棗園生草處理對(duì)土壤養(yǎng)分和細(xì)菌群落的影響

王中堂 沙建川 解小鋒 孟曉燁 趙登超 彭 玲 張 瓊,*

(1 山東省果樹研究所，山東 泰安 271000；2 山東省林業(yè)廳經(jīng)濟(jì)林管理站，山東 濟(jì)南 250014；3 山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014；4 濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濱州 256600)

棗(ZizyphusjujubaMill.)是原產(chǎn)我國(guó)的重要果樹，果實(shí)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，素有“活維生素丸”之美譽(yù)[1]。該樹種具有耐瘠薄與抗鹽堿的特性，是我國(guó)北部鹽堿地和瘠薄山區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)林樹種之一，為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。針對(duì)我國(guó)大部分棗園立地條件差，水肥流失嚴(yán)重的現(xiàn)狀，目前果園生草是一種優(yōu)良的土壤管理制度[2]。果園生草是指在果樹行間(株間)或全園種植多年生禾本科或豆科草作為土壤覆蓋的管理措施，具有改良土壤質(zhì)量、減少水分流失、促進(jìn)果樹生長(zhǎng)發(fā)育及改善果實(shí)品質(zhì)、調(diào)節(jié)果園微域生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為世界上許多國(guó)家和地區(qū)廣泛采用的果園土壤管理模式[3-8]。近年來(lái)研究表明，與清耕相比，果園生草可優(yōu)化土壤微生物群落，加快土壤有機(jī)質(zhì)分解，其中土壤細(xì)菌在礦質(zhì)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分吸收中扮演著重要角色[9-11]。

我國(guó)果農(nóng)主要采用節(jié)本增效的措施實(shí)現(xiàn)持續(xù)增收，因此明確適合我國(guó)國(guó)情的草種及其省力高效的生草模式，對(duì)果園生草技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要意義。陳學(xué)森等[12]在蘋果園研究發(fā)現(xiàn)一年生豆科植物長(zhǎng)柔毛野豌豆(ViciavillosaRoth.)與其他草種相比具有5個(gè)特點(diǎn)：一是具有固氮作用；二是適應(yīng)能力強(qiáng)，在我國(guó)各地均有分布；三是具有冬小麥生長(zhǎng)特性，即秋季播種后經(jīng)一個(gè)冬季的冷凍處理，翌年春季可爬蔓生長(zhǎng)，易蓋滿地面，不僅減少其他雜草生長(zhǎng)，還可減少水分蒸發(fā)，具有保水保肥的作用；四是種子無(wú)休眠，浸水24 h后即可萌發(fā)生長(zhǎng)；五是根系淺，莖木質(zhì)化程度極低，且6月結(jié)豆莢后，植株很快腐爛，無(wú)需刈割。目前國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道中長(zhǎng)柔毛野豌豆僅在蘋果園和梨園進(jìn)行過(guò)種植效益評(píng)價(jià)[12-13]，在棗園中的相關(guān)研究尚鮮見?；诖?，本研究通過(guò)田間試驗(yàn)，探究了棗園種植長(zhǎng)柔毛野豌豆對(duì)土壤綜合肥力、土壤細(xì)菌群落豐度和結(jié)構(gòu)多樣性的影響，旨在為長(zhǎng)柔毛野豌豆在棗園生草中的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年10月—2020年9月在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所泰東試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地位于山東省泰安市(35°～36°N，116°～117°E)，屬北溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同季，主要集中在6—9月，年降水量約697 mm，無(wú)霜期195 d。土壤主要為黏質(zhì)壤土，含有機(jī)質(zhì)9.18 g·kg-1，硝態(tài)氮32.56 mg·kg-1，銨態(tài)氮20.42 mg·kg-1，速效磷15.12 mg·kg-1，速效鉀124.32 mg·kg-1，pH值7.7。

