龐建光,朱錚,武龍
(1.河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院,河北 邯鄲 056038;2.古石龍風(fēng)景區(qū),河北 邯鄲 056001)
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桑園生草對土壤養(yǎng)分、微生物及桑葚品質(zhì)的影響
龐建光1,朱錚1,武龍2
(1.河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院,河北 邯鄲 056038;2.古石龍風(fēng)景區(qū),河北 邯鄲 056001)
以2、4和6 a毛葉苕子(Viciavillosa)及自然生草為處理,傳統(tǒng)清耕為對照,研究生草對桑園土壤微生物數(shù)量、養(yǎng)分含量及果實品質(zhì)的影響.結(jié)果表明:與對照相比,人工種草和自然生草的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量顯著提高,其中毛葉苕子6 a的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全鉀升幅最高,分別提升了222.6%、132.3%和19.0%,毛葉苕子6 a的堿解氮、速效磷和速效鉀含量比對照分別提高了46.7%、46.3% 和19.2%,而毛葉苕子2 a速效磷和速效鉀含量低于對照;毛葉苕子6 a的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量最多,比對照分別提高了86.8%、151.7%和168.4%;毛葉苕子6 a和自然生草6 a的可溶性固形物含量分別比對照提高了55.8%和17.0%,還原糖含量分別提高了42.9%和 8.5%,總酸含量分別下降了18.7%和14.1%,毛葉苕子能顯著提高桑園土壤養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量,改善桑葚鮮食品質(zhì).
自然生草;毛葉苕子;桑葚;品質(zhì)
清耕是中國傳統(tǒng)的桑園管理模式,長期清耕會導(dǎo)致地表裸露、水土流失、地力退化、生物多樣性降低、果品品質(zhì)下降,而通過在桑園樹行間種植或自然生長草本植物,可有效改善桑園清耕管理造成的一系列問題,是一種有機(jī)、現(xiàn)代化的果園管理模式,因此進(jìn)一步探討桑園生草管理模式,加快桑園生草技術(shù)的示范推廣,對于北方丘陵地區(qū)桑園的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.
西方許多國家很早就把生草栽培技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)果品生產(chǎn)的果園中[1].中國在20世紀(jì)90年代開始推廣果園生草栽培技術(shù)[2],但由于受到傳統(tǒng)的“草與果爭肥水”“除草務(wù)盡”等思想的影響,沒能較好地推廣應(yīng)用.近些年研究表明,果園生草能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[3-5]、增加土壤微生物數(shù)量、提高土壤酶的活性[6]、促進(jìn)果樹生長、改善果實品質(zhì)[7].果園生草因氣候條件、果樹種類、耕作制度和生草模式不同,對土壤質(zhì)量、微生物數(shù)量及果實品質(zhì)影響效果各異.惠竹梅等[8]對西北半干旱區(qū)葡萄園生草體系中土壤生物學(xué)特性與土壤養(yǎng)分的關(guān)系研究表明,行間種植紫花苜蓿和白三葉對提高微生物的數(shù)量及土壤肥力效果優(yōu)于高羊茅,為此,應(yīng)在降水量少的地區(qū)蘋果園推廣耗水量少的豆科植物.張桂玲[9]研究發(fā)現(xiàn),桃園間種白三葉可顯著提高根際和非根際土壤堿解氮、全氮、速效鉀、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量及土壤氨化細(xì)菌和真菌數(shù)量,效果明顯好于紫花苜蓿和高羊茅.錢進(jìn)芳等[10]對山核桃園生草研究發(fā)現(xiàn),白三葉、紫云英和油菜處理的山核桃林地土壤微生物數(shù)量明顯高于其他處理.李國懷等[11]通過在柑橘園內(nèi)生草發(fā)現(xiàn),生草栽培可有效提高旱季果園土壤的含水率,生草2年后可有效增加土壤有效氮、鉀養(yǎng)分含量,并可提高果實可溶性固形物,降低果實中檸檬酸含量,且百喜草比三葉草對土壤物理性狀改良效果佳.吳玉森等[12]系統(tǒng)研究了梨園自然生草對黃河三角洲土壤養(yǎng)分、酶活性及果實品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,隨著生草年限的增加,自然生草顯著提高土壤礦質(zhì)元素及土壤有機(jī)質(zhì)含量,并提升果實鮮食品質(zhì).由此可見,果園生草栽培技術(shù)以草養(yǎng)園的可持續(xù)發(fā)展模式已經(jīng)越來越受到人們的重視.
