生草栽培對刺梨園土壤團聚體分布及有機碳含量的影響

何季 向仰州 張雪嬌 郭廣正 廖朝選

摘 要：為探究生草栽培對刺梨園土壤團聚體穩(wěn)定性及有機碳含量的影響，以貴州省龍里縣谷腳鎮(zhèn)刺梨園為研究對象，設(shè)置人工草（AG）、自然草（NG）和清耕（CK）三種處理，測定三種模式下土壤各粒級水穩(wěn)性團聚體含量和團聚體內(nèi)有機碳含量。結(jié)果表明：（1）AG和NG模式下水穩(wěn)性團聚體主要集中在>2mm粒徑中，CK模式下水穩(wěn)性團聚體主要集中在<0.25mm粒徑中;生草栽培顯著提高土壤水穩(wěn)性大團聚數(shù)量和平均重量直徑，增加了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;（2）0～20cm層，NG和AG處理下，6個粒級團聚體的有機碳比CK分別高236.99%、188.52%、29576%、267.51%、290.14%、242.10%，和122.44%、84.46%、157.05%、91.19%、127.83%、110.46%;（3）生草栽培模式下團聚體有機碳貢獻率主要集中在>0.25mm粒徑大團聚體中，比例為86%～95%;CK處理下，其貢獻率則主要來自于<0.25mm的微團聚體。綜上所述，生草栽培能顯著提高刺梨園土壤團聚體穩(wěn)定性及有機碳含量，自然生長雜草對土壤有機碳的增加效果優(yōu)于人工種植黑麥草，研究結(jié)果可為刺梨園的科學(xué)管理和施肥提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生草栽培;團聚體穩(wěn)定性;有機碳;刺梨

中圖分類號：S158文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-0457（2020）04-0074-08 國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2020.04.011

Abstract：In order to explore the effect of grass cultivation on the stability of soil aggregate and organic carbon content of the Rosa roxbunghii. orchard in Gujiao Town， Longli County， Guizhou Province. Three treatments，artificial grass （AG）， natural grass （NG） and clear tillage （CK） were set to measure the content of water-stable aggregates and organic carbon in the aggregates. The results showed that： （1） Water-stable aggregates in AG and NG treatments were mainly concentrated in the grain size of >2 mm， while that in CK was mainly concentrated in the grain size of < 0.25 mm. The number of large water stable aggregates and the average weight diameter of soil were improved because of grass cultivation significantly， as well as the stability of soil structure. （2） In 0～20 cm soil layer， the organic carbon contents of six particle aggregates in AG and NG treatments were 236.99%， 188.52%， 295.76%， 267.51%， 290.14%， 242.10% and 122.44%， 84.46%， 157.05%， 91.19%， 127.83%， 110.46% higher than that in CK， respectively. （3） The organic carbon contribution rate of the aggregates in the cultivation of grass was mainly concentrated in the larger aggregates with the size of>0.25 mm， accounting for 86%～95%. Under CK treatment， The organic carbon contribution rate of aggregates mainly came from the micro-aggregates of < 0.25 mm. In conclusion， the grass-cultivation could significantly improve the stability and organic carbon content of soil aggregates in Rroxbunghii orchard， and the effect of natural weeds on soil organic carbon was better than that of artificially grown ryegrass. The results can provide scientific basis for the scientific management and fertilization of R.roxbunghii? orchard.