供試棗樹為自主選育的金絲4號(hào)新品種，10月上旬完熟，樹體5年生，株行距1.5 m×4 m，長(zhǎng)勢(shì)良好。長(zhǎng)柔毛野豌豆種子購(gòu)自山東天地園藝科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理：(1)果園清耕，試驗(yàn)期間在清耕區(qū)及時(shí)清除雜草；(2)自然生草，當(dāng)?shù)刈匀簧萑郝渲饕獮轳R唐[Digitariasanguinalis(L.)Scop]、絲茅(茅草)[Imperatakoenigii(Retz.)Beauv.]、葎草(拉拉秧)[Humulusscandens(Lour.)Merr.]、中華小苦荬(苦菜)[Ixeridiumchinense(Thunb.)]、薺菜[Capsellabursa-pastoris(L.)Medic.]及稗[Echinochloacrusgalli(L.)Beauv. var.crusgalli]，試驗(yàn)期間刈割3次，保持自然雜草高度15～20 cm，維持自然生草覆蓋；(3)種植長(zhǎng)柔毛野豌豆，于2019年10月在棗樹行間(距主干30 cm以上)開溝播種長(zhǎng)柔毛野豌豆種子，播種密度為22.5 kg·hm-2，長(zhǎng)柔毛野豌豆開花時(shí)間為每年4—6月，7月后倒伏枯萎，落地種子9月初長(zhǎng)出第二茬，一次播種可連續(xù)多年生長(zhǎng)，試驗(yàn)區(qū)域土壤為長(zhǎng)柔毛野豌豆與少量自然雜草覆蓋。每個(gè)處理的面積均為667 m2，栽植3行棗樹，共110株，單行為1個(gè)重復(fù)。其他施肥、澆水、修剪以及整枝等管理措施均保持一致。

于2020年9月10日分別對(duì)各處理的行間和根際取土，行間取土利用土鉆取0～30 cm土層，取土位置為兩行棗樹的中間點(diǎn)。根際取土為小心挖出棗樹根系，收集附著在細(xì)根(≤2 mm)上的土，并去除較大顆粒土，即為根際土。每處理分別取3次重復(fù)，用于各指標(biāo)測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)及酶活性測(cè)定 采用烘干法測(cè)定土壤含水量；采用殘?jiān)娓煞y(cè)定土壤全鹽量；利用PHS-3C型pH計(jì)(雷磁，上海)測(cè)定土壤pH值；采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量(soil organic matter，SOM)；采用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量(total nitrogen，TN)；利用AA3流動(dòng)注射分析儀(天津中通科技發(fā)展有限公司)測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量(NO3-N)；采用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷含量(Olsen-P)；采用火焰光度法測(cè)定土壤速效鉀含量(available potassium，AK)；采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重(bulk density，BD)[14]。土壤脲酶活性采用苯酚鈉比色法測(cè)定，單位以NH3-N mg·g-1(37℃，24 h)表示；土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，單位以mg·g-1(37℃，24h)表示；土壤堿性磷酸酶活性測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法，單位以mg·g-1·d-1(37℃，24 h)表示；土壤堿性過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定容量法測(cè)定，單位以0.02 mol·L-1KMnO4mL·g-1(25℃，20 min)表示，蛋白酶活性測(cè)定采用銅鹽比色法，單位以NH3-N mg·g-1(37℃，24 h)表示[15]。

1.3.2 果實(shí)品質(zhì)測(cè)定 于果實(shí)完熟期(10月5日)在樹體四周均勻選取果實(shí)，1株樹上選取5個(gè)果實(shí)，每個(gè)處理共選取30個(gè)果實(shí)，果實(shí)放入干冰盒中，及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室?？扇苄蕴呛坑幂焱壬y(cè)定，可滴定酸含量用NaOH 滴定法測(cè)定，維生素C(vitamin C，Vc)含量用鉬藍(lán)比色法，類黃酮含量用紫外光分光光度法，硬度用TA.XT plus型質(zhì)構(gòu)儀(英國(guó)Stable MicroSystems公司)測(cè)定。