桑樹(MorusalbaL.)是多年生落葉喬木,具有極其發(fā)達(dá)的根系及較強(qiáng)的適應(yīng)性和抗逆能力,其在北方丘陵地帶種植具有重大的生態(tài)效益和應(yīng)用前景.桑樹生長需要從土壤中吸收大量的養(yǎng)分,隨著種植年限增加,桑園生產(chǎn)潛力下降、生產(chǎn)性能衰弱,嚴(yán)重制約桑園的可持續(xù)發(fā)展.毛葉苕子是中國栽培面積較大的淺根性一年生豆科綠肥牧草之一,具有適應(yīng)能力強(qiáng)、生長旺盛、莖的木質(zhì)化程度低等特點,適合北方干旱地區(qū)種植.有關(guān)毛葉苕子為試材進(jìn)行的桑園生草實驗研究尚未見報道,生草栽培對桑園土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量及桑葚品質(zhì)的效應(yīng)尚不清楚,且長期生草栽培對桑園的可持續(xù)發(fā)展效果如何也是值得探討的問題,因此本實驗通過在桑樹林下栽培毛葉苕子和自然生草,研究不同年限毛葉苕子和自然生草對桑園土壤養(yǎng)分含量、土壤微生物數(shù)量及桑葚品質(zhì)的影響,以期為桑園生草模式研究及毛葉苕子在桑園推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù).
1.1 研究區(qū)概況
實驗地位于邯鄲古石龍風(fēng)景區(qū)桑椹采摘園,桑樹品種為紅果1號,果園平均桑樹樹齡12 a,平均樹高2.80 m,桑樹行距3.10 m,株距2.75 m.地理位置為117°39'E,28°49'N.該區(qū)雨量集中在7、8月,年平均降水量569.2 mm,年平均氣溫13.5 ℃,土壤類型為褐土,微堿性,pH7.95.有機(jī)質(zhì)10.16 g/kg,全氮0.62 g/kg,全磷0.14 g/kg,全鉀16.35 g/kg,堿解氮40.21 mg/kg,速效磷13.38 mg/kg,速效鉀119.27 mg/kg.
1.2 實驗設(shè)計
設(shè)連續(xù)人工行間種植毛葉苕子2、4、6 a及自然生草2、4、6 a和清耕共7個處理.生草處理分別始于2015年、2013年和2011年的春季進(jìn)行,行間人工種草和自然生草.每個處理分3個小區(qū)(3次重復(fù)),每個小區(qū)面積3.1 m×20 m.MC:毛葉苕子;ZC:連續(xù)自然生草;CK:清耕(No-tillage).
供試草種:毛葉苕子(ViciavillosaRoth)和自然生草(主要優(yōu)勢種有馬齒莧(Portulacaoleracea)、地黃(Rehmanniaglutinosa)、苦菜(Ixerischinensis)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、灰綠藜 (Chenopodiumglaucum)、蒺藜(Tribulusterresteis)、夏至草(Lagopsissupina).
管理措施:毛葉苕子播種量為21.5 kg/hm2,不施肥,僅在播種后和苗期各澆水1次,整個生育期人工拔除雜草;自然生草田間管理與人工生草處理一致,但不拔除雜草;清耕采用定期中耕除草的方式,桑樹下沒有雜草.
