程昱潤,肖國舉,畢江濤,劉 鵬,王 靜

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,銀川 750021;2.寧夏大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,銀川 750021;3.西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國家重點實驗室培育基地,銀川 750021)

【研究意義】寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)因獨特的地理環(huán)境與氣候特征使該地區(qū)成為種植優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄的主栽產(chǎn)區(qū)[1-3],其位于釀酒葡萄種植的“黃金地帶”,是我國釀酒葡萄最大的集中連片產(chǎn)區(qū)。土壤的環(huán)境對釀酒葡萄的生長有重要的影響。賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)土壤 C、N、P含量水平整體不高,在全國屬于中下水平[4]。其土壤類型以灰鈣土為主,并包含風(fēng)沙土、灌淤土、淡灰鈣土、礫質(zhì)砂土和少量灰漠土等多種土壤類型,該地區(qū)土壤有機質(zhì)含量低且pH一般大于8.5,各種營養(yǎng)元素虧缺,土壤貧瘠。另一方面,由于果農(nóng)盲目施肥的現(xiàn)象比較普遍,對施肥量無法正確把控,導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)變差,如:土壤硬化、不合理耕作灌溉而造成土壤鹽漬化等問題[5-7],鹽漬化土壤較差的結(jié)構(gòu)性、透氣以及透水性,嚴(yán)重影響釀酒葡萄生長及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[8]。目前,關(guān)于施用微生物肥料修復(fù)改良鹽漬化土壤的研究不斷增加,微生物肥料包含較多有機質(zhì)和有益微生物,是改良鹽堿土壤的有效方法?！厩叭搜芯窟M展】微生物肥料中富含大量的有機物質(zhì)可以分泌有機酸,可以改良鹽漬土較差的理化性質(zhì),提高土壤酶活性[9],同時微生物肥料可以抑制土壤積鹽,提高土壤肥力,改善土壤微生態(tài)系統(tǒng),對改良鹽漬化土壤有積極作用。盧建男等[10]和汪立梅等[11]研究發(fā)現(xiàn),微生物肥料能降低土壤全鹽含量,提高鹽漬土有機質(zhì)、有效養(yǎng)分含量及土壤蔗糖酶、過氧化氫酶等酶活性。于占東等[12]研究認(rèn)為,在土壤中增施微生物菌劑可降低土壤全鹽含量,改善土壤微生物系統(tǒng)。劉璐等[13]發(fā)現(xiàn)施用微生物肥料可以改善葡萄種植土壤的理化性質(zhì),降低土壤容重、增加孔隙度,速效鉀、堿解氮與有機質(zhì)含量均有不同程度提高。陳國品等[14]研究表明,生物有機肥與化肥配施可增加葡萄單穗重、果實單果重和可溶性固形物含量,降低可滴定酸含量,提高品質(zhì)、產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。胡誠等[15]研究顯示,微生物肥料的施入可以顯著影響土壤酶活性,能有效提高土壤中蔗糖酶、過氧化氫酶等酶的活性。姜莉莉等[16]研究指出,在葡萄發(fā)芽期,施用生物有機肥部分替代和完全替代化肥,能夠顯著提高葡萄果實的著色度和可溶性固形物含量,同時對葡萄的裂果率、病果率和土壤全鹽含量有顯著降低的作用,能有效改善釀酒葡萄品質(zhì)。王婧等[17]通過試驗證明,施用微生物肥料產(chǎn)品可降低土層鹽分含量,改善土壤微生態(tài)系統(tǒng),增加土壤微生物數(shù)目,還可以促進土壤細(xì)菌和放線菌的繁殖。張朝軒等[18]研究表明,葡萄種植土壤在施用微生物肥料后能夠提高土壤微生物群落多樣性,使細(xì)菌、真菌、放線菌等數(shù)量增加,從而改善土壤理化性質(zhì),提高土壤肥力?！颈狙芯壳腥朦c】鑒于微生物肥料對鹽漬化土壤具有改良潛力,經(jīng)由鹽漬土中篩選出功能微生物,制備微生物肥料并應(yīng)用于鹽漬化土壤改良,可為賀蘭山東麓產(chǎn)地釀酒葡萄種植合理施肥以及土壤培肥改良提供依據(jù)。目前,關(guān)于微生物菌肥對釀酒葡萄品質(zhì)和產(chǎn)量的研究較多,但是,釀酒葡萄種植地鹽漬土的培肥和改良及培肥改良后對果實品質(zhì)的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以釀酒葡萄“梅鹿輒”種植地鹽漬化土壤為研究對象,分析不同微生物肥料對鹽漬化土壤理化性狀及酶活性的影響,揭示微生物肥料作用下土壤理化性質(zhì)和酶活性與釀酒葡萄品質(zhì)的相互關(guān)系,篩選出適宜該地區(qū)的微生物肥料,以期為寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄鹽漬化土壤的改良和葡萄產(chǎn)業(yè)的永續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018—2020年在寧夏省銀川市園林場(38°39′18″ N,106°9′50″ E)進行,試驗地屬于賀蘭山洪積扇三級階梯,成土母質(zhì)以洪積物為主。該地區(qū)為中溫帶干旱氣候,氣候特點為典型的大陸性,降雨量少,光照較為豐富,年均日照數(shù)2800 h以上。年均氣溫8.8 ℃,晝夜溫差在10～15 ℃,無霜期160～170 d,年均降水量198 mm。試驗地土壤質(zhì)地松軟,透氣性好,但土壤相對貧瘠,土壤富含礫石,有機質(zhì)含量低,pH 8.5以上,各種營養(yǎng)元素虧缺嚴(yán)重。

