梨園生草對土壤養(yǎng)分和微生物多樣性的影響

摘要：以自然生草為對照，設(shè)置3種人工生草，觀察3種草種的生長覆蓋特性，分析人工生草對梨園耕層土壤養(yǎng)分和土壤微生物多樣性的影響。結(jié)果表明，毛苕子（Vicia villosa Roth.）對梨園土壤覆蓋效果優(yōu)于白車軸草（Trifolium repens L.）和紫云英（Astragalus sinicus L.）；人工生草和自然生草均可有效提高土壤地力，但自然生草對土壤速效養(yǎng)分的積累效果優(yōu)于人工生草；白車軸草覆蓋對土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀和全氮的提升效果優(yōu)于自然生草、紫云英和毛苕子，毛苕子覆蓋對土壤硝態(tài)氮的提升效果優(yōu)于自然生草、白車軸草和紫云英；在生草覆蓋階段，自然生草和人工生草均可有效提高土壤微生物的多樣性，紫云英生長后期土壤微生物多樣性不及自然生草、白車軸草和毛苕子。

關(guān)鍵詞： 梨園； 生草； 土壤養(yǎng)分； 微生物多樣性

中圖分類號(hào)：S153.6；S661.2" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2024）11-0108-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.11.019 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of grass planting in pear orchard on soil nutrients and microbial diversity

ZHANG Gui-you， HONG Juan， HUANG Xiang， DU Lei， WANG Su-ping， JIANG Li， YAO Yan-xing

（Wuhan Academy of Agricultural Sciences， Wuhannbsp; 430070，China）

Abstract： Using naturally grown grasses as a control， three kinds of artificially planted grasses were set up to observe the growth and cover characteristics of the three kinds of grass， and the changes of artificially planted grasses on soil nutrients and microbial diversity in pear orchards were analyzed. The results showed that Vicia villosa demonstrated superior soil coverage effects in pear orchards compared to Trifolium repens and Astragalus sinicus. Both artificially planted and naturally grown grasses could effectively enhance soil fertility， but naturally grown grasses showed better accumulation of soil available nutrients than artificially planted ones； Trifolium repens coverage significantly improved soil organic matter， available potassium and total nitrogen levels compared to natural grasses， Astragalus sinicus and Vicia villosa. Vicia villosa coverage was superior in enhancing soil nitrate nitrogen levels compared to natural grasses， Trifolium repens and Astragalus sinicus. During the grass coverage period， both natural and artificial grassing effectively increased soil microbial diversity. In the later growth stage of Astragalus sinicus， soil microbial diversity was less than that of natural grasses， Trifolium repens and Vicia villosa.

Key words： pear orchard； grass planting； soil nutrient； microbial diversity

中國梨樹栽培歷史悠久，種植區(qū)域廣，梨樹種植面積及產(chǎn)量均位居世界首位，梨產(chǎn)業(yè)在農(nóng)民致富、鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮了重要作用。然而，在梨樹生產(chǎn)上仍然存在著盲目施肥，重施化肥輕施有機(jī)肥、重施氮肥輕施磷鉀肥等［1-7］，長期以來，引起土壤質(zhì)量下降，進(jìn)而造成梨果實(shí)品質(zhì)下降，影響市場銷售，降低種植收益。

梨園惡性雜草的有效控制也是梨樹生產(chǎn)面臨的又一問題?；瘜W(xué)除草劑是防草控草的有效方法，但是長期大量使用不僅會(huì)引起果園生態(tài)環(huán)境惡化及雜草耐藥性提高，更會(huì)影響土壤微域環(huán)境。已有研究表明有超過200種雜草對至少1種除草劑產(chǎn)生了耐藥性［8，9］。

如何既能有效控制惡性雜草，又能改善土壤理化性質(zhì)及微域環(huán)境，成為現(xiàn)代生態(tài)果業(yè)發(fā)展的必然趨勢。對蘋果、獼猴桃、桃子、梨、葡萄等［10-24］的相關(guān)研究表明，果園生草可以有效改善果園微生態(tài)環(huán)境，提高土壤有機(jī)質(zhì)、增加土壤微生物多樣性及有效控制雜草等。而對南方地區(qū)土壤黏重梨園生草的研究報(bào)道較少。因此，本研究基于湖北省內(nèi)廣泛的黃壤土，研究3種生草類型對梨園土壤養(yǎng)分及微生物多樣性的影響，以期為相似生態(tài)區(qū)域的梨園控草肥地提供一定的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于武漢市江夏區(qū)金水閘湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所棚架梨展示園（30°17′24″N， 114°8′55″E），海拔30 m，種植品種為翠冠（Pyrus pyrifolia cv. Cuiguan），栽培采用“雙臂順行式”棚架模式［25，26］，株行距3 m×3 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2023年2月選用白車軸草（Trifolium repens）、紫云英（Astragalus sinicus L.）、毛苕子（Vicia villosa Roth.）3種覆蓋草種進(jìn)行梨園行間生草覆蓋，播種量為90 kg/hm2，以自然生草為對照，梨園其他管理措施相同。

