土壤质量变化对葡萄种植的影响

孙梦飞，彭建伟*，杨国顺，钟雪梅，康兴蓉

(1.湖南农业大学，湖南长沙 410128；2.土肥资源高效利用国家工程试验室，湖南长沙 410128；3.湖南省葡萄工程技术研究中心，湖南长沙 410128)

葡萄口味特殊，营养价值高，人们非常喜欢食用。葡萄种植户在生产过程中大量施肥，以高投入追求葡萄的高产出和高品质，但忽略了土壤的承受能力，容易出现土壤酸化、板结、微量元素缺乏和葡萄植株根系分布浅等一系列问题，造成土壤退化，保肥能力弱，不利于葡萄种植。葡萄生长对于土壤质量有其特定的需求，葡萄园可持续生产，土壤质量的保护与提升就显得尤为重要。从土壤的物理、化学、微生物性质等多个方面就葡萄园土壤质量特征进行分析，以期为生产优质葡萄及推动农业的可持续发展提供参考。

1 土壤质量的定义及其内涵

1.1土壤质量的定义土壤质量是反映土壤性质的标准之一[1]，土壤质量中的可测指标，包括土壤物理性质、化学性质和微生物，均能反映出作物的生长发育等相关内容[2]。

关于土壤质量的定义，中国的学者给出了一些看法，他们认为土壤质量包括“土壤保持生产力和保护人类、动植物健康的能力”，指的是由土壤组成的能够保持自身系统生产力的自然或被感知的生态系统，以及人类、动植物健康而不会自身退化或产生其他生态问题的能力，是土壤特有或整体功能的综合体现[3-4]；相对于中国学者，美国学者[5]指出，土壤可以改变土壤的生态系统、调节系统外的环境的这种能力称为土壤质量。除此之外，美国土壤学会[6]指出，土壤质量是“保持动植物的生产力，保持并改善水质和空气质量，支持人类健康和自然生态条件和人为生态系统的能力”。中国学者给出的土壤质量的定义是从生态系统环境和可持续性问题出发诠释其本质，而美国国家研究委员会和美国土壤学会给出的土壤质量的定义偏向于植物和动物乃至人类的生存。土壤质量定义的确定，是明确研究土壤结构性和功能性的重要指导方向和关注领域，有利于发挥土壤生产的有效性和土壤管理的针对性。

1.2土壤质量的特性土壤质量的特性可以从土壤自身性质和外在条件体现出来，土壤自身性质包括理化和微生物性质，外在条件包括土地利用方式，土地利用方式是人们为了获得一些效益，长期或者不间断地在土地上种植等相关事宜[7-8]。Turner等[9]研究表明，不同的土地利用方式，可以改变土地覆被状况，并且影响许多生态过程，如生物多样性的改变[10]、土壤侵蚀程度的快慢[11-12]、土壤环境质量的变化[13-14]等。土壤的改善源自于合理的土地利用方式，这样能使土壤抗性增加，结构匀实，进而土壤环境质量也更好[15-16]；反之，土地管理措施不当，没有合理利用，土壤的环境质量就会降低[17]，土壤会变得容易被侵蚀[18]，生物的多样性也降低[19]。

相关研究指出，土地利用方式的变化不但会引起土壤环境质量的变化，还会改变地表的植被生长[20]，改变地表反射率[21-22]，进而植物的枯枝落叶等都受到影响[23]，土壤微生物也不例外[24]，土壤在管理方面也产生影响[25]。目前，土地利用方式的改变是影响全球环境变化的原因之一，而研究土地利用变化对土壤质量的影响是全球环境变化研究的核心内容[26-29]。

2 土壤物理性质变化对葡萄种植的影响

2.1土壤容重和孔隙度土壤容重通过影响葡萄根系的生长而影响其对养分等的吸收，进而对葡萄产量和品质造成影响。土壤容重大小由土壤孔隙度和土壤固体的数量决定，因此，土壤容重与葡萄根系的生长有很大的关系。Allmaras等[30-31]研究表明，土壤通气性的好坏、根系扎根的深浅以及根系生长状况都与土壤容重呈显著相关。王晓芳等[32]研究显示，土壤容重在1.05～1.25 g/m3时，葡萄根系分布很广，但是达到1.47 g/m3时根系根量不多，超过1.65 g/m3时基本没有根系。肥料种类对土壤的影响较大，土壤容重随有机肥等的施用而发生改变，土地利用方式的变化也可使土壤容重发生改变，Franzluebbers等[33]、Murty等[34]、Bronson等[35]等发现，林地变草地或林地变耕地都使土壤的容重变大。

