不同草種對‘赤霞珠’葡萄幼苗生長和土壤理化性狀的影響

姜亦文，張曉鑫，王玥，賈潤普，左一立，姚玉新*

（1. 山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018；2. 商河縣農業農村局，山東商河 251600）

果園生草是一項綠色果品生產技術，在葡萄園應用面積逐步擴大。葡萄園生草有行間生草和全園（行間＋行內）生草兩種方式，目前以前者居多。大量研究表明，果園生草的主要作用在于維持土壤的穩定性，提升土壤的理化性狀。生草能降低葡萄園土壤容重、增大土壤孔隙度[1]，提高土壤pH，緩解土壤鹽堿化，促進葡萄生長發育[2]。就具體草種而言，葡萄園行內人工種植黑麥草、紫花苜蓿、白三葉，能提高0～20 cm土層有機質含量[3]；行間種植高羊茅、紫花苜蓿、白三葉，能增加土壤酶活性[4]；葡萄園自然生草顯著提高微生物豐度指數和多樣性指數，以生草0～20 cm土層處理最高[5]。

生草對土壤礦質營養、樹體生長和品質形成的調控受立地條件和草種等因素影響。行間生草下，草通過直接競爭和吸收水分、降低氮素可移動性來減少土壤和葡萄植株的氮素水平[6]；此外，葡萄園生草降低土壤氮（尤其是硝態氮）、磷、鉀含量[8-9]。草、葡萄根系相互競爭會影響葡萄水分吸收、光合產物分配、根系下扎能力和分布以及根系微域環境質量等，進而影響根系生長[9-10]；葡萄園長期行間生草可引起‘赤霞珠’葡萄表層根系數量大幅減少[11]。研究發現，葡萄行間生草可降低葡萄生長勢，且對葡萄產量無影響[12]。與行間生草相比，全園生多種草均降低了葡萄樹體氮素水平，進而減弱葡萄營養生長[13-14]。不同草種對產量的影響也不同，豆科草種降低穗質量，混合草種降低果穗數量和穗質量；但混合草種利于果實品質形成[15]。

總體上看，與行間生草相比，全園生草對葡萄生長和土壤環境等方面的影響需要更深入的研究[14,16]；現有研究多數表明，全園生草不利于樹體生長和產量形成，但有利于控制生長勢和品質形成[14]。目前生產上存在苗木種植和全園生草同步的種植模式，本研究旨在評價黑麥草、野豌豆和自然生草對葡萄幼苗生長的影響，并從碳氮營養和土壤環境角度闡明其影響機制，以期為葡萄園科學生草提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

試驗于2018年在山東農業大學南校區實驗基地進行。一年生‘赤霞珠’（Cabernet Sauvignon，Vitis viniferaL.cv）葡萄自根苗及對應栽培土壤用于葡萄生長、儲藏營養、葡萄15N同位素示蹤及土壤理化性狀分析。葡萄定植于80 cm×80 cm×100 cm的根箱中，基質為土∶基質∶蛭石∶有機肥＝4∶1∶1∶1。試驗分4個處理，人工種植野豌豆及黑麥草、自然生草、清耕，人工種草時間為苗子發芽后（4月18日），自然生草優勢種群為馬唐（Digitaria sanguinalisL. Scop.）、稗草（Echinochloa crusgalliL. Beauv.）、牽牛（Pharbitis nil.Linn. Choisy）、蒲公英（Taraxacum mongolicumHand.-Mazz.）和狗尾草（Setaria viridisL. Beauv.）。每個根箱內種植一株葡萄苗，每6個根箱一個處理，重復3次。6月進行葡萄15N同位素示蹤處理，每盆1 g帶標記的尿素兌2 L水均勻澆灌，避雨管理，9月份落葉前破壞性取樣。

不同草種碳同化能力、氮吸收能力利用盆栽進行試驗。春季在60 cm×60 cm的陶盆內均勻的撒播野豌豆及黑麥草種子，加上自然生草共3個處理，每6盆一個處理，重復3次，5月份進行碳氮示蹤試驗，每盆1 g帶標記的尿素兌2 L水均勻澆灌，碳示蹤則用13C標記的碳酸鋇0.3 g，在密閉條件下將0.1 mol/L的HCl注入，速度為4 mL/h，共處理4 h。15N同位素示蹤處理同上。處理一個月后測定不同草種的碳氮水平。

