不同有機(jī)肥對(duì)葡萄根系生長(zhǎng)和土壤養(yǎng)分狀況的影響

王小龍，劉鳳之，史祥賓，王孝娣，冀曉昊，王志強(qiáng)，王寶亮，鄭曉翠，王海波

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹(shù)研究所，遼寧 興城 125100；2.農(nóng)業(yè)部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 興城 125100；3.遼寧省落葉果樹(shù)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 興城 125100)

隨著消費(fèi)者生活水平的不斷提高，對(duì)鮮食葡萄的果品品質(zhì)要求也逐漸升高。消費(fèi)傾向也開(kāi)始向有機(jī)、綠色和無(wú)公害等轉(zhuǎn)移，栽培管理措施和產(chǎn)地環(huán)境對(duì)此類(lèi)葡萄的生產(chǎn)具有嚴(yán)格的限制。隨著葡萄栽培面積的不斷擴(kuò)大，逐漸暴露出很多葡萄種植肥水管理的不足。大多葡萄園選擇持續(xù)單一施用化肥，化肥作為一種速效化學(xué)肥料，其效果迅速，但長(zhǎng)期施用會(huì)造成土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，甚至板結(jié)[1]，影響葡萄正常生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降[2]；同時(shí)，化肥施用量越來(lái)越大，會(huì)嚴(yán)重影響化肥利用率[3]；另外，施用化肥成本高，易隨水流失，會(huì)引起土壤和水源污染等一系列問(wèn)題。

為了維持土壤使用的可持續(xù)性，人們應(yīng)該積極改善近年來(lái)化肥施入高、有機(jī)肥施入低的施肥現(xiàn)狀[4]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的有機(jī)肥主要有農(nóng)家肥、商品生物有機(jī)肥和微生物有機(jī)肥等[5-6]。在我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由綠肥(植物秸稈)、動(dòng)物糞便(豬糞、雞糞、牛糞)或各種餅肥為原料的農(nóng)家肥，施入土壤后可提高植物生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)元素，改善微生物環(huán)境和土壤理化性質(zhì)，提高作物產(chǎn)量[7-8]。然而，由于有機(jī)肥原料不同，造成化學(xué)組成差別大，如雞糞或豬糞的C/N為6.5，羊糞C/N小于25(300 ℃炭化溫度)，谷物秸稈的C/N為92.0[9]，導(dǎo)致施肥效果的差異較大。生物有機(jī)肥含有豐富的有機(jī)質(zhì)、腐殖酸及植物所需的多種營(yíng)養(yǎng)元素[10]。施用生物有機(jī)肥可以有效減少土壤中氮、磷、鉀元素的淋溶和氨素的揮發(fā)，同時(shí)能夠增強(qiáng)土壤的保水保肥能力[11]。釀酒葡萄園施用生物有機(jī)肥能夠提高肥料的利用率，減少化肥的施用量，消除土壤板結(jié)，提高葡萄品質(zhì)[9]。增施有機(jī)肥能夠提高葡萄光合作用，促進(jìn)化學(xué)物質(zhì)的積累及轉(zhuǎn)化[12-13]。生物有機(jī)肥增產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)作用突出，但肥效時(shí)間不及農(nóng)家肥[14]。目前，關(guān)于不同種類(lèi)有機(jī)肥在桃[15]、梨[16]、蘋(píng)果[17-18]、蘆柑、龍眼、荔枝[19]等果樹(shù)上的研究均有相關(guān)的報(bào)道。

關(guān)于農(nóng)家肥和生物有機(jī)肥在果樹(shù)上的良好應(yīng)用效果報(bào)道較多，但其對(duì)葡萄根系生長(zhǎng)狀況及土壤中元素含量影響的研究較少。鑒于此，針對(duì)遼寧巨峰葡萄主栽區(qū)土壤特定環(huán)境，通過(guò)田間試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室分析，研究3年生鮮食葡萄生物有機(jī)肥、豬糞和羊糞的施用效果，為今后結(jié)合巨峰葡萄因地制宜選肥施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況與試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)科院果樹(shù)研究所2012年定植的葡萄園進(jìn)行。葡萄園所處位置為溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均降水量為758 mm，四季分明；年平均溫度為9.7 ℃，年極端氣溫最高為35.5 ℃，最低氣溫為-26.2 ℃。試驗(yàn)材料為多年生巨峰，株行距0.7 m×4.0 m，露地栽培，斜干水平龍干形配合水平葉幕。供試肥料：生物有機(jī)肥由煙臺(tái)市綠源有機(jī)肥有限公司生產(chǎn)，有機(jī)質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%；羊糞和豬糞選用當(dāng)?shù)夭牧希?種肥料施用量為22.5 t/hm2。3種有機(jī)肥中不同元素含量詳見(jiàn)表1。

