紫莖澤蘭堆肥對葡萄產量、品質和土壤性狀指標的影響

隋宗明，劉海,2，殷潔，郭明全，王勇，袁玲*(.西南大學資源環境學院，重慶 40076；2.貴州省農業科技信息研究所，貴州 貴陽 550006；.四川省煙草公司涼山州公司，四川 西昌65000)

紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophorum)系菊科澤蘭屬多年生草本植物，原產于墨西哥和哥斯達黎加，后經越南、緬甸侵入我國云南，現已成為西南地區危害最嚴重的外來入侵植物之一[1-2]。紫莖澤蘭在四川省涼山州的危害面積超過行政區域總面積的10%[3]，現仍在快速向東部和北方蔓延，對當地農田、草場和森林構成嚴重威脅，造成巨大的生態危害和經濟損失，有效防除紫莖澤蘭成為當地生態治理的迫切任務之一。但是，采用人工、機械和化學除草的方法耗資巨大且效果較差[3-4]，如何無害化處理與資源化利用紫莖澤蘭已經引起高度關注。

在利用紫莖澤蘭造紙、生產飼料和制作能源物質等應用嘗試中，發現紫莖澤蘭存在纖維長度不夠、難以去除毒性和熱值較低等一系列問題，未能在實際生產中推廣應用[5-6]。但是，紫莖澤蘭生長速度快、生物量大，富含有機質、氮、磷、鉀，去除生物毒性物質后[7-9]，可以作為一種優質有機肥資源加以利用[10]。工廠化處理紫莖澤蘭生產有機肥，收集運輸困難、經濟效益低下，難以運作實施。紫莖澤蘭內含抑制植物和某些微生物生長的化學成分，根、莖、籽均可再生繁殖，不能作為綠肥直接翻壓入土；而采用普通堆肥方式又難以有效降解其中的有毒物質，也不能徹底腐熟和殺滅其繁殖器官[11]。經課題組多年研究，利用微生物菌劑就地積制紫莖澤蘭制作堆肥，可在高溫堆漚過程中降解有毒物質并殺滅繁殖器官，具有腐熟效果好、成本低、操作簡便等特點[5,12]。經此法生產的紫莖澤蘭堆肥不僅增加了大麥(Hordeumvulgare)及辣椒(Capsicumfrutescence)產量，而且可以改良土壤[12]。然而，在紫莖澤蘭泛濫的地區，其生物量巨大，有必要拓展紫莖澤蘭堆肥應用的作物。

四川省涼山州是西南地區重要的水果種植基地，大規模種植葡萄(Vitisvinifera)，長期過量施用化肥導致果實品質下降及果園土壤性狀惡化[13]。為此，本研究在紫莖澤蘭堆肥積制區域，選擇當地的葡萄種植園，研究紫莖澤蘭堆肥對葡萄產量、品質和土壤性狀的影響，為評價堆制紫莖澤蘭的脫毒效果、堆肥肥效和在葡萄上的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于四川省西昌市禮州鎮(28°02′ N，102°11′ E)，海拔1600 m，年均氣溫15.6 ℃，降水量1044.6 mm，無霜期273 d，年均日照時數2427.6 h。當地村莊附近的山坡、農田邊、路邊及溝渠旁均有大量紫莖澤蘭分布。

葡萄種植土壤為砂質壤土，pH 5.33、有機質、全氮、磷、鉀含量分別為14.83 g·kg-1、1.65 g·kg-1、1.19 g·kg-1和17.64 g·kg-1，有效氮、磷、鉀含量依次為122.7 mg·kg-1、25.7 mg·kg-1和163.2 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

紫莖澤蘭堆肥(以下簡稱堆肥)：2013-2015年，每年9月在試驗地附近采集紫莖澤蘭地上部，鍘成5～10 cm小段，撒0.25%由惡臭假單胞菌(Pseudomonasputidasp.)和熱纖維梭菌(Clostridiumthermocellumsp.)制成的混合腐熟劑，以及0.4%輔助劑，堆置成長條狀(長×寬×高≈3.5～4.0 m×1.5～2.0 m×1.5～1.8 m)，踩踏緊實，覆蓋農用塑料薄膜，堆置90 d，積制成堆肥，并于當年12月作為基肥施用，其有機質、氮、磷、鉀、腐殖酸含量(干重)分別為89.47%、2.79%、0.80%、2.70%、8.42%。

