生草对桃园土壤有机碳及微生物多样性的影响

屠娟丽

(嘉兴职业技术学院，浙江 嘉兴 314036)

桃(Amygdaluspersica)是我国重要的水果，2012年全国栽培面积77.21万hm2，产量1202.76万t[1]。在桃园土壤管理中一般采用全部清除杂草的方式，这种管理措施易引起水土流失，从而造成土壤中有机碳下降，氮、磷流失进入周边水体，对水环境产生危害[2]。在果园中种草是一项较好的土壤管理技术，在欧美、韩国、日本等国家已得到了广泛的应用。20 世纪80 年代初，我国部分果园开始试行生草栽培，但受到“与果争肥水”、“除草务尽”等传统思想的影响，推广应用并不理想，仅20%左右的果园实施生草栽培[3]。现有研究结果表明，在果园中栽培不同种类的草本植物能增加桃园土壤有机质含量[4]，提升土壤酶和微生物活性[5-6]，降低土壤容重[2]，减少氮、磷养分流失风险[6]，控制种植业面源污染[7]，同时果实品质得到有效改善，单果产量也明显增加[8]。而在桃园中种植不同种类的草种对土壤有机碳含量、组成及微生物功能多样性的研究则鲜有报道。为此，本文以3种果园常用生草种(黑麦草、白三叶、紫花苜蓿)为试材，探讨桃园套种不同草种后土壤有机碳组成及微生物功能多样性的变化，以期为桃园生草的推广应用提供参考。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

试验地位于浙江省嘉兴市南湖区凤桥镇三星村(30°40′12″ N、120°40′12″ E)，海拔2.5～2.8 m，属亚热带季风气候，年均气温15.9 ℃，年均日照时间2017 h，年无霜期235 d[8]。该区域水蜜桃种植已有100多年历史。水蜜桃品种为湖景蜜露，树龄6 a，栽培密度700株·hm-2，平均株高2.5 m，地径4.5 cm。主要经营措施是每年4月施复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15) 750 kg·hm-2，10月施腐熟鸡粪10000 kg·hm-2。

1.2 试验设计

2015年9月，采用单因素随机区组设计，共设黑麦草(Loliumperenne)、白三叶(Ttifoliumrepens)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、清耕(No-tillage) 4个处理，每个处理设3次重复，共12个小区，每个小区面积20 m×5 m。2015年10月7日，结合翻耕给桃园施足基肥，然后分别将黑麦草、白三叶和紫花苜蓿撒播于已分划好的试验小区中，种子用量均为30 kg·hm-2，并于2016和2017年4、5月刈割85%的生草，并将割下的草用于试验区覆盖，其余15%留作种源，以备结实供来年生长。黑麦草、白三叶、紫花苜蓿年生物量分别为39700、20500、26900 kg·hm-2；清耕则采用化学除草的方式，每年1月、3月、5月底喷施20%草甘膦，做到林下无杂草。12个处理小区日常土壤灌水、施肥或者其他病虫害防治工作等条件均一致。

1.3 土壤样品采集与分析方法

2017年7月，在4个处理小区的桃树植株中间位置采用5点采样法，分别采集0～20 cm土层混合样，共计12个混合样品。用酸度计法(水土比为2.5∶1.0)测定土壤pH值；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量；采用盐酸-氟化铵浸提-钼锑抗比色法测定有效磷含量；采用乙酸铵浸提-原子吸收法测定速效钾含量；采用重铬酸钾-硫酸外加热法测定土壤总有机碳含量[9]。土壤水溶性有机碳含量采用纯水浸提-TOC法测定[10]，土壤微生物量碳含量采用氯仿熏蒸浸提-TOC法测定[11]。土壤有机碳组分采用HF溶液预处理，核磁共振波谱法仪测定[12]。土壤微生物功能多样性采用Biolog Eco检测法测定[13]。

1.4 数据处理

数据处理在SPSS 13.0软件上完成。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较不同数据组间的差异，显著性水平设定为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理桃园土壤基本理化性质及水蜜桃产量

试验结果(表1)表明，园地土壤有效磷、碱解氮、速效钾和pH值在不同处理间的差异并不显著，土壤有效磷、速效钾含量在种植生草的桃园中有一定程度的增加，而土壤碱解氮则略有下降。与清耕相比，套种3种草种后的水蜜桃产量增加3.8%～7.7%，其中以桃园中种植白三叶的处理最佳。

