與傳統的清耕模式相比,果園生草模式是一項較先進的管理技術,也是果園土壤管理及果樹栽培的重要內容[1-2]。早在19 世紀中葉,果園生草技術就已在歐美等發(fā)達國家廣泛應用[3]。在果樹行間種植1a生或多年生的草種,以期能夠改善土壤肥力、防治土壤侵蝕、減少雜草危害[1,4]。研究表明果園生草能有效改善果園微環(huán)境、促進果樹光合作用、減輕果樹病蟲危害[5-7]。目前,中國果園行間生草技術已越來越普遍,關注的焦點集中于不同生草模式對果園土壤養(yǎng)分[8-9]、微生物[10]、酶活性[11]及果品質量、產量的影響[12-13],以期能夠精準評價生草模式對果品質量的積極效應。
不同生草模式會改變果樹所處的土壤微環(huán)境,進而影響果實品質、果型和產量[13]。趙海洲等[14]通過田間和室內試驗相結合的方法,發(fā)現生草降低了土壤體積質量并提高了蘋果園土壤含水量、孔隙度和速效養(yǎng)分。周春衡等[15]研究發(fā)現生草有效增加了土壤養(yǎng)分含量,降低了土壤溫度,顯著提高果樹產量和果實品質,同時土壤理化性質與果實品質的相關性較好。也有研究指出在半干旱區(qū)葡萄園行間種植馬齒莧草,可以快速提高土攘速效養(yǎng)分和果實品質,但對土壤全量養(yǎng)分影響較小[12]。李曉龍等[16]應用高通量測序技術發(fā)現果園行間生草顯著影響土壤細菌群落結構,自然草、苜蓿和長柔毛野豌豆顯著促進了細菌群落功能??梢?,生草模式會改變土壤水熱條件,從而增強果樹一土壤之間的生物互作能力,提高了根系對土壤水分與養(yǎng)分利用的有效性,促進果樹對土壤養(yǎng)分的吸收,進一步提升果實品質及產量[17-18]
賀蘭山東麓作為中國最具代表性的葡萄酒產區(qū)之—[19-20],土壤砂質貧瘠、熱量適宜、晝夜溫差大,具有釀酒葡萄生長栽培的優(yōu)勢環(huán)境,釀酒葡萄栽培面積迅速擴大[21]。但葡萄園管理大都采用清耕模式,行間寸草不生,地面反光強,果實受光多轉色迅速,糖度提升快,酸度不易保留,對釀制高品質葡萄酒帶來不利影響。龐群虎等[12初步研究發(fā)現,賀蘭山東麓5a生釀酒葡萄‘赤霞珠’行間馬齒莧生草模式對可溶性固形物、可滴定酸和還原糖分別提升了21. 22% 、65. 38% 和25.08% 。隨著新品種的不斷涌現,以及個性化酒莊酒對種植端果實品質提升的需求,有必要深入探究半干旱區(qū)不同生草模式對釀酒葡萄園土壤理化性質及果品質量的影響,對葡萄酒產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展極具意義?;诖耍狙芯窟x擇寧夏賀蘭山東麓釀酒典型葡萄園‘霞多麗’為對象,分析測定不同生草模式王壤理化性質及果實品質、果型和產量的變化特征,明確行間生草土壤理化性質與果品質量的相互關系,揭示不同生草模式影響果實品質、果型和產量的關鍵因子與調控途徑,以期為釀酒葡萄高品質栽培及果園土壤管理提出科學建議。
1材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
本研究試驗區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)銀川市賀蘭山東麓酩悅軒尼詩夏桐酒莊,釀酒葡萄品種為‘霞多麗’;土壤類型為干旱土綱,簡育干旱土亞綱,簡育正常干旱土土類(灰鈣土),海拔 1 100~ 1200m ,年平均降雨量 180~260mm ,年平均氣溫 10°C ,年蒸發(fā)量 2000mm ,全年日照時數在 2 851~3 106h ,屬溫帶大陸性氣候,冬季寒冷而干燥,晝夜溫差較大。初始土壤理化性質如表1。
1. 2 試驗設計
于2023年春季實施葡萄園生草處理,果園行寬 3m 、行長 80m ,株距 0.5m ;采用多因素單水平隨機區(qū)組設計,設置人工糜子(Panicummili-aceum)處理(PM)、馬齒莧(Portulacaoleracea)處理(PO)和自然草處理(NG),以清耕處理(CK)(定期旋耕除去行內所有雜草,除草次數根據需要確定)為對照,每個處理3個重復,共計12個處理小區(qū),所有試驗區(qū)統一田間管理。試驗采用人工播種的方式進行行內生草(距離葡萄栽培行兩側約 0.7m? ,播種深度約 3cm ,糜子和馬齒莧播種量為 3g?m-2 和 2.5g?m-2 ,處理之間留有過渡行。
