紫莖澤蘭堆肥對葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤性狀指標的影響

隋宗明，劉海,2，殷潔，郭明全，王勇，袁玲*(.西南大學資源環(huán)境學院，重慶 40076；2.貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所，貴州 貴陽 550006；.四川省煙草公司涼山州公司，四川 西昌65000)

紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophorum)系菊科澤蘭屬多年生草本植物，原產(chǎn)于墨西哥和哥斯達黎加，后經(jīng)越南、緬甸侵入我國云南，現(xiàn)已成為西南地區(qū)危害最嚴重的外來入侵植物之一[1-2]。紫莖澤蘭在四川省涼山州的危害面積超過行政區(qū)域總面積的10%[3]，現(xiàn)仍在快速向東部和北方蔓延，對當?shù)剞r(nóng)田、草場和森林構成嚴重威脅，造成巨大的生態(tài)危害和經(jīng)濟損失，有效防除紫莖澤蘭成為當?shù)厣鷳B(tài)治理的迫切任務之一。但是，采用人工、機械和化學除草的方法耗資巨大且效果較差[3-4]，如何無害化處理與資源化利用紫莖澤蘭已經(jīng)引起高度關注。

在利用紫莖澤蘭造紙、生產(chǎn)飼料和制作能源物質(zhì)等應用嘗試中，發(fā)現(xiàn)紫莖澤蘭存在纖維長度不夠、難以去除毒性和熱值較低等一系列問題，未能在實際生產(chǎn)中推廣應用[5-6]。但是，紫莖澤蘭生長速度快、生物量大，富含有機質(zhì)、氮、磷、鉀，去除生物毒性物質(zhì)后[7-9]，可以作為一種優(yōu)質(zhì)有機肥資源加以利用[10]。工廠化處理紫莖澤蘭生產(chǎn)有機肥，收集運輸困難、經(jīng)濟效益低下，難以運作實施。紫莖澤蘭內(nèi)含抑制植物和某些微生物生長的化學成分，根、莖、籽均可再生繁殖，不能作為綠肥直接翻壓入土；而采用普通堆肥方式又難以有效降解其中的有毒物質(zhì)，也不能徹底腐熟和殺滅其繁殖器官[11]。經(jīng)課題組多年研究，利用微生物菌劑就地積制紫莖澤蘭制作堆肥，可在高溫堆漚過程中降解有毒物質(zhì)并殺滅繁殖器官，具有腐熟效果好、成本低、操作簡便等特點[5,12]。經(jīng)此法生產(chǎn)的紫莖澤蘭堆肥不僅增加了大麥(Hordeumvulgare)及辣椒(Capsicumfrutescence)產(chǎn)量，而且可以改良土壤[12]。然而，在紫莖澤蘭泛濫的地區(qū)，其生物量巨大，有必要拓展紫莖澤蘭堆肥應用的作物。

四川省涼山州是西南地區(qū)重要的水果種植基地，大規(guī)模種植葡萄(Vitisvinifera)，長期過量施用化肥導致果實品質(zhì)下降及果園土壤性狀惡化[13]。為此，本研究在紫莖澤蘭堆肥積制區(qū)域，選擇當?shù)氐钠咸逊N植園，研究紫莖澤蘭堆肥對葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤性狀的影響，為評價堆制紫莖澤蘭的脫毒效果、堆肥肥效和在葡萄上的應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于四川省西昌市禮州鎮(zhèn)(28°02′ N，102°11′ E)，海拔1600 m，年均氣溫15.6 ℃，降水量1044.6 mm，無霜期273 d，年均日照時數(shù)2427.6 h。當?shù)卮迩f附近的山坡、農(nóng)田邊、路邊及溝渠旁均有大量紫莖澤蘭分布。

葡萄種植土壤為砂質(zhì)壤土，pH 5.33、有機質(zhì)、全氮、磷、鉀含量分別為14.83 g·kg-1、1.65 g·kg-1、1.19 g·kg-1和17.64 g·kg-1，有效氮、磷、鉀含量依次為122.7 mg·kg-1、25.7 mg·kg-1和163.2 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

