不同覆蓋處理對葡萄園土壤理化性質及酶活性的影響

顏亞賽，鐘曉敏，段鑫垚，黎日輝，李華,3,4*，王華,3,4*

（1. 西北農林科技大學葡萄酒學院，陜西楊凌 712100；2. 君頂酒莊有限公司，山東蓬萊 265600；3. 陜西省葡萄與葡萄酒工程技術研究中心/國家林業和草原局葡萄與葡萄酒工程技術研究中心，陜西楊凌 712100；4. 中國葡萄酒產業技術研究院，寧夏銀川 750000）

覆蓋栽培是一種綠色、可持續的栽培管理技術，被廣泛應用于農作物生產[1]。采用枝條等有機材料對地表進行覆蓋，可以起到降低土壤溫度、提高土壤含水量和酶活性等作用[2-4]。枝條含有豐富的N、P、K元素，枝條粉碎后覆蓋于行間可以提高土壤速效養分、有機質含量和酶活性[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數量和群落功能多樣性的增加[7-8]。侯婷[9]、劉思等[4]通過對比多種覆蓋方式發現，枝條覆蓋改善葡萄園土壤微域環境以及提高果實品質效果最佳。枝條覆蓋既可以改良土壤，又能夠避免因枝條焚燒引起的環境污染問題，近年來被廣泛應用，并逐漸成為果園的最佳覆蓋方式。

液態地膜作為一種新型的土壤結構調理劑[10]，具有改善土壤結構、增溫保墑的作用，逐漸應用于生產中。相比塑料地膜而言，液態地膜可自然降解，不會造成環境的嚴重污染[11]。有研究[12]發現，液態地膜可顯著增加棉花產量；與園藝地布覆蓋相比，液態地膜覆蓋對棗園土壤微生物群落結構、有機質及養分含量的影響不顯著[10]。目前，液態地膜對土壤理化性質影響的研究相對較少且不夠深入，因此，本試驗對液態地膜覆蓋效果展開進一步研究。

土壤養分是植物生長發育所需要的營養物質[13]；土壤酶是土壤中具有催化作用的活性物質，參與土壤中各種生理生化反應，在養分循環和有機質分解中發揮重要作用[14]；土壤溫度和含水量是影響土壤養分含量以及酶活性的重要因素。這些理化指標對于維持土壤生態系統穩定性具有重要意義，可以反應土壤的質量。土壤理化性質與土壤管理措施密切相關[2,15]，研究覆蓋對葡萄園土壤理化性質的影響有利于為葡萄園地面管理措施的應用與土壤質量的提升提供科學依據。

基于此，本試驗以‘媚麗’葡萄為研究對象，采用液態地膜和碎枝條段進行葡萄園行內覆蓋，以清耕作為對照，研究不同覆蓋處理對土壤溫度、含水量、容重、有機質、養分、微生物及酶活性的影響。與傳統清耕和枝條覆蓋相比，對液態地膜的覆蓋效果加以討論。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地概況

試驗地位于陜西省楊凌示范區盛唐酒莊葡萄園（34°27′N，108°08′E），海拔514 m，屬典型的暖溫帶大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年平均降水量640 mm，年均溫13.2 ℃，全年日照時數2017.2～2346.9 h，土壤類型為塿土。試驗所選用的葡萄樹為14年生釀酒品種‘媚麗’（Vitis viniferacv. Meili），行株距2.5 m×1.0 m，南北行向。首次覆蓋時間為2019年春季，本試驗為覆蓋第2年（2020）和第3年（2021）。試驗選用的可降解液態地膜（乳化瀝青）由陜西科瑞公司生產，主要成分為腐殖酸類大分子物質、懸浮劑、凝固劑以及可供作物吸收的營養物質；碎枝條為‘媚麗’葡萄冬剪枝條粉碎而成的2～3 cm片狀碎屑。

1.2 試驗設計

試驗為單因素水平區組設計，將葡萄園分為3個區塊作為3組重復，在開花期前進行行內覆蓋處理，每處理2行，每行200株。將碎枝段（GB，2～3 cm片狀碎屑）和液態地膜（LF，乳化瀝青，以1∶10的比例用水稀釋）分別覆蓋噴灑在葡萄行內，以清耕為對照（CK）。其中，碎枝段覆蓋厚度為10 cm，覆蓋寬度均為50 cm；液態地膜用量300 kg·hm-2。整個果實生長季中所有處理除果園地面覆蓋外，田間栽培管理和水肥管理一致。

