行間生草栽培對枸杞產(chǎn)量品質(zhì)及果園土壤特征的影響

趙 燕，葛玉萍，何 軍，鄢慧芹

（1.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.寧夏回族自治區(qū)原種場，寧夏賀蘭 750200；3.寧夏農(nóng)林科學(xué)院枸杞科學(xué)研究所，寧夏銀川 750002；4.賀蘭縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，寧夏賀蘭 750200）

枸杞（Lycium bararum L.）為茄科枸杞屬多年生落葉灌木，由于其耐鹽堿、耐瘠薄、抗旱、抗風(fēng)沙，常被作為西北地區(qū)生態(tài)恢復(fù)與環(huán)境治理的先鋒樹種[1-3]。枸杞是寧夏地區(qū)道地種植的木本經(jīng)濟(jì)作物，種植面積和果實(shí)產(chǎn)量均居全國首位[4]。枸杞果實(shí)，俗稱枸杞子，富含黃酮、多糖、抗壞血酸等多種生物活性成分，在增強(qiáng)免疫、延緩衰老和抗氧化方面具有重要的藥理作用，是我國傳統(tǒng)的名貴中藥材和滋補(bǔ)食品[5]。在枸杞生產(chǎn)實(shí)踐中，基本以茨農(nóng)的經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏統(tǒng)一的種植技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的管理方法，因此普遍存在清耕管理的現(xiàn)象[6]。長期的清耕管理，不僅易引起水土流失和風(fēng)蝕，加速土壤碳排放，還會(huì)導(dǎo)致枸杞地土壤微生物種群和個(gè)體數(shù)量減少、土壤營養(yǎng)環(huán)境惡化，進(jìn)而影響枸杞生長和品質(zhì)等問題[7-10]。生草栽培是在果樹行間或全園種植一年生或多年生草本植物，對防止果園水土流失、保持土壤基礎(chǔ)肥力、改善土壤生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)果樹產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[11-12]。生草管理是歐美及日本等果樹產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采用的果園土壤管理模式，部分地區(qū)的免耕生草果園占到95%左右；而我國尚處于試驗(yàn)與小面積推廣應(yīng)用階段，據(jù)統(tǒng)計(jì)，生草管理模式的果園面積占總果園面積的比例還不足10%[12-13]。大量研究證實(shí)，旱地果園連續(xù)多年實(shí)行生草栽培可以有效保護(hù)水土、固碳培肥、改善果園生態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)果樹抗病蟲害及抗逆能力，還可以減少化肥施用和農(nóng)藥投入，達(dá)到提高果園產(chǎn)量和改善果品質(zhì)量的目的[8,13]。目前，這些研究多集中于蘋果[11-14]、桃[9,15]、梨[16]、葡萄[17]等樹種上，而對枸杞的研究結(jié)果卻鮮見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)以寧杞7 號枸杞為材料，研究行間自然生草、行間人工種植黑麥草對果園土壤特征及枸杞果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)的影響，旨在揭示生草管理對土壤碳排放、微生物特征、枸杞生長及產(chǎn)量品質(zhì)的影響規(guī)律，為寧夏枸杞特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年在寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市中寧縣大戰(zhàn)場鎮(zhèn)長山頭農(nóng)場進(jìn)行（36°51'42″N、105°59'27″E），屬典型干旱半干旱地帶氣候。四季春夏多風(fēng)，秋冬干燥，年均降水量200 mm，多集中在秋季，無霜期120～218 d，光照資源充足，年均日照時(shí)數(shù)2 800 h，水分蒸發(fā)強(qiáng)，晝夜溫差大。試驗(yàn)地地勢平坦，排灌設(shè)施齊備，土層深厚，土壤貧瘠，土質(zhì)為砂質(zhì)壤土，成土母質(zhì)為風(fēng)積黃土。2020 年采集土壤基礎(chǔ)樣品測定結(jié)果：土壤pH值為8.5，偏堿性，全鹽含量為0.86 g·kg-1；有機(jī)質(zhì)含量為6.86 g·kg-1，處于缺乏水平；全氮含量為0.33 g·kg-1，處于極缺乏水平；有效磷含量為8.53 mg·kg-1，處于較缺乏水平；速效鉀含量為135.24 mg·kg-1，處于較豐富水平。

