing effectively increased soil microbial diversity. In the later growth stage of Astragalus sinicus， soil microbial diversity was less than that of natural grasses， Trifolium repens and Vicia villosa.

Key words： pear orchard； grass planting； soil nutrient； microbial diversity

中国梨树栽培历史悠久，种植区域广，梨树种植面积及产量均位居世界首位，梨产业在农民致富、乡村振兴中发挥了重要作用。然而，在梨树生产上仍然存在着盲目施肥，重施化肥轻施有机肥、重施氮肥轻施磷钾肥等［1-7］，长期以来，引起土壤质量下降，进而造成梨果实品质下降，影响市场销售，降低种植收益。

梨园恶性杂草的有效控制也是梨树生产面临的又一问题。化学除草剂是防草控草的有效方法，但是长期大量使用不仅会引起果园生态环境恶化及杂草耐药性提高，更会影响土壤微域环境。已有研究表明有超过200种杂草对至少1种除草剂产生了耐药性［8，9］。

如何既能有效控制恶性杂草，又能改善土壤理化性质及微域环境，成为现代生态果业发展的必然趋势。对苹果、猕猴桃、桃子、梨、葡萄等［10-24］的相关研究表明，果园生草可以有效改善果园微生态环境，提高土壤有机质、增加土壤微生物多样性及有效控制杂草等。而对南方地区土壤黏重梨园生草的研究报道较少。因此，本研究基于湖北省内广泛的黄壤土，研究3种生草类型对梨园土壤养分及微生物多样性的影响，以期为相似生态区域的梨园控草肥地提供一定的科学依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于武汉市江夏区金水闸湖北省农业科学院果树茶叶研究所棚架梨展示园（30°17′24″N， 114°8′55″E），海拔30 m，种植品种为翠冠（Pyrus pyrifolia cv. Cuiguan），栽培采用“双臂顺行式”棚架模式［25，26］，株行距3 m×3 m。

1.2 试验设计

2023年2月选用白车轴草（Trifolium repens）、紫云英（Astragalus sinicus L.）、毛苕子（Vicia villosa Roth.）3种覆盖草种进行梨园行间生草覆盖，播种量为90 kg/hm2，以自然生草为对照，梨园其他管理措施相同。

1.3 样品采集及测试

自萌芽期后每隔1个月采集不同生草处理下的梨园土壤样品，采用S形布点采集0～20 cm土层，将采集的土样剔除植物残体及砾石等杂物后进行混合，四分法保留1 kg左右土样，自然风干后研磨，过2.00 mm筛和0.25 mm筛，阴凉干燥处存放。

土壤pH采用电位计法测定，有机质采用重铬酸钾低温外加热法测定，有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法（Olsen法）测定，速效钾采用NH4OAC浸提-火焰光度法测定，硝态氮采用KCl浸提-流动分析仪测定，全氮和总碳采用元素分析仪测定［27-29］。

土壤微生物多样性采用CTAB法［30］从新鲜土壤样品中提取微生物DNA。使用引物341F（5′-CCTAYGGRBGCASCAG-3′）和806R（5′-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3′）对16S rRNA基因的V3至V4区进行扩增。在Illumina NovaSeq6000平台上进行测序，利用Uparse算法（Uparse v7.0.1001， http：//www.drive5.com/uparse/）对所有样本的Effective Tags进行聚类分析，将相似性≥97%的序列聚类为同一OTU（Operational taxonomic unit）。使用Qiime软件（Version 1.9.1）计算Observed otus、Chao1指数、Shannon指数和Ace指数衡量土壤微生物的多样性［31］。

1.4 数据处理

采用Excel 2010软件进行数据统计，采用SPSS 19.0软件的ANOVA进行数据方差分析，采用Duncan法对数据进行多重比较分析，采用最小显著差数法（LSD）进行差异显著性检验（Plt;0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同生草处理田间覆盖表现差异性

白车轴草和紫云英对杂草的抑制效果不及毛苕子，没有形成对梨园土壤的有效覆盖，当白车轴草和紫云英枯萎后（8月），杂草迅速覆盖整个梨园，而毛苕子对梨园土壤的覆盖情况较好，有效抑制了杂草的生长，且毛苕子枯萎后（8月）梨园杂草的生长情况也明显弱于其他2种生草品种。白车轴草和紫云英是喜水草种，造成覆盖效果不佳可能与气候异常干旱、梨园土壤条件达不到其生长要求有关。

