濱海鹽土柑桔園行間生草草種影響土壤養(yǎng)分的試驗

楊儲豐，虞秀明，鄭 潔

(上海市林業(yè)總站，上海，200072)

果園生草栽培是歐美、日本等發(fā)達國家普遍推行且效果較佳的現(xiàn)代化土壤管理制度和果園管理模式，可有效提高土壤肥力，促進果園土壤養(yǎng)分的可持續(xù)利用，改良果園土壤環(huán)境，防止水土流失，調(diào)節(jié)果園微域生態(tài)環(huán)境，保持果園生態(tài)平衡[1-4]。我國的果園生草栽培技術(shù)研究起步較歐美國家晚，始于20世紀80年代初，果園生草作為綠色果品生產(chǎn)技術(shù)于1998年開始在全國推廣。經(jīng)過近30年的研究與應用，我國果園生草面積雖有增加，但果園生草總體發(fā)展較為緩慢，現(xiàn)有生草果園仍僅占果園總面積的20%以下[5-6]。目前，我國有關(guān)果園生草栽培的研究主要集中在生草栽培對果園生態(tài)效應變化、土壤理化性質(zhì)和微生物群落、果樹生長發(fā)育及果實產(chǎn)量和品質(zhì)影響等方面[1-2，7]。

果園生草主要有自然生草和人工生草兩種形式。自然生草指自然生長出雜草后在株行間選留適宜草種，并去除不適宜的雜草。人工種草指選擇適宜草種，多為1年生或多年生豆科或禾本科植物，在果園行間、株間和全園進行人工種植[1，7]。果園生草栽培中，草種的選擇將直接影響果園生草效果，是果園生草成功與否的關(guān)鍵[8]。全世界已發(fā)現(xiàn)的草種有5 000多種，可用于果園生草的有1 000多種[9]。我國對于果園生草的草種篩選研究和應用仍較少，可供選擇的草種有限，針對桔園生草研究過的草種仍不到20種[1，10-12]?？茖W篩選果園生草植物種與品種，必須綜合考量氣候、灌溉情況、土壤肥力、果樹種類等因素[7]。上海是我國重要的柑桔北緣產(chǎn)區(qū)之一[13]，篩選和研究該地區(qū)桔園適宜的生草品種對于桔園生產(chǎn)指導具有重要意義，但目前上海地區(qū)桔園生草栽培研究尚未見相關(guān)報道。針對此，2019—2020年筆者開展了不同生草種類對上海桔園土壤養(yǎng)分的影響試驗，以期為上海地區(qū)桔園生草的草種選擇和栽培技術(shù)推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗于2019—2020年在崇明區(qū)長興島的上海市柑桔研究所基地(東經(jīng)121°34′～121°47′，北緯31°19′～31°26′)進行。試驗地所在區(qū)域?qū)俦眮啛釒ШＱ笮约撅L氣候，四季分明，全年溫和濕潤，年平均氣溫15.6 ℃，年平均相對濕度約81%，年降水量約1 166.1 mm，60%左右的雨量集中在5—9月的汛期，無霜期238 d左右，日照為2 036.9 h。試驗地所在桔園面積約10 hm2，主栽品種為5年生宮川溫州蜜柑，樹冠直徑為150～180 cm，東西行向，株行距為2.5 m×4.0 m，土壤為濱海鹽土，土質(zhì)黏重偏堿性。秋播草種前測定，0～20 cm土層pH值為7.97，有機質(zhì)含量為14.4 g/kg，水解性氮含量為78.2 mg/kg，有效磷含量為14.5 mg/kg，速效鉀含量為102.6 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計試驗地采用行間生草模式，采用單因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計。設(shè)置自然生草(C)，以及種植黑麥草(T1)、野豌豆(T2)、黃花苜蓿(T3)、菊苣(T4)、高羊茅(T5)和鼠茅草(T6)6個人工生草處理。自然生草群落，春季以婆婆納為主，夏季以牛筋草和喜旱蓮子草為主。每個處理小區(qū)面積約0.6 hm2，均設(shè)置3塊重復樣地，以樹行為單位進行重復。試驗前地塊采用除草劑除草，除草頻率為3次/年。生草栽培于2019年9月進行，對已除草地塊先用旋耕機旋耕松土，再進行人工行間撒播草種，播種密度30 kg/hm2，播種深度1～2 cm。

