行间生草栽培对枸杞产量品质及果园土壤特征的影响

赵 燕，葛玉萍，何 军，鄢慧芹

（1.宁夏职业技术学院，宁夏银川 750021；2.宁夏回族自治区原种场，宁夏贺兰 750200；3.宁夏农林科学院枸杞科学研究所，宁夏银川 750002；4.贺兰县农业农村局，宁夏贺兰 750200）

枸杞（Lycium bararum L.）为茄科枸杞属多年生落叶灌木，由于其耐盐碱、耐瘠薄、抗旱、抗风沙，常被作为西北地区生态恢复与环境治理的先锋树种[1-3]。枸杞是宁夏地区道地种植的木本经济作物，种植面积和果实产量均居全国首位[4]。枸杞果实，俗称枸杞子，富含黄酮、多糖、抗坏血酸等多种生物活性成分，在增强免疫、延缓衰老和抗氧化方面具有重要的药理作用，是我国传统的名贵中药材和滋补食品[5]。在枸杞生产实践中，基本以茨农的经验为主，缺乏统一的种植技术和标准的管理方法，因此普遍存在清耕管理的现象[6]。长期的清耕管理，不仅易引起水土流失和风蚀，加速土壤碳排放，还会导致枸杞地土壤微生物种群和个体数量减少、土壤营养环境恶化，进而影响枸杞生长和品质等问题[7-10]。生草栽培是在果树行间或全园种植一年生或多年生草本植物，对防止果园水土流失、保持土壤基础肥力、改善土壤生态环境、促进果树产业可持续发展具有重要的意义[11-12]。生草管理是欧美及日本等果树产业发达国家普遍采用的果园土壤管理模式，部分地区的免耕生草果园占到95%左右；而我国尚处于试验与小面积推广应用阶段，据统计，生草管理模式的果园面积占总果园面积的比例还不足10%[12-13]。大量研究证实，旱地果园连续多年实行生草栽培可以有效保护水土、固碳培肥、改善果园生态环境、增强果树抗病虫害及抗逆能力，还可以减少化肥施用和农药投入，达到提高果园产量和改善果品质量的目的[8,13]。目前，这些研究多集中于苹果[11-14]、桃[9,15]、梨[16]、葡萄[17]等树种上，而对枸杞的研究结果却鲜见报道。因此，本试验以宁杞7 号枸杞为材料，研究行间自然生草、行间人工种植黑麦草对果园土壤特征及枸杞果实产量品质的影响，旨在揭示生草管理对土壤碳排放、微生物特征、枸杞生长及产量品质的影响规律，为宁夏枸杞特色产业发展提供理论指导和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年在宁夏回族自治区中卫市中宁县大战场镇长山头农场进行（36°51'42″N、105°59'27″E），属典型干旱半干旱地带气候。四季春夏多风，秋冬干燥，年均降水量200 mm，多集中在秋季，无霜期120～218 d，光照资源充足，年均日照时数2 800 h，水分蒸发强，昼夜温差大。试验地地势平坦，排灌设施齐备，土层深厚，土壤贫瘠，土质为砂质壤土，成土母质为风积黄土。2020 年采集土壤基础样品测定结果：土壤pH值为8.5，偏碱性，全盐含量为0.86 g·kg-1；有机质含量为6.86 g·kg-1，处于缺乏水平；全氮含量为0.33 g·kg-1，处于极缺乏水平；有效磷含量为8.53 mg·kg-1，处于较缺乏水平；速效钾含量为135.24 mg·kg-1，处于较丰富水平。

1.2 试验材料

供试枸杞品种为宁杞7 号，树龄4 a，株行距为1 m×3 m，平均树高1.6 m，平均地径3.5 cm，疏散分层形树体，三层主枝，树势中庸，常规管理。供试氮、磷、钾肥分别为尿素（N≥46%）、过磷酸钙（P2O5≥12%）和硫酸钾（K2O≥24%）。供试草种为黑麦草，由宁夏农林科学院提供，净度超过99%，发芽率95%以上。

