姜亦文，張曉鑫，王玥，賈潤(rùn)普，左一立，姚玉新*

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2. 商河縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東商河 251600）

果園生草是一項(xiàng)綠色果品生產(chǎn)技術(shù)，在葡萄園應(yīng)用面積逐步擴(kuò)大。葡萄園生草有行間生草和全園（行間＋行內(nèi)）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(wěn)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(jìn)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育[2]。就具體草種而言，葡萄園行內(nèi)人工種植黑麥草、紫花苜蓿、白三葉，能提高0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)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(shù)和多樣性指數(shù)，以生草0～20 cm土層處理最高[5]。

生草對(duì)土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、樹(shù)體生長(zhǎng)和品質(zhì)形成的調(diào)控受立地條件和草種等因素影響。行間生草下，草通過(guò)直接競(jìng)爭(zhēng)和吸收水分、降低氮素可移動(dòng)性來(lái)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(tài)氮）、磷、鉀含量[8-9]。草、葡萄根系相互競(jìng)爭(zhēng)會(huì)影響葡萄水分吸收、光合產(chǎn)物分配、根系下扎能力和分布以及根系微域環(huán)境質(zhì)量等，進(jìn)而影響根系生長(zhǎng)[9-10]；葡萄園長(zhǎng)期行間生草可引起‘赤霞珠’葡萄表層根系數(shù)量大幅減少[11]。研究發(fā)現(xiàn)，葡萄行間生草可降低葡萄生長(zhǎng)勢(shì)，且對(duì)葡萄產(chǎn)量無(wú)影響[12]。與行間生草相比，全園生多種草均降低了葡萄樹(shù)體氮素水平，進(jìn)而減弱葡萄營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)[13-14]。不同草種對(duì)產(chǎn)量的影響也不同，豆科草種降低穗質(zhì)量，混合草種降低果穗數(shù)量和穗質(zhì)量；但混合草種利于果實(shí)品質(zhì)形成[15]。

總體上看，與行間生草相比，全園生草對(duì)葡萄生長(zhǎng)和土壤環(huán)境等方面的影響需要更深入的研究[14,16]；現(xiàn)有研究多數(shù)表明，全園生草不利于樹(shù)體生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成，但有利于控制生長(zhǎng)勢(shì)和品質(zhì)形成[14]。目前生產(chǎn)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(píng)價(jià)黑麥草、野豌豆和自然生草對(duì)葡萄幼苗生長(zhǎng)的影響，并從碳氮營(yíng)養(yǎng)和土壤環(huán)境角度闡明其影響機(jī)制，以期為葡萄園科學(xué)生草提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

試驗(yàn)于2018年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。一年生‘赤霞珠’（Cabernet Sauvignon，Vitis viniferaL.cv）葡萄自根苗及對(duì)應(yīng)栽培土壤用于葡萄生長(zhǎng)、儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)、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(zhì)為土∶基質(zhì)∶蛭石∶有機(jī)肥＝4∶1∶1∶1。試驗(yàn)分4個(gè)處理，人工種植野豌豆及黑麥草、自然生草、清耕，人工種草時(shí)間為苗子發(fā)芽后（4月18日），自然生草優(yōu)勢(shì)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(gè)根箱內(nèi)種植一株葡萄苗，每6個(gè)根箱一個(gè)處理，重復(fù)3次。6月進(jìn)行葡萄15N同位素示蹤處理，每盆1 g帶標(biāo)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(jìn)行試驗(yàn)。春季在60 cm×60 cm的陶盆內(nèi)均勻的撒播野豌豆及黑麥草種子，加上自然生草共3個(gè)處理，每6盆一個(gè)處理，重復(fù)3次，5月份進(jìn)行碳氮示蹤試驗(yàn)，每盆1 g帶標(biāo)記的尿素兌2 L水均勻澆灌，碳示蹤則用13C標(biāo)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(gè)月后測(cè)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?chē)?，澆水濕?rùn)，9月份落葉前將植株破壞性取樣，檢測(cè)葡萄13C和15N的含量。

1.2 測(cè)定方法

枝條及根系內(nèi)的淀粉與可溶性糖采用硫酸蒽酮比色法測(cè)定[18]，檢測(cè)波長(zhǎng)為630 nm。

根系構(gòu)型采用專業(yè)版 WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)（Regents Instruments Inc., Quebec, Canada）測(cè)定。

碳氮示蹤的測(cè)定，同位素吸收量及各器官分配率計(jì)算方法參考葛順?lè)宓萚18]。

土壤容重用環(huán)刀法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測(cè)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(jìn)行測(cè)定。

