不同連作年限桑園土壤肥力變化及其與桑葉產量的關系

黃藝　黃紅燕　劉昔輝　區惠平玉小迷　黃承革　于永霞　商本慶

摘要：【目的】調查分析不同連作年限條件下桑園土壤肥力變化及其與桑葉產量的關系，為桑園土壤養分管理和健康可持續發展提供參考依據。【方法】以近15年未植桑的田塊為對照（CK），測定連作5、10和15年桑園根際土壤的有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀和pH等土壤參數，并分析其與桑葉年產量的關系。【結果】與CK相比，連作5和15年的桑園土壤有機質、全氮、速效氮、速效鉀、pH和速效鉀/速效氮、速效鉀/速效磷顯著提高（P<0.05，下同）；連作10年，桑園土壤全磷、全鉀、速效磷、速效鉀含量和速效磷/速效氮、速效鉀/速效氮、速效鉀/速效磷顯著降低。桑園土壤養分整體以連作15年最高，連作5年次之，連作10年最低；桑葉年產量以連作10年最高，達40050 kg/ha，連作5年次之，連作15年最低。相關性分析結果表明，有機質含量與其他養分含量均呈顯著或極顯著（P<0.01，下同）正相關，pH與有機質、全氮、速效氮和速效鉀呈極顯著正相關；桑葉年產量與土壤養分含量呈顯著或極顯著負相關。【結論】長期植桑的桑園土壤養分含量與桑葉年產量密切相關。增施有機肥可提高桑園土壤有機質，也有助于均衡提高土壤養分及改善土壤pH。

關鍵詞： 桑園；連作；土壤養分；桑葉產量

中圖分類號： S888.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）04-0628-05

Abstract：【Objective】Effects of different continuous cropping years on soil fertility and relation between continuous cropping duration and mulberry leaf yield were studied，in order to provide references for soil nutrition improvement and sustainable development of mulberry fields. 【Method】The field of nearly 15 years without mulberry planting was chosen as control，and soil organic matter，total nitrogen，total phosphorus，total potassium，available nitrogen， available phosphorus， available potassium and pH in rhizosphere soil under different mulberry growing years（5，10 and 15 years） were determined and the relation between mulberry growing years and mulberry leaf yield was also analyzed. 【Result】Soil organic matter，total nitrogen，available nitrogen，available potassium，pH，available potassium/available nitrogen and available potassium/available phosphorus significantly increased（P<0.05， the same below） under both five years continuous cropping and 15 years continuous cropping treatments compared with CK. But soil total phosphorus，total potassium and available phosphorus，available potassium， available phosphorus/available nitrogen，available potassium/available nitrogen and available potassium/available phosphorus significantly decreased under ten years continuous cropping treatment. Overall soil fertility level was the highest under 15 years continuous cropping treatment，followed by five years continuous cropping， and that under ten years continuous cropping treatment was lowest. Annual yield of mulberry leaf was the largest under ten years continuous cropping， reaching 40050 kg/ha， followed by that of five years continuous cropping and 15 years continuous cropping. Correlation analysis showed that soil organic matter had a significant positive correlation（P<0.01， the same below） with other nutrients. There were also significant positive correlations between pH and soil organic matter， total nitrogen， available nitrogen as well as available potassium.There was significantly negative correlation between soil nutrient content and mulberry leaf yield. 【Conclusion】Soil nutrients in mulberry fields of continuous cropping are closely related to mulberry leaf yield. Supplement of organic matter can increase organic matter in the soil， and balance soil nutrients and pH.

Key words： mulberry field； continuous cropping； soil nutrition； mulberry leaf yield