1.3 试验设计

开展田间小区试验，小区面积为200 m2（10 m×20 m），每小区种植6 行，每行10 株，共60 株，各小区四周均留3 行枸杞树作为保护行。试验设置全园清耕处理、自然生草处理和行间人工种植黑麦草3 个处理，每处理3 个重复，随机排列。试验开始前，每个小区选定5 株地径3.5 cm 左右、长势一致、第一二主枝层各均匀分布3～4 个主枝的枸杞树作为生长观测株，并做好标记。观测株在试验当年不修剪，其余植株按常规方法修剪管理。施肥均遵循当地常规施肥[2]，即尿素200 g·株-1，过磷酸钙400 g·株-1，硫酸钾300 g·株-1。施肥分3 次进行，第一次在3 月25 日，施肥量为全年施肥量的50%；第二次在6 月15 日，施肥量为全年施肥量的30%；第三次在8 月10 日，施肥量为全年施肥量的20%。施肥方法为单株穴状施肥，即在树冠垂直投影外缘处（距树干基部30～40 cm）沿对角线开挖4 个15～20 cm 深的施肥穴，将每株称量好的肥料分4 份分别放入4 个穴中，覆土灌水。清耕处理及时进行松土除草，保持小区内无杂草；自然生草处理要求对行间杂草不做清除，让其自然生长；行间人工种植黑麦草处理于3 月28 日在枸杞行间播种黑麦草，每米5 行，4 月上旬黑麦草出苗，5 月实现枸杞行间地面全覆盖。

1.4 采样及测定项目

1.4.1 土壤样品采集分析

在4 月上旬采集田间土壤基础样品并送回实验室检测。其中，电导法测定水样矿化度；土壤pH 值在水土体积比5∶1，混匀静止后直接用pH 计测定；DDS-11 电导率仪测定电导率，结合线性方程法计算全盐含量；有机质含量用重铬酸钾容量法测定；速效氮含量用碱解扩散法测定；有效磷含量用0.5 mol·L-1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量用1 mol·L-1醋酸铵溶液浸提-火焰光度计法测定[18]。

在6 月20 日、7 月20 日、8 月20 日晴天条件下，采用CIRAS-3 和SRC-2 土壤呼吸室定点定时测定0～10 cm 土层土壤温度、含水率及CO2排放速率。在8 月20 日采集枸杞树根际土壤样品，每小区采取3 个点，均匀混成一个样品，置于样品冻存管，用干冰保存带回实验室置于-80 ℃冰箱中保存用于DNA提取。

1.4.2 枸杞植株生长调查

在8 月20 日夏果采收后，分别测定枸杞观测株一二层主枝成枝数及新梢长度，取其平均值；每层主枝随机抽取一根长度与新梢平均长度一致的枝条，游标卡尺测定全部叶片的叶长和叶宽，JC-YM 叶面积仪测定叶面积，取其平均值。

1.4.3 枸杞果实产量测定

在果实成熟期，每10 d 采收1 次，各小区标记植株进行监测，采后及时烘干称重后保存，用于产量及生物有效成分分析，其余植株用于统计各小区夏果、秋果和全年干果产量。

1.4.4 枸杞果实性状及品质分析

以枸杞观测株第二茬夏果作为果实性状和品质分析的试样。四分法从各小区观测株全部混合样中随机选出100 粒枸杞鲜果，用游标卡尺测定果实横径、纵径，取其平均值；果形指数为纵径与横径的比值。其余果实烘干后分析生物有效成分含量，枸杞多糖含量依据《枸杞》GB/T 18672—2014 中的测定方法测定，先用80%乙醇去除干扰物质，再用水提取，硫酸水解与苯酚反应后用分光光度计测定；黄酮含量测定采用石油醚脱色，70%乙醇微波提取，高效液相色谱仪分析；类胡萝卜素含量测定采用乙醇提取，分光光度计470 nm 波长下测定吸光度；总糖含量采用苯酚硫酸法测定，以无水葡萄糖为标准品，在490 nm 波长下用紫外分光光度计测定吸光度；抗坏血酸含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定[19-20]。

1.5 数据分析

所有数据均为3 个重复的平均值±标准误（M±SE），SPSS 22.0 统计软件进行单因素方差分析（ANOVA），Duncan 法检验，差异显著性定义为p＜0.05或p＜0.01，Excel 完成相应图表的制作。

2 结果与分析

2.1 行间生草对土壤温度、含水率及CO2排放速率的影响

行间生草栽培对土壤温度、含水率及CO2排放速率均会产生一定影响，结果如表1 所示。3 个生育期阶段下各处理的土壤温度存在明显差异，与清耕处理相比，行间自然生草及人工种植黑麦草处理6 月20 日的土壤温度显著降低，7 月20 日行间人工种植黑麦草处理显著降低8.28%。行间生草栽培在一定程度上会增加土壤含水量，但差异不显著。土壤CO2排放速率在行间生草栽培处理下显著降低，尤其行间人工种植黑麦草处理，整个生育期内较清耕处理平均减少了28.27%，由此可见，行间生草有助于减少碳排放，增加碳对土壤的固定能力，达到节能减排的目的。

