紫茎泽兰堆肥对葡萄产量、品质和土壤性状指标的影响

隋宗明，刘海,2，殷洁，郭明全，王勇，袁玲*(.西南大学资源环境学院，重庆 40076；2.贵州省农业科技信息研究所，贵州 贵阳 550006；.四川省烟草公司凉山州公司，四川 西昌65000)

紫茎泽兰(Eupatoriumadenophorum)系菊科泽兰属多年生草本植物，原产于墨西哥和哥斯达黎加，后经越南、缅甸侵入我国云南，现已成为西南地区危害最严重的外来入侵植物之一[1-2]。紫茎泽兰在四川省凉山州的危害面积超过行政区域总面积的10%[3]，现仍在快速向东部和北方蔓延，对当地农田、草场和森林构成严重威胁，造成巨大的生态危害和经济损失，有效防除紫茎泽兰成为当地生态治理的迫切任务之一。但是，采用人工、机械和化学除草的方法耗资巨大且效果较差[3-4]，如何无害化处理与资源化利用紫茎泽兰已经引起高度关注。

在利用紫茎泽兰造纸、生产饲料和制作能源物质等应用尝试中，发现紫茎泽兰存在纤维长度不够、难以去除毒性和热值较低等一系列问题，未能在实际生产中推广应用[5-6]。但是，紫茎泽兰生长速度快、生物量大，富含有机质、氮、磷、钾，去除生物毒性物质后[7-9]，可以作为一种优质有机肥资源加以利用[10]。工厂化处理紫茎泽兰生产有机肥，收集运输困难、经济效益低下，难以运作实施。紫茎泽兰内含抑制植物和某些微生物生长的化学成分，根、茎、籽均可再生繁殖，不能作为绿肥直接翻压入土；而采用普通堆肥方式又难以有效降解其中的有毒物质，也不能彻底腐熟和杀灭其繁殖器官[11]。经课题组多年研究，利用微生物菌剂就地积制紫茎泽兰制作堆肥，可在高温堆沤过程中降解有毒物质并杀灭繁殖器官，具有腐熟效果好、成本低、操作简便等特点[5,12]。经此法生产的紫茎泽兰堆肥不仅增加了大麦(Hordeumvulgare)及辣椒(Capsicumfrutescence)产量，而且可以改良土壤[12]。然而，在紫茎泽兰泛滥的地区，其生物量巨大，有必要拓展紫茎泽兰堆肥应用的作物。

四川省凉山州是西南地区重要的水果种植基地，大规模种植葡萄(Vitisvinifera)，长期过量施用化肥导致果实品质下降及果园土壤性状恶化[13]。为此，本研究在紫茎泽兰堆肥积制区域，选择当地的葡萄种植园，研究紫茎泽兰堆肥对葡萄产量、品质和土壤性状的影响，为评价堆制紫茎泽兰的脱毒效果、堆肥肥效和在葡萄上的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于四川省西昌市礼州镇(28°02′ N，102°11′ E)，海拔1600 m，年均气温15.6 ℃，降水量1044.6 mm，无霜期273 d，年均日照时数2427.6 h。当地村庄附近的山坡、农田边、路边及沟渠旁均有大量紫茎泽兰分布。

葡萄种植土壤为砂质壤土，pH 5.33、有机质、全氮、磷、钾含量分别为14.83 g·kg-1、1.65 g·kg-1、1.19 g·kg-1和17.64 g·kg-1，有效氮、磷、钾含量依次为122.7 mg·kg-1、25.7 mg·kg-1和163.2 mg·kg-1。

1.2 试验材料

紫茎泽兰堆肥(以下简称堆肥)：2013-2015年，每年9月在试验地附近采集紫茎泽兰地上部，铡成5～10 cm小段，撒0.25%由恶臭假单胞菌(Pseudomonasputidasp.)和热纤维梭菌(Clostridiumthermocellumsp.)制成的混合腐熟剂，以及0.4%辅助剂，堆置成长条状(长×宽×高≈3.5～4.0 m×1.5～2.0 m×1.5～1.8 m)，踩踏紧实，覆盖农用塑料薄膜，堆置90 d，积制成堆肥，并于当年12月作为基肥施用，其有机质、氮、磷、钾、腐殖酸含量(干重)分别为89.47%、2.79%、0.80%、2.70%、8.42%。