化肥：尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(K2O 50%)。

供試葡萄：5年生紅地球葡萄，籬架式起壟栽培，種植密度約為9000株·hm-2。

1.3 試驗設計

根據葡萄的需肥特性，每株葡萄全年施純氮、磷、鉀養分分別為180 g、150 g和200 g。在施用堆肥的處理中，有機肥用量以氮計，不足的磷、鉀用化肥補充，使各處理氮、磷、鉀養分用量相等。田間試驗共設4個處理，1)單施化肥(CF)；2)50%化肥+50%堆肥(M50)；3)25%化肥+75%堆肥(M75)；4)全堆肥(M100)。以相鄰、長勢基本一致的20株葡萄作為一個處理，重復4次，隨機排列。全年共施肥4次：基肥、花期追肥、果實膨大期追肥和果實轉色期追肥。各處理的堆肥均作基肥全部施入，化肥處理中的氮肥按10%、30%、30%和30%比例，磷肥按75%、25%、0%和0%比例，鉀肥按0%、30%、30%和40%比例分4次施用。施肥方式為溝施，施肥點距葡萄主干40～50 cm，深度為40 cm。常規田間管理。試驗于2013-2016年連續進行，測定最后一年葡萄的產量、品質及土壤性狀指標。

1.4 樣品采集及測定項目

葡萄產量性狀測定：各處理在果實成熟期記錄葡萄單株產量；隨機選取15穗中部果穗，在果穗上、中、下部按1∶1∶1比例隨機選取100粒葡萄，1/100天平測定百粒重；游標卡尺測量葡萄果粒橫、縱徑。

葡萄品質性狀測定：各處理在果實成熟期隨機選取15穗中部果穗，在果穗上、中、下部按1∶1∶1比例隨機剪取適量無病蟲害果粒，混合后脫皮榨汁進行品質測定。采用手持式折光儀測定可溶性固形物；蒽酮比色法測定可溶性糖；酸堿中和滴定法測定可滴定酸；2,6-二氯酚靛酚滴定法測定VC；紫外分光光度法測定硝酸鹽；同時測定葡萄果實及當年生葉片(于各處理隨機采集葡萄中部葉30片)全氮、磷、鉀含量[14]。

土壤性狀指標測定：在葡萄萌芽期(germination stage, GS)、花期(flowering stage, FS)、果實膨大期(expanding stage, ES)、果實轉色期(turning stage, TS)和果實成熟期(mature stage, MS)，避開施肥點，按五點法于各小區取距葡萄主干25 cm左右的根際土壤。常規分析土壤pH、有機質、全量養分及有效氮、磷、鉀[15]；氯仿熏蒸,0.5 mol·L-1K2SO4提取土壤微生物生物量碳、氮，K2Cr2O7氧化法測碳和腚酚藍比色法測氮[16]；高錳酸鉀滴定法、3,5-二硝基水楊酸比色法、苯酚鈉—次氯酸鈉比色法和磷酸苯二鈉比色法分別測定過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性[17]；果實轉色期采用平板計數法測定土壤細菌(牛肉膏蛋白胨培養基)、真菌(馬丁氏瓊脂培養基)和放線菌(高氏一號培養基)數量[18]。

1.5 數據處理

試驗數據分別用Excel 2010、SPSS 19.0統計軟件和LSD多重比較法進行計算、方差分析和差異顯著性檢驗，顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 葡萄產量、品質

由表1可見，M75處理的單果最重，橫徑最大；M100處理果粒最輕，縱徑最小，二者之間差異顯著(P<0.05)，其他處理之間無顯著差異(P>0.05)。表明M75處理增大了果粒體積，增加了單果重量，但各處理單株產量間無顯著差異(P>0.05)。

由表2可知，葡萄果實的可溶性固形物以M75處理最高，M100處理的最低，CF和M50處理之間無顯著差異(P>0.05)；可溶性糖、可滴定酸含量及糖酸比以M75處理最高，CF、M50和M100處理間無顯著差異(P>0.05)。CF處理的VC含量最低，比堆肥配施化肥處理平均低19.9%，且硝酸鹽含量最高，比堆肥配施化肥處理平均高50.7%。

由表3可知，在成熟期，CF處理葡萄果實中的氮、磷、鉀含量均最高，其余處理間無明顯規律；各處理葉片氮、磷、鉀含量間均無顯著差異(P>0.05)。

表1 不同處理葡萄果實生物學性狀和產量Table 1 Biology characters and yield of grape in different treatments

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: In each column, different lowercase letters mean significant difference among treatments (P<0.05). The same below.