Keywords：grass cultivation; aggregate stability;organic carbon; Rosa roxbunghii

刺梨（Rosa roxbunghii Tratt.）為薔薇科多年生落葉灌木繅絲花的果實，有著“維C之王”的美譽，是云貴高原特有的野生資源。隨著刺梨營養(yǎng)價值、藥用價值的不斷開發(fā)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，種植前景廣闊[1]。刺梨園長期進行清耕這種常規(guī)種植管理方式會造成土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤質(zhì)量下降，不利于果樹生長、果實品質(zhì)提高和土地資源的可持續(xù)利用[2]。生草栽培是目前許多發(fā)達(dá)國家采取的一種果園土壤管理措施，在果園全園或行間種植生草或農(nóng)作物，在一定的規(guī)范性管理制度下，讓果樹和草類協(xié)調(diào)共生[3]。將生草栽培模式應(yīng)用于刺梨園對改善果園土壤理化性質(zhì)、調(diào)節(jié)果園生態(tài)環(huán)境、進行果樹病蟲害綜合防治以及生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水果等方面有重要作用[4-6]。

團聚體是土壤的重要組成部分，既影響土壤的持水性和通透性，又影響土壤的水分和養(yǎng)分供應(yīng)[7-8]。不同粒徑團聚體在土壤中發(fā)揮的作用不同[9]。良好的土壤結(jié)構(gòu)不僅要有較好的孔隙性質(zhì)，還要有很好的穩(wěn)定性，用來抵抗外力或外部環(huán)境的變化[10]。平均重量直徑（MWD）是各級團聚體的綜合指標(biāo)，能夠反映土壤中大團聚體的含量，并指示團聚體的穩(wěn)定性。有機碳（SOC）是土壤生態(tài)系統(tǒng)中土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要指標(biāo)[11]。土壤有機碳作為土壤團聚體的主要膠結(jié)物質(zhì)，與團聚體含量及其穩(wěn)定性有著密切關(guān)系[12-14]。研究表明，土壤有機質(zhì)含量的增加會促進土壤團聚體穩(wěn)定性的增加，而土壤穩(wěn)定性的增加又能增加土壤有機碳的含量，增強有機碳的保護和碳匯作用，二者相互依存[15-17]。大量研究表明，生草栽培對果園土壤的益處主要集中在理化性質(zhì)的改良[6]、果園小氣候的改善[4，18]、果樹根系生長的促進[5]以及水土保持[19]等方面。生草栽培使土壤有機碳含量顯著增加、微生物活性增強，但不同的草種類型對土壤團聚體和有機碳的影響不同[20]。例如，陳蘇等[21]研究表明，豆科類牧草白三葉對總有機碳增加的能力高于禾本科類的黑麥草，而豆科類牧草對土壤養(yǎng)分的積累也具有顯著正效應(yīng)。因此，研究不同類型生草栽培對土壤性質(zhì)影響的差異對刺梨園的科學(xué)管理、指導(dǎo)施肥以及促進刺梨產(chǎn)業(yè)的積極發(fā)展具有重要意義。

刺梨是近年來貴州大力發(fā)展的一種新型特色產(chǎn)業(yè)。目前關(guān)于刺梨的研究主要集中在刺梨園土壤性質(zhì)[22-23]、刺梨營養(yǎng)成分的加工利用或工藝的改進[1，24]、刺梨育種繁殖及栽培技術(shù)[25]、刺梨產(chǎn)量和品質(zhì)提高[26]及資源開發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展[27]等方面，而關(guān)于生草栽培模式下刺梨園土壤團聚體分布和有機碳含量的研究還鮮見報道。因此，本文以貴州省龍里縣谷腳鎮(zhèn)刺梨園為對象，研究生草栽培對刺梨園土壤團聚體穩(wěn)定性和有機碳含量的影響，為刺梨園土壤改良、科學(xué)管理以及實現(xiàn)果園刺梨果實優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)及其可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在貴州省黔南布依族苗族自治州龍里縣谷腳鎮(zhèn)（為E106°45'18"～107°15'01"，N26°10'19"～26°49'33"），該地屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，海拔1280～1500m，最高為1760m。年均降雨量為1088mm，多集中在夏季。年均日照時數(shù)為1060～1265h，無霜期280d。年均氣溫13.9℃，最高33.2℃，最低-2℃，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。土壤類型主要為黃壤，土層厚度為50～80cm。