化肥：尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、硫酸钾(K2O 50%)。

供试葡萄：5年生红地球葡萄，篱架式起垄栽培，种植密度约为9000株·hm-2。

1.3 试验设计

根据葡萄的需肥特性，每株葡萄全年施纯氮、磷、钾养分分别为180 g、150 g和200 g。在施用堆肥的处理中，有机肥用量以氮计，不足的磷、钾用化肥补充，使各处理氮、磷、钾养分用量相等。田间试验共设4个处理，1)单施化肥(CF)；2)50%化肥+50%堆肥(M50)；3)25%化肥+75%堆肥(M75)；4)全堆肥(M100)。以相邻、长势基本一致的20株葡萄作为一个处理，重复4次，随机排列。全年共施肥4次：基肥、花期追肥、果实膨大期追肥和果实转色期追肥。各处理的堆肥均作基肥全部施入，化肥处理中的氮肥按10%、30%、30%和30%比例，磷肥按75%、25%、0%和0%比例，钾肥按0%、30%、30%和40%比例分4次施用。施肥方式为沟施，施肥点距葡萄主干40～50 cm，深度为40 cm。常规田间管理。试验于2013-2016年连续进行，测定最后一年葡萄的产量、品质及土壤性状指标。

1.4 样品采集及测定项目

葡萄产量性状测定：各处理在果实成熟期记录葡萄单株产量；随机选取15穗中部果穗，在果穗上、中、下部按1∶1∶1比例随机选取100粒葡萄，1/100天平测定百粒重；游标卡尺测量葡萄果粒横、纵径。

葡萄品质性状测定：各处理在果实成熟期随机选取15穗中部果穗，在果穗上、中、下部按1∶1∶1比例随机剪取适量无病虫害果粒，混合后脱皮榨汁进行品质测定。采用手持式折光仪测定可溶性固形物；蒽酮比色法测定可溶性糖；酸碱中和滴定法测定可滴定酸；2,6-二氯酚靛酚滴定法测定VC；紫外分光光度法测定硝酸盐；同时测定葡萄果实及当年生叶片(于各处理随机采集葡萄中部叶30片)全氮、磷、钾含量[14]。

土壤性状指标测定：在葡萄萌芽期(germination stage, GS)、花期(flowering stage, FS)、果实膨大期(expanding stage, ES)、果实转色期(turning stage, TS)和果实成熟期(mature stage, MS)，避开施肥点，按五点法于各小区取距葡萄主干25 cm左右的根际土壤。常规分析土壤pH、有机质、全量养分及有效氮、磷、钾[15]；氯仿熏蒸,0.5 mol·L-1K2SO4提取土壤微生物生物量碳、氮，K2Cr2O7氧化法测碳和腚酚蓝比色法测氮[16]；高锰酸钾滴定法、3,5-二硝基水杨酸比色法、苯酚钠—次氯酸钠比色法和磷酸苯二钠比色法分别测定过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性[17]；果实转色期采用平板计数法测定土壤细菌(牛肉膏蛋白胨培养基)、真菌(马丁氏琼脂培养基)和放线菌(高氏一号培养基)数量[18]。

1.5 数据处理

试验数据分别用Excel 2010、SPSS 19.0统计软件和LSD多重比较法进行计算、方差分析和差异显著性检验，显著性水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 葡萄产量、品质

由表1可见，M75处理的单果最重，横径最大；M100处理果粒最轻，纵径最小，二者之间差异显著(P<0.05)，其他处理之间无显著差异(P>0.05)。表明M75处理增大了果粒体积，增加了单果重量，但各处理单株产量间无显著差异(P>0.05)。

由表2可知，葡萄果实的可溶性固形物以M75处理最高，M100处理的最低，CF和M50处理之间无显著差异(P>0.05)；可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比以M75处理最高，CF、M50和M100处理间无显著差异(P>0.05)。CF处理的VC含量最低，比堆肥配施化肥处理平均低19.9%，且硝酸盐含量最高，比堆肥配施化肥处理平均高50.7%。

由表3可知，在成熟期，CF处理葡萄果实中的氮、磷、钾含量均最高，其余处理间无明显规律；各处理叶片氮、磷、钾含量间均无显著差异(P>0.05)。

表1 不同处理葡萄果实生物学性状和产量Table 1 Biology characters and yield of grape in different treatments

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Note: In each column, different lowercase letters mean significant difference among treatments (P<0.05). The same below.