表1 三種有機(jī)肥中不同元素含量Tab.1 The content of different elements in three organic fertilizers

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在葡萄園開(kāi)溝施用生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞3種不同肥料，以不施肥為對(duì)照(CK)，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。每處理20株鮮食葡萄，各處理均設(shè)3次重復(fù)，肥料于2015年9月初一次性開(kāi)溝施完，距離主干兩側(cè)30 cm分別人工開(kāi)溝(20 cm寬、40 cm深)，10～40 cm與土混勻施入，0～10 cm回填園土覆蓋；灌溉采用滴灌方式。行間采取自然生草；葡萄樹(shù)行暨樹(shù)盤(pán)寬1.0 m。葡萄園的田間管理措施均同一般果園。2016年取樣時(shí)期分別是轉(zhuǎn)色期(8月中旬左右)和收獲期(10月中旬左右)，每個(gè)處理均挖取根系、土壤樣品進(jìn)行測(cè)定。連續(xù)2 a施肥并取樣。

1.3 土壤與根系樣品采集

以葡萄樹(shù)體作為橫向?qū)挾绕鹗键c(diǎn)、地表作為縱向深度起始點(diǎn)，葡萄園縱向深度0～40 cm和橫向?qū)挾?～30 cm，分別采集葡萄根系和土壤樣品，用以測(cè)定根系長(zhǎng)度和根系表面積。其他指標(biāo)(根系中礦質(zhì)元素、土壤有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)元素含量)樣品均來(lái)自縱向深度0～40 cm和橫向?qū)挾?～30 cm的混合樣品。剔除植物殘?bào)w、石子等雜物，并用速封袋裝好，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干，研磨，過(guò)1 mm篩，待測(cè)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

土壤有機(jī)質(zhì)采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法測(cè)定；全氮采用凱氏法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；根系形態(tài)選擇EPSON1680掃描儀，使用黑白二值圖像進(jìn)行掃描，其分辨率和比例尺分別設(shè)置為300 dpi和100%。再用WinRhizo 2009根系分析軟件進(jìn)行分析，獲得根系總長(zhǎng)度、總表面積形態(tài)數(shù)據(jù)。采用ICP等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)定土壤和根系樣品中全磷(P)、全鉀(K)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、硼(B)、鉬(Mo)等元素含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2007和SPASS 23軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、圖表繪制和差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan′s)。圖表中不同小寫(xiě)字母表示同一時(shí)期、不同處理間在P<0.05水平上差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)肥對(duì)葡萄根系生長(zhǎng)狀況的影響

由圖1可知，不同施肥條件下葡萄根系長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)在轉(zhuǎn)色期和收獲期是不同的。轉(zhuǎn)色期的根系長(zhǎng)度在不同施肥方式之間具有顯著性差異(P<0.05)，其變化趨勢(shì)表現(xiàn)為生物有機(jī)肥>羊糞>豬糞>對(duì)照，生物有機(jī)肥、羊糞、豬糞較對(duì)照分別顯著升高117.00%，103.06%，36.29%(P<0.05)。而在收獲期，生物有機(jī)肥、羊糞、豬糞施肥條件下的根系長(zhǎng)度均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，分別為1 458.48，1 441.89，1 476.10 cm，但三者之間沒(méi)有顯著性差異。

圖中不同小寫(xiě)字母表示同一時(shí)期、不同處理間在P<0.05水平上差異顯著。圖2-7同。

The different lowercase letters in the figure indicate that the significant difference at theP<0.05 level in the same period and different treatments. The same as Fig.2-7.