1.2 試驗材料與試驗設(shè)計

供試材料釀酒葡萄品種為“梅鹿輒”。為確保肥料盡可能得充分利用,所有肥料分3次施入。首次為4月中旬,在葡萄行兩側(cè)30 cm處開寬20 cm、深40 cm的施肥溝,施入量占總量一半,施入后覆土。接著為5月中旬葡萄開花后,施入所有肥料的1/4,施肥方式同上。最后為7月中旬葡萄開始著色后,施入所有肥料的1/4,施肥方式同上。在9月下旬葡萄收獲時采集不同施肥處理區(qū)域葡萄果實樣品和0～20和20～40 cm的土壤樣品。

采用多因素隨機區(qū)組設(shè)計,行長80 m,行距3.0 m,株距0.7 m。各處理小區(qū)12株,均選健康且長勢較一致植株,前后設(shè)保護株。參照肥料合理使用準(zhǔn)則微生物肥料(NY/T 1535—2007)設(shè)置試驗,共設(shè)置9個處理,每個處理重復(fù)3次。施肥方式為距葡萄行兩側(cè)30 cm處開施肥溝。所有處理均采取滴灌的灌溉方式,田間管理及栽培措施一致。不同類型微生物肥料的田間試驗設(shè)計方案如下。

試驗分為9個處理,T1為不施肥,T2為常量化肥(磷酸二銨28.5 kg/667 m2),T3為生物有機肥(滅活)+減量施肥、T4為生物有機肥+減量施肥,T5為粉末微生物菌劑+常量施肥,T6為粉末微生物菌劑(滅活)+常量施肥,T7為液體微生物改良劑(滅活)+常量施肥,T8為液體微生物改良劑+常量施肥,T9為市售有機肥(其中常量施肥為磷酸二銨28.5 kg/667 m2;減量施肥為磷酸二銨14.25 kg/667 m2+生物有機肥100 kg/667 m2)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤樣品的采集與測定 于葡萄收獲時采集土樣,每個處理隨機選取5處肥力均一的地塊,先將土壤表層的雜物去除,采用土鉆采集距離樹體20 cm處土層0～20和20～40 cm的土壤樣品,混合均勻后用四分法棄去多余部分,留500～1000 g裝入自封袋帶回實驗室。土樣去除雜物后將土樣風(fēng)干后過1 mm篩用于測定土壤理化性質(zhì)以及土壤酶活性。

pH計測定pH;電導(dǎo)率儀測定全鹽。EDTA滴定法測定鈣鎂離子;火焰光度法測定鉀鈉離子;雙指示劑滴定法測定碳酸根、碳酸氫根離子;AgNO3滴定法測定氯離子;EDTA間接鉻合滴定法測定硫酸根離子。鈉吸附比法計算堿化度。高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶;3,5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶。