表2 不同处理葡萄果实内在品质Table 2 Intrinsic quality of grape in different treatments

表3 成熟期葡萄果实和叶片氮、磷、钾含量Table 3 Contents of nitrogen, phosphorus and potassium in grape fruits and leaves at mature stage (%)

2.2 土壤微生物

2.2.1微生物生物量 试验各处理的微生物生物量碳呈单峰变化，葡萄转色期达到峰值，成熟期回落。CF与M100处理之间及M50与M75处理之间的微生物生物量碳无显著差异(P>0.05)，生育期内M50和M75处理的微生物生物量碳的平均含量显著高于CF和M100处理(P<0.05)。M75、M50和M100处理的微生物生物量氮也呈单峰变化，葡萄萌芽期至果实膨大期或转色期持续上升至峰值，成熟期有所下降；CF处理的微生物生物量氮持续增加。微生物生物量氮的平均含量M75>M50>CF>M100(图1)。

2.2.2细菌、真菌、放线菌数量 在葡萄果实转色期，土壤细菌数变化于13.07×107～38.07×107cfu·g-1，M50和M75处理显著高于CF和M100处理(P<0.05)；土壤真菌数以M75处理最高，比M100、M50和CF平均高约2倍；土壤放线菌数变化于17.33×106～35.80×106cfu·g-1，M50处理最高，M75与CF处理之间无显著差异(P>0.05)，M100处理最低(表4)。

图1 土壤微生物生物量碳、氮动态变化Fig.1 Dynamics of soil microbial biomass carbon and nitrogen contentsGS：萌芽期；FS：花期；ES：膨大期；TS：转色期；MS：成熟期。下同。GS: Germination stage; FS: Flowering stage; ES: Expanding stage, TS: Turning stage; MS: Mature stage. The same below.

2.3 土壤pH和养分

由表5可知，各处理土壤pH在葡萄转色期最低。在果实成熟期，土壤pH大小依次为M50>M75>M100>CF，差异显著(P<0.05)。各处理土壤有效氮含量在整个生长时期内呈下降-上升-下降的变化趋势，M100处理有效氮的平均含量最低。随生长时期延长，土壤有效磷含量总体上逐渐降低，CF处理的平均含量最高，M100处理最低。在葡萄各生长时期，M100处理的有效钾含量变化幅度最小，处理间有效钾的平均含量无显著差异(P>0.05)。

表4 果实转色期土壤细菌、真菌、放线菌数量Table 4 The numbers of soil bacteria, fungi and actinomycetes at turning stage (dry soil)

表5 不同时期土壤pH及有效养分含量Table 5 Soil pH and available nutrient contents at different stages

由表6可知，在葡萄成熟期，各处理土壤有机质和全磷含量间无显著差异(P>0.05)，M100处理全氮含量最低，M50处理全钾最低，其余处理全氮和全钾间无显著差异(P>0.05)。

表6 果实成熟期土壤有机质及全量养分含量Table 6 Soil organic matter and total nutrients content at mature stage (g·kg-1)

2.4 土壤酶活性

过氧化氢酶：在CF和M100处理的土壤中，过氧化氢酶活性在葡萄整个时期内无显著变化；在M50和M75处理的土壤中，葡萄果实膨大期最高，成熟期回落。M50和M75处理过氧化氢酶的平均活性显著高于CF和M100处理(P<0.05)。

蔗糖酶：在CF处理的土壤中，蔗糖酶活性呈凹形变化，在葡萄各生长时期均最低(花期和成熟期例外，花期与M75和M100无显著差异，成熟期与M100相似)；在施堆肥处理的土壤中，M50处理酶活性均值最高，M75次之，M100最低，分别比CF高155.6%、109.0%、23.7%。

脲酶：平均酶活性M50≈M75>CF>M100，前三者比M100处理分别高226.7%，223.0%和77.0%；在M50和M75处理的土壤中，膨大期活性最高，之后逐渐降低；在CF处理的土壤中，脲酶活性在转色期前缓慢上升，后期下降；在M100处理的土壤中，脲酶活性持续平稳。

酸性磷酸酶：在CF处理的土壤中，酸性磷酸酶活性呈持续下降趋势，在果实转色期前显著高于施堆肥处理，转色期后与M50处理无显著差异；在M50、M75和M100处理的土壤中，酸性磷酸酶活性变化相似，花期及果实转色期的活性较高，M50处理各时期酶活性高于M75和M100处理(图2)。