土壤孔隙度与土壤容重关系密切，二者可以全面反映土壤的水分保持能力、疏松程度和土壤通气能力。张宝峰等[36]发现，在土壤通气孔隙度约为10%时，有利于葡萄根系扎根，土壤水分保持。但是土壤孔隙度不能太小，因为土壤孔隙度越小，土壤越紧实，影响葡萄扎根，反之孔隙度越大，土壤的透气性越好，结构也稳定。土壤团粒结构十分重要，其影响土壤对水分的吸收、自身的透水透气性。吕粉桃等[37]研究发现，随退耕年限的延长，土壤总孔隙度呈增大的趋势，土壤容重则表现出减小的趋势。姜培坤等[38]研究发现，在红壤地区也出现类似的规律，在植被恢复之后，土壤容重明显降低，并且土壤总孔度和通气孔度总量增加。彭文英等[39]研究发现，黄土高原遭侵蚀破坏的土体构型，在退耕以后土壤的稳定性渐趋恢复，容重变小，在30年后，土壤的物理性质较为稳定。

2.2土壤团聚体土壤团聚体是土壤结构的基本组成单元，是土壤中的有机物等转化分解为营养元素从而被葡萄根系吸收的场所。土壤团聚体是土壤肥力的基础，是评价土壤质量的重要指标[40]。

土壤团聚体的直径大小会对葡萄种植产生影响，Cheng等[41]研究显示，葡萄园的优势水稳性团聚体直径为 0.25～0.50 mm，并且含量在113～261 g/kg，对于葡萄的种植和生长有较大影响。土壤团聚体的数量也不是一成不变的，王锐[42]研究指出，葡萄种植时间越长，直径>0.25 mm 的水稳性土壤团聚体数目明显增长，而直径<0.25 mm的水稳性土壤团聚体数量则随之减少，研究还显示，葡萄种植年限过长则不利于>5 mm水稳性团粒的稳定。不同土质的土壤，其团聚体数量的改变使得葡萄根系也发生变化。在砂质土壤上，土壤团聚体数量的改善可以促进葡萄的根系发育，增加水分的保持能力，还能提高土壤微生物的多样性[42]。

土壤团聚体数量和大小改变的影响因素很多，土地利用方式的改变是最主要的因素之一。葡萄种植户为了扩大种植面积，会将水田、荒地、坡地等不同类型的土地整改，从而造成土地利用方式的改变，那些人为扰动较小的土地，团聚体没有被整改，水稳性团聚体的数量较多，但其稳定性不高，容易遭到破坏。葡萄种植户利用水田、荒地、山坡等土地种植葡萄，土壤团聚体先被破坏，然后通过人工管理后重新合成。在新开垦的土地上，水稳性大的团聚体的数量较少，直接种植葡萄的效果可能并不理想，而在成熟土旱地，水稳性大团聚体的数量基本稳定，种植葡萄比较好。

2.3土壤持水性葡萄生长过程中，根系从土壤中吸收水分是主要的水分吸收方式，土壤的最大、最小持水量是确定葡萄灌水量的重要依据，是由土壤的毛管孔隙度和总孔隙度的大小决定的[43-44]。

葡萄园内有些地方严重积水，或者生长期剪枝不到位而使得枝蔓过密，再加上水分分配、灌溉不均匀则极易造成葡萄园内部湿度过大，葡萄植株发生病害，最后严重影响葡萄植株的种植以及生长发育，并且大大降低鲜食葡萄的产量和品质。葡萄的种植需要适宜的水分，过多过少都会对葡萄产生影响。王锐等[45]研究指出，当含水率小于田间持水量的35%时，葡萄的新梢生长就会受到抑制，营养生长明显减弱，而土壤含水量为田间持水量的60%～70%时，土壤的透气性和水分含量比较适宜，葡萄植株生长良好；但是当土壤持水量超过80%时，会因为水分过多导致土壤中的空气减少，影响通气情况，葡萄根系受到限制，抑制水分和养分的吸收，不利于葡萄的生长，所以在葡萄种植过程中，水分的调控就显得尤为重要。