1.3.3 土壤細(xì)菌的16S rRNA測(cè)序及多樣性分析 土壤細(xì)菌的16S rRNA測(cè)序由北京諾禾致源科技股份有限公司完成。采用十六烷基三甲基溴化銨(cetyltrimethylammonium bromide，CTAB)法提取樣本總基因組DNA。利用特異性引物擴(kuò)增土壤細(xì)菌16S rRNA V3+V4區(qū)片段，采用通用引物338 F(5′-ACT CCT ACG GGA GGC AGCA-3′)和806 R(5′-GGA CTA CHV GGG TWT CTA AT-3′)擴(kuò)增，產(chǎn)物用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，AXYGEN凝膠電泳切膠回收，擴(kuò)增體系和反應(yīng)程序參考Huws等[16]的方法，每個(gè)樣品3個(gè)重復(fù)。根據(jù)所擴(kuò)增的16S區(qū)域特點(diǎn)，構(gòu)建小片段文庫(kù)，基于Illumina NovaSeq測(cè)序平臺(tái)對(duì)該文庫(kù)進(jìn)行雙末端測(cè)序。經(jīng)過(guò)Reads拼接過(guò)濾，可操作分類單元(operational taxonomic units，OTUs)聚類，進(jìn)行物種注釋及豐度分析?；贠UTs聚類注釋結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行α多樣性分析和β多樣性分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析(單因素方差分析)，差異顯著性檢驗(yàn)用最小顯著性差異法(least-significant difference, LSD)，顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗園生草對(duì)土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性的影響

由表1可知，與清耕處理相比，棗園生草處理降低了行間和根際土壤pH值、含鹽量和容重，提高了行間和根際土壤含水量，以及全氮、有效磷、有效鉀和有機(jī)質(zhì)含量，均以長(zhǎng)柔毛野豌豆處理作用最明顯。行間和根際土壤pH值和有效磷含量在不同處理間無(wú)顯著差異，行間和根際土壤有效鉀和有機(jī)質(zhì)含量在不同處理間存在顯著差異。長(zhǎng)柔毛野豌豆處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量較清耕處理的提高幅度最明顯，行間土升幅為64.5%和71.9%，根際土升幅為57.3%和90.6%。

表1 棗園生草對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響Table 1 Effects of planting grass on soil quality characteristics in jujube orchard

如表2所示，棗園生草不同程度地提高了行間和根際土壤脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶和蛋白酶活性，均以長(zhǎng)柔毛野豌豆處理提高幅度最高。與清耕處理相比，行間土分別提高了168.8%、16.6%、6.7%、52.3%、14.2%，根際土分別提高了104.5%、15.3%、10.3%、49.0%、17.1%，且行間和根際土壤的脲酶和堿性磷酸酶活性在不同處理間存在顯著差異，行間土壤的過(guò)氧化氫酶在不同處理間無(wú)顯著差異?？梢婇L(zhǎng)柔毛野豌豆有利于提高土壤脲酶和堿性磷酸酶活性。

表2 棗園生草對(duì)土壤酶活性的影響Table 2 Effects of planting grass on soil enzyme activities in jujube orchard

2.2 土壤細(xì)菌測(cè)序優(yōu)化序列統(tǒng)計(jì)

土壤樣本測(cè)序結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明(表3)，細(xì)菌共測(cè)定的有效序列條數(shù)為469 424，過(guò)濾掉低質(zhì)量的序列后，得到優(yōu)化序列總數(shù)為300 150，優(yōu)化序列所占比例均大于61.0%。

表3 土壤樣本細(xì)菌測(cè)序結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 3 Sequencing data statistics of soil samples of bacteria

稀釋曲線表示高通量測(cè)序數(shù)據(jù)量是否涵蓋樣品中所有微生物類群，當(dāng)曲線趨于平坦，說(shuō)明測(cè)序數(shù)據(jù)量漸進(jìn)合理，更多的數(shù)據(jù)量只會(huì)產(chǎn)生少量新的物種[17]。由圖1可知，6個(gè)土壤樣本的OTUs數(shù)目隨測(cè)序數(shù)據(jù)量的增加呈先快速上升后緩慢上升的趨勢(shì)，序列數(shù)量達(dá)36 220 時(shí)，各土壤樣本稀釋曲線均基本趨于平緩，表明測(cè)序深度合理，可以反映樣品中的物種組成。