1.3 樣品采集及測試

自萌芽期后每隔1個(gè)月采集不同生草處理下的梨園土壤樣品，采用S形布點(diǎn)采集0～20 cm土層，將采集的土樣剔除植物殘?bào)w及礫石等雜物后進(jìn)行混合，四分法保留1 kg左右土樣，自然風(fēng)干后研磨，過2.00 mm篩和0.25 mm篩，陰涼干燥處存放。

土壤pH采用電位計(jì)法測定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀低溫外加熱法測定，有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法（Olsen法）測定，速效鉀采用NH4OAC浸提-火焰光度法測定，硝態(tài)氮采用KCl浸提-流動(dòng)分析儀測定，全氮和總碳采用元素分析儀測定［27-29］。

土壤微生物多樣性采用CTAB法［30］從新鮮土壤樣品中提取微生物DNA。使用引物341F（5′-CCTAYGGRBGCASCAG-3′）和806R（5′-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3′）對16S rRNA基因的V3至V4區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增。在Illumina NovaSeq6000平臺(tái)上進(jìn)行測序，利用Uparse算法（Uparse v7.0.1001， http：//www.drive5.com/uparse/）對所有樣本的Effective Tags進(jìn)行聚類分析，將相似性≥97%的序列聚類為同一OTU（Operational taxonomic unit）。使用Qiime軟件（Version 1.9.1）計(jì)算Observed otus、Chao1指數(shù)、Shannon指數(shù)和Ace指數(shù)衡量土壤微生物的多樣性［31］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 19.0軟件的ANOVA進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析，采用Duncan法對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較分析，采用最小顯著差數(shù)法（LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（Plt;0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生草處理田間覆蓋表現(xiàn)差異性

白車軸草和紫云英對雜草的抑制效果不及毛苕子，沒有形成對梨園土壤的有效覆蓋，當(dāng)白車軸草和紫云英枯萎后（8月），雜草迅速覆蓋整個(gè)梨園，而毛苕子對梨園土壤的覆蓋情況較好，有效抑制了雜草的生長，且毛苕子枯萎后（8月）梨園雜草的生長情況也明顯弱于其他2種生草品種。白車軸草和紫云英是喜水草種，造成覆蓋效果不佳可能與氣候異常干旱、梨園土壤條件達(dá)不到其生長要求有關(guān)。

2.2 不同生草處理對棚架梨園土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1 生草試驗(yàn)前及試驗(yàn)過程中的土壤pH和土壤養(yǎng)分狀況 如表1和表2所示，由試驗(yàn)前和生草枯萎后（8月）的土壤養(yǎng)分對比可以看出，自然生草和人工生草均可明顯提高土壤養(yǎng)分含量，其中以自然生草處理對速效養(yǎng)分提高效果最為明顯，有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀和硝態(tài)氮含量較試驗(yàn)前分別提高了111.80%、724.19%、199.40%和1 325.83%。在3種人工生草處理中則以白車軸草處理對有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀和硝態(tài)氮含量提高效果最好，較試驗(yàn)前分別提高了108.13%、164.45%、150.98%和518.37%；其次為毛苕子處理，較試驗(yàn)前分別提高了67.22%、248.86%、123.32%和530.58%；紫云英處理的效果最差，較試驗(yàn)前分別提高了66.60%、46.43%、97.95%和109.42%。在土壤全氮含量的提升方面，以白車軸草和自然生草2個(gè)處理效果較好，較試驗(yàn)前分別提高了320.00%和300.00%；在土壤總碳含量提升方面，則以白車軸草處理效果最高，較試驗(yàn)前提高了101.03%，其次為自然生草處理，較試驗(yàn)前提高了70.10%，紫云英和毛苕子處理對土壤全氮和總碳含量的提高效果差別不大，其土壤全氮含量均提高了200.00%，其總碳含量分別提高了36.08%和34.02%；在土壤pH方面，自然生草與人工生草處理無顯著差異，土壤pH較試驗(yàn)前均有所下降。

