不同覆盖处理对葡萄园土壤理化性质及酶活性的影响

颜亚赛，钟晓敏，段鑫垚，黎日辉，李华,3,4*，王华,3,4*

（1. 西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨凌 712100；2. 君顶酒庄有限公司，山东蓬莱 265600；3. 陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心/国家林业和草原局葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，陕西杨凌 712100；4. 中国葡萄酒产业技术研究院，宁夏银川 750000）

覆盖栽培是一种绿色、可持续的栽培管理技术，被广泛应用于农作物生产[1]。采用枝条等有机材料对地表进行覆盖，可以起到降低土壤温度、提高土壤含水量和酶活性等作用[2-4]。枝条含有丰富的N、P、K元素，枝条粉碎后覆盖于行间可以提高土壤速效养分、有机质含量和酶活性[5]，降低土壤容重，起到改良土壤的作用[6]，且有利于土壤微生物数量和群落功能多样性的增加[7-8]。侯婷[9]、刘思等[4]通过对比多种覆盖方式发现，枝条覆盖改善葡萄园土壤微域环境以及提高果实品质效果最佳。枝条覆盖既可以改良土壤，又能够避免因枝条焚烧引起的环境污染问题，近年来被广泛应用，并逐渐成为果园的最佳覆盖方式。

液态地膜作为一种新型的土壤结构调理剂[10]，具有改善土壤结构、增温保墒的作用，逐渐应用于生产中。相比塑料地膜而言，液态地膜可自然降解，不会造成环境的严重污染[11]。有研究[12]发现，液态地膜可显著增加棉花产量；与园艺地布覆盖相比，液态地膜覆盖对枣园土壤微生物群落结构、有机质及养分含量的影响不显著[10]。目前，液态地膜对土壤理化性质影响的研究相对较少且不够深入，因此，本试验对液态地膜覆盖效果展开进一步研究。

土壤养分是植物生长发育所需要的营养物质[13]；土壤酶是土壤中具有催化作用的活性物质，参与土壤中各种生理生化反应，在养分循环和有机质分解中发挥重要作用[14]；土壤温度和含水量是影响土壤养分含量以及酶活性的重要因素。这些理化指标对于维持土壤生态系统稳定性具有重要意义，可以反应土壤的质量。土壤理化性质与土壤管理措施密切相关[2,15]，研究覆盖对葡萄园土壤理化性质的影响有利于为葡萄园地面管理措施的应用与土壤质量的提升提供科学依据。

基于此，本试验以‘媚丽’葡萄为研究对象，采用液态地膜和碎枝条段进行葡萄园行内覆盖，以清耕作为对照，研究不同覆盖处理对土壤温度、含水量、容重、有机质、养分、微生物及酶活性的影响。与传统清耕和枝条覆盖相比，对液态地膜的覆盖效果加以讨论。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验地位于陕西省杨凌示范区盛唐酒庄葡萄园（34°27′N，108°08′E），海拔514 m，属典型的暖温带大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，年平均降水量640 mm，年均温13.2 ℃，全年日照时数2017.2～2346.9 h，土壤类型为塿土。试验所选用的葡萄树为14年生酿酒品种‘媚丽’（Vitis viniferacv. Meili），行株距2.5 m×1.0 m，南北行向。首次覆盖时间为2019年春季，本试验为覆盖第2年（2020）和第3年（2021）。试验选用的可降解液态地膜（乳化沥青）由陕西科瑞公司生产，主要成分为腐殖酸类大分子物质、悬浮剂、凝固剂以及可供作物吸收的营养物质；碎枝条为‘媚丽’葡萄冬剪枝条粉碎而成的2～3 cm片状碎屑。

1.2 试验设计

试验为单因素水平区组设计，将葡萄园分为3个区块作为3组重复，在开花期前进行行内覆盖处理，每处理2行，每行200株。将碎枝段（GB，2～3 cm片状碎屑）和液态地膜（LF，乳化沥青，以1∶10的比例用水稀释）分别覆盖喷洒在葡萄行内，以清耕为对照（CK）。其中，碎枝段覆盖厚度为10 cm，覆盖宽度均为50 cm；液态地膜用量300 kg·hm-2。整个果实生长季中所有处理除果园地面覆盖外，田间栽培管理和水肥管理一致。