圖1 土壤樣本細(xì)菌稀釋曲線Fig.1 Rarefaction curves of bacteria of soil samples

2.3 棗園生草對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

2.3.1 土壤細(xì)菌α多樣性(Alpha diversity)分析 α多樣性反映樣本內(nèi)的微生物群落的豐度和多樣性，其中香農(nóng)指數(shù)反映樣品中的分類總數(shù)及其占比，辛普森指數(shù)反映樣品群落的多樣性，Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)反映樣品中群落的豐度[18-19]。由表4可知，與清耕處理相比，自然生草處理顯著降低了行間土壤的香農(nóng)指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)，但對(duì)根際土壤香農(nóng)指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)無(wú)顯著影響；長(zhǎng)柔毛野豌豆處理提高了行間和根際土壤的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)，對(duì)香農(nóng)指數(shù)無(wú)顯著影響。辛普森指數(shù)在各處理間均無(wú)顯著差異。各處理的覆蓋率均達(dá)到了97%以上，說(shuō)明測(cè)序樣本所構(gòu)建的基因庫(kù)可以有效地反映其多樣性，結(jié)果可靠。

表4 土壤細(xì)菌群落α多樣性統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of soil bacterial community α diversity

2.3.2 土壤細(xì)菌群落β多樣性分析 無(wú)度量多維標(biāo)定法(nonmetric multidimensional scaling，NMDS)統(tǒng)計(jì)是以Bray-Curtis距離來(lái)分析的非線性模型，將樣本的物種信息以點(diǎn)的形式反映在二維平面上。二維平面上點(diǎn)與點(diǎn)間的距離可體現(xiàn)不同樣本間的差異程度，反映出樣本的組間和組內(nèi)差異等。由圖2可知，自然生草根際土和長(zhǎng)柔毛野豌豆行間土樣本組內(nèi)差異相對(duì)較小，對(duì)照根際土樣本組內(nèi)差異相對(duì)較大。與清耕處理相比，生草處理土壤的細(xì)菌多樣性產(chǎn)生了一定的差異，從行間土細(xì)菌多樣性來(lái)看，自然生草行間土樣本與清耕處理土壤的細(xì)菌多樣性差異較大；從根際土細(xì)菌多樣性來(lái)看，自然生草根際土樣本與清耕處理土壤的細(xì)菌多樣性差異較大。

注： A1：對(duì)照行間土；A2：對(duì)照根際土；B1：自然生草行間土；B2：自然生草根際土；C1：長(zhǎng)柔毛野豌豆行間土；C2：長(zhǎng)柔毛野豌豆根際土。下同。Note: A1: Inter row soil of control. A2: Rhizosphere soil of control. B1: Inter row soil of natural grass. B2: Rhizosphere soil of natural grass. C1: Inter row soil of hairy vetch. C2: Rhizosphere soil of hairy vetch. The same as following.圖2 土壤細(xì)菌群落β多樣性分析Fig.2 Analysis of soil bacterial community β diversity

2.4 棗園生草對(duì)土壤細(xì)菌群落組成及相對(duì)豐度的影響

由圖3可知，棗園生草對(duì)土壤細(xì)菌的群落組成及相對(duì)豐度影響較大。在門水平上，相對(duì)豐度排名前十的細(xì)菌類群為：變形菌門(Proteobacteria，23.7%～45.2%)、放線菌門(Actinobacteriota，12.2%～17.9%)、未明確細(xì)菌門(unidentified bacteria，10.6%～17.1%)、酸桿菌門(Acidobacteriota，6.5%～12.9%)、厚壁菌門(Firmicutes，3.3%～8.0%)、綠彎菌門(Chloroflexi，2.3%～5.9%)、粘球菌門(Myxococcota，1.4%～3.8%)、硝化螺旋菌門(Nitrospirota，1.2%～2.7%)、疣微菌門(Verrucomicrobiota，0.9%～3.0%)、泉古菌門(Crenarchaeota，0.5%～2.3%)。變形菌門、放線菌門和酸桿菌門為優(yōu)勢(shì)種群，其相對(duì)豐度之和占42.4%～76.0%。其中變形菌門以自然生草行間土壤樣本最高(45.2%)，放線菌門以長(zhǎng)柔毛野豌豆行間土壤樣本最高(17.9%)，酸桿菌門以對(duì)照根際土壤樣本最高(12.9%)。

