农艺措施对土壤生境与桑树生长的影响研究进展

周献增，杨威，乔仁桂，原华彬，张钰芳，王学君，李林波，王菊英，杨光

（1山东省农业交流合作中心，济南 250131；2黄河三角洲农业高新技术产业示范区，山东东营 257091；3山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安 271018；4山东省农业科学院国家土壤质量济南观测实验站，济南 250100）

0 引言

桑树，桑科桑属，落叶乔木。高16 m，胸径1 m。喜光，对气候、土壤适应性都很强。耐寒，可在-40℃低温生存。喜温暖湿润气候，稍耐荫。气温12℃以上开始萌芽，生长适宜温度为25～30℃，超过40℃则受到抑制，低于12℃则停止生长。耐旱，不耐涝，耐瘠薄。根系发达，生长快，耐修剪，寿命一般可达数百年，个别可达数千年。

中国是世界上桑种最多的国家，收集并保存的桑树包括15个桑种和3个变种。其中栽培种有鲁桑、白桑、广东桑、瑞穗桑。目前，除了原有的桑蚕业外，桑树在饲料、食品、医疗保健、畜牧、食用菌、生物能源、旅游、有机肥料等方面应用日益广泛，在饲料和果品加工方面发展更为迅速。因此，桑产业在中国农业经济结构中有着极为重要的地位。

桑园施肥是促进桑树健康生长、提高桑树综合生产能力的主要方式。然而，目前桑树施肥普遍存在化肥施用过量、氮磷钾肥比例失调等问题，导致桑园土壤性状恶化，桑园土壤肥力降低、酸化和板结，土壤有机质含量减少，进而导致桑园收获期变短，产量下降，严重制约着桑蚕业的发展。本研究针对现有问题，综述了不同农艺措施对桑园土壤肥力及桑树生长的影响，以期为桑园保护利用提供理论依据。

1 桑树栽培和桑园管理的研究现状和问题

1.1 施肥类型对桑园土壤和桑树生长的影响

桑园施用化肥是提高桑产量最迅速、最显著、最有效的措施，对提高桑园单产与经济效益起到了重要作用。已有大量学者对桑园施化肥对桑树生长和桑园土壤肥力的影响做了深入的分析和研究。其中，施用氮肥能够显著改善土壤中氮素的有效性，增加桑园生产效率，对桑树根际土壤微生物碳源利用能力影响显著，但是，也会导致土壤酸化以至降低土壤微生物多样性[1-2]。针对长期施用氮肥的弊端，殷浩等[3]对桑园合理施氮方案进行了研究，推荐以生产养蚕用叶为目的的桑园最佳施氮量为360 kg/hm2，以提高桑叶DNJ（1-脱氧野尻霉素）含量和产量为目的的桑园最佳施氮量分别为299.56 kg/hm2和294.72 kg/hm2。夏跃明等[4]和谢桂萍等[5]研究了桑园大量元素肥氮、磷、钾肥的施用及缺肥诊断，并提出实现桑园优值、高效生产需要有机、无机肥料配施的思路。

长期施用化肥会导致桑园土壤条件恶化，进而导致桑园收获期缩短，产量下降，严重阻碍桑蚕业的发展。因此，对桑树的高质、高产施肥技术进行深入研究十分必要。研究显示，在桑园中施用有机肥可以有效替代化肥并有着改善土壤的作用。其中，畜禽粪、蚯蚓粪、蚕沙等粪便中含有大量的营养成分，是高品质的有机肥来源（图1）。鸡粪发酵有机肥可增加桑园土壤微生物数量、改善桑园土壤理化性状，增加桑叶产量并提高其品质[6]。50%蚯蚓粪与50%化肥配施可显著改善桑树根际土壤环境，大幅提高桑叶产量和品质[7]。蚕沙有机肥可以明显提高土壤中的酶活性[8]。有机碳肥可使土壤有机质、氮磷钾养分和土壤酶活性均显著增加[9]。有机-无机复混肥可提高桑树根际土壤细菌与根系内生细菌的丰富度、多样性和均匀度，增加桑树根际土壤和内生细菌群落的组成方式[10]。沼肥可以显著增加桑园土壤中＞0.25 mm水稳性团聚体和土壤有机质的含量，提高土壤保肥能力[11]。