2.2.2 同一生草處理下不同時(shí)期的土壤pH及養(yǎng)分的變化

1）由表2可以看出，自然生草生長覆蓋下（3—7月），土壤pH呈W形變化，在4月和6月處于低點(diǎn)；土壤全氮和總碳的含量隨時(shí)間變化不明顯；土壤有機(jī)質(zhì)含量呈先增后減再增的趨勢，在3月、5月和6月處于低點(diǎn)；土壤硝態(tài)氮含量整體呈先增后減再增的趨勢，在4月達(dá)到高點(diǎn)后下降，并在6—7月維持相對穩(wěn)定；土壤有效磷含量呈先減后增再減的趨勢，在4月處于低點(diǎn)，5月達(dá)到高點(diǎn)后下降；速效鉀含量呈先減后增的趨勢，在5月達(dá)到低點(diǎn)。在雜草枯萎后（8月）土壤中有機(jī)質(zhì)含量（30.50 g/kg）、有效磷含量（50.77 mg/kg）、速效鉀含量（548.27 mg/kg）、硝態(tài)氮含量（210.31 mg/kg）、全氮含量（0.20%）和總碳含量（1.65%）均顯著增加，達(dá)到最高值；土壤pH由7月的5.52升高到8月的5.80。

2）由表2可知，白車軸草生長覆蓋下（3—7月），土壤pH在3—5月維持在5.50左右，在6月上升到6.00；土壤全氮和總碳含量變化不明顯，土壤有機(jī)質(zhì)和硝態(tài)氮含量呈先增后減再增的趨勢，在5月達(dá)到低點(diǎn)；土壤有效磷含量整體呈增加趨勢，在6月達(dá)到高點(diǎn)；土壤速效鉀含量呈先減后增的趨勢，在4月處于最低點(diǎn)。白車軸草枯萎后（8月）土壤有機(jī)質(zhì)含量（29.97 g/kg）、有效磷含量（16.29 mg/kg）、速效鉀含量（459.59 mg/kg）、硝態(tài)氮含量（91.21 mg/kg）、全氮含量（0.21%）和總碳含量（1.95%）均顯著增加，達(dá)到最高值；土壤pH由7月的4.80升高到8月的5.52。

3）紫云英生長覆蓋下（3—7月），土壤pH逐漸下降，最終維持在5.30左右；土壤全氮和總碳含量呈先增后減的趨勢，在5月達(dá)到高點(diǎn)；土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量整體呈增加趨勢，在6月達(dá)到高點(diǎn)；土壤有效磷和硝態(tài)氮含量呈先降后升再降的趨勢，在4月處于最低水平；紫云英枯萎后（8月）土壤有機(jī)質(zhì)含量（23.99 g/kg）、有效磷含量（9.02 mg/kg）、速效鉀含量（362.49 mg/kg）、硝態(tài)氮含量（30.89 mg/kg）、總碳含量（1.32%）和全氮含量（0.15%）達(dá)到最高值，除土壤有效磷、硝態(tài)氮和總碳的含量外較其他月份均顯著增加；土壤pH由7月的5.35升高到8月的5.76。

4）毛苕子生長覆蓋下（3—7月），土壤pH整體呈升高趨勢，在6月達(dá)到高點(diǎn)；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和總碳含量整體呈降低趨勢，在6月達(dá)到最低水平；土壤速效鉀含量呈先降后升再降的趨勢，在5月達(dá)到最低點(diǎn)；土壤有效磷含量呈先減后增再減的趨勢，在5月達(dá)到高點(diǎn)；土壤硝態(tài)氮含量在3—5月變化不顯著，到6月、7月顯著增加。毛苕子枯萎后（8月）土壤有機(jī)質(zhì)含量（24.08 g/kg）、有效磷含量（21.49 mg/kg）、速效鉀含量（408.94 mg/kg）、硝態(tài)氮含量（93.01 mg/kg）、全氮含量（0.15%）和總碳含量（1.30%）均達(dá)到最大值，除速效鉀、全氮和總碳的含量外均顯著增加；土壤pH由7月的5.57升高到8月的5.69。