1.3 樣品采集及測定方法

1.3.1 樣品采集

用4 cm直徑的土鉆取0～20 cm土壤樣品，每個處理按“S”型隨機取5個土樣，混勻后將植物根系、石塊等雜物去除，帶回實驗室。部分鮮土4 ℃冰箱保存，用于測定土壤微生物數量，剩余土樣經風干、研磨、過1 mm篩后，用于測定土壤理化指標及酶活性。

1.3.2 測定方法

于2021年葡萄生長季，使用RC-4HC型溫濕度記錄儀（江蘇省精創電氣股份有限公司）每隔1 h實時測定溫濕度。采用環刀法測土壤容重；烘干法測土壤含水量；稀釋涂布平板法測定土壤微生物數量[16]；土壤酶活性的測定參照關松蔭[17]的方法；土壤過氧化氫酶活性采用紫外分光光度法；脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法；蔗糖酶、淀粉酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法；蛋白酶活性采用茚三酮比色法。

2020年和2021年采用TOC-L總有機碳分析儀測定土壤全碳、有機碳含量；采用流動分析儀測定土壤全氮、全磷、銨態氮、硝態氮、速效磷含量；采用火焰光度計法測定土壤全鉀和速效鉀含量。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2007軟件對試驗數據進行統計，運用IBM SPSS 20軟件進行方差分析，差異顯著分析采用Duncan方法進行多重比較，利用Origin 2021軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋處理對微環境的影響

2.1.1 不同覆蓋處理對葡萄園溫濕度的影響

不同覆蓋處理對2021年葡萄園結果帶溫度和相對濕度的影響如圖1A所示，各覆蓋處理結果帶溫度變化趨勢一致，空氣相對濕度無顯著差異（除8月外）。由圖1B可知，LF處理的土壤溫度在各個時期均高于CK，GB處理的土壤溫度在各個時期均低于CK。4—8月土壤平均溫度高低表現為：LF>CK>GB，說明液態地膜覆蓋處理提高了土壤溫度，枝條覆蓋降低了土壤溫度。

圖1 不同覆蓋處理對葡萄園溫濕度的影響Figure 1 Effects of different mulching treatments on temperature and humidity of vineyard

2.1.2 不同覆蓋處理對土壤含水量、容重的影響

由圖2A可知，同一時間GB處理的土壤含水量均高于CK，LF處理的土壤含水量與CK無顯著差異。2021年4—8月，覆蓋處理土壤平均含水量表現為：GB>CK>LF，LF處理較CK降低9.74%，GB處理較CK增加36.36%。由圖2B可知，除8月份外，LF處理的土壤容重均低于CK處理；2021年4—8月，覆蓋處理土壤平均容重表現為：CK>GB>LF，GB和LF處理的各月平均容重分別較CK降低1.75%和4.01%。與對照相比，枝條覆蓋可以提高土壤含水量，液態地膜覆蓋與CK的土壤含水量無顯著差異，且覆蓋一定程度上可以降低土壤容重。

圖2 不同覆蓋處理對葡萄園土壤含水量、容重的影響Figure 2 Effects of different mulching treatments on soil water content and bulk density of vineyard

2.2 不同覆蓋處理對土壤養分的影響

如表1所示，2021年各處理的有機質和全氮含量均高于2020年，且2021年各處理土壤有機質和全氮含量差異顯著，均表現為GB>LF>CK。2021年各處理的全磷和全鉀含量均低于2020年；2021年GB處理的速效磷和速效鉀含量均高于2020年。說明連年覆蓋對于提高土壤養分含量具有明顯作用，其中GB處理對土壤有機質、全氮、速效磷和速效鉀含量的提升效果最好。

表1 不同覆蓋處理對2020年和2021年土壤養分含量的影響Table 1 Effects of different mulching treatments on soil nutrient content in 2020 and 2021