1.2 試驗設(shè)計及樣品采集

刺梨園種植刺梨品種為貴農(nóng)五號，株行距為2m×3m，于2011年12月南北行向定植。

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，在刺梨園共設(shè)置3個處理，處理1：人工草（AG，刺梨間作黑麥草，于2012年3月在刺梨園種植黑麥草，每畝的播種量為1.5kg）;處理2：自然草（NG，園內(nèi)自然生長醡漿草、三葉草、狗尾草、牛筋草等雜草）。處理3：清耕（CK，刺梨單作，每年5月、7月、10月清除園內(nèi)雜草）。每個處理設(shè)置3次重復(fù)，共9個試驗小區(qū)，每個試驗小區(qū)面積為20m×30m。采用常規(guī)方法管理刺梨園，刺梨修枝、施肥、病蟲害防治等管理方式均一致[28]。

在2018年7月份對土壤樣品進行采集。在各小區(qū)分別采用“S”形布點方法選取5個采樣點，分別取0cm～20cm、20cm～40cm兩個土層的原狀土樣，將每個取樣點各個土層分層混勻，運用四分法取約1kg土，裝在硬質(zhì)塑料盒中內(nèi)帶回實驗室，將原狀土樣沿其自然結(jié)構(gòu)輕輕掰碎成小土塊，去除動植物殘體和碎石塊等，在陰涼處自然風(fēng)干。

1.3 指標(biāo)測定及計算方法

土壤水穩(wěn)性團聚體的測定：將采集的原狀土樣在陰涼干燥處自然風(fēng)干，沿自然結(jié)構(gòu)輕輕掰成直徑約1cm的小土塊，除去植物殘體、小石塊等，稱取200.00g土樣放入套有5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm篩子的套篩最上層，將套篩放在團粒分析儀的震蕩架上，以3cm振幅、30次/min的頻率震蕩30min。再用自來水轉(zhuǎn)移每一層剩余的土粒至鋁盒，置于60℃烘箱中烘干稱重，磨細(xì)過2mm和0.25mm篩，用自封袋裝好標(biāo)記，備用。

土壤有機碳含量的測定：重鉻酸鉀容量法—外加熱法。

團聚體特征參數(shù)計算：

團聚體重量百分?jǐn)?shù)：ωi=mim×100%;

團聚體平均重量直徑：MWD=∑ni=1xi·ωi;

式中：ωi為各粒級團聚體重量百分?jǐn)?shù);MWD為團聚體平均重量直徑（mm）;xi為每一粒級團聚體的平均直徑（mm）。

各粒級團聚體對有機碳的貢獻率：各粒徑團聚體對于土壤有機碳含量的貢獻率=該級團聚體中有機碳含量×該級團聚體重量百分?jǐn)?shù)（%）/土壤中有機碳含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

采用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）和最小顯著極差法（LSD）對栽培黑麥草、自然草、清耕三種地表管理方式下刺梨園土壤各粒級團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωi、平均重量直徑MWD、有機碳含量和各粒級團聚體對有機碳的貢獻率進行顯著性檢驗和多重比較。顯著性水平設(shè)置為a=0.05;數(shù)據(jù)用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 生草栽培模式下刺梨園土壤水穩(wěn)性團聚體分布特征

從表1可以看出，生草栽培對刺梨園土壤水穩(wěn)性團聚體分布有顯著影響（P<0.05）。AG和NG模式下不同土層水穩(wěn)性團聚體粒徑主要集中在>5mm和5～2mm，分別占團聚體總量的43.99%～48.13%（AG）和40.48%～48.15%（NG），CK模式下不同土層水穩(wěn)性團聚體粒徑主要集中在<025mm，占團聚體總量的30%以上。AG處理下，0～20cm層不同粒級的團聚體含量之間沒有顯著差異（P>0.05）;20～40cm土層>5mm團聚體含量顯著高于其他粒級（P<0.05）;NG處理下，0～20cm土層>5mm團聚體含量顯著高于其他粒級（P<0.05）;20～40cm土層>5mm團聚體含量顯著高于5～2mm、2～1mm、0.5～0.25mm和<025mm（P<0.05）;CK處理下，0～20cm土層<0.25mm粒級團聚體重量百分?jǐn)?shù)為35.73%，20～40cm土層<0.25mm粒級團聚體重量百分?jǐn)?shù)為34.95%，二者均顯著高于相同處理下其他粒級團聚體重量百分?jǐn)?shù)（P<0.05）。