各處理區(qū)的立地條件及施肥等田間管理措施一致。各處理地塊的施肥均以有機肥為主，化肥為輔。3月中旬每株柑桔樹施有機肥5 kg，作為底肥；此后至6月底，土壤施肥以少量多施為原則，每隔20 d施一次復合肥或尿素，每次每株施肥200～250 g。于7月中旬施本年度最后一次肥，每株施平衡型復合肥1 000 g。

1.3 不同草種生物量調(diào)查用1.0 m×1.0 m的方形鐵絲框在試驗地對角線上，采用5點取樣法分別量取1 m2的草樣，于2020年4月初貼地面將草樣地上部割掉，現(xiàn)場用電子秤稱鮮質(zhì)量，之后帶回實驗室在105 ℃下殺青，再在75 ℃下烘干，稱干質(zhì)量。鮮草在4月初刈割測產(chǎn)，年刈割3～5次，割下的草放置樹盤下及株間。

1.4 土壤樣品采集分別于2020年4月1日和10月10日，按對角線法在各小區(qū)行間樹盤附近布設(shè)5個采樣點，去除表層殘枝落葉后，采集0～20 cm土層土樣，將每個小區(qū)的土樣充分混勻，并去除根系等雜質(zhì)，將土樣風干、碾細后過1 mm 篩，用于土壤養(yǎng)分含量指標的測定。

1.5 土壤養(yǎng)分含量及理化性質(zhì)測定方法土壤pH值測定采用電極電位法。土壤水解性氮含量測定方法采用堿解擴散法，有效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀含量測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法，交換性鈣和交換性鎂含量測定均采用原子吸收分光光度法，有效鐵、有效錳、有效鋅、有效銅含量測定均采用二乙烯三胺五乙酸浸提-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法，有效硼含量測定采用甲亞胺-H比色法，有效鉬含量測定采用草酸-草酸銨浸提-極譜法。有機質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法。

1.6 數(shù)據(jù)處理利用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用單因素和Duncan法進行方差分析和差異顯著性(α=0.05)多重比較。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同草種地上部生物量調(diào)查結(jié)果看出，頭年9月生草栽培，第2年4月測定，地上部鮮質(zhì)量以黃花苜蓿(T3)最大，干質(zhì)量以高羊茅(T5)最大，自然生草(C)的干、鮮質(zhì)量均最?。桓鞑莘N地上部干鮮質(zhì)量比從大到小依次為高羊茅(T5)>菊苣(T4)>鼠茅草(T6)>黃花苜蓿(T3)>自然生草(C)>黑麥草(T1)>野豌豆(T2)(見表1)。

表1 上海崇明桔園生草栽培不同草種地上部的干鮮質(zhì)量

2.2 不同草種生草栽培桔園土壤有機質(zhì)含量和pH值試驗結(jié)果看出，4月各處理土壤有機質(zhì)含量高低表現(xiàn)為黑麥草(T1)處理最高，野豌豆(T2)處理其次，鼠茅草(T6)處理顯著低于除自然生草(C)處理外的其他所有處理；10月各處理土壤有機質(zhì)含量高低表現(xiàn)為鼠茅草(T6)處理最高，菊苣(T4)處理最低，前者比后者高84%(見圖1)。