表1 不同处理桃园的土壤基本理化性质及水蜜桃产量

*：表中相同小写字母为差异不显著；不同小写字母为差异显著；下同。

2.2 不同处理桃园土壤有机碳含量

已有研究表明，生草栽培可以增加土壤有机碳含量[14]。由图1可知，桃园生草栽培后土壤总有机碳含量显著提高(P<0.05)。与清耕相比，套种黑麦草、白三叶、紫花苜蓿2 a后，土壤总有机碳含量分别增加21.1%、31.6%、25.0%。土壤有机碳含量提高的主要原因是套种的草种每年可通过细根周转、根系分泌和地上部分刈割入土等向土壤归还大量的有机质，这与苹果园[3]、葡萄园[15]土壤有机碳含量显著提高等研究结果相似。

图1 不同处理土壤有机碳含量

不同处理桃园土壤固态13C核磁共振波谱包含4个明显共振区，即烷基碳区(0～50 mg·kg-1)、烷氧碳区(50～110 mg·kg-1)、芳香碳区(110～160 mg·kg-1)、羰基碳区(160～220 mg·kg-1)，土壤含碳组分占总有机碳的比例见表2。与清耕相比，种植黑麦草、白三叶、紫花苜蓿后土壤烷基碳的比例下降14.0%～29.6%(P<0.05)，而羰基碳的比例提高39.1%～48.7%(P<0.05)，主要原因是每年大量有机物料是以易被氧化分解的羰基碳归还于土壤。芳香度(C110～160/C0～160×100%)可以反映有机碳分子结构的复杂程度，该值越大，表明芳香核结构越多，分子结构越复杂[16]。从表2可知，不同处理芳香度介于49.1%～51.1%，生草栽培并没有改变桃园土壤碳库的稳定性。

表2 不同处理土壤含碳组分占总有机碳的比例 %

2.3 不同处理桃园土壤溶解性有机碳含量

从表3可知，桃园套种草种后园地土壤微生物量碳含量显著高于清耕(P<0.05)，含量提高53.7%～130.4%。与清耕相比，栽培生草后土壤水溶性有机碳含量提高59.27%～80.3%(P<0.05)。种植生草后改变了桃园土壤微生物量碳/水溶性有机碳、微生物量碳/总有机碳、水溶性有机碳/总有机碳的比例，微生物量碳/水溶性有机碳的比例由清耕的4.03提高到5.31～5.97，微生物量碳/总有机碳、水溶性有机碳/总有机碳分别由清耕处理的0.70%、0.17%提高到1.34%～1.37%、0.23%～0.25%。

表3 不同处理土壤微生物量碳及水溶性有机碳含量

2.4 不同处理桃园土壤微生物功能多样性

桃园套种不同草种后，土壤环境与结构发生改变，刈割下来的草用于地面覆盖，这些覆盖物腐烂产生较多的溶解性有机碳(土壤微生物量碳、水溶性有机碳)，可为土壤微生物提供丰富的营养物质，从而促进微生物的繁殖和生长[17]。

图2 不同处理土壤微生物AWCD值的变化

每孔颜色平均变化率是反映土壤微生物代谢活性的一个重要指标[18]。随着培养时间的延长，土壤微生物活性明显提高，各处理的每孔颜色变化率的数值均呈抛物线模型(图2)。24 h前，土壤的每孔颜色变化率的数值变化不明显，而后快速提高，144～192 h变化平缓，基本趋于稳定，此时黑麦草、白三叶、紫花苜蓿和清耕土壤的每孔颜色变化率的数值分别为1.1872、1.3443、1.2305。经显著性差异检验，3种生草土壤的每孔颜色变化率的数值显著高于清耕(P<0.05)，其中以套种白三叶的效果最佳。

桃园套种不同草种后提高了土壤微生物多样性指数 (图3)。3种生草栽培土壤微生物Shannon(H)指数均高于清耕 (P<0.05)。土壤微生物均匀度指数(E)则表现为白三叶、紫花苜蓿处理显著高于黑麦草和清耕处理(P<0.05)。

3 结论

桃园中栽培不同草种后，土壤有机碳含量增加21.1%～31.6%%、土壤微生物量碳含量增加53.7%～130.4%，土壤水溶性有机碳含量提高59.27%～80.3%。增加的有机碳组分以羰基碳为主，其比例提高39.1%～48.7%；生草栽培也显著增强了土壤微生物功能多样性；栽培白三叶后土壤质量提升的效果最佳，水蜜桃产量增加7.7%。

图3 不同处理土壤微生物多样性指数