1.3.2 釀酒葡萄的采集與品質(zhì)測定 葡萄收獲時,每個處理隨機選取5株。采集同一部位果穗,選擇適量大小均一果實壓碎、過濾測定品質(zhì)。

NaOH滴定法測定可滴定酸含量;直接滴定法測定還原糖含量。選取適量果實用超純水洗凈去籽、烘干、粉碎、過篩,采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定微量元素。

1.3.3 釀酒葡萄產(chǎn)量測定 單株產(chǎn)量由每個處理隨機采取12株果實計算平均值得出。其產(chǎn)量為小區(qū)總株數(shù)與單株產(chǎn)量的乘積。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

試驗數(shù)據(jù)以Excel 2016軟件整理,采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析,用Origin 2021、Canoco 5.0進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微生物肥料對土壤鹽漬化特征的影響

2.1.1 不同微生物肥料對土壤鹽堿特征的影響 土壤pH能夠反應(yīng)土壤的堿化程度,從表1可以看出,在不同土層上不施肥處理的pH最高,土壤pH大于8.5屬于強堿性土壤,化肥施用對土壤的pH影響不顯著。生物有機肥和滅活微生物菌劑能在一定程度上降低土壤pH,在0～20與20～40 cm土層,滅活微生物菌劑處理較對照分別降低1.42%和0.67%,生物有機肥處理較對照分別降低1.1%和0.2%,說明滅活微生物菌劑對于降低土壤pH效果最好。

表1 不同微生物肥料對土壤鹽漬化特征及酶活性的影響Table 1 Effects of different microbial fertilizers on soil salinization and enzyme activities

土壤鹽分由各種可溶性鹽離子組成,根據(jù)種類不同,鹽分離子的組成具有明顯差異,其組成決定土壤脫鹽的難易程度。通過土壤中八大離子含量來明確鹽分的種類,從而分析土壤的鹽堿狀況。由表1可知,滅活生物有機肥處理下的全鹽含量與其他處理有顯著差異,大部分鹽基離子累積到表層土壤。在0～20和20～40 cm土層,生物有機肥處理較對照分別降低9.11%和10.00%;液體微生物改良劑處理較對照分別降低5.52%和10.67%,說明生物有機肥與液體微生物改良劑處理能使土壤全鹽含量有所降低,其中生物有機肥的效果更好。

堿化度是鹽漬土分類、利用和改良的重要參考指標(biāo)。一般把堿化度>20%定為堿土,5%～20%定為堿化土(15%～20%為強堿化土,10%～15%為中度堿化土,5%～10%為輕度堿化土)[19]。由表1可知,化肥處理和滅活微生物菌劑處理下的土壤堿化度偏高,在0～20和20～40 cm土層,滅活液體微生物改良劑處理下堿化度較對照分別降低24.4%和8.3%;液體微生物改良劑處理下堿化度較對照分別降低16.7%和18.3%,說明在不同土層滅活液體微生物改良劑和液體微生物改良劑對降低堿化度都有一定效果,整體來看液體微生物改良劑效果更好。

圖1 不同微生物肥料對土壤鹽分離子的影響Fig.1 Effects of different microbial fertilizers on soil salt ions

2.1.2 土壤主要可溶性鹽離子組成與全鹽量相關(guān)性分析 土壤全鹽代表的是離子總量,不能反映個別離子的濃度變化情況。因此,建立全鹽量與八大離子濃度間的關(guān)系,可以反映各離子濃度的變化與全鹽量的關(guān)系,離子間的濃度相關(guān)性分析也可以揭示土壤離子的來源。不同土層土壤可溶性離子濃度與全鹽量的相關(guān)性如表2～3所示,在20～40 cm土層上,Ca2+與Mg2+、Na+與Cl-在0.01水平上呈顯著正相關(guān),以Cl-和Na+濃度的相關(guān)性為最好。