0～20cm層，AG的5～2mm團聚體含量顯著高于CK（P<0.05），比CK高118.89%;CK<025mm團聚體含量顯著高于AG和NG（P<005），比AG和NG分別高368.28%和341.66%;20～40cm，AG>5mm團聚體含量顯著高于CK（P<005），比CK高189.41%;CK<0.25mm團聚體含量顯著高于AG和NG（P<0.05），比人工草和自然草分別高380.08%和136.79%。

2.2 生草栽培模式下刺梨園土壤水穩(wěn)性團聚體的平均重量直徑

從表2可以看出，生草栽培對刺梨園土壤水穩(wěn)性團聚體的MWD有顯著影響（P<0.05），AG和NG模式下水穩(wěn)性團聚體MWD未達(dá)到顯著差異（P>005）。三個處理下，>5mm和5～2mm粒級的MWD均顯著高于其他粒級（P<0.05）。

～20cm層，AG和NG的>5mm、5～2mm、2～1mm團聚體的平均重量直徑顯著高于CK（P<005），比CK分別高59.46%、120.51%、92.31%和9189%、76.92%、53.84%;CK的<0.25mm團聚體的平均重量直徑顯著高于AG和NG（P<005），分別是AG和NG的4.5倍;20～40cm，AG的>5mm團聚體含量顯著高于CK（P<0.05），比CK高191.66%;CK的<0.25mm團聚體的平均重量直徑顯著高于AG和NG（P<0.05），分別是AG和NG的4.5倍和2.25倍。

2.3 生草栽培模式下刺梨園土壤團聚體有機碳分布特征

由圖1可知，生草栽培對刺梨園土壤團聚體有機碳含量有顯著影響（P<0.05）。0～20cm層，NG處理下，各粒級團聚體的有機碳含量均顯著高于AG和CK，比AG和CK分別高51.50%、5641%、53.96%、89.11%、71.24%、62.55%和236.99%、188.52%、295.76%、267.51%、29014%、242.10%，AG顯著高于CK，比CK高122.44%、84.46%、157.05%、91.19%、127.83%、110.46%;20～40cm層，NG的>5mm和1-05mm團聚體有機碳含量顯著高于AG和CK（P<005），NG的2～1mm團聚體有機碳含量顯著高于CK（P<0.05），5～2mm、0～5～0.25mm、<025mm三個粒級團聚體的有機碳含量在不同的處理之間沒有顯著差異（P>0.05）。

AG和NG的20～40cm土層各粒級有機碳含量均明顯低于0～20cm土層（P<0.05）。NG處理下0～20cm和20～40cm土層有機碳含量平均值以51.13g/kg和21.12g/kg居最高，其中，0～20cm土層1～0.5mm粒級的團聚體有機碳含量顯著高于<0.25mm粒級（P<0.05），其他各粒級之間沒有顯著差異（P>0.05）;20～40cm土層>5mm團聚體有機碳含量顯著高于其他粒級（P<0.05）。AG處理下0～20cm和20～40cm土層有機碳含量均值為31.25g/kg和17.98g/kg，0～20mm土層各粒級的團聚體有機碳含量之間沒有顯著差異（P>0.05）;20～40cm土層>5mm團聚體有機碳含量顯著高于0.5～025mm和<0.25mm（P<005）。CK處理下0～20 cm和20～40cm土層有機碳含量均值為14.64g/kg和14.85g/kg，各粒級的團聚體有機碳含量之間沒有顯著差異（P>005）。