表2 不同處理葡萄果實內在品質Table 2 Intrinsic quality of grape in different treatments

表3 成熟期葡萄果實和葉片氮、磷、鉀含量Table 3 Contents of nitrogen, phosphorus and potassium in grape fruits and leaves at mature stage (%)

2.2 土壤微生物

2.2.1微生物生物量 試驗各處理的微生物生物量碳呈單峰變化，葡萄轉色期達到峰值，成熟期回落。CF與M100處理之間及M50與M75處理之間的微生物生物量碳無顯著差異(P>0.05)，生育期內M50和M75處理的微生物生物量碳的平均含量顯著高于CF和M100處理(P<0.05)。M75、M50和M100處理的微生物生物量氮也呈單峰變化，葡萄萌芽期至果實膨大期或轉色期持續上升至峰值，成熟期有所下降；CF處理的微生物生物量氮持續增加。微生物生物量氮的平均含量M75>M50>CF>M100(圖1)。

2.2.2細菌、真菌、放線菌數量 在葡萄果實轉色期，土壤細菌數變化于13.07×107～38.07×107cfu·g-1，M50和M75處理顯著高于CF和M100處理(P<0.05)；土壤真菌數以M75處理最高，比M100、M50和CF平均高約2倍；土壤放線菌數變化于17.33×106～35.80×106cfu·g-1，M50處理最高，M75與CF處理之間無顯著差異(P>0.05)，M100處理最低(表4)。

圖1 土壤微生物生物量碳、氮動態變化Fig.1 Dynamics of soil microbial biomass carbon and nitrogen contentsGS：萌芽期；FS：花期；ES：膨大期；TS：轉色期；MS：成熟期。下同。GS: Germination stage; FS: Flowering stage; ES: Expanding stage, TS: Turning stage; MS: Mature stage. The same below.

2.3 土壤pH和養分

由表5可知，各處理土壤pH在葡萄轉色期最低。在果實成熟期，土壤pH大小依次為M50>M75>M100>CF，差異顯著(P<0.05)。各處理土壤有效氮含量在整個生長時期內呈下降-上升-下降的變化趨勢，M100處理有效氮的平均含量最低。隨生長時期延長，土壤有效磷含量總體上逐漸降低，CF處理的平均含量最高，M100處理最低。在葡萄各生長時期，M100處理的有效鉀含量變化幅度最小，處理間有效鉀的平均含量無顯著差異(P>0.05)。

表4 果實轉色期土壤細菌、真菌、放線菌數量Table 4 The numbers of soil bacteria, fungi and actinomycetes at turning stage (dry soil)

表5 不同時期土壤pH及有效養分含量Table 5 Soil pH and available nutrient contents at different stages

由表6可知，在葡萄成熟期，各處理土壤有機質和全磷含量間無顯著差異(P>0.05)，M100處理全氮含量最低，M50處理全鉀最低，其余處理全氮和全鉀間無顯著差異(P>0.05)。

表6 果實成熟期土壤有機質及全量養分含量Table 6 Soil organic matter and total nutrients content at mature stage (g·kg-1)

2.4 土壤酶活性

過氧化氫酶：在CF和M100處理的土壤中，過氧化氫酶活性在葡萄整個時期內無顯著變化；在M50和M75處理的土壤中，葡萄果實膨大期最高，成熟期回落。M50和M75處理過氧化氫酶的平均活性顯著高于CF和M100處理(P<0.05)。

蔗糖酶：在CF處理的土壤中，蔗糖酶活性呈凹形變化，在葡萄各生長時期均最低(花期和成熟期例外，花期與M75和M100無顯著差異，成熟期與M100相似)；在施堆肥處理的土壤中，M50處理酶活性均值最高，M75次之，M100最低，分別比CF高155.6%、109.0%、23.7%。

脲酶：平均酶活性M50≈M75>CF>M100，前三者比M100處理分別高226.7%，223.0%和77.0%；在M50和M75處理的土壤中，膨大期活性最高，之后逐漸降低；在CF處理的土壤中，脲酶活性在轉色期前緩慢上升，后期下降；在M100處理的土壤中，脲酶活性持續平穩。

酸性磷酸酶：在CF處理的土壤中，酸性磷酸酶活性呈持續下降趨勢，在果實轉色期前顯著高于施堆肥處理，轉色期后與M50處理無顯著差異；在M50、M75和M100處理的土壤中，酸性磷酸酶活性變化相似，花期及果實轉色期的活性較高，M50處理各時期酶活性高于M75和M100處理(圖2)。