土壤氧氣擴(kuò)散速率使用ODR土壤氧氣擴(kuò)散速率儀（賽弗公司，中國(guó)）測(cè)定。

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

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010進(jìn)行處理，采用 DPS 7.05 軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行平均數(shù)的顯著檢驗(yàn)，差異顯著性用小寫(xiě)字母標(biāo)注，P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同草種對(duì)植株生長(zhǎng)和儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)的影響

與清耕相比，黑麥草、自然生草對(duì)新梢高度的影響無(wú)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(duì)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(duì)照提高15.2%和48.3%；而野豌豆對(duì)葡萄枝條中淀粉和可溶性糖無(wú)顯著影響（表1）。

從表型上看，黑麥草增加了細(xì)根數(shù)量，野豌豆降低了總體根系水平（圖1）。與清耕對(duì)照相比，野豌豆使根系鮮重降低84.8%，同時(shí)減小根系總長(zhǎng)度和平均直徑；而黑麥草和自然生草對(duì)根系總長(zhǎng)度未產(chǎn)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(cè)根和毛細(xì)根的數(shù)量，而黑麥草和自然生草對(duì)一級(jí)側(cè)根數(shù)量無(wú)顯著影響，顯著提高二級(jí)側(cè)根和毛細(xì)根數(shù)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(duì)葡萄新梢生長(zhǎng)和儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)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(duì)葡萄碳氮水平的影響

三種草在20 cm左右厚度的土層中產(chǎn)生大量根系，與葡萄根系交錯(cuò)分布，黑麥草的根系分布見(jiàn)圖2A。野豌豆對(duì)氮吸收能力最強(qiáng)，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(dá)到黑麥草的2.72倍。野豌豆與黑麥草的碳同化能力無(wú)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(dǎo)致的降幅分別為36.0%、47.9%和31.4%（圖2C），表明草與葡萄競(jìng)爭(zhēng)氮素。并且，不同草種對(duì)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(duì)根、莖、葉都產(chǎn)生顯著影響（圖2C）。

表3 不同草種對(duì)葡萄根系儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)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(duì)葡萄碳氮營(yíng)養(yǎng)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(cè)定植株對(duì)肥料中15N和13C的吸收能力，以及吸收后各營(yíng)養(yǎng)器官占總吸收的百分比。結(jié)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(duì)黑麥草和自然草綠肥的氮素吸收能力相似，對(duì)野豌豆綠肥的氮吸收率相對(duì)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(duì)葡萄碳素貢獻(xiàn)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(duì)土壤理化特性的影響

土壤呼吸、土壤氧氣擴(kuò)散速率是土壤通氣性的重要指標(biāo)，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(duì)應(yīng)的土壤呼吸速率日變化均為單峰曲線，峰值出現(xiàn)在13:00。3種生草處理在同一天的同一時(shí)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(shí)，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(kuò)散速率跟土壤呼吸一樣是土壤通氣性的重要指標(biāo)。如圖4B所示，與清耕相比，種植野豌豆顯著提高氧氣擴(kuò)散速率，增幅為21.8%；自然生草增長(zhǎng)10.5%，但未達(dá)到顯著水平；黑麥草對(duì)氧氣擴(kuò)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(guò)氧化氫酶、尿酶和蔗糖酶活性，對(duì)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(guò)氧化氫酶活性比對(duì)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(duì)3種酶活性的促進(jìn)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(duì)20～40 cm的土壤容重?zé)o顯著影響。表明草根主要分布于0～20 cm土壤深度內(nèi)，因而對(duì)這一表層的土壤指標(biāo)影響最大。

當(dāng)年生草對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量產(chǎn)生影響。其中影響最大的為黑麥草，其使有機(jī)質(zhì)含量相比于清耕增加28.3%；野豌豆降低土壤內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量，暗示野豌豆與葡萄植株之間存在較大的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)。

3 討論

表4 不同草種對(duì)土壤容重和有機(jī)質(zhì)含量的影響Table 4 Effects of sowing grass on bulk density and organic matter of soil