1.3 样品采集及测定方法

1.3.1 样品采集

用4 cm直径的土钻取0～20 cm土壤样品，每个处理按“S”型随机取5个土样，混匀后将植物根系、石块等杂物去除，带回实验室。部分鲜土4 ℃冰箱保存，用于测定土壤微生物数量，剩余土样经风干、研磨、过1 mm筛后，用于测定土壤理化指标及酶活性。

1.3.2 测定方法

于2021年葡萄生长季，使用RC-4HC型温湿度记录仪（江苏省精创电气股份有限公司）每隔1 h实时测定温湿度。采用环刀法测土壤容重；烘干法测土壤含水量；稀释涂布平板法测定土壤微生物数量[16]；土壤酶活性的测定参照关松荫[17]的方法；土壤过氧化氢酶活性采用紫外分光光度法；脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法；磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法；蔗糖酶、淀粉酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法；蛋白酶活性采用茚三酮比色法。

2020年和2021年采用TOC-L总有机碳分析仪测定土壤全碳、有机碳含量；采用流动分析仪测定土壤全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、速效磷含量；采用火焰光度计法测定土壤全钾和速效钾含量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007软件对试验数据进行统计，运用IBM SPSS 20软件进行方差分析，差异显著分析采用Duncan方法进行多重比较，利用Origin 2021软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖处理对微环境的影响

2.1.1 不同覆盖处理对葡萄园温湿度的影响

不同覆盖处理对2021年葡萄园结果带温度和相对湿度的影响如图1A所示，各覆盖处理结果带温度变化趋势一致，空气相对湿度无显著差异（除8月外）。由图1B可知，LF处理的土壤温度在各个时期均高于CK，GB处理的土壤温度在各个时期均低于CK。4—8月土壤平均温度高低表现为：LF>CK>GB，说明液态地膜覆盖处理提高了土壤温度，枝条覆盖降低了土壤温度。

图1 不同覆盖处理对葡萄园温湿度的影响Figure 1 Effects of different mulching treatments on temperature and humidity of vineyard

2.1.2 不同覆盖处理对土壤含水量、容重的影响

由图2A可知，同一时间GB处理的土壤含水量均高于CK，LF处理的土壤含水量与CK无显著差异。2021年4—8月，覆盖处理土壤平均含水量表现为：GB>CK>LF，LF处理较CK降低9.74%，GB处理较CK增加36.36%。由图2B可知，除8月份外，LF处理的土壤容重均低于CK处理；2021年4—8月，覆盖处理土壤平均容重表现为：CK>GB>LF，GB和LF处理的各月平均容重分别较CK降低1.75%和4.01%。与对照相比，枝条覆盖可以提高土壤含水量，液态地膜覆盖与CK的土壤含水量无显著差异，且覆盖一定程度上可以降低土壤容重。

图2 不同覆盖处理对葡萄园土壤含水量、容重的影响Figure 2 Effects of different mulching treatments on soil water content and bulk density of vineyard

2.2 不同覆盖处理对土壤养分的影响

如表1所示，2021年各处理的有机质和全氮含量均高于2020年，且2021年各处理土壤有机质和全氮含量差异显著，均表现为GB>LF>CK。2021年各处理的全磷和全钾含量均低于2020年；2021年GB处理的速效磷和速效钾含量均高于2020年。说明连年覆盖对于提高土壤养分含量具有明显作用，其中GB处理对土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量的提升效果最好。

表1 不同覆盖处理对2020年和2021年土壤养分含量的影响Table 1 Effects of different mulching treatments on soil nutrient content in 2020 and 2021

2.3 不同覆盖处理对土壤微生物数量的影响

由表2可知，2021年5月土壤细菌和放线菌数量达到最高值，6月土壤真菌数量较高。整体来看，GB和LF处理（6月除外）显著提高了土壤真菌数量，GB处理（6月除外）显著降低土壤固氮菌数量，LF处理对于提高土壤细菌数量具有一定效果。