图2 土壤酶活性动态变化Fig.2 Dynamics of soil enzyme activities

3 讨论

葡萄果实的糖、酸、酚类物质含量及糖酸比等是影响葡萄品质的主要因子[19]。尽管试验处理间的葡萄产量无显著差异，但M75处理的果粒横径最大，单果最重，提高了果实的外观品质；在M75处理中，葡萄果实的可溶性固形物、可溶性糖含量及糖酸比显著高于CF。随着紫茎泽兰堆肥施用比例的增加，葡萄果实VC含量升高，硝酸盐含量下降，增强了葡萄的保健功能及食品安全性，这与前人对葡萄施用有机肥的研究结果一致[20-22]。已有的研究表明，增施有机肥可促进葡萄新梢生长，增加枝条生长量和节间长度、粗度，同时促进树体养分积累[23-24]。由于葡萄属于多年生植物，有机肥的长效持久效果将逐渐显现。在本研究中，有机肥的效果首先表现为改善葡萄果实的品质，推测持续施用有机肥也可能表现出增产效应。此外，在葡萄成熟期，果实中氮、磷、钾含量以单施化肥处理最高，处理间差异显著，表明葡萄对化肥中的养分具有较高利用效率。成熟期各处理叶片氮、磷、钾含量间无显著差异，说明在葡萄发育后期，生长中心已转移至果实，施肥处理间的主要差异表现在葡萄果实品质上。

土壤中微生物种类繁多、数量巨大，直接参与土壤与植物之间的养分转化和活化等过程，对土壤的形成发育、物质循环和肥力演变具有重要影响[25-26]。据报道，新鲜紫茎泽兰根、茎浸提液对土壤微生物具有生物毒性[12,27]。本试验表明，在紫茎泽兰堆肥配施化肥的处理中，土壤微生物生物量显著高于常规化肥处理，说明在紫茎泽兰堆肥过程中，有毒物质已经降解，与化肥配施可对土壤微生物生长繁殖表现出正效应，这与焦玉洁等[28]的研究结果相似。在全堆肥处理中，土壤可培养微生物数量较低，这可能与有机肥养分释放缓慢，有效养分不足有关，而微生物数量在一定程度上与速效养分含量高低相关[29]。此外，微生物数量随葡萄生育时期的进程呈规律性的变化，各处理微生物生物量碳、氮在果实膨大期和转色期最高，这与土壤养分变化节律一致，表明葡萄的生长发育是调控土壤生物活动及养分变化的重要因素之一。

在作物养分供应量恒定的条件下，适当比例的有机肥和无机肥料配施不仅可以减少化肥用量，而且可以改良土壤结构，维持良好的土地生产能力[30]。葡萄园的化肥用量大，土壤酸化明显，施用紫茎泽兰堆肥明显提高耕作层土壤pH，减轻酸化程度，有益于提高土壤肥力及其可持续利用能力。

土壤酶主要来源于土壤微生物代谢，参与土壤中各种化学反应和生物化学过程，是评价土壤微生物活性及肥力水平的重要标志之一[16,31-32]。在葡萄生长发育的前中期，土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性较高，配施处理与单一施肥处理之间差异显著，转色期后逐渐降低，它们的活性随葡萄生育时期的不同而变化，符合葡萄不同时期生长发育对养分的需求规律。葡萄生长前中期，过氧化氢酶活性增强，有利于土壤中有毒物质的降解及有机质的矿化[33]；蔗糖酶对增加土壤易溶性营养物质起到重要作用，其活性高低与土壤供肥能力呈显著正相关[34]；M50和M75处理显著提高土壤蔗糖酶活性，促进有机质矿化，增加养分供应；而单施化肥处理的蔗糖酶活性处于较低水平，不利于养分供应。脲酶催化尿素，提高氮素的生物有效性，施用尿素可以提高脲酶活性，有机肥和无机肥料配施效果最好[35]，本试验研究结果与此一致。酸性磷酸酶活性在一定程度上受土壤有效磷的影响[36]，在单施化肥的处理中，施入土壤中的过磷酸钙最多，有效磷含量较高，刺激了土壤微生物的生长繁殖和生命活动，磷酸酶分泌数量增加，使土壤磷酸酶活性升高；随着土壤对磷的固定及转色期后土壤微生物活性的降低，酸性磷酸酶活性逐渐下降。

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