紫莖澤蘭堆肥(以下簡稱堆肥)：2013-2015年，每年9月在試驗地附近采集紫莖澤蘭地上部，鍘成5～10 cm小段，撒0.25%由惡臭假單胞菌(Pseudomonasputidasp.)和熱纖維梭菌(Clostridiumthermocellumsp.)制成的混合腐熟劑，以及0.4%輔助劑，堆置成長條狀(長×寬×高≈3.5～4.0 m×1.5～2.0 m×1.5～1.8 m)，踩踏緊實，覆蓋農(nóng)用塑料薄膜，堆置90 d，積制成堆肥，并于當年12月作為基肥施用，其有機質(zhì)、氮、磷、鉀、腐殖酸含量(干重)分別為89.47%、2.79%、0.80%、2.70%、8.42%。

化肥：尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(K2O 50%)。

供試葡萄：5年生紅地球葡萄，籬架式起壟栽培，種植密度約為9000株·hm-2。

1.3 試驗設計

根據(jù)葡萄的需肥特性，每株葡萄全年施純氮、磷、鉀養(yǎng)分分別為180 g、150 g和200 g。在施用堆肥的處理中，有機肥用量以氮計，不足的磷、鉀用化肥補充，使各處理氮、磷、鉀養(yǎng)分用量相等。田間試驗共設4個處理，1)單施化肥(CF)；2)50%化肥+50%堆肥(M50)；3)25%化肥+75%堆肥(M75)；4)全堆肥(M100)。以相鄰、長勢基本一致的20株葡萄作為一個處理，重復4次，隨機排列。全年共施肥4次：基肥、花期追肥、果實膨大期追肥和果實轉(zhuǎn)色期追肥。各處理的堆肥均作基肥全部施入，化肥處理中的氮肥按10%、30%、30%和30%比例，磷肥按75%、25%、0%和0%比例，鉀肥按0%、30%、30%和40%比例分4次施用。施肥方式為溝施，施肥點距葡萄主干40～50 cm，深度為40 cm。常規(guī)田間管理。試驗于2013-2016年連續(xù)進行，測定最后一年葡萄的產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤性狀指標。

1.4 樣品采集及測定項目

葡萄產(chǎn)量性狀測定：各處理在果實成熟期記錄葡萄單株產(chǎn)量；隨機選取15穗中部果穗，在果穗上、中、下部按1∶1∶1比例隨機選取100粒葡萄，1/100天平測定百粒重；游標卡尺測量葡萄果粒橫、縱徑。

葡萄品質(zhì)性狀測定：各處理在果實成熟期隨機選取15穗中部果穗，在果穗上、中、下部按1∶1∶1比例隨機剪取適量無病蟲害果粒，混合后脫皮榨汁進行品質(zhì)測定。采用手持式折光儀測定可溶性固形物；蒽酮比色法測定可溶性糖；酸堿中和滴定法測定可滴定酸；2,6-二氯酚靛酚滴定法測定VC；紫外分光光度法測定硝酸鹽；同時測定葡萄果實及當年生葉片(于各處理隨機采集葡萄中部葉30片)全氮、磷、鉀含量[14]。

土壤性狀指標測定：在葡萄萌芽期(germination stage, GS)、花期(flowering stage, FS)、果實膨大期(expanding stage, ES)、果實轉(zhuǎn)色期(turning stage, TS)和果實成熟期(mature stage, MS)，避開施肥點，按五點法于各小區(qū)取距葡萄主干25 cm左右的根際土壤。常規(guī)分析土壤pH、有機質(zhì)、全量養(yǎng)分及有效氮、磷、鉀[15]；氯仿熏蒸,0.5 mol·L-1K2SO4提取土壤微生物生物量碳、氮，K2Cr2O7氧化法測碳和腚酚藍比色法測氮[16]；高錳酸鉀滴定法、3,5-二硝基水楊酸比色法、苯酚鈉—次氯酸鈉比色法和磷酸苯二鈉比色法分別測定過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性[17]；果實轉(zhuǎn)色期采用平板計數(shù)法測定土壤細菌(牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基)、真菌(馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基)和放線菌(高氏一號培養(yǎng)基)數(shù)量[18]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)分別用Excel 2010、SPSS 19.0統(tǒng)計軟件和LSD多重比較法進行計算、方差分析和差異顯著性檢驗，顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)