1.3樣品采集與指標測定
1.3.1樣品采集在每個處理小區(qū)選取生長狀況良好、長勢均勻的果樹5株做好標記,共計20株。在果實采收期(10月初),在對應標記的樹上隨機采摘3串有代表性的果穗,帶回實驗室進行果實指標的測定。
同時,在每個小區(qū)按照“五點取樣法”,用土鉆取 0~20cm.20~40cm 和 40~60cm 土壤樣品混勻作為一個土樣,一份裝入鋁盒蓋嚴帶回室內烘干法測定土壤含水量;另一份剔除石塊和根系等雜物,帶回實驗室自然風干,過 2mm 篩,用于測定土壤理化性質。田間用環(huán)刀( 100cm3 )取土樣用于測定土壤體積質量、飽和含水量、田間持水量等。
1.3.2土壤理化性質的測定土壤 ΔpH 采用酸度計測定;體積質量、飽和含水量、田間持水量和土壤孔隙度采用環(huán)刀法測定[22];含水量采用烘干法測定,將鋁盒中鮮土于 105°C 烘干至恒量后稱量[22];有機質含量采用重鉻酸鉀外加 FeSO4 滴定法測定[22];全鹽含量采用電導率儀測定;全氮用凱氏定氮法測定;全磷用鉬銻抗比色法測定;堿解氮用堿解擴散吸收法測定;速效磷用0.5mol?L-1NaHCO3 法測定;速效鉀含量采用1mol·L-1的 NH4Ac浸提一火焰光度法測定[22]。1.3.3果實指標的測定百粒質量、果穗質量用電子天平 (0.01g) 稱量;用游標卡尺測量果實的橫、縱徑;穗長用卷尺測定;在每串果穗上、中、下3個部位隨機采集50粒果實榨汁測定其指標含量;另外,在每個處理區(qū)隨機采摘10株果樹的全部果實用電子天平 (0.01g) 稱量后計算平均產量,記為單株產量。
單寧含量采用福林-丹尼斯法測定[23];總酚 含量采用福林-肖卡法測定[23];還原糖含量采用 3,5-二硝基水楊酸法測定[24];總糖含量采用手持 糖量計測定[24];花色苷和花青素含量采用 ΔpH 示 差法測定[23];類黃酮含量采用 NaNO2 -A1 (NO3)3-NaOH 比色法測定[23];可滴定酸采用 ΔNaOH 滴定法測定[23];可溶性固形物含量采用手 持折光儀測定[23]
1.4 數據處理
采用Excel2019和SPSS24進行數據整理(數據均為“平均值 ± 標準差\";采用Origin2024制圖;采用SPSS24進行單因素方差分析(ANO-VA),選擇最小差異性顯著檢驗(LSD)對數據進行顯著性分析;用Origin2024進行相關性熱圖分析土壤理化性質與果實品質、果型和單株產量之間的關系;用Canocn5進行冗余分析并揭示影響果實品質、果型和單株產量的關鍵因子。
2 結果與分析
2.1 不同生草模式葡萄園土壤理化性質的變化特征
由圖1可知,生草處理對土壤理化性質產生不同程度的影響。馬齒莧處理下土壤含水量顯著低于其他處理( Plt;0.05) ;不同生草處理土壤含水量均表現為 40~60cm 土層最大, 0~20cm 處最小,不同土層間差異不顯著 ?Pgt;0.05? 。不同生草處理土壤飽和含水量和田間持水量顯著高于清耕處理( Plt;0. 05) ;不同土層間土壤飽和含水量差異不顯著 (Pgt;0. 05),40~60cm 土層田間持水量顯著低于 0~20cm 和 20~40cm(Plt; 0.05)。不同生草處理土壤全鹽、體積質量和 ΔpH 均無明顯變化規(guī)律,不同土層間全鹽、體積質量和pH 差異不顯著( Pgt;0.05) 。相比清耕處理,生草處理增加了 0~20cm 和 20~40cm 土層處土壤孔隙度。不同生草處理土壤全氮和全磷變化不顯著 ?Pgt;0.05) ,而 0~20cm 和 20~40cm 土層土壤全氮含量高于 40~60cm 。相比清耕處理,不同生草處理顯著提高了土壤有機質、堿解氮、速效鉀和速效磷含量( ?Plt;0. 05) ,糜子處理有機質、堿解氮、速效鉀和速效磷含量最大;不同土層間均表現為 0~20cm 土層最大, 40~60cm 最?。?Plt; 0.05)。
由表2可知,生草處理對土壤含水量、飽和含水量、田間持水量、 pH 及土壤全磷、有機質、堿解氮、速效鉀、速效磷影響顯著( Plt;0. 01 ;土層深度對土壤含水量、田間持水量及土壤全氮、有機質、堿解氮、速效鉀、速效磷影響顯著( ?Plt;0.05) \"生草處理與土層的交互作用顯著影響土壤堿解氮、速效鉀、速效磷含量 (Plt;0.001) 。