6月5日將草取樣并漚肥，7月16日將漚好的肥料埋入春季根箱定植的‘赤霞珠’葡萄周圍，澆水濕潤，9月份落葉前將植株破壞性取樣，檢測葡萄13C和15N的含量。

1.2 測定方法

枝條及根系內的淀粉與可溶性糖采用硫酸蒽酮比色法測定[18]，檢測波長為630 nm。

根系構型采用專業版 WinRHIZO 根系分析系統（Regents Instruments Inc., Quebec, Canada）測定。

碳氮示蹤的測定，同位素吸收量及各器官分配率計算方法參考葛順峰等[18]。

土壤容重用環刀法測定，土壤有機質采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定[19]。

土壤呼吸使用PP System公司的CIRAS-2便攜式光合儀及其附帶的SRC-1土壤呼吸室進行測定。

土壤氧氣擴散速率使用ODR土壤氧氣擴散速率儀（賽弗公司，中國）測定。

土壤過氧化氫酶活性用高錳酸鉀滴定法測定；脲酶活性用苯酚鈉比色法測定；蔗糖酶活性用3,5-二硝基水楊酸比色法測定[20]。

1.3 數據統計與處理分析

試驗數據用Microsoft Excel 2010進行處理，采用 DPS 7.05 軟件進行方差分析，用Duncan's新復極差法進行平均數的顯著檢驗，差異顯著性用小寫字母標注，P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 不同草種對植株生長和儲藏營養的影響

與清耕相比，黑麥草、自然生草對新梢高度的影響無顯著差異，野豌豆顯著降低新梢高度，僅為清耕的51.5%。并且，野豌豆也顯著降低地上部鮮重，僅為清耕對照的22.4%；黑麥草顯著提高地上部鮮重，自然生草降低了地上部鮮重，但效果并不明顯。與清耕相比，黑麥草、自然生草顯著提高枝條淀粉和可溶性糖含量，自然生草下淀粉和可溶性糖比對照提高15.2%和48.3%；而野豌豆對葡萄枝條中淀粉和可溶性糖無顯著影響（表1）。

從表型上看，黑麥草增加了細根數量，野豌豆降低了總體根系水平（圖1）。與清耕對照相比，野豌豆使根系鮮重降低84.8%，同時減小根系總長度和平均直徑；而黑麥草和自然生草對根系總長度未產生顯著影響，但顯著降低根系直徑。就根系組成而言，與清耕相比，野豌豆顯著降低側根和毛細根的數量，而黑麥草和自然生草對一級側根數量無顯著影響，顯著提高二級側根和毛細根數量（表2）。并且，自然生草和黑麥草顯著提高根系淀粉和可溶性糖含量，而野豌豆顯著降低根系淀粉和可溶性糖含量（表3）。

表1 不同草種對葡萄新梢生長和儲藏營養的影響Table 1 Effects of planting different grasses on grapevine shoot growth and nutrition reserve

2.2 不同草種的氮吸收、碳同化能力及對葡萄碳氮水平的影響

三種草在20 cm左右厚度的土層中產生大量根系，與葡萄根系交錯分布，黑麥草的根系分布見圖2A。野豌豆對氮吸收能力最強，其次是自然生草，黑麥草吸收能力最低；野豌豆氮吸收能力達到黑麥草的2.72倍。野豌豆與黑麥草的碳同化能力無顯著差異，但顯著高于自然生草（圖2B）。

與清耕相比，生草顯著降低葡萄15N吸收量，黑麥草、野豌豆和自然生草導致的降幅分別為36.0%、47.9%和31.4%（圖2C），表明草與葡萄競爭氮素。并且，不同草種對葡萄不同組織氮素水平影響有所不同；黑麥草主要降低根和莖中氮素，自然生草主要影響莖和葉，而野豌豆對根、莖、葉都產生顯著影響（圖2C）。

表3 不同草種對葡萄根系儲藏營養的影響Figure 3 Effects of different grasses on root nutrition reserve/(mg/g)

2.3 不同草種漚制綠肥對葡萄碳氮營養的影響

將整草漚爛制成綠肥，等量施在葡萄根系附近，然后測定植株對肥料中15N和13C的吸收能力，以及吸收后各營養器官占總吸收的百分比。結果表明，葡萄從3種綠肥吸收的氮素大約35%和40%分配到根和葉，25%分配到莖；葡萄對黑麥草和自然草綠肥的氮素吸收能力相似，對野豌豆綠肥的氮吸收率相對低，為黑麥草的83.8%（圖3A）。葡萄從綠肥中吸收的碳素主要分配到葉片，占總量的50%以上；自然生草對葡萄碳素貢獻最大，比野豌豆高26.5%；黑麥草和野豌豆提供了相似的碳素（圖3B）。

2.4 不同草種對土壤理化特性的影響

土壤呼吸、土壤氧氣擴散速率是土壤通氣性的重要指標，反映土壤氧氣與大氣之間的交換狀況。從圖4A可以看出，4種模式對應的土壤呼吸速率日變化均為單峰曲線，峰值出現在13:00。3種生草處理在同一天的同一時刻均要高于清耕，以種野豌豆最好，其次為自然生草，最后是黑麥草。在峰值時，野豌豆、自然生草及黑麥草分別比清耕高85.5%、46.4%、25.7%。

土壤氧氣擴散速率跟土壤呼吸一樣是土壤通氣性的重要指標。如圖4B所示，與清耕相比，種植野豌豆顯著提高氧氣擴散速率，增幅為21.8%；自然生草增長10.5%，但未達到顯著水平；黑麥草對氧氣擴散速率的影響和清耕相似。