由表1可見，M75處理的單果最重，橫徑最大；M100處理果粒最輕，縱徑最小，二者之間差異顯著(P<0.05)，其他處理之間無顯著差異(P>0.05)。表明M75處理增大了果粒體積，增加了單果重量，但各處理單株產(chǎn)量間無顯著差異(P>0.05)。

由表2可知，葡萄果實的可溶性固形物以M75處理最高，M100處理的最低，CF和M50處理之間無顯著差異(P>0.05)；可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比以M75處理最高，CF、M50和M100處理間無顯著差異(P>0.05)。CF處理的VC含量最低，比堆肥配施化肥處理平均低19.9%，且硝酸鹽含量最高，比堆肥配施化肥處理平均高50.7%。

由表3可知，在成熟期，CF處理葡萄果實中的氮、磷、鉀含量均最高，其余處理間無明顯規(guī)律；各處理葉片氮、磷、鉀含量間均無顯著差異(P>0.05)。

表1 不同處理葡萄果實生物學性狀和產(chǎn)量Table 1 Biology characters and yield of grape in different treatments

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: In each column, different lowercase letters mean significant difference among treatments (P<0.05). The same below.

表2 不同處理葡萄果實內(nèi)在品質(zhì)Table 2 Intrinsic quality of grape in different treatments

表3 成熟期葡萄果實和葉片氮、磷、鉀含量Table 3 Contents of nitrogen, phosphorus and potassium in grape fruits and leaves at mature stage (%)

2.2 土壤微生物

2.2.1微生物生物量 試驗各處理的微生物生物量碳呈單峰變化，葡萄轉(zhuǎn)色期達到峰值，成熟期回落。CF與M100處理之間及M50與M75處理之間的微生物生物量碳無顯著差異(P>0.05)，生育期內(nèi)M50和M75處理的微生物生物量碳的平均含量顯著高于CF和M100處理(P<0.05)。M75、M50和M100處理的微生物生物量氮也呈單峰變化，葡萄萌芽期至果實膨大期或轉(zhuǎn)色期持續(xù)上升至峰值，成熟期有所下降；CF處理的微生物生物量氮持續(xù)增加。微生物生物量氮的平均含量M75>M50>CF>M100(圖1)。

2.2.2細菌、真菌、放線菌數(shù)量 在葡萄果實轉(zhuǎn)色期，土壤細菌數(shù)變化于13.07×107～38.07×107cfu·g-1，M50和M75處理顯著高于CF和M100處理(P<0.05)；土壤真菌數(shù)以M75處理最高，比M100、M50和CF平均高約2倍；土壤放線菌數(shù)變化于17.33×106～35.80×106cfu·g-1，M50處理最高，M75與CF處理之間無顯著差異(P>0.05)，M100處理最低(表4)。

圖1 土壤微生物生物量碳、氮動態(tài)變化Fig.1 Dynamics of soil microbial biomass carbon and nitrogen contentsGS：萌芽期；FS：花期；ES：膨大期；TS：轉(zhuǎn)色期；MS：成熟期。下同。GS: Germination stage; FS: Flowering stage; ES: Expanding stage, TS: Turning stage; MS: Mature stage. The same below.