圖3 門分類水平土壤樣本細(xì)菌群落相對(duì)豐度Fig.3 Relative abundance of soil bacterial community at phylum level

進(jìn)一步從綱水平進(jìn)行分析，土壤中主要細(xì)菌類群為：γ變形菌綱(Gammaproteobacteria，17.0%～38.8%)、放線菌綱(Actinobacteria，5.7%～12.2%)、α變形菌綱(Alphaproteobacteria，6.4%～8.5%)、芽孢桿菌綱(Bacilli，2.1%～8.5%)、未明確細(xì)菌綱(unidentified bacteria，2.8%～6.7%)、病毒桿菌綱(Vicinamibacteria，1.2%～5.9%)、嗜熱油菌綱(Thermoleophilia，1.5%～4.7%)、酸桿菌綱(Acidobacteriae，2.1%～3.3%)、亞硝基球菌綱(Nitrososphaeria，0.5%～2.3%)、酸微菌綱(Acidimicrobiia，0.4%～2.9%)。優(yōu)勢(shì)菌綱為γ變形菌綱、放線菌綱、α變形菌綱和芽孢桿菌綱，其相對(duì)豐度占31.2%～68.0%。其中γ變形菌綱以自然生草行間土壤樣本最高(38.8%)，放線菌綱以自然生草行間和長(zhǎng)柔毛野豌豆行間土壤樣本最高(12.2%、12.0%)，α變形菌綱和芽孢桿菌綱均以長(zhǎng)柔毛野豌豆行間土壤樣本最高(8.5%、8.4%)。

2.5 土壤細(xì)菌群落與土壤主要環(huán)境因子之間的關(guān)系

土壤細(xì)菌微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤理化性狀的關(guān)系如圖4所示。冗余分析(redundancy analysis)RDA1解釋了土壤微生物群落差異的53.2%，不論行間土還是根際土的冗余分析，清耕與自然生草和長(zhǎng)柔毛野豌豆處理在此軸分開，且pH值、容重與RDA1軸和清耕的夾角均為銳角，表明pH值和容重是清耕與自然生草和長(zhǎng)柔毛野豌豆處理細(xì)菌微生物群落差異的主要影響因子。此外，長(zhǎng)柔毛野豌豆和自然生草處理與脲酶、有機(jī)質(zhì)、堿性磷酸酶、全氮、含水量、有效鉀均呈銳角，表明這些因素對(duì)棗園生草(長(zhǎng)柔毛野豌豆和自然生草)的細(xì)菌群落形成上發(fā)揮主導(dǎo)作用。

注：CK：清耕；NG：自然生草；HV：長(zhǎng)柔毛野豌豆；TN：全氮；AK：有效鉀；OM：有機(jī)質(zhì)；BD：容重；SWC：含水量；URE：脲酶；PHO：堿性磷酸酶。Note: CK: Bare earth. NG: Natural grass. HV: Hairy vetch. TN: Total nitrogen. AK: Available potassium. OM: Organic matter. BD: Bulk density. SWC: Water content. URE: Urease. PHO: Phosphatase. 圖4 不同生草處理土壤主要環(huán)境因子與細(xì)菌門水平的冗余分析Fig.4 Redundancy analysis of abundance phyla and main soil environmental factors

2.6 棗園生草對(duì)果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表5可知，與清耕相比，長(zhǎng)柔毛野豌豆處理可顯著提高果實(shí)單果重、可溶性糖含量、Vc含量，降低有機(jī)酸含量，但與自然生草相比無(wú)顯著差異。果實(shí)縱橫徑和硬度在各處理間無(wú)顯著差異；類黃酮含量在各處理間差異顯著，以長(zhǎng)柔毛野豌豆處理最高。

表5 棗園生草對(duì)果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響Table 5 Effects of planting grass on fruit yield and quality in jujube orchard