1.3 實驗方法
1.3.1 取樣
2016年8月中旬在各處理按照梅花形5點取樣法采集,每個樣點用土鉆從土壤表層0~20 cm 進(jìn)行取樣,去除石塊和植物殘根等雜物,過1 mm土篩,把樣品用四分法分為兩部分,土壤樣品裝入2個牛皮紙袋,并存放于4 ℃冰箱備用,次日一部分土壤樣品進(jìn)行微生物培養(yǎng)分析,一部分自然風(fēng)干,用于土壤養(yǎng)分含量測定.
桑葚樣品于2016年5月15日在各處理小區(qū)隨機(jī)選取3株果桑,從每株果桑東西南北各方向選取1個發(fā)育正常的結(jié)果枝,隨機(jī)采摘60粒成熟期一致的果實帶回實驗室備用.每個處理重復(fù)3次,結(jié)果取平均值.
1.3.2 測定方法
土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀法,全氮采用凱氏法,堿解氮采用擴(kuò)散吸收法,全磷和速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法,全鉀和速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法[13].
土壤中微生物數(shù)量采用稀釋平板計數(shù)法測定.采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和改良的高澤氏1號培養(yǎng)基培養(yǎng)土壤細(xì)菌、真菌和放線菌,分別培養(yǎng)48、72和120 h后計算它們的數(shù)量[14].
電子天平測定樣品單果重,用阿貝折射儀測定可溶性固形物的含量,用pH計直接測定pH值,還原糖含量的測定采用斐林試劑法測定[15],總酸含量的測定采用NaOH 滴定法測定[16],每個樣品均重復(fù)3次.
1.3.3 數(shù)據(jù)處理
所有數(shù)據(jù)處理采用DPS和Excel 統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析.采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同數(shù)據(jù)組間的差異.
2.1 生草不同年限對桑園土壤養(yǎng)分的影響
各處理不同生草年限的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀測定結(jié)果見表1,毛葉苕子2年的全鉀含量最低,是清耕對照的86.3%,自然生草2年的全氮和全鉀含量最低,分別是清耕對照的84.6%和99.2%,4-6 a毛葉苕子處理有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量均呈逐年升高的趨勢,毛葉苕子6 a土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別比清耕對照提高了222.6%、132.3%、28.4%和19.0%;而自然生草6 a分別比對照提高了159.4%、36.9%、11.2%和16.7%.
各處理不同生草年限的土壤速效養(yǎng)分測定結(jié)果見表2,毛葉苕子對土壤速效養(yǎng)分含量的影響也較顯著,堿解氮呈逐年遞增,速效磷和速效鉀均表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢,可能是由于生草早期草與桑樹爭肥的結(jié)果;自然生草堿解氮、速效磷和速效鉀呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,自然生草2 a時堿解氮、速效磷和速效鉀含量最低,分別比對照下降了1.42%、11.25%和6.82%,隨著生草年限延長土壤速效養(yǎng)分含量又顯著上升.上述結(jié)果表明,毛葉苕子和自然生草均對培肥桑園土壤具有明顯作用,生草年限越長,培肥效果越顯著,從兩者間差異看,在桑園種植毛葉苕子培肥土壤的效果優(yōu)于自然生草,主要是雜草在桑園生長不佳,生物量積累較少的緣故.
表1 各生草栽培處理對土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量影響Tab.1 Effect of the sod culture on soil contents of organic matter,total nitrogen(N),total phosphorus(P),total potassium(K) of soil mulberry orchard
同列小寫不同字母表示差異顯著(P<0.05),以上均為0~20 cm土壤所得數(shù)據(jù).
表2 各生草栽培處理對土壤速效養(yǎng)分含量的影響Tab.2 Effect of the sod culture on soil available nutrient contents
同列小寫不同字母表示差異顯著(P<0.05),以上均為0~20 cm土壤所得數(shù)據(jù).
2.2 生草不同年限對桑園土壤微生物數(shù)量的影響
各生草處理的土壤微生物數(shù)量測定結(jié)果見表3,桑園土壤以細(xì)菌為主,數(shù)量占微生物三大菌群95%以上,其次是放線菌和真菌.細(xì)菌所占比例為95.07%~97.50%,放線菌比例為2.21%~4.42%,真菌所占比例最小為0.28%~0.51%,但隨生草年限延長真菌比例呈上升趨勢,毛葉苕子處理從0.30%升到0.38%,自然生草處理從0.28%升到0.51%.