2.3 土壤pH和養(yǎng)分

由表5可知，各處理土壤pH在葡萄轉(zhuǎn)色期最低。在果實成熟期，土壤pH大小依次為M50>M75>M100>CF，差異顯著(P<0.05)。各處理土壤有效氮含量在整個生長時期內(nèi)呈下降-上升-下降的變化趨勢，M100處理有效氮的平均含量最低。隨生長時期延長，土壤有效磷含量總體上逐漸降低，CF處理的平均含量最高，M100處理最低。在葡萄各生長時期，M100處理的有效鉀含量變化幅度最小，處理間有效鉀的平均含量無顯著差異(P>0.05)。

表4 果實轉(zhuǎn)色期土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量Table 4 The numbers of soil bacteria, fungi and actinomycetes at turning stage (dry soil)

表5 不同時期土壤pH及有效養(yǎng)分含量Table 5 Soil pH and available nutrient contents at different stages

由表6可知，在葡萄成熟期，各處理土壤有機質(zhì)和全磷含量間無顯著差異(P>0.05)，M100處理全氮含量最低，M50處理全鉀最低，其余處理全氮和全鉀間無顯著差異(P>0.05)。

表6 果實成熟期土壤有機質(zhì)及全量養(yǎng)分含量Table 6 Soil organic matter and total nutrients content at mature stage (g·kg-1)

2.4 土壤酶活性

過氧化氫酶：在CF和M100處理的土壤中，過氧化氫酶活性在葡萄整個時期內(nèi)無顯著變化；在M50和M75處理的土壤中，葡萄果實膨大期最高，成熟期回落。M50和M75處理過氧化氫酶的平均活性顯著高于CF和M100處理(P<0.05)。

蔗糖酶：在CF處理的土壤中，蔗糖酶活性呈凹形變化，在葡萄各生長時期均最低(花期和成熟期例外，花期與M75和M100無顯著差異，成熟期與M100相似)；在施堆肥處理的土壤中，M50處理酶活性均值最高，M75次之，M100最低，分別比CF高155.6%、109.0%、23.7%。

脲酶：平均酶活性M50≈M75>CF>M100，前三者比M100處理分別高226.7%，223.0%和77.0%；在M50和M75處理的土壤中，膨大期活性最高，之后逐漸降低；在CF處理的土壤中，脲酶活性在轉(zhuǎn)色期前緩慢上升，后期下降；在M100處理的土壤中，脲酶活性持續(xù)平穩(wěn)。

酸性磷酸酶：在CF處理的土壤中，酸性磷酸酶活性呈持續(xù)下降趨勢，在果實轉(zhuǎn)色期前顯著高于施堆肥處理，轉(zhuǎn)色期后與M50處理無顯著差異；在M50、M75和M100處理的土壤中，酸性磷酸酶活性變化相似，花期及果實轉(zhuǎn)色期的活性較高，M50處理各時期酶活性高于M75和M100處理(圖2)。

圖2 土壤酶活性動態(tài)變化Fig.2 Dynamics of soil enzyme activities

3 討論

葡萄果實的糖、酸、酚類物質(zhì)含量及糖酸比等是影響葡萄品質(zhì)的主要因子[19]。盡管試驗處理間的葡萄產(chǎn)量無顯著差異，但M75處理的果粒橫徑最大，單果最重，提高了果實的外觀品質(zhì)；在M75處理中，葡萄果實的可溶性固形物、可溶性糖含量及糖酸比顯著高于CF。隨著紫莖澤蘭堆肥施用比例的增加，葡萄果實VC含量升高，硝酸鹽含量下降，增強了葡萄的保健功能及食品安全性，這與前人對葡萄施用有機肥的研究結果一致[20-22]。已有的研究表明，增施有機肥可促進葡萄新梢生長，增加枝條生長量和節(jié)間長度、粗度，同時促進樹體養(yǎng)分積累[23-24]。由于葡萄屬于多年生植物，有機肥的長效持久效果將逐漸顯現(xiàn)。在本研究中，有機肥的效果首先表現(xiàn)為改善葡萄果實的品質(zhì)，推測持續(xù)施用有機肥也可能表現(xiàn)出增產(chǎn)效應。此外，在葡萄成熟期，果實中氮、磷、鉀含量以單施化肥處理最高，處理間差異顯著，表明葡萄對化肥中的養(yǎng)分具有較高利用效率。成熟期各處理葉片氮、磷、鉀含量間無顯著差異，說明在葡萄發(fā)育后期，生長中心已轉(zhuǎn)移至果實，施肥處理間的主要差異表現(xiàn)在葡萄果實品質(zhì)上。