1.2 試驗(yàn)材料

供試枸杞品種為寧杞7 號，樹齡4 a，株行距為1 m×3 m，平均樹高1.6 m，平均地徑3.5 cm，疏散分層形樹體，三層主枝，樹勢中庸，常規(guī)管理。供試氮、磷、鉀肥分別為尿素（N≥46%）、過磷酸鈣（P2O5≥12%）和硫酸鉀（K2O≥24%）。供試草種為黑麥草，由寧夏農(nóng)林科學(xué)院提供，凈度超過99%，發(fā)芽率95%以上。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

開展田間小區(qū)試驗(yàn)，小區(qū)面積為200 m2（10 m×20 m），每小區(qū)種植6 行，每行10 株，共60 株，各小區(qū)四周均留3 行枸杞樹作為保護(hù)行。試驗(yàn)設(shè)置全園清耕處理、自然生草處理和行間人工種植黑麥草3 個(gè)處理，每處理3 個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列。試驗(yàn)開始前，每個(gè)小區(qū)選定5 株地徑3.5 cm 左右、長勢一致、第一二主枝層各均勻分布3～4 個(gè)主枝的枸杞樹作為生長觀測株，并做好標(biāo)記。觀測株在試驗(yàn)當(dāng)年不修剪，其余植株按常規(guī)方法修剪管理。施肥均遵循當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥[2]，即尿素200 g·株-1，過磷酸鈣400 g·株-1，硫酸鉀300 g·株-1。施肥分3 次進(jìn)行，第一次在3 月25 日，施肥量為全年施肥量的50%；第二次在6 月15 日，施肥量為全年施肥量的30%；第三次在8 月10 日，施肥量為全年施肥量的20%。施肥方法為單株穴狀施肥，即在樹冠垂直投影外緣處（距樹干基部30～40 cm）沿對角線開挖4 個(gè)15～20 cm 深的施肥穴，將每株稱量好的肥料分4 份分別放入4 個(gè)穴中，覆土灌水。清耕處理及時(shí)進(jìn)行松土除草，保持小區(qū)內(nèi)無雜草；自然生草處理要求對行間雜草不做清除，讓其自然生長；行間人工種植黑麥草處理于3 月28 日在枸杞行間播種黑麥草，每米5 行，4 月上旬黑麥草出苗，5 月實(shí)現(xiàn)枸杞行間地面全覆蓋。

1.4 采樣及測定項(xiàng)目

1.4.1 土壤樣品采集分析

在4 月上旬采集田間土壤基礎(chǔ)樣品并送回實(shí)驗(yàn)室檢測。其中，電導(dǎo)法測定水樣礦化度；土壤pH 值在水土體積比5∶1，混勻靜止后直接用pH 計(jì)測定；DDS-11 電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率，結(jié)合線性方程法計(jì)算全鹽含量；有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法測定；速效氮含量用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷含量用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量用1 mol·L-1醋酸銨溶液浸提-火焰光度計(jì)法測定[18]。

在6 月20 日、7 月20 日、8 月20 日晴天條件下，采用CIRAS-3 和SRC-2 土壤呼吸室定點(diǎn)定時(shí)測定0～10 cm 土層土壤溫度、含水率及CO2排放速率。在8 月20 日采集枸杞樹根際土壤樣品，每小區(qū)采取3 個(gè)點(diǎn)，均勻混成一個(gè)樣品，置于樣品凍存管，用干冰保存帶回實(shí)驗(yàn)室置于-80 ℃冰箱中保存用于DNA提取。

1.4.2 枸杞植株生長調(diào)查

在8 月20 日夏果采收后，分別測定枸杞觀測株一二層主枝成枝數(shù)及新梢長度，取其平均值；每層主枝隨機(jī)抽取一根長度與新梢平均長度一致的枝條，游標(biāo)卡尺測定全部葉片的葉長和葉寬，JC-YM 葉面積儀測定葉面積，取其平均值。

1.4.3 枸杞果實(shí)產(chǎn)量測定

在果實(shí)成熟期，每10 d 采收1 次，各小區(qū)標(biāo)記植株進(jìn)行監(jiān)測，采后及時(shí)烘干稱重后保存，用于產(chǎn)量及生物有效成分分析，其余植株用于統(tǒng)計(jì)各小區(qū)夏果、秋果和全年干果產(chǎn)量。