2.2葡萄果實品質的變化特征
由圖2可知,不同的生草處理對葡萄果實品質產生不同程度的影響。單寧決定了葡萄酒的質地和結構,糜子和馬齒莧處理單寧含量顯著高于其他處理( ?Plt;0. 05) ,均是清耕處理的2.18倍。酚類物質決定了葡萄酒的色澤,糜子、馬齒莧和自然草處理總酚含量顯著高于清耕處理( Plt; 0.05),分別是清耕處理的1.48倍、1.29倍和1.21倍。還原糖、可滴定酸是果實成熟度的重要指標,而“糖高酸低”葡萄酒貯藏過程中易出現顏色、香氣、口感早退的現象,相較于清耕處理,生草處理顯著降低了還原糖、總糖和類黃酮的含量0 ?Plt;0.05) 。不同生草處理提高了可滴定酸含量,但處理間差異不顯著 (Pgt;0.05) ?;ㄉ铡⒒ㄇ嗨亍⒖扇芄绦挝锸轻劸破咸压麑崰I養(yǎng)價值的重要指標,糜子處理顯著提高了花色苷、花青素和可溶性固形物含量( Plt;0.05) ,分別是清耕處理的1.33倍、1.27倍和1.05倍。
由圖3可知,葡萄百粒質量表現為糜子處理顯著高于其他處理( Plt;0.05) ,糜子和馬齒莧處理百粒質量較清耕處理分別提高了 10.36% 和6.26% ;葡萄粒徑表現為糜子處理最大,清耕處理最小,糜子和馬齒莧處理顯著影響粒徑大?。?Plt; 0.05),較清耕處理分別提高了16. 10% 和8.96% ;穗長表現為糜子處理最大,自然草處理最?。?Plt;0.05) ,較清耕處理提高了 2.56% ;生草處理有效提升了葡萄果型,糜子處理對百粒質量、粒徑和穗長的提升效果最好,是清耕處理的1.10倍、1.16倍和1.03倍( Plt;0.05) ,不同生草處理葡萄單株產量差異不顯著 (Pgt;0.05) ,其中馬齒莧和自然草處理較清耕處理單株產量分別提高了1.02% 和 3.58% ,自然生草單株產量最高。
2.3土壤理化性質與果實品質的關系
不同處理土壤理化性質、果實品質、果型和單株產量之間相關性由圖4可知,土壤理化性質間存在一定的相關關系,土壤含水量與土壤養(yǎng)分呈負相關 (Pgt;0.05) ,土壤飽和含水量和田間持水量與土壤養(yǎng)分呈正相關( Plt;0. 05 ,土壤養(yǎng)分間呈顯著的正相關關系( ?Plt;0.05) 。另外,果實品質、果型和單株產量之間也存在一定的相關關系,其中單寧、總酚、花色苷、花青素、可溶性固形物與百粒質量、粒徑間呈顯著正相關( Plt;0.05) ,與還原糖、總糖、類黃酮含量呈負相關( (Plt;0.05 ,果實單株產量與花青素顯著負相關( Plt;0.001 ,與可滴定酸顯著正相關( Plt;0.05) 。土壤有機質、堿解氮、速效鉀、速效磷與果實的單寧、總酚、花色苷、花青素、可溶性固形物、百粒質量、粒徑呈顯著正相關關系( Plt;0. 05? ,與還原糖、總糖、類黃酮含量呈負相關關系。
對不同處理土壤理化性質與果實品質、果型和單株產量進行冗余分析(RDA)(圖5)可知,RDA軸1和軸2分別解釋變量的 41.70% 和20.82% ,土壤理化性質與果實品質、果型和單株產量相關性較好。其中單寧、總酚、花色苷、花青素、可溶性固形物及粒徑、百粒質量、穗長主要可能受土壤速效磷、堿解氮、速效鉀、有機質、全磷的影響;可滴定酸主要受土壤全氮、 pH 、田間持水量、飽和含水量的影響;總糖、還原糖、類黃酮則主要受體積質量、全鹽、土壤含水量的影響;而單株產量與土壤理化性質的相關性較弱,受其影響小。土壤因子的解釋量和顯著性檢驗結果(表3)顯示,土壤有機質、 pH 、田間持水量、全氮、體積質量、速效鉀顯著影響果實品質、果型和單株產量C ?Plt;0.05) ,土壤有機質貢獻量可達 35.8% ,是果實品質、果型和單株產量的重要影響因子。
3討論
3.1生草模式對土壤理化性質及果實品質的影響
生草技術很大程度上改變了果樹生長所需的土壤條件,進而影響果品的質量[13,24]。早期研究指出生草能夠很好地防止土壤水分的蒸發(fā),提高土壤集雨效果,促進果樹根系的水分利用效率[25]。本研究發(fā)現生草處理提高了土壤飽和含水量和田間持水量,但對土壤含水量的影響不明顯,自然草和馬齒莧處理甚至降低了王壤含水量(圖1),這與周春衡等[15]研究指出生草模式顯著提高土壤含水量的結果有差異。可能由于在相對干旱少雨的條件下,清耕處理土壤的蒸發(fā)較弱,而果園生草的耗水量遠大于土壤蒸發(fā)量,因此生草模式的爭水效果更加明顯[26-27]。由此可見,在生產過程中應該加強果園生草管理方式,降低生草
