松土剂对土壤性状及葡萄生长发育的影响

2020-06-08杨兴旺赵烁高振翟衡杜远鹏

中外葡萄与葡萄酒 2020年3期

杨兴旺，赵烁，高振，翟衡，杜远鹏

（山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018）

在长期的葡萄生产中，葡萄地下部的根系及土壤往往得不到应有的重视。因此，果园土壤板结、土壤容重高、紧实度大等问题非常突出，严重制约了树体的健康及可持续发展。紧实土壤能降低其对水分的调节能力、存储能力，不利于植物生长[1]。紧实土壤通气性差，使得土壤长期处于厌氧环境下，微生物活性低，土壤碳、氮、矿质元素的矿化作用低，从而影响土壤碳、氮循环和土壤养分的供应能力[2]，降低土壤肥力。此外，紧实土壤的导热率低，春季地温上升缓慢，抑制春季根系对水分和养分的吸收，容易导致葡萄发芽缓慢不整齐，以及枝条抽干现象[3]。

为改良土壤，提高土壤性状，前人研究采用添加秸秆生物炭[4-5]、稻壳生物炭[6]、生物质灰[7]、腐殖酸[8]、微生物菌剂[9-11]等土壤改良物质改善果园土壤质量。王伟军等[11]的研究表明，松土剂能显著提高土壤微生物数量，改善土壤性状。本试验在不同类型土壤上应用松土剂后，进一步研究松土剂对不同土壤类型的改良作用及对葡萄生长发育的影响，以期为葡萄生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在山东农业大学葡萄示范基地（A片区）、山东省泰安市祝阳中青葡萄酒庄园进行；于2019年在山东农业大学葡萄示范基地（B片区）进行。

山东农业大学葡萄示范基地（A片区），2011年建园，土壤质地为棕壤土，表层土壤容重1.22 g/cm3。以一年生鲜食葡萄‘瑞都红玉’（Vitis vinifera cv.Ruidu Hongyu）自根苗为试材，行间自然生草，行内覆盖黑色园艺地布。于当年3月定植，定植沟宽40 cm，深40 cm。

山东省泰安市祝阳中青松石葡萄酒庄园，2012年建园，土壤质地为砂质土，表层土壤容重1.25 g/cm3。以一年生酿酒葡萄‘味瑞佳’（Vitis vinifera cv.Viorica）自根苗为试材。

山东农业大学葡萄示范基地（B片区），2019年建园，土壤质地为棕壤土，该园区之前种植的作物为大豆和玉米。建园时，按照10 t/667m2蚯蚓粪的标准改土，表层土壤容重1.20 g/cm3。以一年生酿酒葡萄‘香百川’ （Chambourcin，Euro-Americain hybrid）自根苗为试材。行间人工种草，行内覆盖园艺地布。于当年4月起垄栽培，垄高20 cm。

松土剂为山东金铎农业科技有限公司提供。

1.2 试验设计

于2018年4—8月，在山东农业大学葡萄示范基地（A片区）进行。避开高温及阳光直射时间段，打开行内园艺地布，分别浇灌松土剂300倍液1～2 L/株（随着植株生长，浇灌量有所增加），每月1次，共6次。以浇灌清水为对照。每小区6株，3次重复。

于2018年4月—8月，在山东省泰安市祝阳中青松石葡萄酒庄园进行。避开高温及阳光直射时间段，分别浇灌松土剂300倍液1～2 L/株，每月1次，共6次。以浇灌清水为对照。每小区5株，3次重复。

2019年4月—7月，山东农业大学葡萄示范基地（B片区）。施用3次松土剂300倍液，分别为4月16日、5月20日和7月1日。每小区4个柱子空20株树，3次重复。松土剂施用配合滴灌设备进行。每次处理前，先滴清水5 min，待配药桶溶液滴尽后，再滴清水10 min，清洗管路。

1.3 测定指标

1.3.1 土壤容重及土壤含水量的测定

2018年7月、11月，用环刀法[12]测定0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm的土壤容重；用酒精燃烧法[12]测定7月土壤含水量。重复3次，取平均值。下同。

2019年4月、5月、7月、9月，用环刀法测定0～10 cm（垄上）、10～20 cm（垄上）、20～30 cm和30～40 cm的土壤容重和酒精燃烧法7月土壤含水量；10月取土测定0～20 cm（垄上）、20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm的土壤容重。

1.3.2 土壤紧实度的测定

2019年5月、6月，用土壤紧实度测定仪（托普云农科技有限公司，中国）测定10 cm、20 cm、30 cm和40 cm深度的土壤紧实度；10月测定20 cm、40 cm、60 cm和80 cm深度土壤紧实度。测定杆长度40 cm，测量40 cm以下深度的土壤紧实度时，剖出40 cm深平面测定。

1.3.3 新梢生长量、副梢生长量测定

定植后每株保留一个新梢，并抹除所有副梢。用皮尺每7 d从葡萄梢基部量到梢尖生长点，精确到0.1 cm。新梢生长至第一道铅丝时摘心，不再测量主梢生长量。待主梢摘心处顶端第一节位副梢萌发后，开始测定副梢生长量。