2.2 不同生草处理对棚架梨园土壤化学性质的影响

2.2.1 生草试验前及试验过程中的土壤pH和土壤养分状况 如表1和表2所示，由试验前和生草枯萎后（8月）的土壤养分对比可以看出，自然生草和人工生草均可明显提高土壤养分含量，其中以自然生草处理对速效养分提高效果最为明显，有机质、有效磷、速效钾和硝态氮含量较试验前分别提高了111.80%、724.19%、199.40%和1 325.83%。在3种人工生草处理中则以白车轴草处理对有机质、有效磷、速效钾和硝态氮含量提高效果最好，较试验前分别提高了108.13%、164.45%、150.98%和518.37%；其次为毛苕子处理，较试验前分别提高了67.22%、248.86%、123.32%和530.58%；紫云英处理的效果最差，较试验前分别提高了66.60%、46.43%、97.95%和109.42%。在土壤全氮含量的提升方面，以白车轴草和自然生草2个处理效果较好，较试验前分别提高了320.00%和300.00%；在土壤总碳含量提升方面，则以白车轴草处理效果最高，较试验前提高了101.03%，其次为自然生草处理，较试验前提高了70.10%，紫云英和毛苕子处理对土壤全氮和总碳含量的提高效果差别不大，其土壤全氮含量均提高了200.00%，其总碳含量分别提高了36.08%和34.02%；在土壤pH方面，自然生草与人工生草处理无显著差异，土壤pH较试验前均有所下降。

2.2.2 同一生草处理下不同时期的土壤pH及养分的变化

1）由表2可以看出，自然生草生长覆盖下（3—7月），土壤pH呈W形变化，在4月和6月处于低点；土壤全氮和总碳的含量随时间变化不明显；土壤有机质含量呈先增后减再增的趋势，在3月、5月和6月处于低点；土壤硝态氮含量整体呈先增后减再增的趋势，在4月达到高点后下降，并在6—7月维持相对稳定；土壤有效磷含量呈先减后增再减的趋势，在4月处于低点，5月达到高点后下降；速效钾含量呈先减后增的趋势，在5月达到低点。在杂草枯萎后（8月）土壤中有机质含量（30.50 g/kg）、有效磷含量（50.77 mg/kg）、速效钾含量（548.27 mg/kg）、硝态氮含量（210.31 mg/kg）、全氮含量（0.20%）和总碳含量（1.65%）均显著增加，达到最高值；土壤pH由7月的5.52升高到8月的5.80。

2）由表2可知，白车轴草生长覆盖下（3—7月），土壤pH在3—5月维持在5.50左右，在6月上升到6.00；土壤全氮和总碳含量变化不明显，土壤有机质和硝态氮含量呈先增后减再增的趋势，在5月达到低点；土壤有效磷含量整体呈增加趋势，在6月达到高点；土壤速效钾含量呈先减后增的趋势，在4月处于最低点。白车轴草枯萎后（8月）土壤有机质含量（29.97 g/kg）、有效磷含量（16.29 mg/kg）、速效钾含量（459.59 mg/kg）、硝态氮含量（91.21 mg/kg）、全氮含量（0.21%）和总碳含量（1.95%）均显著增加，达到最高值；土壤pH由7月的4.80升高到8月的5.52。

3）紫云英生长覆盖下（3—7月），土壤pH逐渐下降，最终维持在5.30左右；土壤全氮和总碳含量呈先增后减的趋势，在5月达到高点；土壤有机质和速效钾含量整体呈增加趋势，在6月达到高点；土壤有效磷和硝态氮含量呈先降后升再降的趋势，在4月处于最低水平；紫云英枯萎后（8月）土壤有机质含量（23.99 g/kg）、有效磷含量（9.02 mg/kg）、速效钾含量（362.49 mg/kg）、硝态氮含量（30.89 mg/kg）、总碳含量（1.32%）和全氮含量（0.15%）达到最高值，除土壤有效磷、硝态氮和总碳的含量外较其他月份均显著增加；土壤pH由7月的5.35升高到8月的5.76。