1.4.4 枸杞果實(shí)性狀及品質(zhì)分析

以枸杞觀測株第二茬夏果作為果實(shí)性狀和品質(zhì)分析的試樣。四分法從各小區(qū)觀測株全部混合樣中隨機(jī)選出100 粒枸杞鮮果，用游標(biāo)卡尺測定果實(shí)橫徑、縱徑，取其平均值；果形指數(shù)為縱徑與橫徑的比值。其余果實(shí)烘干后分析生物有效成分含量，枸杞多糖含量依據(jù)《枸杞》GB/T 18672—2014 中的測定方法測定，先用80%乙醇去除干擾物質(zhì)，再用水提取，硫酸水解與苯酚反應(yīng)后用分光光度計(jì)測定；黃酮含量測定采用石油醚脫色，70%乙醇微波提取，高效液相色譜儀分析；類胡蘿卜素含量測定采用乙醇提取，分光光度計(jì)470 nm 波長下測定吸光度；總糖含量采用苯酚硫酸法測定，以無水葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，在490 nm 波長下用紫外分光光度計(jì)測定吸光度；抗壞血酸含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定[19-20]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均為3 個(gè)重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（M±SE），SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），Duncan 法檢驗(yàn)，差異顯著性定義為p＜0.05或p＜0.01，Excel 完成相應(yīng)圖表的制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 行間生草對土壤溫度、含水率及CO2排放速率的影響

行間生草栽培對土壤溫度、含水率及CO2排放速率均會(huì)產(chǎn)生一定影響，結(jié)果如表1 所示。3 個(gè)生育期階段下各處理的土壤溫度存在明顯差異，與清耕處理相比，行間自然生草及人工種植黑麥草處理6 月20 日的土壤溫度顯著降低，7 月20 日行間人工種植黑麥草處理顯著降低8.28%。行間生草栽培在一定程度上會(huì)增加土壤含水量，但差異不顯著。土壤CO2排放速率在行間生草栽培處理下顯著降低，尤其行間人工種植黑麥草處理，整個(gè)生育期內(nèi)較清耕處理平均減少了28.27%，由此可見，行間生草有助于減少碳排放，增加碳對土壤的固定能力，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

表1 行間生草對土壤溫度、含水率及CO2排放速率的影響

2.2 行間生草對土壤微生物OTU數(shù)量的影響

操作分類單元（Operational Taxonomic Units，OTU）是在系統(tǒng)發(fā)生學(xué)研究或群體遺傳學(xué)研究中，為便于分析而人為設(shè)置的分類單元標(biāo)志。以97%的相似性對序列進(jìn)行聚類，相似度大于97%的序列將聚為同一個(gè)OTU。分析不同分類水平下的OTU 數(shù)，結(jié)果如表2 所示，與清耕處理相比，行間生草栽培處理均能增加各分類水平下土壤微生物OTU 數(shù)目，且行間人工種植黑麥草效果高于自然生草處理。

表2 行間生草對土壤微生物OTU數(shù)量的影響

2.3 行間生草對土壤微生物多樣性指數(shù)的影響

試驗(yàn)在97%相似度水平下分析12 個(gè)樣品得到4 652～5 287種水平分類的細(xì)菌(見表3)，Chao1指數(shù)在各處理下無顯著性差異；Shannon指數(shù)在行間人工種植黑麥草處理下顯著提高，較清耕、自然生草處理分別增加15.95%、17.47%，說明該處理會(huì)增加物種數(shù)，提高菌群豐富度；Simpson指數(shù)在清耕、自然生草處理下最高，顯著高于行間人工種植黑麥草處理；結(jié)果表明，行間人工種植黑麥草處理會(huì)提高細(xì)菌群落多樣性。

表3 行間生草對土壤微生物多樣性指數(shù)的影響

2.4 行間生草栽培對枸杞生長的影響

與清耕處理相比，行間人工種植黑麥草處理使枸杞葉片平均長度和寬度分別增加3.99%和3.85%，進(jìn)而使單個(gè)葉片的葉面積顯著增加9.62%。此外，行間生草對枸杞新梢萌發(fā)和生長也有一定的影響，表現(xiàn)為抑制新梢的萌發(fā)成枝而促進(jìn)新梢的伸長。與清耕處理相比，行間人工種植黑麥草處理分別使枸杞樹一層主枝和二層主枝的成枝數(shù)顯著降低了22.58%和20.28%，使一層主枝和二層主枝的新梢長度分別增加6.61%和7.07%，使一層主枝和二層主枝新梢生長量（成枝數(shù)×新梢長）顯著降低17.46%和13.47%。這些研究結(jié)果表明，行間種植黑麥草對枸杞葉片具有促進(jìn)作用，對新梢成枝數(shù)具有抑制作用，進(jìn)而降低了新梢生長量，減少人工修剪量及養(yǎng)分損耗，為單株掛果量增加奠定了基礎(chǔ)（表4）。