2.3 不同覆蓋處理對土壤微生物數量的影響

由表2可知，2021年5月土壤細菌和放線菌數量達到最高值，6月土壤真菌數量較高。整體來看，GB和LF處理（6月除外）顯著提高了土壤真菌數量，GB處理（6月除外）顯著降低土壤固氮菌數量，LF處理對于提高土壤細菌數量具有一定效果。

表2 不同覆蓋處理對葡萄園土壤微生物數量的影響Table 2 Effects of different mulching treatments on soil microbial quantity in vineyard

2.4 不同覆蓋處理對土壤酶活性的影響

2.4.1 不同覆蓋處理4—8月土壤酶活性的動態趨勢

如圖3所示，各覆蓋處理的土壤過氧化氫酶變化比較平緩，GB與LF處理的過氧化氫酶活性變化趨勢相似，除8月外，GB處理的過氧化氫酶活性始終高于LF和CK處理，LF處理的過氧化氫酶活性在8月份高于CK和GB處理。4—8月，GB和LF處理的土壤脲酶活性均呈先下降、后上升、再下降的趨勢，7月GB處理的脲酶活性最高。各處理的土壤磷酸酶活性變化趨勢基本一致，均呈現先下降再增加的趨勢，8月份GB處理的磷酸酶活性顯著高于LF和CK處理。GB處理的土壤蛋白酶活性先下降再增加，5月GB處理的蛋白酶活性最低，LF和CK處理的蛋白酶活性變化趨勢一致，呈現先下降、再增加、隨后下降的趨勢；4—8月，GB處理的蛋白酶活性均高于LF和CK處理。LF和GB處理的土壤淀粉酶活性變化趨勢基本一致，均呈現先升高再降低的趨勢，分別在7月和5月出現峰值；除4月外，LF和GB處理的淀粉酶活性均高于CK處理。各處理的土壤蔗糖酶活性變化趨勢不同，LF處理的蔗糖酶活性整體呈現降低的趨勢，GB處理的蔗糖酶活性逐漸升高；8月份，GB處理的蔗糖酶活性明顯高于CK處理，LF處理的蔗糖酶活性明顯低于CK處理。

圖3 不同覆蓋處理葡萄園土壤酶活動態變化Figure 3 Dynamic changes of soil enzyme activities in vineyard under different mulching treatments

2.4.2 不同覆蓋處理土壤平均酶活性

由表3所示，GB處理的6種土壤平均酶活性均高于CK和LF處理。GB處理的過氧化氫酶活性和脲酶活性分別較CK提高0.86%和6.46%，LF處理的脲酶活性略低于CK。LF和GB處理的磷酸酶活性分別較CK提高21.29%和96.20%。LF處理的蔗糖酶活性較CK降低14.17%，GB處理的蔗糖酶活性較CK提高5.50%。GB處理的蛋白酶活性和淀粉酶活性分別較CK顯著提高40.00%和58.57%。說明枝條覆蓋可以不同程度地提高土壤各種酶活性，液態地膜覆蓋對土壤酶活性的提升作用相對較差。

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

2.5 土壤酶活與土壤各指標的相關性分析和主成分分析

2.5.1 土壤不同酶活性與土壤各指標的相關性分析

由圖4可知，土壤理化性質與土壤酶活性間存在一定的相關性，說明土壤理化性質和酶活性相互影響。土壤淀粉酶活性與土壤有機質含量、全鉀含量、速效磷含量呈顯著正相關；土壤磷酸酶活性與土壤全氮含量呈顯著正相關；土壤蔗糖酶活性與土壤含水量呈顯著正相關；土壤速效磷含量與土壤有機質含量、全鉀含量呈顯著正相關。

圖4 土壤不同酶活性與土壤各指標的相關性分析Figure 4 Correlative analysis between different soil enzyme activity and soil physical and chemical properties

2.5.2 土壤不同酶活性與土壤各指標的主成分分析

為進一步分析覆蓋處理對土壤理化性質和酶活性的影響，對土壤溫度、含水量、有機質、氮、磷、鉀與不同酶活性等20個指標進行主成分分析，如圖5所示。2個主成分累計貢獻率為82.1%（PC1：62.3%，PC2：19.8%），能夠反應原始數據的大部分信息。第一主成分載荷量較高的是速效鉀、磷酸酶、蛋白酶、放線菌、全氮、蔗糖酶、有機質、速效磷、淀粉酶，第二主成分載荷量較高的是真菌、溫度、脲酶、固氮菌、過氧化氫酶、全鉀；說明土壤質量受多種因素綜合影響，其中養分含量和酶活性對土壤影響較大。不同處理組可以明顯區分開，表明各處理間有顯著差異。