3 土壤化学性质变化对葡萄种植的影响

3.1土壤有机质土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标，它可以为葡萄生长发育提供各种营养元素，同时还可以改变土壤结构，改善土壤性状[46]。

土壤有机质含有植物生长过程中所必需的大量、中量和微量元素，其对葡萄的生长十分重要。李志杰等[47]研究表明，有机质含量增加后，葡萄叶片的CO2浓度增加，光合作用增强，葡萄的产量提高，同时葡萄植株的蒸腾作用降低，对葡萄植株生长产生积极影响。补充土壤有机质能增加土壤生物量，提高土壤酶活性，增加微生物种类，同时还能促进土壤中有机态氮的矿化速率和矿化效率，从而增加土壤养分含量和土壤肥力有效性，促进葡萄根系的营养吸收，增加葡萄产量，改善果实品质。有机质在土壤微生物碳源和能量供应上也有很大作用，在评价土壤肥力高低的同时，土壤有机质含量通常被作为一个最重要的养分衡量指标。

3.2土壤养分葡萄种植过程中对土壤养分需求很大，王锐等[42]研究表明，葡萄园的土壤肥力大小可以直接影响葡萄植株的营养生长和后期发育，对葡萄的产量和品质均有较大影响。

氮素是葡萄需求量较大的营养元素之一，对蛋白质及叶绿素的合成有重要的促进作用，从而对葡萄植株的生长、产量的提高有重要作用。有研究表明[48-51]，生产22.5 t/hm2葡萄需从土壤中吸收纯N 210.0 kg/hm2，土壤中氮的利用率为土壤供给量的1/3。土壤中营养元素的含量多少可以显著影响葡萄的产量和品质，范海荣等[52-53]研究显示，高产葡萄园土壤中的有效磷、碱解氮、速效钾和水溶性钙、水溶性镁的含量是低产葡萄园的2倍以上。

葡萄在成熟期会通过根系从土壤中吸收氮素来维持果实生长，这就需要通过施用氮肥来补充土壤中缺失的氮素。葡萄易于累积硝酸盐，施用硝态氮肥会加强葡萄中硝酸盐含量的累积[54]，氮肥施用也不是越多越好，合理施用氮肥十分重要，在我国北方，氮肥的大量施用影响果树对养分的吸收[55]、氮素过剩但是微量元素堆积在根系，其他元素供应不上而缺乏，产生植株幼苗早衰和病害[56]。尽管葡萄对氮肥的需求量很大，但是过量施用也会影响葡萄的生长，而且葡萄不能吸收所有的氮素养分。因此，生产中应用氮肥利用率来计算氮肥对作物增产效果的重要参数，也能反映氮肥对环境的影响，同时也是目标产量法计算推荐施肥量的科学依据，还是评价新型肥料效果和栽培技术水平的重要参数[54]。氮肥的施用遵循合理施肥，有助于葡萄的高效生产，也利于提高土壤的肥力，稳定土壤性质。

磷素在葡萄种植过程中必不可少，它在葡萄氮的代谢、糖分的转运中起促进作用，还能增加葡萄植株对环境的适应性。磷素可以促进细胞分裂，葡萄叶片的生长，还能促进葡萄植株花和芽的分化，器官组织和葡萄果实的发育，并能提高授粉，增加葡萄产量，增加葡萄果实中可溶性总糖的含量，增加糖分，降低总酸度，进而提高葡萄品质[57]。

土壤磷素的供应会影响葡萄的生长。土壤有效磷可以调节土壤对氮素的吸收能力，促进葡萄的花芽分化、果实发育，进而提高葡萄的产量和品质，同时磷素还能提高葡萄根系的吸收能力，促进葡萄根系的快速生长和发育，继而提高葡萄的抗旱性和抗寒性。根据全国各地的土壤普查资料，磷的含量大致在0.44～0.85 g/kg，产量为22.5 t/hm2葡萄果实，葡萄植株需要从土壤中吸收纯P 67.5 kg/hm2[48-51]，土壤中磷的利用率为土壤供给量的1/2。磷素在葡萄成熟前期，通过促进葡萄根系以及葡萄枝叶的碳水化合物向葡萄果实的转运合成，能显著改善葡萄品质。由于土壤中的磷素含量较低，在葡萄种植生长过程中，葡萄种植人员会施用磷肥来补充养分。