對(duì)于結(jié)果期葡萄，尤其是釀酒葡萄，控產(chǎn)提質(zhì)是一項(xiàng)尤為重要，疏花疏果耗費(fèi)大量人工，通過(guò)全園生草控制生長(zhǎng)勢(shì)、降低產(chǎn)量是一項(xiàng)有效措施[14]，而行間生草不能降低葡萄產(chǎn)量[12]。但對(duì)于幼樹(shù)而言，提前促長(zhǎng)對(duì)于提早結(jié)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(duì)葡萄幼苗生長(zhǎng)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(duì)生長(zhǎng)量無(wú)顯著影響。從這點(diǎn)上看，野豌豆不適合‘赤霞珠’葡萄幼樹(shù)全園生草栽培。黑麥草促進(jìn)生長(zhǎng)的原因之一可能在于改變葡萄根系組成，增加二級(jí)側(cè)根尤其是毛細(xì)根數(shù)量，從而提高樹(shù)體養(yǎng)分吸收能力。相似的研究也表明，生草能提高果樹(shù)小于2 mm的根系尤其是毛細(xì)根的數(shù)量[21-22]。從枝條和根系儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)來(lái)看，野豌豆顯著降低儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)，而黑麥草、自然生草提高儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)，有利于葡萄下一年的生長(zhǎng)發(fā)育。綜合以上，黑麥草和自然生草適合‘赤霞珠’葡萄行內(nèi)生草，而野豌豆則不適宜采用，這可能是由于試驗(yàn)時(shí)間過(guò)短或幼苗不穩(wěn)定所致。

碳氮營(yíng)養(yǎng)的吸收、利用及轉(zhuǎn)運(yùn)是果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)[23]。生草會(huì)影響果樹(shù)的碳氮營(yíng)養(yǎng)[24]，改變植株碳氮吸收能力，使各營(yíng)養(yǎng)器官碳氮分配比例發(fā)生改變，進(jìn)而影響植株生長(zhǎng)發(fā)育。就3種草而言，野豌豆氮素競(jìng)爭(zhēng)能力最大，導(dǎo)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(zhǎng)且長(zhǎng)勢(shì)旺，根系發(fā)達(dá)吸水能力強(qiáng)，與植株競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分和水分[25]；此外，一年生‘赤霞珠’根系競(jìng)爭(zhēng)力差，也加劇草種的影響。黑麥草和自然生草也具有較強(qiáng)的氮素競(jìng)爭(zhēng)能力，降低葡萄樹(shù)體氮素水平，但是二者對(duì)葡萄生長(zhǎng)并未產(chǎn)生負(fù)面影響，原因可能在于二者增加毛細(xì)根數(shù)量，提高根系養(yǎng)分吸收能力。此外，土壤氮素水平下降可能也是導(dǎo)致葡萄毛細(xì)根生長(zhǎng)的原因，因?yàn)楸韺油粮瞪L(zhǎng)依賴于土壤氮和磷水平，低氮素利于細(xì)根的產(chǎn)生[26]。果園生草降低樹(shù)體氮素水平是一種普遍現(xiàn)象，在蘋(píng)果等有相似的報(bào)道[27-28]。另一方面，草可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥為葡萄提供碳氮養(yǎng)分[29]。3種草均能為葡萄提供碳氮營(yíng)養(yǎng)，其中碳主要用于地上部生長(zhǎng)。盡管野豌豆氮吸收和碳同化能力較強(qiáng)，但轉(zhuǎn)化效率較低，對(duì)植株碳氮貢獻(xiàn)率低于黑麥草和自然生草。

本研究表明，相比于傳統(tǒng)的清耕模式，3種草優(yōu)化土壤理化性質(zhì)，但存在較大差異。黑麥草在降低土壤容重、提高有機(jī)質(zhì)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(kuò)散速率上最突出，自然生草的效果居二者之間。通過(guò)比較生長(zhǎng)、碳氮營(yíng)養(yǎng)和土壤理化性狀，生草對(duì)葡萄幼苗生長(zhǎng)的影響是多種因素綜合調(diào)控的結(jié)果。比如，野豌豆提高土壤理化性質(zhì)但過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)氮素，最終大幅度降低葡萄幼苗生長(zhǎng)。黑麥草競(jìng)爭(zhēng)氮素，但改善土壤理化性質(zhì)而促進(jìn)了細(xì)根生長(zhǎng)，最終促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

與清耕相比，黑麥草利于葡萄幼苗生長(zhǎng)，自然生草對(duì)生長(zhǎng)無(wú)顯著影響，二者提高樹(shù)體儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)，增加細(xì)根數(shù)量；野豌豆利于葡萄幼苗生長(zhǎng)，降低儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)和根系數(shù)量。3種草與葡萄競(jìng)爭(zhēng)氮素，作物綠肥可為葡萄提供碳氮營(yíng)養(yǎng)，其中野豌豆競(jìng)爭(zhēng)最強(qiáng)，肥料轉(zhuǎn)化利用率最低。3種草均能優(yōu)化土壤理化性質(zhì)，但在不同參數(shù)上效果不同。