就土壤酶活性而言，生草提高土壤過氧化氫酶、尿酶和蔗糖酶活性，對蔗糖酶活性的提高幅度最大；黑麥草、野豌豆及自然生草使土壤過氧化氫酶活性比對照提高40.3%、12.7%、23.9%（圖5A），使脲酶活性提高了28.7%、7.7%、15.3%（圖5B），使蔗糖酶提高298.7%、71.9%、285.8%（圖5C）。因此，黑麥草對3種酶活性的促進作用最大，其次是自然生草，最后是野豌豆（圖5）。

生草顯著影響0～20 cm的土壤容重（表4），其中種黑麥草、野豌豆以及自然生草分別使其降低19.1%、7.3%、21.9%。但是，生草對20～40 cm的土壤容重無顯著影響。表明草根主要分布于0～20 cm土壤深度內，因而對這一表層的土壤指標影響最大。

當年生草對土壤有機質含量產生影響。其中影響最大的為黑麥草，其使有機質含量相比于清耕增加28.3%；野豌豆降低土壤內有機質含量，暗示野豌豆與葡萄植株之間存在較大的養分競爭。

3 討論

表4 不同草種對土壤容重和有機質含量的影響Table 4 Effects of sowing grass on bulk density and organic matter of soil

對于結果期葡萄，尤其是釀酒葡萄，控產提質是一項尤為重要，疏花疏果耗費大量人工，通過全園生草控制生長勢、降低產量是一項有效措施[14]，而行間生草不能降低葡萄產量[12]。但對于幼樹而言，提前促長對于提早結果非常重要。本研究利用根箱混種草和葡萄模擬全園生草對葡萄幼苗生長的影響。與清耕相比，黑麥草提高地上部鮮重，野豌豆大幅度降低地上和地下部鮮重，自然生草對生長量無顯著影響。從這點上看，野豌豆不適合‘赤霞珠’葡萄幼樹全園生草栽培。黑麥草促進生長的原因之一可能在于改變葡萄根系組成，增加二級側根尤其是毛細根數量，從而提高樹體養分吸收能力。相似的研究也表明，生草能提高果樹小于2 mm的根系尤其是毛細根的數量[21-22]。從枝條和根系儲藏營養來看，野豌豆顯著降低儲藏營養，而黑麥草、自然生草提高儲藏營養，有利于葡萄下一年的生長發育。綜合以上，黑麥草和自然生草適合‘赤霞珠’葡萄行內生草，而野豌豆則不適宜采用，這可能是由于試驗時間過短或幼苗不穩定所致。

碳氮營養的吸收、利用及轉運是果樹生長發育的基礎[23]。生草會影響果樹的碳氮營養[24]，改變植株碳氮吸收能力，使各營養器官碳氮分配比例發生改變，進而影響植株生長發育。就3種草而言，野豌豆氮素競爭能力最大，導致葡萄不同組織氮素水平最低。主要原因在于野豌豆是豆科植物，春季爬蔓生長且長勢旺，根系發達吸水能力強，與植株競爭養分和水分[25]；此外，一年生‘赤霞珠’根系競爭力差，也加劇草種的影響。黑麥草和自然生草也具有較強的氮素競爭能力，降低葡萄樹體氮素水平，但是二者對葡萄生長并未產生負面影響，原因可能在于二者增加毛細根數量，提高根系養分吸收能力。此外，土壤氮素水平下降可能也是導致葡萄毛細根生長的原因，因為表層土根系生長依賴于土壤氮和磷水平，低氮素利于細根的產生[26]。果園生草降低樹體氮素水平是一種普遍現象，在蘋果等有相似的報道[27-28]。另一方面，草可以轉化為有機肥為葡萄提供碳氮養分[29]。3種草均能為葡萄提供碳氮營養，其中碳主要用于地上部生長。盡管野豌豆氮吸收和碳同化能力較強，但轉化效率較低，對植株碳氮貢獻率低于黑麥草和自然生草。

本研究表明，相比于傳統的清耕模式，3種草優化土壤理化性質，但存在較大差異。黑麥草在降低土壤容重、提高有機質和土壤酶活性上效果最明顯，野豌豆在提高土壤呼吸和氧氣擴散速率上最突出，自然生草的效果居二者之間。通過比較生長、碳氮營養和土壤理化性狀，生草對葡萄幼苗生長的影響是多種因素綜合調控的結果。比如，野豌豆提高土壤理化性質但過度競爭氮素，最終大幅度降低葡萄幼苗生長。黑麥草競爭氮素，但改善土壤理化性質而促進了細根生長，最終促進幼苗生長。

4 結論

與清耕相比，黑麥草利于葡萄幼苗生長，自然生草對生長無顯著影響，二者提高樹體儲藏營養，增加細根數量；野豌豆利于葡萄幼苗生長，降低儲藏營養和根系數量。3種草與葡萄競爭氮素，作物綠肥可為葡萄提供碳氮營養，其中野豌豆競爭最強，肥料轉化利用率最低。3種草均能優化土壤理化性質，但在不同參數上效果不同。