2.4 生草栽培模式下刺梨園土壤各粒級團聚體對有機碳的貢獻率

由表3可以看出，生草栽培模式下團聚體有機碳貢獻率主要集中在>0.25mm粒徑團聚體中，比例為86%～95%。AG處理團聚體對有機碳的貢獻率隨粒徑的減小而減小;0～20cm和20～40cm土層中>5mm和5～2mm團聚體有機碳貢獻率最大，分別為59.9%（0～20cm）和6631%（20～40cm）。NG處理下，0～20cm土層團聚體對有機碳的貢獻率高低順序為：>5mm、5-2mm、1～0.5mm、0.5～0.25mm、2～1mm、<0.25mm;20～40cm土層團聚體對有機碳的貢獻率高低順序為：1～0.5mm、>5mm、5～2mm、<0.25mm、2～1mm、05～0.25mm。CK處理下，0～20cm和20～40cm土層<0.25mm團聚體對有機碳貢獻率均為最大，分別為3348%和30.24%，且與>0.25mm各粒徑團聚體對有機碳貢獻率之間差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。

0～20cm土層，AG的2～1mm粒級團聚體對有機碳的貢獻率顯著高于CK，比CK高12232%;CK的<0.25mm粒級團聚體對有機碳的貢獻率顯著高于AG和NG，分別是AG和NG的4.22和444倍。20～40cm土層，AG的>5mm粒級團聚體對有機碳的貢獻率顯著高于CK，比CK高27718%;CK的<0.25mm粒級團聚體對有機碳的貢獻率顯著高于AG和NG，分別是AG和NG的6.08和2.11倍。

3 結(jié)論與討論

3.1 生草栽培對刺梨園土壤團聚體分布及其穩(wěn)定性的影響

土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元[29]，濕篩法所測得的各粒級團聚體含量反映了團聚體水穩(wěn)性大小，是反映土壤物理性質(zhì)及土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)[30]。粒徑>0.25 mm的團聚體被稱之為土壤大團聚體，是土壤結(jié)構(gòu)好壞的決定因素[31]。生草栽培有利于土壤結(jié)構(gòu)的改善、培肥地力和改善生態(tài)環(huán)境。研究表明，果園實施生草栽培后土壤表層水穩(wěn)性大團聚體含量顯著增加[15]。本研究中，生草栽培增加了刺梨園土壤>0.25mm大團聚體的數(shù)量，減少了<0.25mm小團聚體的數(shù)量，所得結(jié)果與多數(shù)果園生草栽培的研究結(jié)果一致[15，21]。人工栽培黑麥草和自然雜草處理后刺梨園土壤水穩(wěn)性大團聚體重量百分?jǐn)?shù)與清耕相比分別提高43.72%和43.01%（0～20cm）以及44.76%和33.08%（20～40cm）。說明生草栽培能有效提高大團聚體的百分含量，有利于刺梨園土壤團聚體的形成和保護，使土壤保持良好結(jié)構(gòu)。

平均重量直徑是反映土壤水穩(wěn)性團聚體穩(wěn)定性的常用指標(biāo)，其值越大表示團聚體平均粒徑團聚度越高，穩(wěn)定性越高[32]。有研究表明果園間作能夠顯著提高水穩(wěn)性大團聚體的平均重量直徑[15，21]。本研究中，生草栽培后刺梨園土壤>025mm大團聚體的平均重量直徑較傳統(tǒng)清耕模式顯著提高。人工栽培黑麥草和自然雜草處理后刺梨園土壤>5mm水穩(wěn)性團聚體的平均重量直徑均顯著高于清耕。清耕處理下<0.25mm團聚體的平均重量直徑分別為0.089mm和0.08mm，均高于生草栽培處理。說明了生草栽培能顯著提高刺梨園土壤團聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而定期清除刺梨園雜草會破壞土壤團聚體的穩(wěn)定性。研究認(rèn)為團粒結(jié)構(gòu)的形成包括粘結(jié)團聚過程和切割造型過程，微生物和植物根系在土粒粘結(jié)團聚過程中發(fā)揮重要作用[33]。生草栽培能提高刺梨園土壤團聚體穩(wěn)定性，一方面是由于人工種植黑麥草和自然生長雜草能夠顯著促進根系微生物量、根長密度、根表面積的提高，增強團粒的粘結(jié)和團聚作用[34-35];另一方面，由于生草栽培增加了土壤表層有機物料，提高了土壤有機碳含量，團聚體的穩(wěn)定性也相應(yīng)提高[16]。