4）毛苕子生长覆盖下（3—7月），土壤pH整体呈升高趋势，在6月达到高点；土壤有机质、全氮和总碳含量整体呈降低趋势，在6月达到最低水平；土壤速效钾含量呈先降后升再降的趋势，在5月达到最低点；土壤有效磷含量呈先减后增再减的趋势，在5月达到高点；土壤硝态氮含量在3—5月变化不显著，到6月、7月显著增加。毛苕子枯萎后（8月）土壤有机质含量（24.08 g/kg）、有效磷含量（21.49 mg/kg）、速效钾含量（408.94 mg/kg）、硝态氮含量（93.01 mg/kg）、全氮含量（0.15%）和总碳含量（1.30%）均达到最大值，除速效钾、全氮和总碳的含量外均显著增加；土壤pH由7月的5.57升高到8月的5.69。

2.2.3 同一时期不同生草处理下的土壤养分含量的差异 由同一时期不同生草处理下的土壤养分含量对比（表2）可以看出，在生草覆盖前期（3月），毛苕子覆盖下的土壤有机质含量、有效磷含量、速效钾含量、全氮含量和总碳含量显著高于三叶草和紫云英；随着覆盖时间的增加，到6月，白车轴草覆盖下的土壤有机质含量、速效钾含量和全氮含量均显著高于自然生草、紫云英和毛苕子，而毛苕子覆盖下的土壤硝态氮含量显著高于自然生草、白车轴草和紫云英，表明白车轴草覆盖对土壤有机质、速效钾和全氮的提升效果要优于紫云英、毛苕子和自然生草，且在枯萎后，其覆盖下的土壤有机质含量、速效钾含量和全氮含量仍然显著高于紫云英和毛苕子，表明种植白车轴草对梨园土壤养分的积累效果优于紫云英和毛苕子。自然生草在覆盖阶段对梨园土壤养分的提升效果较白车轴草差，与紫云英和毛苕子效果相近，但自然生草在杂草枯萎后对梨园土壤养分的积累效果优于紫云英和毛苕子，对土壤速效养分（有效磷、速效钾和硝态氮）的积累效果优于人工生草。

2.3 不同生草处理对土壤微生物多样性指数的影响

土壤微生物多样性指数主要包括Observed otus、Shannon指数、Chao1指数和Ace指数，Observed otus表示直接观测到的物种数量；Shannon指数综合考虑了样品中群落的物种数目和均匀度，群落多样性越高，物种分布越均匀，Shannon指数越大；Chao1指数表示估计样品包含的物种数量；Ace指数表示估计群落中的OTU数量，生草处理前后土壤微生物多样性的情况如表3、表4所示，生草处理后的土壤微生物多样性指数均低于试验前。

2.3.1 同一生草处理条件下不同时期土壤微生物多样性的变化 自然生草覆盖下的土壤微生物多样性指标除Shannon指数外的其他指标随时间变化均不显著，由Shannon指数可以看出，土壤微生物多样性整体呈先减后增的趋势，在5月处于最低位，Shannon指数在4月和5月显著低于6月，而在自然生草生长后期（7月）与前期无显著变化。就白车轴草覆盖下的土壤微生物多样性指数而言，Observed otus和Chao1指数在4月显著增加并在4—6月维持稳定；Shannon指数在4月显著增加，并在4—5月维持稳定，在6月继续显著增加，达到最高；Ace指数则呈先升后降的趋势，在4月达到最高；白车轴草生长后期（7月），除Shannon指数外的其他指数均显著下降。就紫云英覆盖下的土壤微生物多样性指数而言，Observed otus、Chao1指数、Ace指数和Shannon指数在紫云英生长前期（3—6月）呈递增趋势，在6月达到最大值；在紫云英生长后期（7月）所有指数较6月均显著下降。毛苕子覆盖下的土壤微生物多样性指数中只有Shannon指数和Chao1指数在不同时间表现出一定的差异，总体上均呈增加趋势，在6月达到最大值，毛苕子生长后期（7月）微生物多样性较生长前期最大值（6月）没有显著变化。