的爭水效應,增強生草的保水效應。本研究發(fā)現生草處理降低了土壤體積質量,增加了土壤孔隙度,但不同生草方式間、不同土層間體積質量差異不顯著。這與多數研究結果相似[27-28],果園生草產生的植物根系會在土壤中不停擴散,使土壤層形成不規(guī)則的孔隙[29],同時植物根系會分泌產生膠結物質,進一步改變土壤結構,最終影響土壤顆粒組成,降低土壤體積質量,增大土壤透氣性[30]此外,相較于清耕處理,果園生草顯著提高了土壤有機質、堿解氮、速效鉀和速效磷含量, 0~20cm 土層的變化尤為明顯(圖1)。可能原因:清耕處理下,地表枝葉殘留稀少,在光照強、溫度高、水分少等作用下加快了土壤生物的呼吸降解作用,造成清耕處理下土壤養(yǎng)分顯著低于生草區(qū)[31];果園生草處理會提高土壤的水源涵養(yǎng)功能、保肥保濕能力和養(yǎng)分可利用性,增強了土壤微生物腐解植物殘體的能力,間接增加土壤速效養(yǎng)分含量[32]本研究發(fā)現糜子處理能更好地提升土壤有機質和速效養(yǎng)分含量(圖1),這與糜子具有發(fā)達且生長速度快的根系密切相關[33],而且糜子的土壤水分利用率高,是應對極端氣溫、水資源短缺地區(qū)的戰(zhàn)略性作物[34]。
果園生草技術所形成的土壤條件是影響果實品質的關鍵因子[19,24],正如本研究發(fā)現較清耕處理,不同生草方式顯著提升了果實單寧、總酚、花色昔、花青素和可溶性固形物含量,顯著降低了還原糖、總糖和類黃酮的含量(圖2),這與王銳等[13]表3土壤因子對果實品質、果型和單株產量的解釋量及顯著性檢驗結果在旱區(qū)滴灌條件下葡萄園連續(xù)2a行內生草可提高果實的可滴定酸、單寧、總酚和花色昔含量的研究結果一致。劉偉等[35通過連續(xù)5a桃園行間生草研究發(fā)現,生草顯著提高了果實可溶性固形物含量,并一定程度提高單位面積產量,但對果實可溶性糖、可滴定酸含量影響不顯著。Muscas等[36]在葡萄園進行3a的田間試驗,發(fā)現禾本科植物生草提高了果實總糖、花青素和多酚的含量,而豆科植物生草則呈現相反趨勢。此外,本研究發(fā)現糜子生草處理對果實品質的影響優(yōu)于馬齒莧和自然生草處理,并且一定程度提升了果實果型,其中對百粒質量、粒徑和穗長分別提升了10.36%.16.10% 和 2.56% (圖3)。這與不同生草處理對土壤養(yǎng)分的影響相互印證。主要原因在于:果園生草形成的植物根系有利于土壤團聚體的形成,使得土壤養(yǎng)分增加、微生物種類增多、酶活性增強,從而促進了果樹根系對養(yǎng)分的吸收利用[7];葡萄園生草降低了土壤體積質量,提高了土壤透氣性,從而更利于果實的發(fā)育和生長[38]。另外,研究發(fā)現,不同生草處理葡萄單株產量差異不顯著 (Pgt;0.05) ,自然生草單株產量最高,較清耕處理單株產量提高了 3.58% ,這與鄭偉尉等[39]研究結果相似,原因在于自然生草能夠使果樹比較均衡地吸收養(yǎng)分和水分,形成的競爭效應更低[40]。然而,目前本研究僅為1a的結果,長時間的效果還有待進一步分析驗證。
3.2生草模式下土壤理化性質與果實品質的關系
果實品質作為果實的重要經濟指標,明確生草處理下果實品質的影響因子對果園的管理與經營尤為重要[41]。本試驗發(fā)現果實百粒質量和粒徑與單寧、總酚、花青素、可滴定酸和可溶性固形物顯著正相關,與還原糖、總糖和類黃酮顯著負相關(圖 4,Plt;0,05 ;果實穗長與還原糖、總糖、花色苷和花青素顯著正相關,與可滴定酸顯著負相關(圖 4,Plt;0.05) ;單株產量與可滴定酸顯著正相關,與花青素顯著負相關(圖 4,Plt;0.05) 。這與眾多研究結果類似[15,24.35,37],果實品質、果型和單株產量之間存在一定程度的相關性,這是影響果品價值和產生經濟效應的必要條件。另外,本研究發(fā)現土壤含水量與果實品質、果型和單株產量呈正相關,但影響不顯著(圖4);飽和含水量和田間持水量與單寧、總酚和花青素呈正相關,與還原糖、總糖和類黃酮呈負相關(圖4),這也進一步說明土壤水分在提升果實品質過程中的重要性。