图1 桑园常用有机肥

除动物粪便和商用有机肥外，劳动人民还创造了堆肥的方法进行有机肥的生产，并取得了良好效果。蚕沙和桑枝废菌包无害化堆肥还田对石漠化地区的桑树增产提质作用非常明显，土壤的理化性质得到明显改良，有机质由试验前的30.27 g/kg提升至37.57 g/kg[12]。桑枝肥料化施用能有效提高桑园速效养分，其中以桑枝羊粪肥料的效果最佳，改善了土壤微生物群落结构[13-14]。而赵珮等[15]研究了微生物及C/N 比对果桑枝条堆肥腐熟的影响，发现影响桑枝条堆肥腐熟效率的重要因素之一是初始C/N 比，适宜的C/N 比有利于微生物的分解活动和肥力的增加，增加微生物接种量，能够提高其腐熟效率，从而为桑枝堆肥提供理论依据。

在施用有机肥改良土壤肥力的基础上，经过广大农业工作者多年探索，蚕桑上使用微生物肥料也可以有效解决施用化学肥料的不足，提高桑叶产量与质量，进而提高蚕茧质量。生物有机肥具有改善桑园土壤、增加土壤肥力、减轻土壤污染、提高产量、改善品质、抗病防虫等优点[16]。同时，微生物肥能够提高土壤有机质含量，也有利于土壤性状的改善，容重降低，改善土壤结构，值得大力推广到各地[17-18]。

针对诸多肥料类型，学者们也进行了不同肥料类型配比施用的对比和分析，发现不同类型肥料及配比对桑园土壤及桑树产量会产生显著影响。其中，于翠等[19]研究了常规施肥、减量施肥、优化施肥3种施肥方式对桑树叶片净光合速率、果实品质及土壤微生物数量的影响，发现优化施肥处理通过施肥方式的改变、增施有机肥、适量补施镁肥、硼肥、锌肥、硅肥等，化肥的施用量会减少，可以改善土壤理化性质，有助于提高果桑叶片光合作用，提升果实品质。赵珮等[20]设置5 个有机肥＋不同配比氮、磷、钾肥处理组、1个复合肥＋P、K 处理组和1 个常规速效肥处理组，得出有机肥配施效果最佳。

基于此，根据当地桑园用途、土壤类型、气候特征等因素条件，采用有机、无机配施结合微生物菌肥调控的方法将是最大限度改善土壤环境、促进桑树健康生长、提高桑园产量和效益的方式。

1.2 施肥方式对土壤肥力和桑树生长的影响

科学合理的施肥方式，可有效减少肥料的损失，提高桑树肥料利用率。桑园施肥方式一般分为沟施、穴施、撒施、环施、灌施和叶面辅助喷施。其中，沟施在行间或离树干30～35 cm处开施肥沟，施人粪尿、堆肥、绿肥等肥料，施后盖平；穴施，在离树干28～30 cm处开施肥穴，施人粪尿、化肥等，然后盖好；撒施，在有机肥等用量较多时，把肥料撒在地面，结合深耕覆入土中[21]；叶面喷施营养物质可直接被桑叶吸收利用，但肥料数量少，肥效保持时间短[22]。此外，还有环施和灌施等施肥方式[23]，刘克愚等[24]将开沟施或挖穴施改为撒施发现可减轻劳动强度、提高肥料利用率。陈慧等[25]深入研究了在桑园施用基肥的基础上配施生物炭对桑树幼苗叶片品质的影响及综合评价，发现不同生物炭配施基肥处理可明显提高桑树幼苗的叶片品质，其中使用木炭取得的效果最佳。同时，由于土壤异质性较强，学者们通过对桑园土壤养分情况的抽样调查，针对不同土壤条件进行了测土配方施肥的探索，并针对性研制了桑园专用肥[26-28]，同时建立了桑园测土配方施肥专用技术，使得桑园肥力和蚕桑生产可持续发展能力得到明显增强，有效地减少了农业面源污染[29-31]，侯建忠[32]则研究了借助GIS 技术的桑园精准施肥方式，显著提高了肥料利用率，减少了生产成本，降低了过剩肥料对土壤环境产生的不良影响。