3.2 生草栽培對刺梨園土壤團聚體有機碳含量的影響

有機碳是土壤團聚體的主要膠結(jié)物質(zhì)，是土壤各種養(yǎng)分的最重要來源，是評價土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[9]。生草栽培在提高土壤有機碳含量和固碳潛力方面發(fā)揮積極促進作用[36-37]。本研究中，人工種植黑麥草和自然生長雜草處理后刺梨園團聚體有機碳含量較清耕相比分別提高了23.74%～119.21%和42.20%～258.65%，說明生草栽培能顯著提高刺梨園土壤團聚體有機碳含量（尤其是表層土壤），這與李會科等在渭北蘋果園實行生草管理措施得到的結(jié)論基本一致[38]。主要是由于生草栽培對土壤有機碳的調(diào)節(jié)作用主要集中在可直接接觸的0～20cm表層土壤[39]。此外，本研究還表明草種豐富的自然生長雜草對團聚體有機碳含量提高的效果優(yōu)于草種單一的人工種植黑麥草。有研究表明豆科牧草與禾本科牧草輪作則可以快速增加土壤有機碳的儲存，促進大團聚體的形成和微團聚體的穩(wěn)定性，牧草混播比單播提高有機碳的效果更加顯著[6]，因此本研究的結(jié)果可能與自然草長有三葉草、醡漿草、狗尾草等豐富多樣的草種，固碳作用較強有關(guān)，具體原因還有待進一步研究。

土壤團聚體是土壤有機碳穩(wěn)定和保護的載體[40]，表土中近90%的有機碳存在于團聚體內(nèi)[41]，本研究中，生草栽培模式下土壤有機碳的貢獻主要來源于粒徑>0.25mm的大團聚體中。人工種植黑麥草土壤的0～20cm和20～40cm層以及自然生長雜草土壤的0～20cm層中>5mm團聚體的有機碳貢獻率最大，主要是>5mm團聚體數(shù)量及有機碳含量都較高的緣故。清耕條件下0～20cm和20～40cm土層<0.25mm團聚體對有機碳貢獻率均為最大，分別為33.48%和30.24%，這是因為清耕處理下<0.25mm團聚體重量百分?jǐn)?shù)占絕對優(yōu)勢。生草栽培能有效提高土壤大團聚體和有機碳含量，使土壤重量百分?jǐn)?shù)較大的團聚體提供更多的有機碳，有助于土壤團聚體和有機碳兩者的平衡。

3.3 結(jié)論

人工種植黑麥草和自然生長雜草的刺梨園土壤水穩(wěn)性大團聚數(shù)量和平均重量直徑顯著高于清耕處理，說明生草栽培能提高刺梨園土壤團聚體的穩(wěn)定性，改良土壤結(jié)構(gòu)。

人工種植黑麥草和自然生長雜草的刺梨園土壤水穩(wěn)性團聚體各粒級有機碳含量比清耕的分別高122.44%、84.46%、157.05%、91.19%、12783%、110.46%和236.99%、188.52%、29576%、267.51%、290.14%、242.10%，草種豐富的自然生長雜草對有機碳的提高效果優(yōu)于草種單一的人工種植黑麥草。

生草栽培模式下土壤水穩(wěn)性團聚體對有機碳的貢獻主要集中在>0.25mm的水穩(wěn)性大團聚體，微團聚體貢獻較小;清耕模式下有機碳的貢獻則主要來自于<0.25mm的微團聚體。

參 考 文 獻：

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