3 討論

我國(guó)3 000余年精耕細(xì)作的農(nóng)耕文明及其“除草務(wù)盡”的傳統(tǒng)理念，成為棗園生草技術(shù)不能在中國(guó)有效推廣的主要障礙因素，將會(huì)導(dǎo)致果園土壤質(zhì)量持續(xù)下降的惡性循環(huán)，因此篩選符合我國(guó)國(guó)情的草種對(duì)生草技術(shù)的推廣將大有裨益。近幾年，長(zhǎng)柔毛野豌豆以莖木質(zhì)化極低和無(wú)需刈割等突出優(yōu)勢(shì)，成為我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)果園備受推崇的優(yōu)勢(shì)草種[20-21]。前人的研究多集中在長(zhǎng)柔毛野豌豆對(duì)果園土壤養(yǎng)分[12]、病蟲害防治[13]、樹體生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)[22]的影響。本研究以傳統(tǒng)清耕模式為對(duì)照，同時(shí)加入了自然生草處理，進(jìn)一步探討了棗園種植長(zhǎng)柔毛野豌豆的土壤環(huán)境因子與土壤細(xì)菌群落之間的互作關(guān)系。結(jié)果表明，果園生草較清耕處理有效提高了土壤綜合肥力和土壤細(xì)菌群落的豐度與多樣性，其中種植長(zhǎng)柔毛野豌處理較自然生草處理又進(jìn)一步提高了土壤營(yíng)養(yǎng)水平，表明長(zhǎng)柔毛野豌豆可作為今后果園生草中的優(yōu)勢(shì)草種。進(jìn)一步RDA分析表明，生草處理主要通過(guò)影響土壤全氮含量、有機(jī)質(zhì)含量、含水量及堿性磷酸酶和脲酶活性，從而有利于增加土壤放線菌門、疣微菌門和變形菌門等有益細(xì)菌的豐度，這與姜莉莉等[23]在蘋果園中研究認(rèn)為生草有助于提高土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量，改善土壤微生態(tài)環(huán)境的結(jié)論一致。

土壤有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)土壤營(yíng)養(yǎng)的核心指標(biāo)[24]。有機(jī)質(zhì)含量提高可促進(jìn)土壤其他指標(biāo)同步提高，有利于果園的可持續(xù)發(fā)展。研究表明我國(guó)大部分果園有機(jī)質(zhì)含量不足1%，氮肥利用率不足20%，若有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到1.5%，氮肥利用率可上升至30%[25]。本研究表明果園生草處理全面提高了土壤綜合肥力，清耕與自然生草處理相比，長(zhǎng)柔毛野豌豆處理顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、有效鉀含量和土壤酶活性，與陳學(xué)森等[12]在蘋果園中的研究結(jié)論一致。但是在蘋果園種植長(zhǎng)柔毛野豌豆提高了土壤有效磷含量，而本試驗(yàn)中各處理間的有效磷含量未見顯著差異，可能是由于磷素在土壤中遷移慢，極易被土壤吸附固定，大多形成不能被植物吸收的無(wú)效態(tài)磷形式存在[26]，在蘋果園中進(jìn)行的是多年生草試驗(yàn)，而本研究一年生草試驗(yàn)尚不能改變土壤有效磷含量。土壤中的酶在土壤碳氮循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，直接或間接參與了土壤中的物質(zhì)代謝[27]。本研究發(fā)現(xiàn)果園生草不同程度地提高了土壤酶活性，其中長(zhǎng)柔毛野豌豆顯著提高了土壤脲酶和堿性磷酸酶活性，與吳玉森等[6]在梨園中的研究結(jié)論一致。人工生草避免了傳統(tǒng)清耕制條件下施肥后的奢侈吸收和施肥間隔期間的養(yǎng)分匱乏，同時(shí)長(zhǎng)柔毛野豌豆的根系密度是果樹的幾十倍，速效性肥料撒施后會(huì)被草根迅速吸收利用，避免了肥料淋溶損失，提高了養(yǎng)分生物貯存量以及無(wú)機(jī)態(tài)向有機(jī)態(tài)的轉(zhuǎn)化，減少養(yǎng)分損失，因此可以充當(dāng)養(yǎng)分的臨時(shí)貯存庫(kù)，隨著根系死亡又會(huì)將養(yǎng)分釋放到土壤中供果樹根系吸收利用[28]。本試驗(yàn)是在棗果實(shí)完熟期進(jìn)行土壤取樣，可見種植長(zhǎng)柔毛野豌豆使土壤養(yǎng)分供應(yīng)穩(wěn)定持久，這種穩(wěn)定供肥的能力在保肥能力較差的山東省北部鹽堿地棗園顯得尤為重要。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡起著重要作用，是評(píng)價(jià)土壤品質(zhì)的重要生物學(xué)指標(biāo)。有研究表明生草可顯著提高果園土壤細(xì)菌數(shù)量[29]。本研究結(jié)果表明，長(zhǎng)柔毛野豌豆處理較清耕和自然生草處理的物種豐度和多樣性更高。其中長(zhǎng)柔毛野豌豆處理的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)均高于清耕和自然生草處理，表明長(zhǎng)柔毛野豌豆能夠提高果園土壤細(xì)菌豐度。但清耕處理的ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)略高于自然生草處理，可能因?yàn)樵囼?yàn)處理時(shí)間較短，而且自然生草群落中夾雜惡性雜草，破換了土壤生態(tài)平衡，但是從長(zhǎng)期來(lái)看，合理管理的自然生草制應(yīng)優(yōu)于清耕制度[30]。另外，本研究中3個(gè)生草處理的根際土細(xì)菌豐度均高于行間土，與Li等[31]認(rèn)為土壤根際細(xì)菌數(shù)量和活性顯著高于根外土壤，呈現(xiàn)特異根際效應(yīng)的結(jié)論一致。進(jìn)一步對(duì)各生草處理中的細(xì)菌在門和綱分類水平上進(jìn)行物種注釋，分析發(fā)現(xiàn)變形菌門、放線菌門和酸桿菌門為各處理下的土壤優(yōu)勢(shì)菌門，與王曉雯等[32]的研究結(jié)果一致。在綱分類水平上，優(yōu)勢(shì)菌綱為γ變形菌綱、放線菌綱、α變形菌綱和芽孢桿菌綱，多是變形菌的不同種類，可能變形菌主導(dǎo)了各分類水平下的優(yōu)勢(shì)菌種。與在雷竹林土壤[33]上的研究結(jié)論一致。同時(shí)生草處理也影響了土壤細(xì)菌群落的β多樣性，生草處理下土壤細(xì)菌的物種組成和群落結(jié)構(gòu)均異于清耕處理(對(duì)照)，不論行間土還是根際土的細(xì)菌群落多樣性與對(duì)照相比，生草處理均提高了土壤細(xì)菌群落多樣性，自然生草差異較大，長(zhǎng)柔毛野豌豆次之。