不同年限毛葉苕子及自然生草處理的土壤微生物(細(xì)菌、真菌和放線菌)數(shù)量發(fā)生了顯著變化,隨著年限延長,土壤微生物數(shù)量增加.毛葉苕子6 a的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)值均最大(分別比對照增加了86.8%、151.7%、168.4%),自然生草4 a的細(xì)菌數(shù)值最大(比對照增加了49.7%).毛葉苕子6 a和自然生草4 a的土壤微生物數(shù)量最多,分別比對照增加了88.8%、51.9%.不同年限毛葉苕子土壤微生物總數(shù)量表現(xiàn)為6 a>4 a>2 a,而自然生草土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)為4 a>6 a>2 a;同年限(4 a、6 a)毛葉苕子對細(xì)菌數(shù)量的促進(jìn)作用顯著高于自然生草,而對真菌和放線菌數(shù)量的影響不同處理間差異不顯著(P>0.05).
另由表3可知,毛葉苕子和自然生草2 a的細(xì)菌所占比例與對照差異不顯著(P>0.05),毛葉苕子和自然生草2、4 a的真菌和放線菌所占比例與對照差異不顯著,說明短期生草(<4 a)對桑園土壤微生物菌群比例結(jié)構(gòu)影響不大.綜上,桑園行間種植毛葉苕子和自然生草均能提高微生物數(shù)量,而毛葉苕子對微生物的促進(jìn)作用大于自然生草.
表3 各生草對土壤微生物數(shù)量的影響Tab.3 Effect of inter-row planting grasses on soil microbial quantity
2.3 生草不同年限對桑葚品質(zhì)的影響
不同生草類型及不同年限生草對桑葚pH、可溶性固形物含量、總酸、還原糖等品質(zhì)指標(biāo)的測定結(jié)果見表4.由表4可見,桑園種植毛葉苕子和自然生草對桑葚品質(zhì)指標(biāo)存在顯著影響,與對照相比,各不同年限的生草處理對pH值的影響差異不顯著;4、6 a生草處理均增加可溶性固形物和還原糖含量,降低總酸含量,其中,6 a毛葉苕子和自然生草的可溶性固形物含量分別比對照提高了55.8%和17.0%,還原糖含量分別提高了42.9%和 8.5%,總酸含量分別下降了18.7%和14.1%,毛葉苕子和自然生草之間對桑葚品質(zhì)的影響差異較大,6 a毛葉苕子的可溶性固形物含量高出自然生草33.2%,還原糖含量高出自然生草31.7%,上述結(jié)果說明,桑園長期種植毛葉苕子和自然生草均能改善桑葚品質(zhì),而長期人工種植毛葉苕子對提升桑葚品質(zhì)的效果優(yōu)于自然生草.
表4 生草對果桑果實品質(zhì)的影響Tab.4 Effect of the sod culture on quality of mulberry fruits
桑園行間生草顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)含量和養(yǎng)分水平.本研究表明,行間種植毛葉苕子和自然生草使桑園表層土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高,而長期種植毛葉苕子對土壤有機(jī)質(zhì)的提高幅度要顯著大于自然生草,其中自然生草2 a堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著低于清耕對照,而毛葉苕子生草2 a時堿解氮顯著高于對照,這與李會科等[17]研究結(jié)果基本一致;毛葉苕子種植4 a的桑園土壤堿解氮、速效P和速效K的含量顯著高于清耕對照,而自然生草4 a堿解氮和速效磷與清耕對照相比差異不顯著,這與付學(xué)琴的研究結(jié)果不一致[18],可能是該實驗區(qū)土壤較貧瘠,雜草和桑樹間爭奪氮和磷強(qiáng)烈的緣故,故可在桑園自然生草4 a之前增施一定量氮肥和磷肥,以減少或消除雜草與桑樹爭奪氮、磷肥的負(fù)面影響.土壤微生物決定土壤養(yǎng)分循環(huán)、有機(jī)物分解和能量流動速率,是土壤質(zhì)量優(yōu)劣的敏感指標(biāo)[19],本實驗表明,桑園生草可以顯著提高土壤微生物數(shù)量,調(diào)節(jié)土壤細(xì)菌、真菌和放線菌的比例關(guān)系,這與潘學(xué)軍和惠竹梅等研究結(jié)果基本一致[20-21].主要原因可能是由于生草后,土壤中有機(jī)質(zhì)大幅度升高,土壤環(huán)境向有利于微生物生長發(fā)育,而豆科植物毛葉苕子固氮作用又增加微生物生長發(fā)育的氮,所以毛葉苕子對提高土壤微生物數(shù)量的效果要優(yōu)于自然生草.