表2 0～20 cm土壤可溶性離子濃度和全鹽量的相關(guān)性Table 2 Correlation between soluble ion concentration and total salt content in 0-20 cm soil

表3 20～40 cm土壤可溶性離子濃度和全鹽量之間的相關(guān)性Table 3 Correlation between soluble ion concentration and total salt content in 20-40 cm soil

圖2 土壤主要離子組成Piper圖Fig.2 Piper diagram of soil main ion composition

2.2 不同微生物肥料對土壤酶活性的影響

土壤酶(如過氧化氫酶、蔗糖酶等)作為土壤中最活躍的有機成分之一,在各種生化反應(yīng)過程中均有參與。其不僅是土壤肥力高低的評價指標(biāo),還是土壤環(huán)境質(zhì)量及生態(tài)系統(tǒng)變化的敏感指標(biāo)。由表1可知,液體微生物改良劑處理下的土壤過氧化氫酶含量增長最顯著,在0～20和20～40 cm土層較對照分別增長4.72%和1.38%,化肥處理與滅活液體微生物改良劑處理下的過氧化氫酶含量最低,說明液體微生物改良劑對提高土壤過氧化氫酶含量效果理想。在0～20 cm土層,滅活微生物菌劑處理下的土壤蔗糖酶含量增長最顯著,較對照增長34.2%;在20～40 cm土層,滅活生物有機肥處理對土壤蔗糖酶含量的影響程度最顯著,較對照增長7.3%,其他各處理蔗糖酶含量較對照(CK)處理較低。說明在不同土層,滅活微生物菌劑與滅活生物有機肥能提高土壤蔗糖酶含量,其中滅活微生物菌劑對提高土壤蔗糖酶含量效果更好。

2.3 不同微生物肥料對釀酒葡萄產(chǎn)量的影響

不同微生物肥料對釀酒葡萄平均單粒重及單穗重的影響不同,由表4可知,市售有機肥處理的平均單粒重和平均單穗重略低于對照,其他處理均高于對照,其中滅活生物有機肥和生物有機肥處理與對照之間的差異顯著。施肥可增加釀酒葡萄產(chǎn)量,滅活生物有機肥處理和滅活液體微生物改良劑處理的增產(chǎn)效果最顯著,分別較對照增加10.2%和11.2%。滅活微生物菌劑處理和市售有機肥處理較對照有略微的減產(chǎn),分別較對照降低2.9%和1.2%。其他處理較對照均有不同程度的增產(chǎn)。

表4 不同微生物肥料對釀酒葡萄產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of different microbial fertilizers on the yield of wine grape

2.4 不同微生物肥料對釀酒葡萄品質(zhì)的影響

施肥可以提高釀酒葡萄還原糖以及微量元素的含量,對于降低可滴定酸含量也有一定效果。由表5可知,各施肥處理下葡萄還原糖含量較對照(CK)處理均有不同程度增長,生物有機肥處理下葡萄還原糖含量增長最顯著,較對照增加43.3%,對照(CK)處理下葡萄還原糖含量最低,說明生物有機肥對于提高釀酒葡萄還原糖含量效果最好。各施肥處理下葡萄可滴定酸含量較對照均有所降低,其中液體微生物改良劑處理下葡萄可滴定酸含量降低最顯著,較對照降低27.5%,說明液體微生物改良劑對于降低釀酒葡萄可滴定酸含量效果最好。滅活微生物菌劑處理和滅活液體微生物改良劑處理下葡萄Na含量較對照(CK)處理分別降低24.3%和22.7%,其他處理較對照(CK)處理均有不同程度增長。生物有機肥處理和滅活液體微生物改良劑處理下葡萄K含量較對照(CK)處理分別降低2.9%和11.7%,其他處理較對照(CK)處理均有所增長。滅活生物有機肥處理下葡萄Ca含量較對照(CK)處理增長3.4%,其他處理均低于對照(CK)處理,粉末微生物菌劑處理和滅活微生物菌劑處理較對照(CK)處理則顯著降低。滅活生物有機肥處理下葡萄Mg含量為各處理最高,但Fe含量為各處理最低。滅活液體微生物改良劑處理下葡萄Mg含量最低,生物有機肥處理下葡萄Fe含量最高。對照(CK)處理下葡萄Zn、Cu、B含量為各處理最低,粉末微生物菌劑處理下葡萄Cu、B含量為各處理最高,分別較對照增長60.8%和129.9%。滅活微生物菌劑處理下葡萄Al、Sr含量為各處理最高,分別較對照增長441.8%和51.0%。