同時,本研究發(fā)現土壤有機質、堿解氮、速效鉀、速效磷與果實的單寧、總酚、花色昔、花青素、可溶性固形物、百粒質量、粒徑呈顯著正相關(圖 4,Plt; 0.05),與還原糖、總糖、類黃酮呈負相關。由此可見,豐富的土壤養(yǎng)分條件是果實品質優(yōu)勝的首要條件[13],但正如王季姣等[42]研究指出土壤條件能夠促進葡萄果實中營養(yǎng)物質的積累,提升果實質量,土壤因子間也存在一定的協同和拮抗作用。李火良等[43]研究也指出合理的養(yǎng)分管理措施對提高土壤pH和速效養(yǎng)分含量效果十分明顯,能夠使葡萄產業(yè)具有更高的經濟效益和社會效益。本研究冗余分析的結果表明土壤有機質、 pH 、田間持水量、全氮、體積質量、速效鉀顯著影響果實品質、果型和單株產量(圖5,表 3,Plt;0.05) ,土壤有機質的解釋量為 25% ,貢獻量可達 35.8% ,是影響果實品質、果型和單株產量的關鍵因子(表3)??赡苡捎冢和寥烙袡C質能夠直接為果樹的生長發(fā)育提供營養(yǎng)元素和活性物質,與單株產量、果實品質等密切相關[44-45];土壤有機質可以減緩土壤對酸堿的緩沖能力,提高果樹的養(yǎng)分利用效率[46];土壤有機質會增加土壤通透性和保水能力,可間接提高土壤微生物及酶活性[45]。
4結論
葡萄園生草處理能提高土壤有機質和速效養(yǎng)分含量,糜子處理能有效提升果實品質、果型和產量,而土壤有機質是影響果實品質、果型和單株產量的關鍵因子;糜子處理對土壤養(yǎng)分及果實品質提升效果最好,可值得推廣應用。
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Effects of Different Grassing Patterns on Soil Physicochemical Properties and Fruit Quality of Vineyards in Eastern Foothills of Helan Mountains
HE Ying,HOU Gailing and SUN Quan (Collegeof Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 75oooo,China)
Abstract To explore new methods for improving the grapes quality of wine in the eastern foothills of the Helan Mountains,artificial Panicum miliaceum (PM),Portulaca oleracea (PO) and natural grass treatments (NG) were set up in the rows of the main cultivars of Chardonnay,with clear tillage treatment as control (CK).The changes in soil physical and chemical properties in different grass patterns and their efects on fruit growth and quality formation were systematically investigated. The results showed that soil saturation water content and field water holding capacity of diferent grass treatments were significantly higher than those of CK treatment ( Plt;0.05 );grassing treatment significantly increased soil organic matter,available nitrogen (AN),available potassium (AK) and available