0 引言

【目的】桑樹屬桑科（Moraceae）桑屬（Morus L.），為多年生、深根性、闊葉型、落葉性小喬木或灌木，適應性強，在我國各省均有分布。隨著國家“東桑西移”工程的不斷推進，桑蠶業已成為廣西特色優勢產業之一。2014年廣西桑園面積達19.26萬ha，約占全國桑園總面積的1/4（祁廣軍等，2015）。由于桑樹為多年生，且常年砍伐和一年多次摘葉養蠶，因此對土壤養分的消耗量大，故超量施用化肥問題非常突出。但過量施入化肥常導致土壤富營養化或養分非均衡化，進而出現因土壤障礙而造成作物產量下降等問題。因此，開展不同種植年限條件下桑園土壤養分變化和桑葉產量響應研究，對指導桑園土壤科學管理及保障桑園可持續發展具有重要意義。【前人研究進展】至今，有關不同作物、不同連作年限的土壤養分變化已有較多研究報道。劉建國等（2009）、馬海燕等（2011）研究表明，長期連作棉花和連作非洲菊后，土壤含鹽量會逐漸增加，有次生鹽漬化傾向，土壤中氮、磷、鉀比例失調，連作障礙效應明顯。鄧陽春和黃建國（2010）研究表明，短期連作（3季）煙葉后，土壤有效養分有不同程度的增加，有效磷增幅最大，有效鉀次之，有效氮最低，但有機質未發生顯著變化，pH呈緩慢降低趨勢。薛亮等（2011）研究表明，砂田土壤連作西瓜5～10年后，其土壤微生物量碳、氮均有較大幅度下降，有機質和速效養分含量均不同程度降低，土壤肥力下降，連作年限超過20年 后不再適宜種植西瓜。凌宏文等（2015）研究指出，隨著桑園經營年代的增加，土壤酸化的同時，容易流失營養元素鈣、鎂、鉀而積累鋁，引起土壤質量下降。張麗娜等（2016）研究表明，甜瓜連作5年后，鉀肥缺失明顯，氮肥出現富集現象，而磷肥保持相對穩定；土壤中過氧化氫酶活性隨連作年限增加呈上升趨勢，脲酶和磷酸酶則均下降超過30%，這種下降不利于作物對氮素和磷素的吸收利用。可見，通過研究作物不同連作年限的土壤養分變化可為當地作物栽培管理提供有效的土壤信息。【本研究切入點】廣西是全國桑蠶主產區，且大部分桑園種植年限超過10年，而過量施肥對當地桑葉產量和土壤質量產生的負面影響尤為突出（祁廣軍等，2015），但目前對長期連作桑園的土壤理化性狀和桑葉產量變化缺乏系統研究。【擬解決的關鍵問題】以近15年未種植過桑樹的田塊為對照，通過調查分析廣西桑園連作5、10和15年后的土壤理化性質及桑葉產量，揭示連作桑園土壤質量演變規律及其與桑葉產量的關系，以期為桑園土壤養分管理和健康可持續發展提供參考依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗區概況

試驗區位于廣西玉林市福綿區樟木鎮太平村桑園，該區氣候屬南亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫21 ℃，年均降雨量1650 mm，但分布不均，夏季降水多，冬季少，年均日照時數1795 h，無霜期長，年均無霜天數346 d。

1. 2 試驗材料

供試桑樹品種：桂桑優12（廣西蠶業技術推廣總站選育）。

供試土壤：赤紅壤，其成土母質為第四紀紅土。

供試肥料：雞糞（當地農家肥）、尿素（N 46.4%）、復合肥（15-15-15）、過磷酸鈣（P2O5 14%）。

1. 3 試驗方法

試驗設連作桑樹5、10和15年3個處理，以近15年未種植作物的田塊為對照（CK）。連作5、10和15年的桑園均在同一片桑樹種植區域內，分別于2001年春、2006年春和2011年春種植，面積為2.67、3.33和4.00 ha。CK為緊靠桑樹種植區旁且近15年未種植作物的荒草地，面積約333.33 m2。

桑樹均采用單行種植，株行距30 cm×80 cm。桑園年施肥量均為雞糞15000 kg/ha、尿素150 kg/ha、復合肥（15-15-15）2250 kg/ha、過磷酸鈣1500 kg/ha，折合純化肥N 407 kg/ha、P2O5 547.5 kg/ha、K2O 337.5 kg/ha。每年所需肥料分春肥和夏肥2次施入，采用條施方式，其中雞糞、尿素和過磷酸鈣作為春肥施用，復合肥按春肥∶夏肥為1∶3的比例施用。春夏肥分別于2月底和7月底施入；從3月中下旬開始摘葉養蠶，7月上旬進行夏伐，采用根刈，把地上的枝條齊地面剪去，待長出新枝后，從8月中下旬～11月下旬一直摘葉養蠶。12月中旬冬伐，采用低刈，在夏伐后長出的健壯枝條30～60 cm高度處剪伐，待翌年萌發新枝。病蟲害按常規管理進行防治。

1. 4 測定項目及方法

1. 4. 1 桑葉產量調查 2015年在連作5、10和15年桑園分別隨機布設3個面積為25 m2（5 m×5 m）的地塊進行桑葉產量調查，春、秋兩季桑葉產量的總和為桑葉年產量。

1. 4. 2 土壤養分測定 2016年1月，在CK和不同連作年限桑園分別隨機布設的3個地塊，采用S形5點混合法采集桑樹根際0～20 cm土層土壤混合成1個樣品。每個土壤樣品自然風干、粉碎，分別過18目和100目篩，其中過18目篩土壤用于分析土壤pH、速效氮、速效磷和速效鉀含量，過100目篩土壤用于分析土壤有機質、全氮、全磷和全鉀含量。土壤養分分析參照《土壤農業化學分析方法》（魯如坤，2000），其中，pH按1.0∶2.5土水比，用pH計測定；速效氮采用堿解擴散法測定；速效磷采用鉬蘭比色法測定；速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提，火焰光度法測定；有機質采用K2Cr2O7 -