除10月黃花苜蓿(T3)處理的土壤pH值顯著高于其他處理外，其余各處理間的土壤pH值均無顯著性差異(見圖1)。

注：C為自然生草，T1為黑麥草，T2為野豌豆，T3為黃花苜蓿，T4為菊苣，T5為高羊茅，T6為鼠茅草。圖2至圖5同。

2.3 不同草種生草栽培桔園土壤水解性氮、有效磷和速效鉀含量試驗結(jié)果看出，4月野豌豆(T2)、黃花苜蓿(T3)、高羊茅(T5)處理的土壤水解性氮、有效磷和速效鉀含量較高，黑麥草(T1)處理的土壤水解性氮和速效鉀含量較低，鼠茅草(T6)處理的土壤有效磷含量較低。10月野豌豆(T2)處理的土壤水解性氮和速效鉀含量較高，黑麥草(T1)處理的土壤有效磷含量較高、速效鉀含量較低，黃花苜蓿(T3)處理的土壤水解性氮、有效磷含量較低?？傮w上，與自然生草(C)相比，僅野豌豆(T2)處理的土壤水解性氮、有效磷和速效鉀含量表現(xiàn)為穩(wěn)定提高(見圖2)。

圖2 上海崇明桔園不同草種生草栽培后土壤的水解性氮、有效磷和速效鉀含量

2.4 不同草種生草栽培桔園土壤交換性鈣和交換性鎂含量試驗結(jié)果看出，4月自然生草(C)處理的土壤交換性鈣含量最高，黃花苜蓿(T3)處理的最低，前者約是后者的2.5倍；10月黑麥草(T1)和野豌豆(T2)的土壤交換性鈣含量較高，鼠茅草(T6)處理的較低，前兩者比后者高近1.0倍(見圖3)。

4月不同處理間土壤交換性鎂含量差距不大，野豌豆(T2)和高羊茅(T5)處理稍高；10月不同處理間土壤交換性鎂含量差距明顯，黑麥草(T1)和黃花苜蓿(T3)處理的較高，高羊茅(T5)處理的較低，前兩者比后者高約1.3倍(見圖3)。

圖3 上海崇明桔園不同草種生草栽培后土壤的交換性鈣和交換性鎂含量

2.5 不同草種生草栽培桔園土壤有效鐵和有效錳含量試驗結(jié)果看出，4月不同生草處理間土壤有效鐵含量差距不大，僅黃花苜蓿(T3)處理稍高；10月不同生草處理間土壤有效鐵含量差距較大，野豌豆(T2)和菊苣(T4)處理的較高，高羊茅(T5)處理的較低，前兩者比后者高約2.2倍(見圖4)。

4月野豌豆(T2)處理的土壤有效錳含量最高，黑麥草(T1)處理最低，前者較后者高約2.7倍；10月不同生草處理間土壤有效錳含量差距不大，自然生草(C)處理的最高，黃花苜蓿(T3)處理的最低(見圖4)。

圖4 上海崇明桔園不同草種生草栽培后土壤的有效鐵和有效錳含量

2.6 不同草種生草栽培桔園土壤有效鋅、有效銅、有效硼和有效鉬含量試驗結(jié)果看出，4月野豌豆(T2)處理的土壤有效鋅和有效銅含量最高，而鼠茅草(T6)處理的最低，前者比后者分別高1.2和1.4倍。10月黑麥草(T1)處理的土壤有效鋅和有效銅含量最高，菊苣(T4)處理的土壤有效鋅含量最低，黃花苜蓿(T3)處理的土壤有效銅含量最低，高低相差分別達1.1和2.8倍(見圖5)。

4月不同生草處理間土壤有效硼含量差距不大；10月野豌豆(T2)處理的土壤有效硼含量最高，自然生草(C)處理的其次，高羊茅(T5)處理的最低(見圖5)。

4月黃花苜蓿(T3)處理的土壤有效鉬含量最高，高羊茅(T5)處理的最低，前者比后者高約1.0倍；10月不同生草處理的土壤有效鉬含量高低表現(xiàn)為自然生草(C)、野豌豆(T2)>高羊茅(T5)、鼠茅草(T6)>黃花苜蓿(T3)>黑麥草(T1)、菊苣(T4)，自然生草(C)和野豌豆(T2)處理的比黑麥草(T1)和菊苣(T4)處理的高約2.0倍(見圖5)。