phosphorus(AP) content ( ΔPlt;0.05 ),and the contents of organic matter,AN,AK and AP was the highest in the PM treatment; the highest content was found at the 0-20cm soil layer,while the lowest was at the 40-60cm layer( Plt;0.05) . Meanwhile,the content of tannin,total phenol,anthocyanin,anthocyanins and soluble solids were significantly increased by the PM treatment ( Plt;0. 05) ,being 2.18, 1.48,1.33,1.27 and 1.O5 times higher than those of the CK treatment,respectively.The grassing treatment effectively improved the grape fruit shape,the PM treatment had the best effect on the increase of 100-grain mass,particle size and ear length,which was 1.10,1.16 and 1.03 times that of the CK treatment ( ?Plt;0.05) ,and the yield per plant of NG treatment was the highest. In addition,redundancy analysis showed that soil organic matter, pH ,field water holding capacity,total nitrogen,volumic mass,and AK significantly affected fruit quality ( Plt;0.05 ),and the contribution of soil organic matter could reach 35.8% ,which was the key factor affecting fruit quality.It can be seen that grass growing in vineyards at the eastern foot of Helan Mountain can better change soil nutrients and improve fruit quality,among which broomcorn millet treatment has the best effect ,which worthwhile to popularization.
Key words Grassing patterns;Vineyard;Soil physicochemical properties;Fruit quality
Received 2024-08-24 Returned 2024-11-16
Foundation item Key Research and Development Project of Ningxia Hui Autonomous Region(No. 2023BCF01023).
First authorHE Ying,female,master student. Research area:agricultural resources and environment. E-mail 3096873004@qq.com
Corresponding authorSUN Quan,male, professor,doctoral supervisor. Research area: agricultural resources and environment. E-mail: sqnxu@sina. com
(責任編輯:史亞歌 Responsible editor:SHI Yage)