圖5 土壤不同酶活性與土壤各指標的主成分分析Figure 5 Principal component analysis of different soil enzyme activity and soil physical and chemical properties

各處理的土壤質量綜合得分如表4所示。由表4可知，兩種覆蓋處理的土壤質量綜合得分均高于CK；其中GB處理綜合得分最高為0.84，綜合排名第一；LF處理綜合得分為﹣0.25，綜合排名第二。說明枝條覆蓋和液態地膜覆蓋均可以提高土壤質量，其中枝條覆蓋的效果更好。

表4 各處理主成分因子得分及土壤質量綜合得分Table4 Principal component factor scores and soil quality comprehensive scores

3 討論

3.1 覆蓋對葡萄園微環境的影響

葡萄園行內覆蓋對葡萄園內微氣候造成影響，如結果帶溫度、土壤溫度、含水量及容重等，但其影響效果也會因土壤類型、覆蓋方式、覆蓋材料等因素的不同而存在差異[3]。在本試驗條件下，行內覆蓋處理對葡萄園結果帶溫度無顯著影響，與前人研究結果不同[4,9]。這可能是因為本試驗區是人工管理，進行了抹芽、摘葉等處理，結果帶葉片較薄，且由于土壤類型的差異對光的反射作用不同，造成了試驗結果的差異。本試驗結果表明，液態地膜覆蓋的土壤平均溫度高于清耕，枝條覆蓋的土壤平均溫度低于清耕。液態地膜具有增溫的作用，與李仙岳等[18]、孫仕軍等[19]的研究結果一致。此外，液態地膜處理的土壤含水量與清耕相比有所降低，但無顯著差異，可能原因是液態地膜的表層土壤溫度較高，并且液態地膜在地表呈黑色，吸收更多的熱量，一定程度上加快了土壤水分的蒸發。枝條覆蓋處理由于碎枝條的覆蓋阻擋了太陽光的直接照射，且與外界氣流交換作用較弱，導致土壤溫度低于對照，同時也減少了土壤水分的蒸發，提高了土壤含水量。土壤容重是表征土壤結構的重要指標，一定程度上可反應土壤的疏松程度和通氣性[20]。本研究中，各覆蓋處理降低了土壤平均容重，與前人的研究結果一致[10,20-21]，說明覆蓋可改變土壤疏松程度，改善土壤物理性質，維持土壤結構穩定狀態。

3.2 覆蓋對土壤有機質和養分的影響

覆蓋可不同程度地增加土壤有機質含量。王文[10]研究了覆蓋材料對新疆棗園土壤的影響，發現液態地膜覆蓋的表層土壤有機質含量較對照提高52.8%；劉思等[4]研究發現，葡萄枝條和玉米秸稈覆蓋均可提高葡萄園土壤有機質含量。本研究結果表明，除2021年4月，枝條覆蓋處理的各個時期土壤有機質含量顯著高于其他處理，與前人的研究結果一致；且連年覆蓋可以提高土壤有機質含量，其中枝條覆蓋效果最明顯，這是由于枝條覆蓋和液態地膜覆蓋可以改善土壤微生物的生存環境，有利于土壤中動植物殘體的分解，土壤腐殖質的增加，使土壤有機質含量得到提升[13,21]；此外，隨著覆蓋年限的增加，枝條逐漸腐解，直接增加土壤有機質含量[14,21]。