表2 不同覆盖处理对葡萄园土壤微生物数量的影响Table 2 Effects of different mulching treatments on soil microbial quantity in vineyard

2.4 不同覆盖处理对土壤酶活性的影响

2.4.1 不同覆盖处理4—8月土壤酶活性的动态趋势

如图3所示，各覆盖处理的土壤过氧化氢酶变化比较平缓，GB与LF处理的过氧化氢酶活性变化趋势相似，除8月外，GB处理的过氧化氢酶活性始终高于LF和CK处理，LF处理的过氧化氢酶活性在8月份高于CK和GB处理。4—8月，GB和LF处理的土壤脲酶活性均呈先下降、后上升、再下降的趋势，7月GB处理的脲酶活性最高。各处理的土壤磷酸酶活性变化趋势基本一致，均呈现先下降再增加的趋势，8月份GB处理的磷酸酶活性显著高于LF和CK处理。GB处理的土壤蛋白酶活性先下降再增加，5月GB处理的蛋白酶活性最低，LF和CK处理的蛋白酶活性变化趋势一致，呈现先下降、再增加、随后下降的趋势；4—8月，GB处理的蛋白酶活性均高于LF和CK处理。LF和GB处理的土壤淀粉酶活性变化趋势基本一致，均呈现先升高再降低的趋势，分别在7月和5月出现峰值；除4月外，LF和GB处理的淀粉酶活性均高于CK处理。各处理的土壤蔗糖酶活性变化趋势不同，LF处理的蔗糖酶活性整体呈现降低的趋势，GB处理的蔗糖酶活性逐渐升高；8月份，GB处理的蔗糖酶活性明显高于CK处理，LF处理的蔗糖酶活性明显低于CK处理。

图3 不同覆盖处理葡萄园土壤酶活动态变化Figure 3 Dynamic changes of soil enzyme activities in vineyard under different mulching treatments

2.4.2 不同覆盖处理土壤平均酶活性

由表3所示，GB处理的6种土壤平均酶活性均高于CK和LF处理。GB处理的过氧化氢酶活性和脲酶活性分别较CK提高0.86%和6.46%，LF处理的脲酶活性略低于CK。LF和GB处理的磷酸酶活性分别较CK提高21.29%和96.20%。LF处理的蔗糖酶活性较CK降低14.17%，GB处理的蔗糖酶活性较CK提高5.50%。GB处理的蛋白酶活性和淀粉酶活性分别较CK显著提高40.00%和58.57%。说明枝条覆盖可以不同程度地提高土壤各种酶活性，液态地膜覆盖对土壤酶活性的提升作用相对较差。

表3 2021年不同覆盖处理土壤平均酶活性Table3 Average enzyme activity of soil under different mulching treatments in 2021

2.5 土壤酶活与土壤各指标的相关性分析和主成分分析

2.5.1 土壤不同酶活性与土壤各指标的相关性分析

由图4可知，土壤理化性质与土壤酶活性间存在一定的相关性，说明土壤理化性质和酶活性相互影响。土壤淀粉酶活性与土壤有机质含量、全钾含量、速效磷含量呈显著正相关；土壤磷酸酶活性与土壤全氮含量呈显著正相关；土壤蔗糖酶活性与土壤含水量呈显著正相关；土壤速效磷含量与土壤有机质含量、全钾含量呈显著正相关。

图4 土壤不同酶活性与土壤各指标的相关性分析Figure 4 Correlative analysis between different soil enzyme activity and soil physical and chemical properties

2.5.2 土壤不同酶活性与土壤各指标的主成分分析

为进一步分析覆盖处理对土壤理化性质和酶活性的影响，对土壤温度、含水量、有机质、氮、磷、钾与不同酶活性等20个指标进行主成分分析，如图5所示。2个主成分累计贡献率为82.1%（PC1：62.3%，PC2：19.8%），能够反应原始数据的大部分信息。第一主成分载荷量较高的是速效钾、磷酸酶、蛋白酶、放线菌、全氮、蔗糖酶、有机质、速效磷、淀粉酶，第二主成分载荷量较高的是真菌、温度、脲酶、固氮菌、过氧化氢酶、全钾；说明土壤质量受多种因素综合影响，其中养分含量和酶活性对土壤影响较大。不同处理组可以明显区分开，表明各处理间有显著差异。