喬宇研究桑葚品質(zhì)評價指標(biāo)后認(rèn)為可溶性固形物、總酸和還原糖的含量是評價桑葚品質(zhì)的重要指標(biāo)[22].本研究結(jié)果表明,毛葉苕子對桑葚品質(zhì)各指標(biāo)的影響效果顯著高于自然生草,行間種植毛葉苕子時限越長,對提升桑葚可溶性固形物含量效果越好,6 a毛葉苕子提高桑樹果實可溶性固形物55.8%,高于劉蝴蝶等[23]生草對蘋果固形物影響結(jié)果,可能是不同生草類型對桑樹作用效果不同的原因.本實驗中桑葚品質(zhì)的改善可能與土壤養(yǎng)分的變化相關(guān),進(jìn)一步探討土壤養(yǎng)分與桑葚品質(zhì)間的關(guān)系十分必要,是下一步的研究重點.桑園行間長期種植毛葉苕子可增加土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量,促進(jìn)土壤微生物生長發(fā)育,調(diào)節(jié)土壤微生物比例關(guān)系,保持土壤生態(tài)健康和可持續(xù)利用,有利于桑葚品質(zhì)的改善.
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(責(zé)任編輯:梁俊紅)
Effects of inter-row planting grasses on soil nutrient,microbial quantity and fruit quality in mulberry field
PANG Jianguang1,ZHU Zheng1,WU Long2
(1.School of Architecture and Art,Hebei University of Engineering,Handan 056038,China;2.Gushilong Scenic Area,Handan 056001,China)
Using mulberry field as research subject,the variation of soil nutrient,microbial amount and fruit quality were studied under different conditions with 2,4,6 a Hairy Vetch and natural grass,respectively.The results showed that all of treatments could increase the contents of organic matter,soil total N,total P,total K(P<0.05),compared with control.The contents of organic matter,soil total N,total K in 6 a hairy vetch increased by 222.6%,132.3% and 19.0%.Respectively the contents of available P and available K in soil with 2 a Hairy Vetch were lower than that of the control while increased significantly by 46.7%,46.3% and 19.2% in soil with 6 a hairy vetch,compared with the control.The bacteria,fungi and actinomycetes quantity in soil with Hairy Vetch 6 a increased by 86.8%,151.7% and 168.4%,respectively.The soluble solids content of mulberry fruit with Hairy Vetch 6 a and natural grasses 6 a increased by 55.8% and 17.0%,respectively,reducing sugar of mulberry fruit increased separately by 42.9% and 8.5%.However,total acids decreased by 18.7% and 14.1%,respectively.Inter-row planting Hairy Vetch could increased the soil fertility,enhance soil microbiology quantity and improve fruit fresh quality of mulberry,with year increasing.
natural grasses;hairy vetch;mulberry fruit;quality
2016-10-12
河北省科技支撐計劃項目(16236004D-9)
龐建光(1972—),男,河北成安人,河北工程大學(xué)副教授,主要從事植物學(xué)及生態(tài)學(xué)研究. E-mail:hdpang2008@163.com
10.3969/j.issn.1000-1565.2017.03.008
S6
A
1000-1565(2017)03-0267-07