2.2.3 同一時(shí)期不同生草處理下的土壤養(yǎng)分含量的差異 由同一時(shí)期不同生草處理下的土壤養(yǎng)分含量對比（表2）可以看出，在生草覆蓋前期（3月），毛苕子覆蓋下的土壤有機(jī)質(zhì)含量、有效磷含量、速效鉀含量、全氮含量和總碳含量顯著高于三葉草和紫云英；隨著覆蓋時(shí)間的增加，到6月，白車軸草覆蓋下的土壤有機(jī)質(zhì)含量、速效鉀含量和全氮含量均顯著高于自然生草、紫云英和毛苕子，而毛苕子覆蓋下的土壤硝態(tài)氮含量顯著高于自然生草、白車軸草和紫云英，表明白車軸草覆蓋對土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀和全氮的提升效果要優(yōu)于紫云英、毛苕子和自然生草，且在枯萎后，其覆蓋下的土壤有機(jī)質(zhì)含量、速效鉀含量和全氮含量仍然顯著高于紫云英和毛苕子，表明種植白車軸草對梨園土壤養(yǎng)分的積累效果優(yōu)于紫云英和毛苕子。自然生草在覆蓋階段對梨園土壤養(yǎng)分的提升效果較白車軸草差，與紫云英和毛苕子效果相近，但自然生草在雜草枯萎后對梨園土壤養(yǎng)分的積累效果優(yōu)于紫云英和毛苕子，對土壤速效養(yǎng)分（有效磷、速效鉀和硝態(tài)氮）的積累效果優(yōu)于人工生草。

2.3 不同生草處理對土壤微生物多樣性指數(shù)的影響

土壤微生物多樣性指數(shù)主要包括Observed otus、Shannon指數(shù)、Chao1指數(shù)和Ace指數(shù)，Observed otus表示直接觀測到的物種數(shù)量；Shannon指數(shù)綜合考慮了樣品中群落的物種數(shù)目和均勻度，群落多樣性越高，物種分布越均勻，Shannon指數(shù)越大；Chao1指數(shù)表示估計(jì)樣品包含的物種數(shù)量；Ace指數(shù)表示估計(jì)群落中的OTU數(shù)量，生草處理前后土壤微生物多樣性的情況如表3、表4所示，生草處理后的土壤微生物多樣性指數(shù)均低于試驗(yàn)前。

2.3.1 同一生草處理?xiàng)l件下不同時(shí)期土壤微生物多樣性的變化 自然生草覆蓋下的土壤微生物多樣性指標(biāo)除Shannon指數(shù)外的其他指標(biāo)隨時(shí)間變化均不顯著，由Shannon指數(shù)可以看出，土壤微生物多樣性整體呈先減后增的趨勢，在5月處于最低位，Shannon指數(shù)在4月和5月顯著低于6月，而在自然生草生長后期（7月）與前期無顯著變化。就白車軸草覆蓋下的土壤微生物多樣性指數(shù)而言，Observed otus和Chao1指數(shù)在4月顯著增加并在4—6月維持穩(wěn)定；Shannon指數(shù)在4月顯著增加，并在4—5月維持穩(wěn)定，在6月繼續(xù)顯著增加，達(dá)到最高；Ace指數(shù)則呈先升后降的趨勢，在4月達(dá)到最高；白車軸草生長后期（7月），除Shannon指數(shù)外的其他指數(shù)均顯著下降。就紫云英覆蓋下的土壤微生物多樣性指數(shù)而言，Observed otus、Chao1指數(shù)、Ace指數(shù)和Shannon指數(shù)在紫云英生長前期（3—6月）呈遞增趨勢，在6月達(dá)到最大值；在紫云英生長后期（7月）所有指數(shù)較6月均顯著下降。毛苕子覆蓋下的土壤微生物多樣性指數(shù)中只有Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)在不同時(shí)間表現(xiàn)出一定的差異，總體上均呈增加趨勢，在6月達(dá)到最大值，毛苕子生長后期（7月）微生物多樣性較生長前期最大值（6月）沒有顯著變化。

2.3.2 同一時(shí)期不同生草處理下土壤微生物多樣性之間的差異 在生草覆蓋階段，由Observed otus、Shannon指數(shù)、Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)可以看出，3月自然生草覆蓋下的土壤微生物多樣性明顯優(yōu)于人工生草，4—5月白車軸草覆蓋下的土壤微生物多樣性明顯高于自然生草、紫云英和毛苕子。由Observed otus、Shannon指數(shù)可以看出，6月自然生草和紫云英覆蓋下的土壤微生物多樣性提高，高于白車軸草和毛苕子。生草生長后期，自然生草、白車軸草和毛苕子3種生草處理下的土壤微生物多樣性之間無顯著差異，均顯著高于紫云英。