表5 不同微生物肥料對釀酒葡萄品質(zhì)的影響Table 5 Effects of different microbial fertilizers on wine grape quality

2.5 基于主成分分析不同微生物肥料對寧夏賀蘭山東麓土壤鹽漬化特征及釀酒葡萄品質(zhì)的影響

通過主成分分析不同微生物肥料對土壤性狀及釀酒葡萄品質(zhì)的影響差異(圖3)發(fā)現(xiàn),20～40 cm土層全鹽與pH對釀酒葡萄品質(zhì)及產(chǎn)量的影響較高,同時釀酒葡萄的還原糖含量和可滴定酸含量與土壤理化性質(zhì)及酶活性的相關(guān)性較高而產(chǎn)量較小,說明土壤理化性質(zhì)及酶活性對釀酒葡萄品質(zhì)的影響更顯著。此外,0～20 cm土層過氧化氫酶與還原糖含量的相關(guān)性較高,說明過氧化氫酶的提高能同時影響葡萄還原糖含量。進一步結(jié)合土壤理化指標(biāo)與釀酒葡萄品質(zhì)及產(chǎn)量指標(biāo)分析說明,生物有機肥處理較對照在0～20和20～40 cm土層全鹽含量分別降低9.11%和10%,pH分別降低1.1%和0.2%,土壤過氧化氫酶含量分別提高1.89%和1.38%。生物有機肥處理下葡萄還原糖含量最高,較對照增加43.3%,Fe含量最高,較對照增加60.6%,產(chǎn)量較對照提高8.9%。除此之外,微生物菌劑對于降低土壤pH與提高土壤酶活性有較好的效果,對于鹽漬化土壤的改良可以深入研究。

3 討 論

隨著賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展,在釀酒葡萄種植過程中,由于對肥料施用無法正確把控以及較差的土壤環(huán)境狀況,導(dǎo)致葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)與國外相比仍然存在較大的差距[20-22]。過量投入化學(xué)肥料是加速設(shè)施土壤鹽漬化程度的主要原因之一[23],不利于釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。針對以上問題,微生物肥料與化肥配施是一項有效的解決方法,微生物菌肥能使土壤微生態(tài)趨于平衡,改善理化性質(zhì)和養(yǎng)分狀況,提高釀酒葡萄土壤酶活性,促進釀酒葡萄生長,提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)[24-25]。同時,有機肥富含有機質(zhì)及多種果樹所需的營養(yǎng)元素,合理施用有機肥可以增加葡萄產(chǎn)量,提高葡萄品質(zhì)[26-29],并有效改善土壤生態(tài)環(huán)境,提高肥料的利用率[30-33]。

TS.全鹽;IT.蔗糖酶;CAT.過氧化氫酶;TA.可滴定酸;WR.產(chǎn)量;RS.還原糖TS.Total salt;IT.Sucrase;CAT.Catalase;TA.Titratable acid;WR.Output;RS.Reducing sugar圖3 PCA分析不同微生物肥料處理下釀酒葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)與土壤性狀因子的關(guān)系Fig.3 PCA analysis of the relationship between wine grape yield and quality and soil property factors under different microbial fertilizer treatments