表4 行間生草對枸杞生長指標(biāo)的影響

2.5 行間生草栽培對枸杞果實(shí)品質(zhì)的影響

與清耕處理相比，行間生草栽培對枸杞果實(shí)中生物有效成分含量有顯著影響，各生物活性成分含量在處理間差異顯著。各處理的總糖含量無顯著性差異，其中行間人工種植黑麥草處理的總糖含量最高，比清耕處理增加3.31%；與清耕、自然生草處理相比，行間人工種植黑麥草處理顯著增加多糖、黃酮、類胡蘿卜素及維生素C 含量，其中多糖含量增加了7.98%，黃酮含量增加了50.98%，類胡蘿卜素含量增加了21.01%，維生素C 含量增加了20.56%（見表5）。以上結(jié)果表明，行間生草栽培有利于提高枸杞果實(shí)品質(zhì)。

表5 行間生草對枸杞干果品質(zhì)的影響

表6 行間生草對枸杞干果產(chǎn)量的影響

2.6 行間生草栽培對枸杞產(chǎn)量的影響

研究結(jié)果顯示，與全園清耕處理相比，行間人工種植黑麥草處理使枸杞夏果（干果）產(chǎn)量減少了2.26%，自然生草處理產(chǎn)量降幅為2.82%，但未達(dá)到顯著性差異；秋果（干果）產(chǎn)量在各處理下存在顯著性差異，行間人工種植黑麥草處理、自然生草處理比清耕處理分別減少了6.03%、7.26%。由此可見，自然生草會(huì)降低枸杞產(chǎn)量，行間人工種植黑麥草處理也會(huì)降低枸杞產(chǎn)量，分析原因可能是行間生草會(huì)損耗過多養(yǎng)分，以致無法為枸杞提供充足養(yǎng)分，導(dǎo)致減產(chǎn)現(xiàn)象發(fā)生。

2.7 枸杞產(chǎn)量品質(zhì)與土壤關(guān)鍵因子的相關(guān)性分析

通過建立枸杞產(chǎn)量品質(zhì)與土壤關(guān)鍵因子的相關(guān)性矩陣（見表7）發(fā)現(xiàn)，土壤溫度、CO2排放速率、微生物多樣性Simpson 指數(shù)與枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)間均存在負(fù)相關(guān)，其中Simpson 指數(shù)與枸杞產(chǎn)量、維生素C含量顯著負(fù)相關(guān)，與枸杞多糖含量極顯著負(fù)相關(guān)。土壤含水率、Chao1 指數(shù)、Shanonn 指數(shù)與枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)間存在正相關(guān)，其中土壤含水率與維生素C 含量顯著正相關(guān)，與總糖、黃酮含量極顯著正相關(guān)；Chao1 指數(shù)與枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)間極顯著正相關(guān)；Shanonn 指數(shù)與總糖、多糖、黃酮含量顯著正相關(guān)，與維生素C含量極顯著正相關(guān)。

表7 枸杞產(chǎn)量品質(zhì)與土壤關(guān)鍵因子的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

作為一種常用的果園園藝管理措施，生草栽培一直都被歐美及日本等果樹產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采用。生草增加了果園地表覆蓋，既能降低土壤溫度，還可減少因澇導(dǎo)致果實(shí)根系受損的風(fēng)險(xiǎn)[21]。本試驗(yàn)得出相同結(jié)果，尤其行間種植黑麥草處理降低了土壤溫度，同時(shí)增加了土壤含水量，有利于根系生長，且顯著降低了土壤CO2排放速率，這對于減少碳排放、增加碳固定有明顯促進(jìn)作用。此外，本研究也發(fā)現(xiàn)行間種植黑麥草處理增加了土壤微生物群落豐富度及多樣性，這與焦奎寶[22]、錢雅麗[23]研究結(jié)果一致。