土壤微生物的群落組成及多樣性極易受土壤自身及外界環(huán)境等綜合因素的影響，是土壤質(zhì)量變化的敏感指標(biāo)[34]。RDA分析表明，土壤環(huán)境因子受長(zhǎng)柔毛野豌豆處理影響較大，提高了土壤養(yǎng)分水平，從而有利于增加土壤放線菌門、疣微菌門和變形菌門等有益細(xì)菌的豐度。大部分放線菌門是一種腐生菌類，可分解木質(zhì)素和纖維素，促進(jìn)土壤中植物有機(jī)殘?bào)w的降解[35]；大部分疣微菌門有效參與了土壤氮循環(huán)的硝化作用，可促進(jìn)有機(jī)氮向無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化[36]；變形菌門下面的一些亞綱(α、β、γ變形菌亞綱)具有吸收土壤有機(jī)碳的能力[37]?？梢?，棗園種植長(zhǎng)柔毛野豌豆是一種可行的技術(shù)措施。由于本研究時(shí)間較短，后續(xù)可開展多年種植長(zhǎng)柔毛野豌豆試驗(yàn)進(jìn)一步挖掘其益處。

4 結(jié)論

與土壤清耕和自然生草處理相比，棗園種植長(zhǎng)柔毛野豌豆可提高土壤營(yíng)養(yǎng)水平，冗余分析表明其主要通過(guò)影響土壤全氮含量、有機(jī)質(zhì)含量、含水量、堿性磷酸酶和脲酶活性來(lái)改善土壤細(xì)菌群落，從而提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。種植長(zhǎng)柔毛野豌豆具有省力、高效的特點(diǎn)，該植物將是棗園生草可推薦的適宜草種。