新梢/副梢生长速率=（终止测定长度－初始测定长度）/测量天数

1.3.4 叶片生物指标的测定

2018年7月，每个处理选取10片叶，用数显式游标卡尺测定叶片厚度，精确到0.01 mm；用直尺测定叶片纵横径，精确到0.1 cm；参照赵世杰[13]乙醇浸提法测定叶绿素含量。

2019年6月、7月、9月，每个处理选取20片叶，用CL-01叶绿素计（Hansatech，英国）测定叶片SPAD值；用数显式游标卡尺测定叶片厚度，精确到0.01 mm；用JA2003N型电子天平测定叶片重，精确到0.1 g；平铺于 1 cm×1 cm方格纸上拍照，用Digmizer软件进行叶面积计算，精确到0.01 cm2。

1.3.5 枝条生物指标的测定。

于10月下旬，用皮尺测定其同一节位节间长度，精确到0.1 cm；用数显式游标卡尺同时测定茎粗，精确到0.01 mm。

1.3.6 可溶性糖、淀粉的测定

2018年11月，落叶后选取第5节位的枝条，除去节间，烘干磨碎，采用蒽酮比色法测定枝条中可溶性糖及淀粉的含量[13]。

1.4 数据处理

实验数据测定取3次生物学重复，用Microsoft Excel 2016进行数据统计和作图；采用SPSS 24.0软件进行方差分析，采用T检验法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 松土剂对土壤性状的影响

2.1.1 松土剂对土壤容重、紧实度的影响

试验结果表明，松土剂显著降低山东农业大学葡萄示范基地（A片区）的土壤容重，7月20～30 cm土层容重比对照降低11.45%；11月0～10 cm、20～30 cm土层容重比对照降低10.24%、6.43%（表1）。但松土剂显著增加了祝阳中青松石葡萄酒庄的土壤容重，7月20～30 cm土层容重比对照增加3.32%；11月0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm土层容重比对照增加5.14%、9.21%和10.71%，这可能与该地土质为砂质土有关。

由表2可知，山东农业大学葡萄示范基地（B片区）起垄栽培葡萄后，滴灌条件下，在4—9月间，土壤不断沉实，土壤容重不断增加。尤其是0～10 cm（垄上）、10～20 cm（垄上）土层容重增幅最大，分别增加7.23%、5.41%。而松土剂处理后0～40 cm各土层从4—9月土壤容重并未显著增加。0～10 cm、20～30 cm土层5—7月间容重比对照降低4.78%～6.38%、3.27%～6.79%；10～20 cm土层仅9月土壤容重比对照显著降低7.24%；30～40 cm土层5—9月间土壤容重比对照显著降低5.44%～7.77%。这表明，松土剂显著抑制0～40 cm土层土壤的沉实。

土壤紧实度是由土壤在抗剪力和压缩力等的综合作用下，抵抗其被压实和破碎的一个状态指标，用来表征土壤结构的恶化状况[14-15]。松土剂可以有效降低土壤紧实度（表3）。5月松土剂处理后20～30 cm和30～40 cm土层土壤紧实度分别比对照降低43.53%和25.97%；6月10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土层土壤紧实度显著降低13.58%、37.14%和25.35%。

表1 松土剂对土壤容重的影响（2018）Table 1 Applying scarification agent effects on soil bulk density (2018)/(g/cm3)

于2019年10月，测定滴灌条件下山东农业大学葡萄示范基地（B片区）0～80 cm土层容重和紧实度。可以发现（表4），相比对照，松土剂处理后20～40 cm、40～60 cm土层的土壤容重显著降低5.31%、11.99%；0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm土层紧实度分别比对照显著降低30.54%、50.31%、36.81%和32.43%。

2.1.2 松土剂对土壤含水量的影响

土壤水分作为土壤养分运移的物质基础，对于作物的生长具有重要作用[15]。试验于2018年7月（降水量为30.2 mm），取土测定了山东农业大学葡萄示范基地（A片区）、祝阳中青松石葡萄酒庄园0～30 cm土层含水量。试验发现（表5），松土剂显著提升山东农业大学葡萄示范基地（A片区）20～30 cm和祝阳中青松石葡萄酒庄0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm土层含水量，相比对照分别提升15.47%和24.66%、35.59%、44.80%，提高了土壤的保水性。

表2 松土剂对4—9月山农农业大学（B片区）土壤容重的影响（2019）Table 2 Effects of scarification agent on soil bulk density in B area of Shandong Agricultural University from April to September (2019)/(g/cm3)

表3 松土剂对山东农业大学（B片区）土壤紧实度的影响（2019）Table 3 Effects of scarification agent on soil compactness in B area of Shandong Agricultural University (2019)/(kg/cm3)

表4 松土剂对山东农业大学（B片区）土壤容重、土壤紧实度的影响（2019）Table 4 effects of scarification agent on soil bulk density and soil compactness in B area of Shandong Agricultural University (2019)