表1 行间生草对土壤温度、含水率及CO2排放速率的影响

2.2 行间生草对土壤微生物OTU数量的影响

操作分类单元（Operational Taxonomic Units，OTU）是在系统发生学研究或群体遗传学研究中，为便于分析而人为设置的分类单元标志。以97%的相似性对序列进行聚类，相似度大于97%的序列将聚为同一个OTU。分析不同分类水平下的OTU 数，结果如表2 所示，与清耕处理相比，行间生草栽培处理均能增加各分类水平下土壤微生物OTU 数目，且行间人工种植黑麦草效果高于自然生草处理。

表2 行间生草对土壤微生物OTU数量的影响

2.3 行间生草对土壤微生物多样性指数的影响

试验在97%相似度水平下分析12 个样品得到4 652～5 287种水平分类的细菌(见表3)，Chao1指数在各处理下无显著性差异；Shannon指数在行间人工种植黑麦草处理下显著提高，较清耕、自然生草处理分别增加15.95%、17.47%，说明该处理会增加物种数，提高菌群丰富度；Simpson指数在清耕、自然生草处理下最高，显著高于行间人工种植黑麦草处理；结果表明，行间人工种植黑麦草处理会提高细菌群落多样性。

表3 行间生草对土壤微生物多样性指数的影响

2.4 行间生草栽培对枸杞生长的影响

与清耕处理相比，行间人工种植黑麦草处理使枸杞叶片平均长度和宽度分别增加3.99%和3.85%，进而使单个叶片的叶面积显著增加9.62%。此外，行间生草对枸杞新梢萌发和生长也有一定的影响，表现为抑制新梢的萌发成枝而促进新梢的伸长。与清耕处理相比，行间人工种植黑麦草处理分别使枸杞树一层主枝和二层主枝的成枝数显著降低了22.58%和20.28%，使一层主枝和二层主枝的新梢长度分别增加6.61%和7.07%，使一层主枝和二层主枝新梢生长量（成枝数×新梢长）显著降低17.46%和13.47%。这些研究结果表明，行间种植黑麦草对枸杞叶片具有促进作用，对新梢成枝数具有抑制作用，进而降低了新梢生长量，减少人工修剪量及养分损耗，为单株挂果量增加奠定了基础（表4）。

表4 行间生草对枸杞生长指标的影响

2.5 行间生草栽培对枸杞果实品质的影响

与清耕处理相比，行间生草栽培对枸杞果实中生物有效成分含量有显著影响，各生物活性成分含量在处理间差异显著。各处理的总糖含量无显著性差异，其中行间人工种植黑麦草处理的总糖含量最高，比清耕处理增加3.31%；与清耕、自然生草处理相比，行间人工种植黑麦草处理显著增加多糖、黄酮、类胡萝卜素及维生素C 含量，其中多糖含量增加了7.98%，黄酮含量增加了50.98%，类胡萝卜素含量增加了21.01%，维生素C 含量增加了20.56%（见表5）。以上结果表明，行间生草栽培有利于提高枸杞果实品质。

表5 行间生草对枸杞干果品质的影响

表6 行间生草对枸杞干果产量的影响

2.6 行间生草栽培对枸杞产量的影响

研究结果显示，与全园清耕处理相比，行间人工种植黑麦草处理使枸杞夏果（干果）产量减少了2.26%，自然生草处理产量降幅为2.82%，但未达到显著性差异；秋果（干果）产量在各处理下存在显著性差异，行间人工种植黑麦草处理、自然生草处理比清耕处理分别减少了6.03%、7.26%。由此可见，自然生草会降低枸杞产量，行间人工种植黑麦草处理也会降低枸杞产量，分析原因可能是行间生草会损耗过多养分，以致无法为枸杞提供充足养分，导致减产现象发生。

2.7 枸杞产量品质与土壤关键因子的相关性分析

通过建立枸杞产量品质与土壤关键因子的相关性矩阵（见表7）发现，土壤温度、CO2排放速率、微生物多样性Simpson 指数与枸杞产量、品质指标间均存在负相关，其中Simpson 指数与枸杞产量、维生素C含量显著负相关，与枸杞多糖含量极显著负相关。土壤含水率、Chao1 指数、Shanonn 指数与枸杞产量、品质指标间存在正相关，其中土壤含水率与维生素C 含量显著正相关，与总糖、黄酮含量极显著正相关；Chao1 指数与枸杞产量、品质指标间极显著正相关；Shanonn 指数与总糖、多糖、黄酮含量显著正相关，与维生素C含量极显著正相关。