圖1 不同施肥處理的葡萄根系長(zhǎng)度
Fig.1 The root length of grape treatedwith fertilizer in the vineyard

由圖2可知，轉(zhuǎn)色期時(shí)的生物有機(jī)肥、羊糞、豬糞施肥條件下的根系表面積均高于對(duì)照，從高到低依次為生物有機(jī)肥、豬糞和羊糞，分別為229.80，217.14，193.90 cm2。而收獲期與轉(zhuǎn)色期不同，施肥處理組的根系表面積均低于對(duì)照，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞處理組的根系表面積較對(duì)照分別減少了17.66%，30.53%，18.07%。

2.2 不同有機(jī)肥對(duì)葡萄根系中礦質(zhì)元素含量的影響

由圖3可知，園內(nèi)施用生物有機(jī)肥均能引起轉(zhuǎn)色期和收獲期的根系全氮含量出現(xiàn)最高值，均表現(xiàn)為生物有機(jī)肥>羊糞>豬糞>對(duì)照。在轉(zhuǎn)色期，根系全氮含量在生物有機(jī)肥與羊糞、豬糞和對(duì)照之間存在顯著性差異(P<0.05)，而豬糞和對(duì)照之間不存在顯著性差異；生物有機(jī)肥條件下的根系全氮含量較羊糞、豬糞和對(duì)照分別提高了28.63%，55.14%，76.21%。在收獲期，根系全氮含量在生物有機(jī)肥條件下顯著高于羊糞、豬糞和對(duì)照(P<0.05)，分別提高了36.55%，39.50%，55.20%；而羊糞和豬糞之間不存在顯著性差異，且分別較對(duì)照顯著提高了13.66%，11.26%(P<0.05)。

圖2 不同施肥處理的葡萄根系表面積Fig.2 The root surface area of grape treated with fertilizer in the vineyard

由表2可知，在轉(zhuǎn)色期的生物有機(jī)肥條件下，P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、B、Mo元素含量均高于對(duì)照，但只有P、K、Zn和Mo元素顯著高于對(duì)照(P<0.05)，且分別提高了29.99%，33.75%，42.10%，17.77%；P、Ca、Mg和Fe元素含量在生物有機(jī)肥條件下最高；K、B和Mo元素在豬糞條件下含量最高；Mn和Zn元素在羊糞條件下含量最高。在收獲期，生物有機(jī)肥條件下的Fe、Zn和B元素與對(duì)照無(wú)顯著性差異，而表2中其他元素含量均顯著高于對(duì)照(P<0.05)；除B元素外，表2中其他所有元素的含量最高值均出現(xiàn)在生物有機(jī)肥條件下。

圖3 不同施肥處理的葡萄根系全氮含量Fig.3 Total nitrogen content of grape root treated with fertilizer in the vineyard

表2 不同施肥處理的葡萄根系礦質(zhì)元素含量Tab.2 The content of mineral element in root treated with fertilizer in the vineyard

注： 表中不同小寫(xiě)字母表示同一時(shí)期、不同處理間在P<0.05水平上差異顯著。表3同。

Note：Different lowercase letters in the table indicate significant differences at theP<0.05 level between the same periods and different treatments.The same as Tab.3.

2.3 不同有機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

由圖4可知，不同施肥條件下均顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)，均表現(xiàn)為生物有機(jī)肥>羊糞>豬糞>對(duì)照，但各施肥處理組之間不存在顯著性差異。在轉(zhuǎn)色期，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞有機(jī)質(zhì)含量分別為27.32，24.59，24.37 g/kg，較對(duì)照分別顯著提高了70.72%，53.67%，52.31%(P<0.05)。在收獲期，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞有機(jī)質(zhì)含量分別為28.77，25.83，25.59 g/kg，較對(duì)照分別顯著提高了51.61%，36.14%，34.84%(P<0.05)。

圖4 不同施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量Fig.4 The organic matter content of soil treated with fertilizer in the vineyard

2.4 不同有機(jī)肥對(duì)土壤中植物必需元素含量的影響

由圖5可知，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞條件均能提高轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤中堿解氮含量，均表現(xiàn)為生物有機(jī)肥>羊糞>豬糞>對(duì)照。在轉(zhuǎn)色期，土壤堿解氮含量在生物有機(jī)肥條件下較對(duì)照顯著提高了24.80%(P<0.05)；羊糞和豬糞處理組的土壤堿解氮含量與對(duì)照組沒(méi)有顯著性差異，分別為 176.45，166.87 mg/kg。在收獲期，生物有機(jī)肥處理組的土壤堿解氮含量較羊糞、豬糞和對(duì)照組分別顯著提高了7.01%，9.69%，12.16%(P<0.05)；與轉(zhuǎn)色期相似，羊糞和豬糞處理組的土壤堿解氮含量與對(duì)照組不存在顯著性差異。

圖5 不同施肥處理的土壤堿解氮含量Fig.5 Soil alkaline nitrogen content of vineyard treated with fertilizer