图5 土壤不同酶活性与土壤各指标的主成分分析Figure 5 Principal component analysis of different soil enzyme activity and soil physical and chemical properties

各处理的土壤质量综合得分如表4所示。由表4可知，两种覆盖处理的土壤质量综合得分均高于CK；其中GB处理综合得分最高为0.84，综合排名第一；LF处理综合得分为﹣0.25，综合排名第二。说明枝条覆盖和液态地膜覆盖均可以提高土壤质量，其中枝条覆盖的效果更好。

表4 各处理主成分因子得分及土壤质量综合得分Table4 Principal component factor scores and soil quality comprehensive scores

3 讨论

3.1 覆盖对葡萄园微环境的影响

葡萄园行内覆盖对葡萄园内微气候造成影响，如结果带温度、土壤温度、含水量及容重等，但其影响效果也会因土壤类型、覆盖方式、覆盖材料等因素的不同而存在差异[3]。在本试验条件下，行内覆盖处理对葡萄园结果带温度无显著影响，与前人研究结果不同[4,9]。这可能是因为本试验区是人工管理，进行了抹芽、摘叶等处理，结果带叶片较薄，且由于土壤类型的差异对光的反射作用不同，造成了试验结果的差异。本试验结果表明，液态地膜覆盖的土壤平均温度高于清耕，枝条覆盖的土壤平均温度低于清耕。液态地膜具有增温的作用，与李仙岳等[18]、孙仕军等[19]的研究结果一致。此外，液态地膜处理的土壤含水量与清耕相比有所降低，但无显著差异，可能原因是液态地膜的表层土壤温度较高，并且液态地膜在地表呈黑色，吸收更多的热量，一定程度上加快了土壤水分的蒸发。枝条覆盖处理由于碎枝条的覆盖阻挡了太阳光的直接照射，且与外界气流交换作用较弱，导致土壤温度低于对照，同时也减少了土壤水分的蒸发，提高了土壤含水量。土壤容重是表征土壤结构的重要指标，一定程度上可反应土壤的疏松程度和通气性[20]。本研究中，各覆盖处理降低了土壤平均容重，与前人的研究结果一致[10,20-21]，说明覆盖可改变土壤疏松程度，改善土壤物理性质，维持土壤结构稳定状态。

3.2 覆盖对土壤有机质和养分的影响

覆盖可不同程度地增加土壤有机质含量。王文[10]研究了覆盖材料对新疆枣园土壤的影响，发现液态地膜覆盖的表层土壤有机质含量较对照提高52.8%；刘思等[4]研究发现，葡萄枝条和玉米秸秆覆盖均可提高葡萄园土壤有机质含量。本研究结果表明，除2021年4月，枝条覆盖处理的各个时期土壤有机质含量显著高于其他处理，与前人的研究结果一致；且连年覆盖可以提高土壤有机质含量，其中枝条覆盖效果最明显，这是由于枝条覆盖和液态地膜覆盖可以改善土壤微生物的生存环境，有利于土壤中动植物残体的分解，土壤腐殖质的增加，使土壤有机质含量得到提升[13,21]；此外，随着覆盖年限的增加，枝条逐渐腐解，直接增加土壤有机质含量[14,21]。