山东农业大学葡萄示范基地（B片区）试验中，7月5日取土测定土壤含水量（7月1日滴灌）。可以发现（表5），对照20～30 cm土层含水量远高于30～40 cm土层，这是因为对照30～40 cm土层过于紧实，不利于水分下渗。而松土剂显著降低了10～30 cm土层的含水量，相比对照分别降低28.93%和27.54%，提高土壤透水透气性，有利于水分排出。

2.2 松土剂对葡萄生长发育的影响

2.2.1 松土剂对‘瑞都红玉’‘味瑞佳’葡萄生长发育的影响

2018年试验结果表明，松土剂显著促进了葡萄的生长发育（表6），山东农业大学葡萄示范基地（A片区）试验中，相比对照，葡萄新梢生长速率、叶厚度、叶片纵径、横径分别增加27.65%、31.98%、15.07%、21.51%；祝阳中青松石葡萄酒庄试验中，葡萄新梢生长速率和叶绿素含量分别增加12.75%、12.81%。

2018年两地试验中，松土剂处理显著提高葡萄的节间长、茎粗、可溶性糖含量和淀粉含量。节间长比对照提高25%～40.65%；茎粗比对照提高20.85%～24.45%；可溶性糖含量比对照显著提升19.10%～19.85%；淀粉含量比对照显著提升23.40%～34.12%。

2.2.2 松土剂对‘香百川’葡萄生长发育的影响

2019年在山东农业大学葡萄示范基地（B片区）试验中，松土剂显著提高了葡萄的生长势（表8）。相比对照，葡萄新梢生长速率、副梢生长速率、茎粗分别增加22.71%、29.33%、7.15%；节间长有所增加，但与对照相比无显著性差异。

表5 松土剂对土壤含水量的影响Table 5 Effect of applying scarification agent on soil moisture contents/%

表6 松土剂对葡萄新梢影响（2018）Table 6 Effect of applying scarification agent on grape new shoot (2018)

表7 松土剂对葡萄枝条的影响（2018）Table 7 Effect of applying scarification agent on grape shoot (2018)

2019年6月、7月、9月在山东农业大学葡萄示范基地（B片区）测定中，松土剂显著提高了葡萄的叶片质量（表9）。相比对照，6月测定的新梢叶片的SPAD值、叶面积和叶片质量分别提升16.81%、11.65%和9.61%；7月测定的副梢叶片的SPAD值、叶面积和叶片质量分别提升24.67%、21.36%和33.14%；9月测定的副梢叶片的SPAD值、叶面积、叶厚度和叶片质量提升22.60%、6.96%、7.31%和3.83%。

3 讨论与结论

土壤容重指自然状态下单位容积土体的质量，它影响着土壤水分、肥力、透气性和土温等土壤理化性质。前人研究表明，松土剂能够显著降低土壤容重，提高土壤有机质含量和土壤孔隙度，改善土壤性状[11]。这与本试验在壤土地上的研究基本一致，松土剂显著降低壤质土土壤容重、土壤紧实度，能够降低10～60 cm深度的土壤容重和20～80 cm深度的土壤紧实度；但在砂质土土壤中，松土剂提高土壤容重，推测可能由于松土剂含有加速砂粒风化和促进团聚体形成的作用。

高容重土壤条件下土壤非毛管孔隙减少，表土层与心土层孔隙连接性减弱，土层间水分连续性变差，易造成上层水分滞留[16]。在山东农业大学葡萄示范基地（B片区）试验发现，灌溉水滞留在对照20～30 cm土层，这与该土层土壤容重、土壤紧实度高度有关；松土剂明显降低10～30 cm土层含水量，促进水分下渗，增强土壤水分传导性能。而施用松土剂显著提高祝阳中青松石葡萄酒庄园和山东农业大学葡萄示范基地（A片区）土壤含水量，这可能因为松土剂改善土壤孔隙状况，使得毛管作用增强，对水分吸附力增大，提高土壤蓄水能力[17]。试验发现，松土剂对于砂质土较壤质土更能提高土壤含水量，这与前人研究结果[18]类似，土壤调理剂对砂土土壤含水量的提升较砂壤土更为显著。原因是增加土壤粘粒，以提高持水能力。

高容重土壤对作物的影响，首先表现在对根系的影响。在高容重土壤中，根量减少、根系加粗、根系活力下降等[19-23]。研究表明，当土壤容重达到1.47 g/cm3时，‘赤霞珠’葡萄根系数量显著降低，且容重小的土层细根比例高，容重大的土层粗根比例高[23-24]。根系的生长直接影响地上部生长。诸多研究表明，高容重土壤抑制植物地上部的生长，降低叶面积、叶绿素含量、叶厚度、净光合速率等，还可造成植物早衰[25-26]，严重影响光合产物积累，从而影响地上部生物量[25,26-28]。本研究山发现，松土剂可以显著促进新梢、副梢生长；提高叶面积、叶厚度、叶绿素含量，从而提高叶片的光合性能；延缓叶片的衰老，延长叶片光合时间，提升了光合产物的积累；提高茎粗、枝条贮藏营养，从而提高了枝条的越冬性和抗寒能力，显著促进葡萄生长发育。说明松土剂对地下部根系的改善显著提高地上部的生长。