3 討論

果園生產(chǎn)中，雜草被視為阻礙生產(chǎn)的一大要害，主要表現(xiàn)在與果樹爭水、爭肥，造成果樹樹勢較弱，有些雜草還是病蟲害的中間宿主，容易造成果樹病蟲害的發(fā)生。果農(nóng)大多采取完全清除雜草的方法，比如采用化學(xué)除草劑或人工除草，然而長期使用除草劑會(huì)造成雜草耐藥性，造成除草效力降低，有時(shí)高劑量使用還會(huì)影響果樹的生長和果實(shí)的品質(zhì)，同時(shí)，會(huì)造成土壤污染、土質(zhì)下降，甚至出現(xiàn)“癌癥田”的現(xiàn)象。人工除草則存在效率低、效果差和人工成本增加的問題。本試驗(yàn)結(jié)果表明，自然生草可以有效提高土壤地力，特別是在枯萎后，土壤營養(yǎng)成分提升明顯，在速效養(yǎng)分積累上優(yōu)于人工生草，這也與白崗栓等［31］在渭北蘋果園土壤自然生草的相關(guān)研究結(jié)果相吻合，說明并不是所有的雜草都是有害的，其中也存在良性雜草，只有那些根深、莖高且與果樹有共生性病害的雜草才是真正應(yīng)該去除的，在實(shí)際生產(chǎn)中只需將個(gè)別惡性雜草進(jìn)行滅除，也能達(dá)到提升地力的效果，同時(shí)，選取合適的生草品種也可以起到“以草治草”的效果，同時(shí)也可以有效提升土壤地力，本試驗(yàn)中選取的毛苕子對梨園土壤覆蓋效果較好，可以有效抑制梨園雜草的生長，白車軸草在覆蓋階段可以有效提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、全氮和總碳的含量，毛苕子在生長覆蓋階段可以有效提高土壤硝態(tài)氮的含量，對地力提升也具有一定的效果。白車軸草和紫云英覆蓋效果不佳可能與氣候異常干旱造成梨園土壤條件滿足不了其生長需求有關(guān)，這也證明果園生草中水分管理的重要性。

土壤中微生物在礦質(zhì)元素地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，其可以根據(jù)需求和土壤底物的可用性將土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)分解利用及轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)植物對土壤中養(yǎng)分物質(zhì)的吸收和利用［32-34］，土壤微生物多樣性的高低可以影響土壤中養(yǎng)分元素的轉(zhuǎn)化利用情況，進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分元素的有效性，是衡量土壤質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)［35］。本研究結(jié)果表明，自然生草和人工生草在覆蓋階段均可以有效提高土壤微生物的多樣性，生草生長覆蓋后期，紫云英覆蓋下的土壤微生物多樣性不及自然生草、白車軸草和毛苕子，毛苕子生長覆蓋前期與后期的土壤微生物多樣性無顯著變化，達(dá)到與自然生草和白車軸草覆蓋相當(dāng)?shù)男Ч?/p>

4 小結(jié)

毛苕子對梨園土壤的覆蓋效果優(yōu)于三葉草和紫云英，人工生草和自然生草均可有效提高土壤地力。在有效養(yǎng)分提升方面，自然生草優(yōu)于人工生草。白車軸草覆蓋對土壤有機(jī)質(zhì)含量、速效鉀含量和全氮含量的提升效果優(yōu)于自然生草、紫云英和毛苕子，毛苕子覆蓋對土壤硝態(tài)氮的提升效果優(yōu)于自然生草、白車軸草和紫云英。在生草覆蓋階段，自然生草和人工生草均可影響土壤微生物的多樣性，紫云英生長后期土壤微生物多樣性不及自然生草、白車軸草和毛苕子。接下來會(huì)考慮將白車軸草和毛苕子混合播種，充分發(fā)揮兩者在養(yǎng)分積累及雜草抑制方面的優(yōu)勢，就兩者混播的可行度及效果進(jìn)行相關(guān)研究。

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收稿日期：2023-11-21

基金項(xiàng)目：湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心重大科技研發(fā)項(xiàng)目（2020-620-000-002-05）

作者簡介：張貴友（1986-），男，山東威海人，農(nóng)藝師，博士，主要從事農(nóng)業(yè)種植環(huán)境檢測、診斷和分析、養(yǎng)分資源管理等研究，（電話）

15071211977（電子信箱）240566742@qq.com；通信作者，姚延興（1977-），男，山東泰安人，高級(jí)農(nóng)藝師，博士，主要從事果樹栽培

生理與生物技術(shù)研究，（電話）18971613060（電子信箱）yaoyanxing@126.com。