根据当地桑园施肥条件，优先考虑测土配方施肥、叶面辅助喷施等科学施肥方式，同时，可结合传统沟施肥、条施肥，满足桑园生产的需要。

1.3 灌溉方式对土壤肥力和桑树生长的影响

桑园灌溉是满足桑树水分需求，增产桑叶，改善叶质的主要措施。桑园灌溉有沟灌、漫灌、穴灌、喷灌、滴灌等方式[33]。沟灌是将水引入桑园畦沟进行灌溉，此法可一次性将水灌足，减少灌溉的次数，灌后土壤不易板结；漫灌是将水引入沟底梯田桑园进行灌溉，灌溉时省劳力也省成本但浪费水资源；穴灌是在桑园内开穴灌水，穴灌费工多，劳动强度大，宜在没有灌溉设施的桑园使用[34]。桑园采用喷灌可以显著提高水的有效利用率，实现增产、增收[35]，提高生态效益，但是，喷灌的一次性投资较大。滴灌在桑树行间埋入水管，水通过细孔渗湿土壤，供根系吸收利用，在水分紧缺地区采用，能够解决旱地桑树灌溉难题[36]，具有水分利用率高、省水省工、效率高等特点[37-38]。桑园滴灌技术与传统的漫灌技术相比具有显著的优点：①减少土壤水肥流失，保持土壤结构完整性；②节约用水效果好，省工省力见成效；③稳定土壤pH，预防土壤盐碱化；④提高肥料利用率，保障桑叶的优质和高产[39-40]，同时，也存在成本较高、管道堵塞和易损坏等问题。总体上，桑园滴灌水肥一体化技术是一种较为理想的水肥管理模式[41]。

因此，在有条件的情况推荐滴灌水肥一体化灌溉施肥方式，可以有效提高桑园产量、节约成本、提高品质。

1.4 覆盖方式对土壤肥力和桑树生长的影响

桑园覆盖技术就是在桑园中合理利用秸秆或地膜等农用覆盖物覆盖，为桑树的生长营造优良的环境。桑园覆盖技术（图2）包括地膜覆盖、地布覆盖、桑园覆草、秸秆覆盖等方式。其中，桑园地膜覆盖具有抑制杂草生长、防治肥水流失、减少表土板结、切断病原物传播途径等优点[42-44]。廖深谋[45]和寿国良等[46]发现通过桑园地膜覆盖后土壤温度降低、土壤含水率增加、桑树根系加深，有效地改善了桑树生长环境，增加桑叶产量。研究显示黑色地膜更有利于桑树生长发育，明显提高桑树发芽率，提高桑叶产量[47]。然而，桑园中应用的地膜材料一般为聚乙烯吹塑薄膜，易老化，寿命短，难降解，环保风险突出。园艺地布又称为“防草布”、“地面编织膜”、“地面防护膜”等，是一种园艺和农业用地面环境友好型覆盖材料，可以提高土壤温度、土壤含水率，促进桑树生长、提高桑叶产量和防除杂草[48-49]。

图2 桑园覆盖技术

桑园覆草就是播撒干草等于桑园的行间，是桑园土壤覆盖的一项极为实用的技术[50]。草量是桑园覆盖技术的关键点，太少则覆盖效果差，地面杂草容易长出来与桑树竞争肥水，如果过多则容易使桑树根部长期处在潮湿环境中[51]。生物覆盖（覆草）能明显提高旱地桑园土壤含水量，提高土壤的孔隙度，增加土壤矿质元素和有机质的含量，从而促进树体生长，增加产叶量，这是旱地桑园增产的有效途径[52-55]。

桑园覆盖秸秆，就是将秸秆（如麦秆、稻草、玉米秆、大豆秆等）均匀地撒在桑树的行间，进行桑园土壤的覆盖[56]。一般认为桑园桔秆覆盖还田技术具有抗旱保墒、减少径流、调节土温、抑制杂草、培肥土壤、增加产量等作用[57-58]。同时，桑园稻草覆盖来控制杂草生长是完全可行的[59]，有利于改变土壤理化性状，提高土壤保水、保肥、保墒能力，促进桑园稳产、高产，减轻劳动强度[60]。但是，田间覆草有可能增加桑树病虫害越冬存活的机率，给病虫防治带来负面影响，因而要加强病虫害防治力度，才能保证其增产效果[61]。

桑园地膜覆盖、地布覆盖、桑园覆草、秸秆覆盖等方式均具有各自的优缺点，需要根据实际情况确定覆盖方式。

1.5 种植方式对土壤肥力和桑树生长的影响

桑为多年生植物，不同连作年限条件下桑园土壤肥力变化及其与桑叶产量无明显关系。大部分桑园种植年限较长，而过量施肥对当地桑叶产量和土壤质量产生的不利影响十分突出[62]。研究显示，桑园土壤养分及pH与连作年限密切相关，桑园连作5、10和15年，土壤养分整体呈现升高-降低-升高的趋势[63]。濑户川等[64]连续调查了20 年发现桑叶年收获量随连作年限的增加而增加，至第13 年开始出现缓慢下降趋势，15年以后则呈快速下降趋势。

桑园越冬阶段保证通风顺畅、透光条件良好条件下，可在桑园内进行间套种植，进行多元化的生产，有助于提高桑园的综合经济效益。桑树行间套种作物，不仅能提高土地复种指数，还可以抵御丝绸市场处于低谷时对蚕业生产带来的冲击，使得劳动资源的利用更加合理，增加桑农收入，提高桑园综合效益[65]。大量学者对桑园套种进行了研究并取得了良好进展，目前较为成熟桑园套种作物见表1。