由圖6可知，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞均能提高轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤全氮含量，表現(xiàn)為生物有機(jī)肥>羊糞>豬糞>對(duì)照。在轉(zhuǎn)色期，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞處理組的土壤全氮含量分別為5.63，4.54，3.96 g/kg，較對(duì)照分別提高了58.43%，27.72%，11.53%。同樣，在收獲期土壤全氮含量在生物有機(jī)肥和對(duì)照之間出現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)，較對(duì)照顯著提高了50.42%；而羊糞和豬糞與對(duì)照不存在顯著性差異。

圖6 不同施肥處理的土壤全氮含量Fig.6 Total nitrogen content of soil treated with fertilizer

由圖7可知，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞均能提高轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤有效磷含量，其中生物有機(jī)肥和羊糞較對(duì)照均有顯著性差異(P<0.05)。轉(zhuǎn)色期的土壤有效磷含量在生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞條件下較對(duì)照分別提高了14.44%，13.13%，0.30%。收獲期的土壤有效磷含量在生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞條件下分別為258.25，249.97，180.21 mg/kg，較對(duì)照分別提高了48.58%，43.82%，3.68%。

圖7 不同施肥處理的土壤有效磷含量Fig.7 Soil available phosphorus content of vineyard treated with fertilizer

由表3可知，在轉(zhuǎn)色期，生物有機(jī)肥較對(duì)照顯著提高了土壤中P、K、Ca、Mg元素含量(P<0.05)，分別提高了23.45%，23.69%，50.00%，33.33%，羊糞較對(duì)照顯著提高了P和Mg元素含量(P<0.05)，分別提高了23.45%，20.00%；豬糞較對(duì)照顯著提高了Mg元素含量(P<0.05)，提高了26.67%。在收獲期，表3中所有元素含量在生物有機(jī)肥條件下較對(duì)照均有所提高，其中P、Ca、Mg、Fe、Mn、B和Mo元素與對(duì)照存在顯著性差異(P<0.05)；羊糞條件下較對(duì)照顯著提高P和Mo元素含量(P<0.05)，分別提高了50.00%，17.86%；豬糞條件下較對(duì)照顯著提高Zn和Mo元素含量(P<0.05)，分別為19.05%，21.43%。

表3 不同施肥處理的土壤礦質(zhì)元素含量Tab.3 The content of mineral element in soil treated with fertilizer

3 結(jié)論與討論

3.1 不同有機(jī)肥對(duì)葡萄根系生長(zhǎng)狀況的影響

由于生物有機(jī)肥中定殖的功能微生物可在作物根際范圍形成優(yōu)勢(shì)菌群，從而降低有害病的繁殖能力，同時(shí)又可以向作物根際的土壤環(huán)境中釋放多種代謝產(chǎn)物，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)[20]。在轉(zhuǎn)色期，生物有機(jī)肥處理組葡萄根系總長(zhǎng)度顯著高于羊糞、豬糞和對(duì)照(P<0.05)，而根系表面積在上述4個(gè)處理組中并無(wú)顯著性差異，且高于對(duì)照。在收獲期，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞處理?xiàng)l件下葡萄根系總長(zhǎng)度不存在顯著性差異，且均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，而根系表面積在4組處理中不存在顯著性差異，且低于對(duì)照。試驗(yàn)說(shuō)明，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞均有效促進(jìn)了葡萄根系伸長(zhǎng)，根系直徑小于對(duì)照，說(shuō)明施肥條件增加了細(xì)根生長(zhǎng)量，由此也擴(kuò)大了葡萄根系的吸收范圍。孫少霞等[21]研究表明，合理使用生物有機(jī)肥可增加玫瑰香葡萄根系數(shù)量，擴(kuò)大吸收范圍，增加了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的形成、吸收和及時(shí)供應(yīng)。另有研究發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥促進(jìn)了土壤表層根系的發(fā)生與生長(zhǎng)[22]。上述研究與本研究結(jié)果相同，說(shuō)明合理使用生物有機(jī)肥可促進(jìn)巨峰葡萄根系生長(zhǎng)。