钾素是葡萄种植的必需营养元素之一，但是不参与葡萄植株一些重要的有机体组成[58]。钾肥的施用可以提高葡萄植株抗倒伏性能和病虫抗性，加快水分和养分的运输。葡萄在浆果的生长发育中对钾的要求比较高，关系也最密切，在萌芽期至果实膨大期，葡萄植株各器官中的钾积累量均有所升高。葡萄在浆果开始成熟和采收前急需钾素的供应，在葡萄果实成熟期到葡萄的落叶期，钾素的积累量显著增加，数据显示叶片和当年生枝条内的钾素含量上升最快[59-60]。吴林等[61]试验证明，施用钾肥能降低葡萄的青果率，提高葡萄产量及品质。

3.3土壤pH土壤pH是重要的土壤特性，它影响土壤肥力。由于pH直接影响大多数作物的存活，因此在葡萄植株的生长发育过程中，土壤pH显得尤为重要[62]。

葡萄生长过程中，从土壤中吸收营养物质，以维持自身的生长发育。但是土壤中营养元素的存在形态、土壤微生物的组成和活动、植物吸收的有效程度以及有机物合成和分解均受pH影响，所以土壤pH的变化会极大地影响土壤物理性质、化学性质及微生物数量和种类。孙权等[63]指出，葡萄种植过程中土壤过酸(pH≤4)，土壤微生物的存活率降低，葡萄根系表面对水分和养分的吸收减弱，对葡萄的生长明显不利，土壤pH过高也不行，葡萄种植过程中土壤过碱(pH≥8.3)，葡萄植株的新梢会有黄叶病的发病迹象。因此，要种植高产优质的葡萄，要控制好土壤pH，差异变化大的土壤在定植葡萄前必须采取一定的改良措施，如有机培肥、施水活土、开沟定植、施用酸碱性肥料等。

4 土壤微生物性质变化对葡萄种植的影响

土壤微生物包括真菌、细菌、病毒等。它们在土壤中进行多种化学反应，包括分解土壤有机质，氮素、碳素养分的合成和分解在一定程度上影响土壤质量的变化。土壤微生物对土壤环境的改变极为敏感，土壤微生物不仅可以反映土壤中参与调控能量和有机物循环转化的微生物数量，而且可以反映人为或者其他的干扰因素所导致的土壤性质的变化。龙健等[64-65]研究发现，土壤越深，土壤养分就越少，微生物的数量越少，土壤质量下降也会使微生物数量减少，并且真菌数量的减少幅度显著高于细菌。

4.1土壤微生物多样性微生物多样性包括微生物功能多样性、微生物物种多样性和微生物遗传多样性[66]。微生物的培养主要用培养基培养，通过观察菌落来分析微生物种群。真菌在酸性环境下存活能力强，而土壤放线菌和细菌数量在中性或碱性环境下比较多。土壤酶的多样性是土壤微生物功能多样性的主要表现形式，其多样性比群落结构多样性更重要[66]。葡萄种植过程中适当施用微生物菌剂等肥料对葡萄的生长和发育有很大的提升，陈承利等[67]研究表明，土壤质量在一定程度上可以由土壤微生物组成的多样性以及群落结构的变化来反映。在土壤中存在多种微生物，其多样的代谢和功能可以有效调节土壤质量，从而提高葡萄的产量和品质。