表7 枸杞产量品质与土壤关键因子的相关性分析

3 结论与讨论

作为一种常用的果园园艺管理措施，生草栽培一直都被欧美及日本等果树产业发达国家普遍采用。生草增加了果园地表覆盖，既能降低土壤温度，还可减少因涝导致果实根系受损的风险[21]。本试验得出相同结果，尤其行间种植黑麦草处理降低了土壤温度，同时增加了土壤含水量，有利于根系生长，且显著降低了土壤CO2排放速率，这对于减少碳排放、增加碳固定有明显促进作用。此外，本研究也发现行间种植黑麦草处理增加了土壤微生物群落丰富度及多样性，这与焦奎宝[22]、钱雅丽[23]研究结果一致。

行间生草与果树争水争肥、争光争热，进而影响果树生产的问题，一直是研究热点和重点[12-13]。多数研究认为，生草栽培可以改善果园土壤营养环境，进而促进果树生长、提高果实产量[7,12,14]。邓丰产等指出，连续种植白三叶草，不仅可以提高着果率，还可以克服苹果落花落果，提高苹果产量和品质[14]。当然，也有一些研究得出了不同甚至相反的结论[24]。王锐等通过连续2年的田间试验发现，与清耕对照相比，行内种植马齿苋对6 年生酿酒葡萄的产量并未产生显著影响[25]。张义等在黄土高原的长期定位试验中发现，苹果园行间连续9 年种植生草后，生草覆盖处理下的果树产量较清耕处理显著降低[26]。Abdalla 等在对372个地点进行的106项研究结果分析和总结的基础上提出，种植覆盖作物虽然能显著减少氮素淋失、增加土壤有机碳的固存，但其潜在的缺点之一就是会使作物的生产力减少约4%[27]。一般而言，生草与目标果树之间的水分、养分的竞争往往在生草种植第一年较弱，之后随着生草种植年限延长而增加，在生草种植的第四年才能趋于稳定[7,28]。在本研究中，我们也得到了生草栽培不利于果树产量的结果，行间自然生草与人工种植黑麦草均降低了枸杞干果产量，这可能就是自然生草、种植黑麦草与枸杞树之间竞争水分和养分的结果。本研究结果与前人研究结果不一致的原因应该有两个：1）行间种植的生草种类不同，两者对水分和养分的需求规律不同，黑麦草属于须根系植物，它们在土壤中吸收水分和养分的深度和层次也不一样，这就导致了它们在与枸杞进行水肥竞争时存在差异；2）前人将行间生草在翌年收割翻压还田，这样能够释放有机质及氮素供枸杞树吸收利用[1,3-4]，进而增加产量，因此本试验可在连续行间生草条件下进一步验证。

枸杞多糖、黄酮、类胡萝卜素及维生素C 是公认的枸杞药理成分，有增强免疫、抗癌和抗衰老的功效，对活性氧具有较强的清除作用[1,18-19]。对于果实品质来说，大多数研究认为生草覆盖能够显著提升果树的果实品质[7,8,11,14-17]。枸杞作为基础中药材，其成分含量直接影响药材品质。在本研究中，行间种植黑麦草处理使枸杞干果中多糖、黄酮、类胡萝卜素、抗坏血酸含量等较清耕处理显著升高，主要原因在于行间种植黑麦草不仅可以协调水肥气热关系，还可以为微生物活动提供良好生长场所。相关性分析表明，土壤含水率、微生物Chao1 指数与枸杞产量、品质关系密切，水分调控土壤温差变化，以及微生物活动促进提高土壤养分活性，在一定程度上促进枸杞糖分积累及活性物质增加。

与清耕处理相比，行间人工种植黑麦草处理能提高土壤含水量，降低土壤温度和CO2排放速率；提高枸杞根际土壤微生物不同分类水平下的OTU 数，Shannon指数较清耕、自然生草处理分别增加15.95%、17.47%，可明显提高菌群丰富度与群落多样性；同时会导致枸杞产量减少，但枸杞多糖含量增加了7.98%，黄酮含量增加了50.98%，类胡萝卜素含量增加了21.01%，维生素C含量增加20.56%，在一定程度上有效改善果实品质，因此，可初步认为行间人工种植黑麦草是减少碳排放、提高土壤微生物多样性、达到促产优质的途径之一。