2.3.2 同一时期不同生草处理下土壤微生物多样性之间的差异 在生草覆盖阶段，由Observed otus、Shannon指数、Ace指数和Chao1指数可以看出，3月自然生草覆盖下的土壤微生物多样性明显优于人工生草，4—5月白车轴草覆盖下的土壤微生物多样性明显高于自然生草、紫云英和毛苕子。由Observed otus、Shannon指数可以看出，6月自然生草和紫云英覆盖下的土壤微生物多样性提高，高于白车轴草和毛苕子。生草生长后期，自然生草、白车轴草和毛苕子3种生草处理下的土壤微生物多样性之间无显著差异，均显著高于紫云英。

3 讨论

果园生产中，杂草被视为阻碍生产的一大要害，主要表现在与果树争水、争肥，造成果树树势较弱，有些杂草还是病虫害的中间宿主，容易造成果树病虫害的发生。果农大多采取完全清除杂草的方法，比如采用化学除草剂或人工除草，然而长期使用除草剂会造成杂草耐药性，造成除草效力降低，有时高剂量使用还会影响果树的生长和果实的品质，同时，会造成土壤污染、土质下降，甚至出现“癌症田”的现象。人工除草则存在效率低、效果差和人工成本增加的问题。本试验结果表明，自然生草可以有效提高土壤地力，特别是在枯萎后，土壤营养成分提升明显，在速效养分积累上优于人工生草，这也与白岗栓等［31］在渭北苹果园土壤自然生草的相关研究结果相吻合，说明并不是所有的杂草都是有害的，其中也存在良性杂草，只有那些根深、茎高且与果树有共生性病害的杂草才是真正应该去除的，在实际生产中只需将个别恶性杂草进行灭除，也能达到提升地力的效果，同时，选取合适的生草品种也可以起到“以草治草”的效果，同时也可以有效提升土壤地力，本试验中选取的毛苕子对梨园土壤覆盖效果较好，可以有效抑制梨园杂草的生长，白车轴草在覆盖阶段可以有效提高土壤有机质、有效磷、速效钾、全氮和总碳的含量，毛苕子在生长覆盖阶段可以有效提高土壤硝态氮的含量，对地力提升也具有一定的效果。白车轴草和紫云英覆盖效果不佳可能与气候异常干旱造成梨园土壤条件满足不了其生长需求有关，这也证明果园生草中水分管理的重要性。

土壤中微生物在矿质元素地球化学循环中发挥着举足轻重的作用，其可以根据需求和土壤底物的可用性将土壤中的营养物质分解利用及转化，进而促进植物对土壤中养分物质的吸收和利用［32-34］，土壤微生物多样性的高低可以影响土壤中养分元素的转化利用情况，进而提高土壤养分元素的有效性，是衡量土壤质量优劣的重要指标［35］。本研究结果表明，自然生草和人工生草在覆盖阶段均可以有效提高土壤微生物的多样性，生草生长覆盖后期，紫云英覆盖下的土壤微生物多样性不及自然生草、白车轴草和毛苕子，毛苕子生长覆盖前期与后期的土壤微生物多样性无显著变化，达到与自然生草和白车轴草覆盖相当的效果。

4 小结

毛苕子对梨园土壤的覆盖效果优于三叶草和紫云英，人工生草和自然生草均可有效提高土壤地力。在有效养分提升方面，自然生草优于人工生草。白车轴草覆盖对土壤有机质含量、速效钾含量和全氮含量的提升效果优于自然生草、紫云英和毛苕子，毛苕子覆盖对土壤硝态氮的提升效果优于自然生草、白车轴草和紫云英。在生草覆盖阶段，自然生草和人工生草均可影响土壤微生物的多样性，紫云英生长后期土壤微生物多样性不及自然生草、白车轴草和毛苕子。接下来会考虑将白车轴草和毛苕子混合播种，充分发挥两者在养分积累及杂草抑制方面的优势，就两者混播的可行度及效果进行相关研究。

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收稿日期：2023-11-21

基金项目：湖北省农业科技创新中心重大科技研发项目（2020-620-000-002-05）

作者简介：张贵友（1986-），男，山东威海人，农艺师，博士，主要从事农业种植环境检测、诊断和分析、养分资源管理等研究，（电话）

15071211977（电子信箱）240566742@qq.com；通信作者，姚延兴（1977-），男，山东泰安人，高级农艺师，博士，主要从事果树栽培

生理与生物技术研究，（电话）18971613060（电子信箱）yaoyanxing@126.com。