圖5 上海崇明桔園不同草種生草栽培后土壤的有效鋅、有效銅、有效硼和有效鉬含量

3 討論

3.1 桔園生草對土壤有機質(zhì)含量的調(diào)控效果土壤有機質(zhì)是衡量土壤肥力高低的重要指標，其對土壤理化性狀的改善、其他營養(yǎng)元素的分解、作物生長發(fā)育等方面有重要作用[14]。相關(guān)研究表明，桔園行間種植黑麥草、菊苣、檸檬羅勒、紫蘇、霍香薊、百喜草和自然生草均可有效促進土壤有機質(zhì)的累積，但不同草種對桔園土壤有機質(zhì)累積的影響不一[11，15-16]。本研究也有相似發(fā)現(xiàn)，桔園行間選用的草種不同，土壤有機質(zhì)水平不盡相同：與自然生草(C)相比，人工種植黑麥草(T1)、野豌豆(T2)對4月的土壤有機質(zhì)含量的提升效果較明顯，人工種植其他草種的效果不明顯；人工種植鼠茅草(T6)對10月的土壤有機質(zhì)的提升效果明顯，其他草種的效果不明顯，菊苣(T4)甚至使土壤有機質(zhì)含量明顯下降。同時，也表明不同草種對春秋季節(jié)土壤有機質(zhì)的促累積作用有差異。4月自然生草(C)的土壤有機質(zhì)含量較低，可能與桔園雜草生長和覆蓋效果不佳，生物量累積較少且不易分解，致使其對有機質(zhì)的消耗量大于累積量有關(guān)。4月鼠茅草(T6)處理的土壤有機質(zhì)含量較低，而10月時卻大幅升高，可能與鼠茅草耐寒不耐高溫的生長習性有關(guān)，鼠茅草作為生物量累積較高的草種，于夏季枯死后經(jīng)干物質(zhì)腐解作用將養(yǎng)分逐漸釋放至土壤，從而促使土壤有機質(zhì)水平的提升。

3.2 桔園生草對土壤大量元素、中量元素含量的調(diào)控效果土壤氮磷鉀大量營養(yǎng)元素和鈣鎂中量元素的穩(wěn)定供給是保證柑桔各生長階段正常生長發(fā)育的前提。桔園生草栽培后，草體腐解過程中會將其豐富的氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素釋放到土壤中，進而提高這些養(yǎng)分在土壤中的含量[1]。Mauro等[17]研究發(fā)現(xiàn)，桔園內(nèi)生草栽培可有效改善土壤營養(yǎng)水平，與清耕相比，種植野芥和胡盧巴、蠶豆和燕麥組合后，土壤全氮和有效磷含量均明顯提高。付學琴等[18]研究表明，與清耕相比，南豐蜜桔園生草栽培可顯著提高土壤團聚體全氮、全磷、全鉀、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀的含量，且行間播種黑麥草對增加土壤團聚體磷、鉀供應效果優(yōu)于白三葉處理，但土壤團聚體氮素供應效果差于白三葉處理。黎鑫林[11]研究表明，與柑桔園內(nèi)間作黑麥草、檸檬羅勒、藿香薊、自然生草相比，菊苣、紫蘇處理提高土壤氮、磷、鉀元素含量的效果更佳。在本研究中，不同草種1年生草栽培對桔園土壤氮、磷、鉀、鈣、鎂的調(diào)控效果也不同：與其他草種相比，春秋季桔園野豌豆(T2)處理的土壤水解性氮、有效磷和速效鉀含量均較高，這可能與野豌豆等苕子類植物具有較高的氮、磷、鉀養(yǎng)分累積量，且其容易腐解，腐解率和養(yǎng)分的累計釋放率較高，可為桔園土壤中的大量營養(yǎng)元素提供穩(wěn)定來源有關(guān)[19-20]。本研究還發(fā)現(xiàn)，桔園行間種植黑麥草(T1)、野豌豆(T2)對10月土壤交換性鈣的提升效果，種植黑麥草(T1)和黃花苜蓿(T3)對10月土壤交換性鎂含量的提升效果，較其他草種明顯?？芙ù宓萚21]認為土壤有機質(zhì)含有果樹需要的N、P、K、Ca、Mg等礦質(zhì)元素，果園生草栽培后土壤中礦質(zhì)元素含量的增加與土壤有機質(zhì)含量的增加密切相關(guān)。因此，桔園生草對土壤中這些大量元素和中量元素含量的調(diào)控結(jié)果，可能與桔園種植黑麥草(T1)和野豌豆(T2)對土壤中有機質(zhì)含量的提升效果較明顯有關(guān)。