H2SO4消煮，FeSO4容量法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定；全磷含量采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測定；全鉀含量采用NaOH熔融—火焰光度法測定。

1. 5 統計分析

采用Excel 2007制圖及DPS 7.50進行統計分析，用新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2. 1 不同連作年限桑園土壤養分含量變化

土壤養分測定結果（表1）表明，隨著連作年限的延長，桑園土壤有機質、全氮、速效氮、速效鉀含量和土壤pH均表現為先升高后降低再升高的變化趨勢。與CK相比，連作5年后，土壤有機質、全氮、速效氮、速效鉀含量和pH分別顯著提高42.8%、65.0%、38.2%、75.9%和10.5%（P<0.05，下同）。連作10年后，土壤有機質、全氮、速效氮、速效鉀含量和pH較連作5年的分別顯著下降33.0%、32.1%、17.3%、67.8%和8.6%，除速效鉀含量外，其他養分含量與CK無顯著差異（P>0.05，下同）。連作15年后，土壤有機質、全氮、速效氮、速效鉀含量和pH值又顯著增加，其中，土壤有機質和全氮含量顯著高于其他連作年份和CK處理，速效氮、速效鉀和pH顯著高于連作10年和CK處理，但與連作5年的無顯著差異。可見，連作15年有利于提高土壤有機質和全氮含量，連作15年和連作5年均有利于提高土壤速效氮、速效鉀和土壤pH。與CK處理相比，連作5年和連作10年處理土壤全磷、全鉀和速效磷含量均有下降趨勢，其中連作10年分別顯著降低37.4%、39.3%和27.3%。對連作10年內的土壤全磷、全鉀和速效磷進行線性擬合，結果顯示連作10年內土壤全磷、全鉀和速效磷以年0.0074 g/kg（y=-0.0074x+0.1953）、0.0894 g/kg（y=-0.0894x+2.332）和5.2667 mg/kg（y=-5.2667x+

196.7）的速度下降。連作15年，土壤全磷和速效磷含量顯著高于其他處理，全鉀含量僅顯著高于連作10年處理。

由表1還可看出，由于不同連作年限桑園土壤速效氮、磷、鉀的變幅不一，極大改變了土壤中有效養分的比例。與CK相比，連作5和15年顯著提高了速效鉀/速效氮和速效鉀/速效磷，連作10年顯著降低了速效磷/

速效氮、速效鉀/速效氮和速效鉀/速效磷。

2. 2 不同連作年限桑園土壤養分間的相關性分析結果

對不同連作年限桑園土壤各主要養分間的相關性進行分析，結果（表2）表明，除全氮、速效氮與全磷、全鉀，速效氮與速效磷，pH與全磷、全鉀和速效磷相關不顯著外，其他土壤養分間的相關性均達顯著或極顯著水平（P<0.01，下同），其中土壤有機質含量與所有養分含量均呈顯著或極顯著正相關，pH與有機質、全氮、速效氮和速效鉀呈極顯著正相關。說明多施有機肥、增加桑園土壤有機質對均衡提高桑園土壤養分及改善土壤pH有積極作用。

2. 3 不同連作年限桑葉年產量變化

由圖1桑葉產量調查結果可知，不同連作年限下桑葉年產量存在顯著差異，其中，以連作10年的桑葉年產量最高，達40050 kg/ha，連作5年的次之，連作15年的桑葉年產量最低，各不同連作年限處理間桑葉產量差異均達顯著水平。

2. 4 桑葉年產量與土壤養分間的相關性分析結果

連作5、10和15年桑園的桑葉年產量與土壤主要養分間的相關性分析結果（表3）表明，桑葉年產量與土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀和土壤pH均呈極顯著負相關，與速效氮呈顯著負相關。各土壤養分及pH與桑葉產量的相關系數絕對值排序為全鉀>速效鉀>全氮>有機質>pH>全磷=速效磷>速效氮。