圖2 土壤酶活性動態變化Fig.2 Dynamics of soil enzyme activities

3 討論

葡萄果實的糖、酸、酚類物質含量及糖酸比等是影響葡萄品質的主要因子[19]。盡管試驗處理間的葡萄產量無顯著差異，但M75處理的果粒橫徑最大，單果最重，提高了果實的外觀品質；在M75處理中，葡萄果實的可溶性固形物、可溶性糖含量及糖酸比顯著高于CF。隨著紫莖澤蘭堆肥施用比例的增加，葡萄果實VC含量升高，硝酸鹽含量下降，增強了葡萄的保健功能及食品安全性，這與前人對葡萄施用有機肥的研究結果一致[20-22]。已有的研究表明，增施有機肥可促進葡萄新梢生長，增加枝條生長量和節間長度、粗度，同時促進樹體養分積累[23-24]。由于葡萄屬于多年生植物，有機肥的長效持久效果將逐漸顯現。在本研究中，有機肥的效果首先表現為改善葡萄果實的品質，推測持續施用有機肥也可能表現出增產效應。此外，在葡萄成熟期，果實中氮、磷、鉀含量以單施化肥處理最高，處理間差異顯著，表明葡萄對化肥中的養分具有較高利用效率。成熟期各處理葉片氮、磷、鉀含量間無顯著差異，說明在葡萄發育后期，生長中心已轉移至果實，施肥處理間的主要差異表現在葡萄果實品質上。

土壤中微生物種類繁多、數量巨大，直接參與土壤與植物之間的養分轉化和活化等過程，對土壤的形成發育、物質循環和肥力演變具有重要影響[25-26]。據報道，新鮮紫莖澤蘭根、莖浸提液對土壤微生物具有生物毒性[12,27]。本試驗表明，在紫莖澤蘭堆肥配施化肥的處理中，土壤微生物生物量顯著高于常規化肥處理，說明在紫莖澤蘭堆肥過程中，有毒物質已經降解，與化肥配施可對土壤微生物生長繁殖表現出正效應，這與焦玉潔等[28]的研究結果相似。在全堆肥處理中，土壤可培養微生物數量較低，這可能與有機肥養分釋放緩慢，有效養分不足有關，而微生物數量在一定程度上與速效養分含量高低相關[29]。此外，微生物數量隨葡萄生育時期的進程呈規律性的變化，各處理微生物生物量碳、氮在果實膨大期和轉色期最高，這與土壤養分變化節律一致，表明葡萄的生長發育是調控土壤生物活動及養分變化的重要因素之一。

在作物養分供應量恒定的條件下，適當比例的有機肥和無機肥料配施不僅可以減少化肥用量，而且可以改良土壤結構，維持良好的土地生產能力[30]。葡萄園的化肥用量大，土壤酸化明顯，施用紫莖澤蘭堆肥明顯提高耕作層土壤pH，減輕酸化程度，有益于提高土壤肥力及其可持續利用能力。

土壤酶主要來源于土壤微生物代謝，參與土壤中各種化學反應和生物化學過程，是評價土壤微生物活性及肥力水平的重要標志之一[16,31-32]。在葡萄生長發育的前中期，土壤過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶活性較高，配施處理與單一施肥處理之間差異顯著，轉色期后逐漸降低，它們的活性隨葡萄生育時期的不同而變化，符合葡萄不同時期生長發育對養分的需求規律。葡萄生長前中期，過氧化氫酶活性增強，有利于土壤中有毒物質的降解及有機質的礦化[33]；蔗糖酶對增加土壤易溶性營養物質起到重要作用，其活性高低與土壤供肥能力呈顯著正相關[34]；M50和M75處理顯著提高土壤蔗糖酶活性，促進有機質礦化，增加養分供應；而單施化肥處理的蔗糖酶活性處于較低水平，不利于養分供應。脲酶催化尿素，提高氮素的生物有效性，施用尿素可以提高脲酶活性，有機肥和無機肥料配施效果最好[35]，本試驗研究結果與此一致。酸性磷酸酶活性在一定程度上受土壤有效磷的影響[36]，在單施化肥的處理中，施入土壤中的過磷酸鈣最多，有效磷含量較高，刺激了土壤微生物的生長繁殖和生命活動，磷酸酶分泌數量增加，使土壤磷酸酶活性升高；隨著土壤對磷的固定及轉色期后土壤微生物活性的降低，酸性磷酸酶活性逐漸下降。

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