覆蓋在一定程度上可以推動土壤中的物質循環和能量流動，促進植物對養分的吸收利用[22-23]。不同的覆蓋方式對土壤養分含量的影響不同。前人研究結果表明，生草覆蓋和地布覆蓋可以不同程度的提高土壤速效養分含量[24-26]；王波[27]研究發現，毛竹林長期覆蓋后土壤速效養分含量先升高后降低；松針覆蓋降低了桃園土壤多種養分含量[28]。本研究結果表明，2021年枝條覆蓋處理的全氮、全鉀、速效磷和速效鉀含量分別較對照顯著提高了21.47%、6.20%、562.14%和69.65%，主要原因是碎枝段含有豐富的氮素，它的腐爛分解可以直接增加土壤養分含量[22,27]。此外，枝條覆蓋處理有利于土壤微生物的生存和活動，從而提高了土壤速效養分含量[26]；液態地膜處理較對照顯著提高了土壤速效磷含量，這與游詩堯[29]、楊娜[30]的研究結果一致。土壤速效磷與有機質含量呈顯著正相關，且土壤養分含量之間也存在相關性，這與張中愷[31]、沈鵬飛[21]的研究結果一致，因此覆蓋可能會通過提高土壤有機質或者某種養分含量，促進其他養分含量的提高。

3.3 覆蓋對土壤微生物和酶活性的影響

土壤微生物可促進土壤有機質和養分的轉化分解，在一定程度上反映出土壤肥力狀況以及土壤質量的提高[6]。液態地膜和枝條覆蓋均可增加土壤細菌和真菌數量[4,32-34]，本試驗中枝條覆蓋處理的土壤真菌數量增加較多，主要是由于枝條覆蓋處理的土壤中存在較多的植物殘體，土壤中難分解的木質素以及高含量的有機質有利于真菌的生長與繁殖[6]。

土壤酶參與土壤中各種生化反應，對土壤營養物質循環、有機質的分解和能量轉移等帶來影響[35]。本試驗結果表明，枝條覆蓋處理的過氧化氫酶活性高于清耕，這可能是由于枝條覆蓋處理土壤有機質含量高，過氧化氫酶屬于氧化還原酶，參與土壤有機物的分解和腐殖質的形成[2,36]；2021年8月，液態地膜覆蓋處理的過氧化氫酶高于其他處理，說明液態地膜覆蓋處理后期對過氧化氫酶活性具有提升效果。土壤脲酶活性反映了土壤的氮素狀況，秸稈覆蓋顯著提高土壤脲酶活性[21,26]。本試驗中，枝條覆蓋提高了土壤平均脲酶活性，較清耕提高6.58%。在本試驗條件下，液態地膜和枝條覆蓋處理提高了土壤平均磷酸酶活性和蔗糖酶活性，2021年6—8月，枝條覆蓋的磷酸酶活性顯著高于其他處理；并且枝條覆蓋顯著提高土壤蛋白酶和淀粉酶活性，這與前人的研究結果一致[37-39]；相比之下，液態地膜覆蓋對磷酸酶、蛋白酶和淀粉酶活性的提升效果略差，且顯著降低2021年6—8月土壤蔗糖酶活性；主要原因是枝條覆蓋屬于有機覆蓋，與液態地膜處理相比，土壤溫度較低，且土壤含水量較高，為土壤微生物的活動提供了有利條件，進而提高了土壤酶活性。相關性分析表明，土壤酶活性與有機質、養分含量呈正相關，說明覆蓋可以提高土壤酶活性，促進養分分解，改善土壤肥力[40]；土壤蔗糖酶活性與土壤含水量呈顯著正相關，良好的水肥熱條件可提高蔗糖酶活性，與沈鵬飛[21]的研究結果一致；此外，土壤蛋白酶、淀粉酶、蔗糖酶之間也存在相關性，說明土壤酶之間相互影響，其機理有待進一步研究。各處理的土壤質量綜合評價中，枝條覆蓋處理的得分最高，液態地膜覆蓋和清耕的得分均為負數，說明液態地膜覆蓋和清耕的土壤質量低于3個處理的平均水平，但與對照相比，枝條覆蓋和液態地膜覆蓋均能夠提升葡萄園土壤質量。

4 結論

綜合比較兩種覆蓋處理對土壤理化性質及酶活性的影響，認為在本研究試驗條件下枝條覆蓋是葡萄園最佳覆蓋模式。枝條覆蓋降低土壤溫度，增加土壤含水量，有效提高土壤養分、有機質含量及酶活性，是常用的果園覆蓋栽培模式之一。作為新型覆蓋材料，液態地膜覆蓋可降低土壤容重，提高土壤速效養分含量及微生物數量，效果優于清耕，但達不到枝條覆蓋處理的效果；相比枝條覆蓋，液態地膜對于土壤有機質、酶活性的影響較弱，其機理有待進一步研究。