3 討論

土壤是桑樹生長的主要環境，土壤肥力高低直接影響著桑樹的生長與生物量累積。本研究結果表明，與CK相比，連作5和15年桑園的土壤有機質、全氮、速效氮、速效鉀含量顯著提高，可能與桑園連年增施雞糞有機肥有關。沈國新等（1995）通過桑樹固定比例長期定位施肥試驗，認為桑樹施肥量的N∶P2O5∶K2O適宜比例為10∶6∶8；曾艷（2007）通過在南寧良慶區開展的大田肥料試驗，得出桑園適宜的氮、磷、鉀肥用量為純N 414 kg/ha、P2O5 300 kg/ha、K2O 337.5 kg/ha，即N∶P2O5∶K2O比例為10∶7∶8。參照沈國新等（1995）和曾艷（2007）的研究結果，本研究中桑園的氮、鉀化肥施入量及比值均在適宜范圍，已能夠滿足桑樹生長所需要的氮、鉀養分需求，因此通過雞糞投入的養分為額外養分，從而有利于土壤有機質、全氮等養分含量的積累，與甘麗紅等（2016）在桑園施用雞糞有機肥可提高土壤有機質的研究結果一致。凌宏文等（2015）研究認為，由于桑葉被摘走養蠶，導致桑地殘留物較少，可引起持續經營的桑園土壤pH下降。本研究結果與上述結果存在差異，即與CK相比，植桑土壤pH均呈上升趨勢，可能與桑園土壤常年配施雞糞有機肥有關，雞糞可提高土壤交換性鹽基離子含量和有機質含量，從而提高土壤pH（汪吉東等，2014；甘麗紅等，2016）。可見，配施雞糞有機肥不僅是保持和提高土壤肥力的一種可行策略，還對連作土壤酸堿度的重新分配具有重要意義。此外，本研究中桑園連續種植10年內全磷和速效磷含量隨種植年限的延長而下降，可能一方面與雞糞有機肥提高作物對磷的積累有關，另一方面，隨種植年限延長，土壤磷最大吸附量、磷最大緩沖容量降低，土壤磷吸附飽和度和解吸率提高（高秀美等，2010），土壤磷淋失增加（楊苞梅等，2010），因此會出現土壤磷含量降低。連作15年后土壤磷含量較CK顯著增加，但具體原因有待進一步探討。

土壤養分間的關系研究對改良土壤、促進桑樹對養分的吸收具有重要指導意義。魯劍巍等（2004）對湖南省桑蠶主產區桑園土壤養分進行分析，得出桑園土壤pH與有機質、速效鉀含量呈正相關，與速效氮、速效磷含量呈負相關；有機質含量與pH、速效氮、速效磷、速效鉀均呈正相關，其中與速效氮和速效鉀的相關達極顯著水平。在本研究中，土壤有機質含量與其他養分含量均呈顯著或極顯著正相關，pH與有機質、全氮、速效氮和速效鉀呈極顯著正相關。說明多施有機肥、增加桑園土壤有機質對均衡提高桑園土壤養分，改善土壤酸堿度有重要意義。

桑樹由于每年兩次砍伐及多次摘葉養蠶，故樹干養分低，樹勢較弱，桑葉產量低。目前，國內外針對不同連作年限下桑葉產量的研究報道不多，僅見瀨戶川等（1983）調查了連續20年采用標準肥培管理措施和夏伐方法的不同密度低干專用桑園的桑葉產量，發現桑葉年收獲量隨連作年限的增加而增加，至第13年開始緩慢下降， 15年以后急劇下降。本研究結果與上述結果類似，桑葉產量隨種植年限的增加而增加，至第10年達最高值，15年顯著下降，并顯著低于連續種植5年的桑葉產量。

郇慧慧等（2014）通過桑樹分枝數變化與桑葉生物量的關系研究，發現桑樹對生物量的積累與分枝數無關，而主要取決于周圍環境是否能提供充足的資源以保障生長發育的需要。考慮到土壤是桑樹生長的主要環境，本研究將桑葉產量與土壤養分含量進行相關分析，發現兩者間呈顯著或極顯著負相關。土壤養分的大幅度增加（減少）發生在桑園大幅度減產（增產）之后，連續植桑10年，桑葉產量顯著增加，但施入土壤的養分持續不變，因此，各土壤養分含量明顯減少；連作15年，桑葉產量顯著下降，肥料未能被桑樹充分吸收而滯留土壤，故土壤養分含量明顯提高。

氮磷鉀比例失調是連作障礙的主要原因之一（劉建國等，2009；馬海燕等，2011）。在本研究中，連作15年桑園土壤養分含量整體高于CK、連作5年和連作10年處理，但桑葉產量卻顯著降低，其原因是否與土壤速效養分比例的改變有關有待進一步研究驗證。

4 結論

桑園土壤養分及pH與連作年限密切相關，桑園連作5、10和15年，土壤養分整體呈現升高—降低—升高的趨勢。桑葉年產量與土壤養分含量呈顯著或極顯著負相關。增施有機肥可提高桑園土壤有機質，也有助于均衡提高土壤養分及改善土壤pH。

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（責任編輯 王 暉）