土壤理化性質(zhì)對土壤肥力的評判具有重要依據(jù),在土壤中添加有特殊功能的微生物菌肥能有效提高土壤營養(yǎng)元素,從而改善土壤肥力。研究表明,生物有機肥施用較長時間可以顯著提高土壤肥力[34]。本研究得出,生物有機肥和滅活微生物菌劑處理能有效降低土壤pH,同時生物有機肥和液體微生物改良劑能顯著降低土壤全鹽含量。

土壤酶來源于土壤動植物活體或殘留物及土壤微生物,其活性大小可以體現(xiàn)土壤肥力高低。在0～20和20～40 cm土層,滅活微生物菌劑和滅活生物有機肥處理對土壤蔗糖酶含量分別較對照提高34.2%和7.3%。

釀酒葡萄還原糖、可滴定酸是評價果實品質(zhì)的主要指標(biāo),是果實成熟度的重要標(biāo)志。且葡萄喜鉀,對鈣鎂的需求也較高。施肥有利于釀酒葡萄還原糖的積累,同時降低可滴定酸含量。通過本研究發(fā)現(xiàn),生物有機肥處理下葡萄還原糖含量最高,較對照增加43.3%;液體微生物改良劑處理下葡萄可滴定酸含量最低,較對照降低27.5%。同時,滅活生物有機肥處理下葡萄Ca、Mg含量增長最顯著,分別較對照(CK)增加3.4%和31.1%。

王其傳等[35]及張志剛等[36]研究表明,微生物肥料能有效改善土壤理化性質(zhì),調(diào)節(jié)土壤微生態(tài)平衡,促進作物生長、增加產(chǎn)量。生物有機肥不僅對提高釀酒葡萄的品質(zhì)效果顯著,能顯著提高葡萄還原糖以及部分微量元素的含量;與化肥配施還能達到增產(chǎn)的效果。由于微生物肥料肥效較緩,單施的增產(chǎn)效果沒有配施化肥明顯。因此在生物有機肥基礎(chǔ)上配施化肥有助于促進植株生長,增加可溶性糖含量,降低總酸,由此改善果實的品質(zhì)[37-38]。

生物有機肥是一種兼具微生物肥料和有機肥效應(yīng)的肥料。在賀蘭山東麓的貧瘠土壤上,生物有機肥與化肥配施能改善土壤環(huán)境,降低土壤pH和全鹽含量,提高土壤培肥和改良能力。其原因一方面是由于微生物肥料含有大量功能微生物,施入土壤后會分泌酸性代謝物質(zhì)與土壤中的堿中和,由此降低土壤鹽堿度;更主要是因為微生物肥料中豐富的有機質(zhì)與有益微生物,能夠驅(qū)使土壤有機物質(zhì)分解,參與物質(zhì)循環(huán)過程[39],在改善土壤環(huán)境的同時提高果實品質(zhì)和產(chǎn)量,在保證經(jīng)濟效益的同時能夠?qū)崿F(xiàn)賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 論

(1)生物有機肥對降低土壤pH與全鹽均有一定效果,在0～20和20～40 cm土層分別降低1.1%和0.2%,9.11%和10.0%,土壤過氧化氫酶含量分別提高1.89%和1.38%。同時生物有機肥處理下葡萄還原糖含量最高,較對照增加43.3%,產(chǎn)量較對照提高8.9%,同時對部分微量元素的提高也效果顯著,尤其Fe含量最高,較對照增加60.6%。

(2)滅活的液體微生物改良劑、生物有機肥、微生物菌劑對降低土壤八大離子含量均有一定效果。對于酶活性的提高,滅活微生物菌劑效果較顯著。

(3)土壤鹽離子類型以及與全鹽量相關(guān)性分析表明,該研究區(qū)土壤主要以氯化鹽與鈉鹽為主,且Na+與Cl-能很好的反映土壤鹽分濃度變化情況。

(4)在寧夏賀蘭山東麓的鹽漬化土壤上,不同微生物肥料對土壤培肥和改良效果顯著,尤其以生物有機肥配施減半化肥效果表現(xiàn)最佳。