3.3 桔園生草對土壤微量元素含量的調(diào)控效果土壤微量元素與生物分子蛋白、維生素、核酸和多糖等代謝過程密切相關(guān)，對果樹生長和果實品質(zhì)具有不可或缺的作用[22]。朱婧等[23]研究表明，與清耕相比，生草栽培可顯著增加臍橙果園土壤中有效鐵、有效錳、有效鋅、有效銅和有效硼等微量元素的含量。楊露等[24]研究發(fā)現(xiàn)，與清耕相比，不同生草處理均顯著提高了蘋果園土壤中的有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅的含量，其中，種植加拿大濱麥、粗燕麥草、彎葉畫眉草、寵禾草分別對土壤有效鐵、有效錳、有效銅和有效鋅含量的提升效果最佳。韓建[25]發(fā)現(xiàn)，梨園行間生草可顯著提高土壤有效錳含量，且種植黑麥草的效果優(yōu)于早熟禾和白三葉。在本研究中，種植野豌豆(T2)處理4月土壤中有效錳、有效鋅和有效銅含量及10月土壤中有效硼含量均較高于其他草種；野豌豆(T2)和菊苣(T4)處理對10月土壤中有效鐵含量，黑麥草(T1)處理對10月土壤中有效鋅和有效銅含量，自然生草(C)和野豌豆(T2)處理對10月土壤中有效鉬含量，分別具有更明顯的提升效果。一年的生草效應表明，桔園生草能夠有效調(diào)節(jié)土壤微量元素的供給能力，但不同草種的調(diào)節(jié)效果各異。總體看來，野豌豆(T2)對桔園土壤中微量元素的提升效果最佳?；舴f等[26]研究表明，果園生草可有效活化某些微量元素，從而提高其供應水平和能力，邊際效應分析結(jié)果表明果園生草后土壤中微量元素含量增加與有機質(zhì)含量增加是相互促進的。這與本試驗中桔園行間種植野豌豆(T2)后土壤中有機質(zhì)含量較高的情況是一致的。

綜上所述，行間生草對桔園土壤(0～20 cm土層)中有機質(zhì)、大量元素、中量元素和微量元素養(yǎng)分具有重要的調(diào)控作用。一年的生草效應顯示，種植黑麥草和野豌豆對土壤養(yǎng)分的提升效果較好，種植黃花苜蓿、菊苣、高羊茅處理的效果較差，鼠茅草等草種對土壤養(yǎng)分的調(diào)控作用存在季節(jié)差異。已有研究表明，果園實施生草栽培后土壤養(yǎng)分含量的提高過程并非一蹴而就，還與生草年限有關(guān)[26]。因此，后續(xù)應開展生草效應多年跟蹤分析，并以多草種混種形式開展桔園生草栽培研究，從土壤空間、光熱資源利用、草種養(yǎng)分時空累積和釋放特征、養(yǎng)分競爭等方面進行綜合考量，優(yōu)化桔園生草栽培模式。