生物有機(jī)肥中富含有機(jī)氮源，經(jīng)微生物礦化后以硝態(tài)氮、銨態(tài)氮等形態(tài)被植物吸收所利用，與葉片回送的碳水化合物合成氨基酸，再送到葉片合成葉綠素、蛋白質(zhì)、核算等化合物，促成樹(shù)體的生長(zhǎng)發(fā)育[23]。施肥條件均顯著提高了根系中全氮含量(轉(zhuǎn)色期的豬糞處理除外)(P<0.05)，其中生物有機(jī)肥最佳，較對(duì)照在轉(zhuǎn)色期和收獲期分別提高了76.21%，55.20%。施用生物有機(jī)肥的前期和后期P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、B、Mo元素含量均高于對(duì)照，其中前期P、K、Zn和Mo元素含量顯著高于對(duì)照(P<0.05)，后期中除Fe、Zn和B元素外，P、K、Ca、Mg、Mn、Mo元素含量均顯著高于對(duì)照(P<0.05)。這一結(jié)果與郭潔等[24]研究施用有機(jī)肥對(duì)釀酒葡萄葉片、葉柄中氮磷鉀等養(yǎng)分積累的影響有相同之處。

3.2 不同有機(jī)肥施用對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)狀況的影響

生物有機(jī)肥施入土壤后可以增加有機(jī)質(zhì)含量，改變土壤物理性狀，減少營(yíng)養(yǎng)元素的固定和損失。有機(jī)質(zhì)可以提高孔隙度，影響空隙的體積分布，增加直徑100～200 μm空隙數(shù)量，尤其是連續(xù)的長(zhǎng)空隙，因此會(huì)提高土壤持水性[25]。本研究中，施肥處理均顯著提高了轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)，皆表現(xiàn)為生物有機(jī)肥>羊糞>豬糞>對(duì)照，生物有機(jī)肥、羊糞和豬糞在轉(zhuǎn)色期較對(duì)照分別提高了70.72%，53.67%，52.31%；在收獲期，較對(duì)照分別顯著提高了51.61%，36.14%，34.84%(P<0.05)。因此，增施有機(jī)肥有利于提高葡萄園內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而提高土壤保水能力。

有機(jī)肥對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)具有良好的調(diào)控與刺激作用。有機(jī)肥中不僅富含氮、磷、鉀3種必要元素，而且還含有硼、鋅、鈣、鎂、鐵等中微量元素，能夠?yàn)槠咸阎仓甑纳L(zhǎng)發(fā)育提供較為全面的營(yíng)養(yǎng)條件。氮素是植物體內(nèi)細(xì)胞分裂素及生長(zhǎng)素等主要成分之一，而有機(jī)肥中豐富的有機(jī)氮源能夠有效改善土壤氮素供應(yīng)狀況，對(duì)植物的生長(zhǎng)具有積極作用[23]。本研究表明，施用有機(jī)肥能提高轉(zhuǎn)色期和收獲期的土壤中堿解氮和全氮含量，均表現(xiàn)為生物有機(jī)肥>羊糞>豬糞>對(duì)照，其中只有生物有機(jī)肥條件下的堿解氮和全氮含量在不同時(shí)期均與對(duì)照出現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。這與Evanylo等[26]研究結(jié)果一致，有機(jī)肥能夠提高土壤中的全氮含量。生物有機(jī)肥和羊糞處理組的土壤有效磷含量在轉(zhuǎn)色期和收獲期均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，而豬糞與對(duì)照不存在顯著性差異。施肥處理均能引起多數(shù)元素含量不同程度的提高；其中B和Mo元素在轉(zhuǎn)色期的含量要低于對(duì)照，其原因可能是由施肥處理后增強(qiáng)了樹(shù)體對(duì)微量元素的吸收，而有機(jī)肥中微量元素釋放較慢導(dǎo)致的。根系中B和Mo元素含量在轉(zhuǎn)色期和收獲期均高于對(duì)照，這與上述假設(shè)相一致。與本研究結(jié)果相同，有機(jī)肥被證實(shí)能夠增加土壤中的有效磷[26]、鉀[27]和微量元素的含量[28]。這些元素是光合作用的必要元素，能夠加強(qiáng)光合作用并促進(jìn)積累干物質(zhì)；此外，它們可改善土壤的物理性狀，提高水勢(shì)，加強(qiáng)土壤與大氣之間的氣體交換，有利于根系的生長(zhǎng)。

綜上所述，3種有機(jī)肥料均可改善葡萄根系的生長(zhǎng)、提高根系內(nèi)礦質(zhì)元素含量，提高土壤內(nèi)有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷及礦質(zhì)元素含量，但生物有機(jī)肥施用綜合效果最佳。