表1 桑园成熟套种模式

除了套种种植模式，桑园间作也是一种提高经济效益、改善农田气候和土壤环境的有效方法。由于桑树有明显的落叶期（休眠、伐条）和绿叶期，其他经济作物同样存在不同的生长特性，灵活运用“时间差”和“空间差”进行合理搭配，合理利用桑园土壤各个土层的水分和肥力，在桑园间作不同的经济作物，可以创造一个互利共生的良性生态立体模式[118]。研究显示，桑园间作紫云英可以为土壤提供大量有机质，促进土壤水稳性团粒结构的形成，改善土壤理化性状，增强土壤肥力[119]。同时，也应注意间作品种和季节的搭配问题，如秋冬季可以间作耐低温的作物如莴苣、白菜、萝卜、青菜等，春、夏季间作辣椒、茄子等，切忌间作与桑树争光争肥的高秆作物和深根作物，如树苗、小麦、玉米以及缠绕性强的藤蔓作物，如南瓜、丝瓜、苦瓜等[120]。

除了桑树与其他作物的连作、间作、套种等种植模式之外，广大劳动人民还总结探索了桑园种草、养鸡、养鹅、养鱼等动植物循环种植立体农业模式。其中以种草、养鸡模式最为成熟，其原理是利用桑园林下的生物资源和生态因子，为鸡的生长提供草、虫等食料和适宜的环境，鸡则在生长过程中为桑园起到除草、除虫、松土和供肥的作用，形成鸡与桑园的良性生态共享和生物循环链，实现桑叶生产和养鸡双赢[121-122]。在桑园中养鸡不仅可以起到减少杂草、减少病虫害、增加土壤肥力的作用，又能起到提高桑园的综合经济效益的作用[123-124]。受鸡群生理代谢作用和影响，桑园种草、养鸡后，增加了土壤中N、P、K和Mg元素的含量[125]，但是从长期来看，桑园种草养鸡存在钙素流失风险，而土壤钙素的退化有可能对蚕桑产业有着不利影响[126]。张步飞等[127]总结了桑园间作种草、养鹅的方法、优势和经济效益。此外，也有学者对于种草养鱼的模式进行了探索[128]。

桑园合理的连作、间作、套种有利于充分利用自然资源，发挥土壤地力优势，节约综合成本支出，提高经济效益。因此，根据当地气候条件、土壤条件、人力和经济条件，选择合适的种植方式极为重要。

2 建议和展望

中国栽桑养蚕历史悠久，具有得天独厚的种桑养蚕生产条件。目前，着眼于低碳绿色循环可持续发展的特色民生产业和提高生活品质的朝阳产业，一是应加大蚕桑综合利用，实现桑树叶、枝、根再利用，也可进行桑药间作模式，筛选桑树与中药材的最佳栽培形式、提高单位面积土地产出率；二是发展桑农结合、桑畜结合、生态治理等多种模式，为蚕桑产业的产业链延伸和产业升级提供技术支撑；三是加强桑园管理农机农艺融合，提升植桑养蚕机械化水平，推进桑园建设与机械化管理相融合、养蚕设施装备与养蚕农艺要求相融合、蚕桑产业机械化与信息化融合理念；四是以机换人，加快节水灌溉、水肥一体化及桑园微耕机、桑树伐条机、植保机械、采茧机等先进、适用、高效蚕桑设施、机械装备等的研发推广和应用；五是加强桑园各项环境指标的监测，加大新桑品种的培育和桑园保护，实现桑产业的健康和可持续发展；六是加强对古桑树群的保护措施，做好古桑树群建档工作，强化树体管理，融合多学科运用现代技术手段切实保护古桑树遗产和资源。

综上所述，桑树全身是宝，通过现代化的科学技术，合理有效地开发利用桑树资源，不断研究开发各种关于桑树的各类产品，对促进传统桑蚕产业的发展、提高人们的生活水平、提高蚕业各方面效益等都具有重要的意义。本研究梳理了现有关于农艺措施对桑园土壤生境与桑树生长状况的影响方面的研究进展。提出以下建议：桑树的种植要从选择合适肥料类型，科学管理施肥和灌溉，结合覆盖等养地措施，合理利用连做、间作、套种模式，提高种桑的综合效益。在今后的研究发展中，考察地区社会人文经济等因素，可以采取现代蚕业、桑农结合、桑畜结合、生态治理等多种发展模式，从而形成以桑树生态与农业优势为中心的多元化蚕桑产业。