4.2土壤微生物量土壤微生物量包含土壤微生物量磷、硫、碳和氮等，其中碳最为常见，氮次之。孙瑞莲等[68]研究显示，土壤微生物量和土壤养分之间有显著关系，细菌、固氮菌数量越多，土壤中全氮、碱解氮等含量就越高。土壤微生物的生物量碳和氮在土壤中含量很少，但是它们的作用很大。在土壤和植物组成的系统中，土壤微生物在物质代谢中起着重要的作用，还影响植株养分的循环，对于改变土壤质量发挥十分重要的作用[69-70]，它能在功能上使土壤的有机质发生变化，间接地改变植株对土壤中养分的吸收[71-72]。葡萄生长发育阶段，土壤微生物量在葡萄根系吸收养分的过程中起着不小的作用。葡萄种植的时间也会改变土壤物生物量，姜培坤等[73]指出，葡萄种植如果栽培年限过长，则土壤微生物量碳、氮以及磷的含量就会变低，反之则会变高。从而在葡萄种植过程中，关注土壤微生物量对于及时了解葡萄生长情况就显得尤为重要。

5 土壤质量问题及改良措施

5.1存在的土壤质量问题由于外界因素的干扰，比如施肥单一，施肥方式不适当等，对土壤的管理不善，导致土壤的物理性质发生变化，再加上整改不到位，最后影响土壤质量，使得土壤产生退化，保肥能力变弱，土壤逐渐失去了原来的能力。所以如何改良土壤性质，改善土壤质量，提升葡萄的产量和质量是目前需要关注的问题。

5.2改良措施

5.2.1增施有机肥，改良土壤特性。部分地区土壤由于存在板结、盐渍化等问题，不适合种植葡萄，这些土壤就需要整理改良，具体土壤改良培肥的方法有以下几种：作物秸秆直接还田、作物秸秆制作肥料施用、生产绿肥施用、施用有机肥料等。

葡萄园土壤的改良，可以通过增施有机肥提高土壤有机质含量，改善土壤结构和质地。土壤有机质有特殊的结构，比砂土的黏性强，比黏土的黏性弱。在砂性土壤中施用有机肥，使砂性土粒容易黏结成大土粒，可以很好地改善土壤的砂性状况，不容易松散，增加其对水分的吸附能力；而对于黏性比较大的黏质土，施加有机肥可以使黏结比较大的土块散开碎成小土块。

5.2.2土壤改良剂改良。土壤改良剂用量不多，但是可以有效地改善土壤的状况和土壤微生物，而且可以有效地治理退化的土壤[74]。近几年，随着科技的发展，土壤改良剂的研究也越来越深入，用量少、效率高的改良剂陆续被开发，使得土壤改良剂可以逐步发展到能普遍地应用到大田中去，而且土壤改良剂的研究技术容易推广，见效快，农民易于接受，具有很大的应用前景。土壤改良剂的种类繁多，针对不同的土地，改良剂成分也比较复杂，一般按照性质可分为有机物土壤改良剂、无机物土壤改良剂和混合土壤改良剂等。

5.2.3实施轮作与间作套种改良。轮作可比较合理地利用土壤中剩余的养分，改变土壤的单一作物所带来的病菌，不同作物的轮作可以减少病虫灾害，同时可以改善土壤的理化性状，不同作物的轮换有利于充分利用土壤养分。

间作套种在我国也有多年的传统，可以有效地改变土地的生产力。现已证明，不同品种的作物在不同的时期套种间作，可以充分地利用土壤养分，减少病虫害。在葡萄一个周期中，葡萄果实采摘完毕后，葡萄园可以种植莴笋、草莓、西瓜等作物，一方面可以填补葡萄采摘完的空缺期，另一方面可以充分利用土壤剩余的肥力，对于土壤的更新以及改良有很好的促进作用。

6 展望

葡萄作为经济产物，其营养价值和市场价值都很高，葡萄种植户希望葡萄能高产量，高品质，销路多，销路广，但是很容易忽视土壤自身的承受能力能否满足葡萄植物生长的需求。

为了追求高产量高品质，葡萄种植户应加大肥料的投入，改善土壤物理性质、化学性质、生物学性质，促进葡萄的生长发育。不合理的管理操作方式会导致葡萄生长出现问题，严重的则会减产死亡。因此，在葡萄种植过程中，合理施用化肥、有机肥等，可以有效地改善土壤的物理、化学性质，增加土壤中微生物多样性等，进而改良葡萄土壤，提升土壤质量，使得葡萄产量和品质进一步提升是该研究需要探究的重点和未来农业可持续发展研究的方向。

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