覆盖在一定程度上可以推动土壤中的物质循环和能量流动，促进植物对养分的吸收利用[22-23]。不同的覆盖方式对土壤养分含量的影响不同。前人研究结果表明，生草覆盖和地布覆盖可以不同程度的提高土壤速效养分含量[24-26]；王波[27]研究发现，毛竹林长期覆盖后土壤速效养分含量先升高后降低；松针覆盖降低了桃园土壤多种养分含量[28]。本研究结果表明，2021年枝条覆盖处理的全氮、全钾、速效磷和速效钾含量分别较对照显著提高了21.47%、6.20%、562.14%和69.65%，主要原因是碎枝段含有丰富的氮素，它的腐烂分解可以直接增加土壤养分含量[22,27]。此外，枝条覆盖处理有利于土壤微生物的生存和活动，从而提高了土壤速效养分含量[26]；液态地膜处理较对照显著提高了土壤速效磷含量，这与游诗尧[29]、杨娜[30]的研究结果一致。土壤速效磷与有机质含量呈显著正相关，且土壤养分含量之间也存在相关性，这与张中恺[31]、沈鹏飞[21]的研究结果一致，因此覆盖可能会通过提高土壤有机质或者某种养分含量，促进其他养分含量的提高。

3.3 覆盖对土壤微生物和酶活性的影响

土壤微生物可促进土壤有机质和养分的转化分解，在一定程度上反映出土壤肥力状况以及土壤质量的提高[6]。液态地膜和枝条覆盖均可增加土壤细菌和真菌数量[4,32-34]，本试验中枝条覆盖处理的土壤真菌数量增加较多，主要是由于枝条覆盖处理的土壤中存在较多的植物残体，土壤中难分解的木质素以及高含量的有机质有利于真菌的生长与繁殖[6]。

土壤酶参与土壤中各种生化反应，对土壤营养物质循环、有机质的分解和能量转移等带来影响[35]。本试验结果表明，枝条覆盖处理的过氧化氢酶活性高于清耕，这可能是由于枝条覆盖处理土壤有机质含量高，过氧化氢酶属于氧化还原酶，参与土壤有机物的分解和腐殖质的形成[2,36]；2021年8月，液态地膜覆盖处理的过氧化氢酶高于其他处理，说明液态地膜覆盖处理后期对过氧化氢酶活性具有提升效果。土壤脲酶活性反映了土壤的氮素状况，秸秆覆盖显著提高土壤脲酶活性[21,26]。本试验中，枝条覆盖提高了土壤平均脲酶活性，较清耕提高6.58%。在本试验条件下，液态地膜和枝条覆盖处理提高了土壤平均磷酸酶活性和蔗糖酶活性，2021年6—8月，枝条覆盖的磷酸酶活性显著高于其他处理；并且枝条覆盖显著提高土壤蛋白酶和淀粉酶活性，这与前人的研究结果一致[37-39]；相比之下，液态地膜覆盖对磷酸酶、蛋白酶和淀粉酶活性的提升效果略差，且显著降低2021年6—8月土壤蔗糖酶活性；主要原因是枝条覆盖属于有机覆盖，与液态地膜处理相比，土壤温度较低，且土壤含水量较高，为土壤微生物的活动提供了有利条件，进而提高了土壤酶活性。相关性分析表明，土壤酶活性与有机质、养分含量呈正相关，说明覆盖可以提高土壤酶活性，促进养分分解，改善土壤肥力[40]；土壤蔗糖酶活性与土壤含水量呈显著正相关，良好的水肥热条件可提高蔗糖酶活性，与沈鹏飞[21]的研究结果一致；此外，土壤蛋白酶、淀粉酶、蔗糖酶之间也存在相关性，说明土壤酶之间相互影响，其机理有待进一步研究。各处理的土壤质量综合评价中，枝条覆盖处理的得分最高，液态地膜覆盖和清耕的得分均为负数，说明液态地膜覆盖和清耕的土壤质量低于3个处理的平均水平，但与对照相比，枝条覆盖和液态地膜覆盖均能够提升葡萄园土壤质量。

4 结论

综合比较两种覆盖处理对土壤理化性质及酶活性的影响，认为在本研究试验条件下枝条覆盖是葡萄园最佳覆盖模式。枝条覆盖降低土壤温度，增加土壤含水量，有效提高土壤养分、有机质含量及酶活性，是常用的果园覆盖栽培模式之一。作为新型覆盖材料，液态地膜覆盖可降低土壤容重，提高土壤速效养分含量及微生物数量，效果优于清耕，但达不到枝条覆盖处理的效果；相比枝条覆盖，液态地膜对于土壤有机质、酶活性的影响较弱，其机理有待进一步研究。