行間生草與果樹爭水爭肥、爭光爭熱，進(jìn)而影響果樹生產(chǎn)的問題，一直是研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)[12-13]。多數(shù)研究認(rèn)為，生草栽培可以改善果園土壤營養(yǎng)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)果樹生長、提高果實(shí)產(chǎn)量[7,12,14]。鄧豐產(chǎn)等指出，連續(xù)種植白三葉草，不僅可以提高著果率，還可以克服蘋果落花落果，提高蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)[14]。當(dāng)然，也有一些研究得出了不同甚至相反的結(jié)論[24]。王銳等通過連續(xù)2年的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與清耕對照相比，行內(nèi)種植馬齒莧對6 年生釀酒葡萄的產(chǎn)量并未產(chǎn)生顯著影響[25]。張義等在黃土高原的長期定位試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，蘋果園行間連續(xù)9 年種植生草后，生草覆蓋處理下的果樹產(chǎn)量較清耕處理顯著降低[26]。Abdalla 等在對372個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行的106項(xiàng)研究結(jié)果分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上提出，種植覆蓋作物雖然能顯著減少氮素淋失、增加土壤有機(jī)碳的固存，但其潛在的缺點(diǎn)之一就是會(huì)使作物的生產(chǎn)力減少約4%[27]。一般而言，生草與目標(biāo)果樹之間的水分、養(yǎng)分的競爭往往在生草種植第一年較弱，之后隨著生草種植年限延長而增加，在生草種植的第四年才能趨于穩(wěn)定[7,28]。在本研究中，我們也得到了生草栽培不利于果樹產(chǎn)量的結(jié)果，行間自然生草與人工種植黑麥草均降低了枸杞干果產(chǎn)量，這可能就是自然生草、種植黑麥草與枸杞樹之間競爭水分和養(yǎng)分的結(jié)果。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果不一致的原因應(yīng)該有兩個(gè)：1）行間種植的生草種類不同，兩者對水分和養(yǎng)分的需求規(guī)律不同，黑麥草屬于須根系植物，它們在土壤中吸收水分和養(yǎng)分的深度和層次也不一樣，這就導(dǎo)致了它們在與枸杞進(jìn)行水肥競爭時(shí)存在差異；2）前人將行間生草在翌年收割翻壓還田，這樣能夠釋放有機(jī)質(zhì)及氮素供枸杞樹吸收利用[1,3-4]，進(jìn)而增加產(chǎn)量，因此本試驗(yàn)可在連續(xù)行間生草條件下進(jìn)一步驗(yàn)證。

枸杞多糖、黃酮、類胡蘿卜素及維生素C 是公認(rèn)的枸杞藥理成分，有增強(qiáng)免疫、抗癌和抗衰老的功效，對活性氧具有較強(qiáng)的清除作用[1,18-19]。對于果實(shí)品質(zhì)來說，大多數(shù)研究認(rèn)為生草覆蓋能夠顯著提升果樹的果實(shí)品質(zhì)[7,8,11,14-17]。枸杞作為基礎(chǔ)中藥材，其成分含量直接影響藥材品質(zhì)。在本研究中，行間種植黑麥草處理使枸杞干果中多糖、黃酮、類胡蘿卜素、抗壞血酸含量等較清耕處理顯著升高，主要原因在于行間種植黑麥草不僅可以協(xié)調(diào)水肥氣熱關(guān)系，還可以為微生物活動(dòng)提供良好生長場所。相關(guān)性分析表明，土壤含水率、微生物Chao1 指數(shù)與枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)關(guān)系密切，水分調(diào)控土壤溫差變化，以及微生物活動(dòng)促進(jìn)提高土壤養(yǎng)分活性，在一定程度上促進(jìn)枸杞糖分積累及活性物質(zhì)增加。

與清耕處理相比，行間人工種植黑麥草處理能提高土壤含水量，降低土壤溫度和CO2排放速率；提高枸杞根際土壤微生物不同分類水平下的OTU 數(shù)，Shannon指數(shù)較清耕、自然生草處理分別增加15.95%、17.47%，可明顯提高菌群豐富度與群落多樣性；同時(shí)會(huì)導(dǎo)致枸杞產(chǎn)量減少，但枸杞多糖含量增加了7.98%，黃酮含量增加了50.98%，類胡蘿卜素含量增加了21.01%，維生素C含量增加20.56%，在一定程度上有效改善果實(shí)品質(zhì)，因此，可初步認(rèn)為行間人工種植黑麥草是減少碳排放、提高土壤微生物多樣性、達(dá)到促產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的途徑之一。