土壤中微生物種類繁多、數(shù)量巨大，直接參與土壤與植物之間的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和活化等過程，對土壤的形成發(fā)育、物質(zhì)循環(huán)和肥力演變具有重要影響[25-26]。據(jù)報道，新鮮紫莖澤蘭根、莖浸提液對土壤微生物具有生物毒性[12,27]。本試驗表明，在紫莖澤蘭堆肥配施化肥的處理中，土壤微生物生物量顯著高于常規(guī)化肥處理，說明在紫莖澤蘭堆肥過程中，有毒物質(zhì)已經(jīng)降解，與化肥配施可對土壤微生物生長繁殖表現(xiàn)出正效應，這與焦玉潔等[28]的研究結果相似。在全堆肥處理中，土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量較低，這可能與有機肥養(yǎng)分釋放緩慢，有效養(yǎng)分不足有關，而微生物數(shù)量在一定程度上與速效養(yǎng)分含量高低相關[29]。此外，微生物數(shù)量隨葡萄生育時期的進程呈規(guī)律性的變化，各處理微生物生物量碳、氮在果實膨大期和轉(zhuǎn)色期最高，這與土壤養(yǎng)分變化節(jié)律一致，表明葡萄的生長發(fā)育是調(diào)控土壤生物活動及養(yǎng)分變化的重要因素之一。

在作物養(yǎng)分供應量恒定的條件下，適當比例的有機肥和無機肥料配施不僅可以減少化肥用量，而且可以改良土壤結構，維持良好的土地生產(chǎn)能力[30]。葡萄園的化肥用量大，土壤酸化明顯，施用紫莖澤蘭堆肥明顯提高耕作層土壤pH，減輕酸化程度，有益于提高土壤肥力及其可持續(xù)利用能力。

土壤酶主要來源于土壤微生物代謝，參與土壤中各種化學反應和生物化學過程，是評價土壤微生物活性及肥力水平的重要標志之一[16,31-32]。在葡萄生長發(fā)育的前中期，土壤過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶活性較高，配施處理與單一施肥處理之間差異顯著，轉(zhuǎn)色期后逐漸降低，它們的活性隨葡萄生育時期的不同而變化，符合葡萄不同時期生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求規(guī)律。葡萄生長前中期，過氧化氫酶活性增強，有利于土壤中有毒物質(zhì)的降解及有機質(zhì)的礦化[33]；蔗糖酶對增加土壤易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起到重要作用，其活性高低與土壤供肥能力呈顯著正相關[34]；M50和M75處理顯著提高土壤蔗糖酶活性，促進有機質(zhì)礦化，增加養(yǎng)分供應；而單施化肥處理的蔗糖酶活性處于較低水平，不利于養(yǎng)分供應。脲酶催化尿素，提高氮素的生物有效性，施用尿素可以提高脲酶活性，有機肥和無機肥料配施效果最好[35]，本試驗研究結果與此一致。酸性磷酸酶活性在一定程度上受土壤有效磷的影響[36]，在單施化肥的處理中，施入土壤中的過磷酸鈣最多，有效磷含量較高，刺激了土壤微生物的生長繁殖和生命活動，磷酸酶分泌數(shù)量增加，使土壤磷酸酶活性升高；隨著土壤對磷的固定及轉(zhuǎn)色期后土壤微生物活性的降低，酸性磷酸酶活性逐漸下降。

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