核桃不同套種模式對土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量及酶活性的影響

曾成城，秦 芳*，蘇利榮，李 琴，蘇天明，何鐵光，俞月鳳，黃嘉誠，謝代祖

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007；2.巴馬瑤族自治縣自然資源局核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，廣西 巴馬 547500;3.河池市林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 河池 547015)

【研究意義】石漠化是人類面臨最嚴(yán)重的生態(tài)問題之一，也是影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的三大環(huán)境災(zāi)害之一，直接威脅局部地區(qū)人類生存[1-2]。因此，石漠化綜合治理需同時兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的發(fā)展，協(xié)調(diào)動植物群落結(jié)構(gòu)與土壤基本肥力恢復(fù)間的關(guān)系[3-4]。核桃(JuglansregiaL.)具有強(qiáng)大的根系，不僅能適應(yīng)石漠化山區(qū)惡劣的生境，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，有鐵桿莊稼的美譽[5]。目前廣西核桃種植面積約20萬hm2，主要集中在石漠化嚴(yán)重的桂西北地區(qū)，但核桃種植周期長、投入多、見效慢，容易導(dǎo)致種植戶失去信心，進(jìn)而影響核桃產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。已有研究表明，科學(xué)的種植模式和種植制度可合理利用土壤養(yǎng)分，提高土地利用率，改善土壤微生物區(qū)系，增強(qiáng)土壤酶活性，減少病蟲為害，能更有效地防治水土流失[6-10]。因此，分析核桃不同套種模式對土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量及酶活性的影響，對石漠化地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)及核桃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】周楷玲等[8]研究顯示，農(nóng)地轉(zhuǎn)變?yōu)楹颂伊旨昂颂伊窒聫?fù)合種植可在一定程度上提高土壤的物理性質(zhì)綜合值、養(yǎng)分綜合值、生物特性綜合值和土壤肥力綜合值。農(nóng)林復(fù)合模式可通過物種間的互補性提高植物產(chǎn)量和資源利用效率，發(fā)揮緩解農(nóng)林爭地矛盾和提高綜合效益的作用[11]。李廷強(qiáng)等[12]研究認(rèn)為，在植物的參與下，土壤微生物從根系分泌物中獲取更多營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)根際微生物增多，進(jìn)而增強(qiáng)根際土壤酶活性。郭菁[13]研究發(fā)現(xiàn)，茶葉、核桃和桃等3種農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營模式均能很好地提高石漠化地區(qū)的土壤肥力，顯著提高其土壤的全氮、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量。陳彧等[14]研究顯示，套種菠蘿的降香黃檀林土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶活性分別比未套種土壤顯著提高1.52、1.69、1.13和1.60倍。楊志訓(xùn)等[15]研究發(fā)現(xiàn)，核桃套種作物能促進(jìn)核桃幼樹生長、充分利用土壤資源以提高經(jīng)濟(jì)效益?？梢?，核桃套種作物可填補核桃幼林期不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的空白，同時兼顧石漠化地區(qū)生態(tài)穩(wěn)定和恢復(fù)?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關(guān)于在喀斯特特殊生境進(jìn)行核桃套種當(dāng)?shù)爻Ｒ娮魑飳颂伊滞寥鲤B(yǎng)地效果影響的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在典型的石漠化地區(qū)廣西河池市巴馬縣核桃幼林套種當(dāng)?shù)爻Ｒ娮魑铮治霾煌颂姨追N模式對其林下土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性的影響，以期為石漠化地區(qū)的生態(tài)治理和核桃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在廣西河池市巴馬縣東山鄉(xiāng)(東經(jīng)107°.05′，北緯24°02′，海拔594.6 m)進(jìn)行，該地氣候為亞熱帶季風(fēng)氣候。核桃樹均為云新14號，株行距為5.0 m×5.0 m，2015年種植。2018年套種時核桃樹平均株高約2.0 m，冠幅約2.4 m×2.4 m，林地套種作物前的土壤養(yǎng)分含量見表1。

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)6個處理，分別為核桃樹單種(CK)及核桃與紅薯、玉米、火麻、黃豆和花生套種(分別以核桃/紅薯、核桃/玉米、核桃/火麻、核桃/黃豆和核桃/花生表示)，套種的作物與核桃樹樹桿間相隔約0.5 m。每處理3次重復(fù)，共18個小區(qū)，每小區(qū)面積40 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。于2018年4月10日開始套種，在套種前和作物收獲日用五點法分別采集核桃林0～20 cm土層的土壤樣品，用聚乙烯自封袋帶回實驗室測定土壤基本理化性質(zhì)。套種期間作物的施肥、追肥、除草和除蟲等措施按照常規(guī)統(tǒng)一進(jìn)行管理。

表1 套種作物前核桃林地的土壤養(yǎng)分含量

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分含量測定 參照鮑士旦[16]的方法測定土壤養(yǎng)分含量：堿解氮含量采用堿解—擴(kuò)散法測定，有效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用原子吸收光譜儀測定，pH以電位計法(土∶水=1.0∶2.5)測定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸甲外加熱法測定。

1.3.2 土壤微生物數(shù)量測定 參照趙斌等[17]的方法測定土壤微生物數(shù)量：分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)法培養(yǎng)土壤細(xì)菌、改良高氏一號合成培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌和馬丁培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌后，以稀釋平板法測定其數(shù)量。

1.3.3 土壤酶活性測定 參照林先貴[18]的方法測定土壤酶活性：采用羧甲基纖維素鈉法測定纖維素酶活性，采用對硝基苯磷酸二鈉比色法測定酸性磷酸酶活性，采用苯酚鈉比色法測定脲酶活性。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，以Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較；采用Pearson相關(guān)系數(shù)評價土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量

觀察發(fā)現(xiàn)，在整個試驗過程中，所有套種的作物均存活且長勢良好。由表2可知，核桃/黃豆處理和核桃/紅薯處理林地土壤的堿解氮含量分別為168.55和159.30 mg/kg，二者間無顯著差異(P>0.05，下同)，但分別顯著高于CK 19.92 %和13.34 %(P<0.05，下同)，核桃/火麻處理和核桃/花生處理林地土壤的堿解氮含量也高于CK，核桃/玉米處理林地土壤的堿解氮含量低于CK，但差異均不顯著。各套種處理林地土壤的有效磷含量均高于CK，其中，核桃/紅薯處理林地土壤的有效磷含量最高(69.55 mg/kg)，且顯著高于CK 63.45 %，其他套種處理間及與CK間差異不顯著。各套種處理林地土壤的速效鉀含量均明顯高于CK，其中，核桃/玉米處理林地土壤的速效鉀含量最高(214.45 mg/kg)，且顯著高于CK 102.98 %及其他處理；核桃/黃豆處理林地土壤的速效鉀含量較高，且顯著高于除核桃/玉米和核桃/紅薯處理外的其他處理。各套種處理林地土壤的有機(jī)質(zhì)含量均高于CK，其中以核桃/花生處理的最高(23.95 g/kg)，較CK提高14.32 %，但各處理間差異不顯著。除核桃/花生處理外，其余處理林地土壤的pH均高于CK，但差異不顯著，而核桃/花生處理林地土壤的pH雖低于CK，但差異不顯著?？梢姡颂遗c不同作物的套種模式均能在一定程度上提高土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，其中核桃/黃豆、核桃/紅薯和核桃/玉米套種模式分別對提高核桃林地土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量的效果更佳。

2.2 土壤微生物數(shù)量的變化情況

從表3可看出，不同核桃套種模式林地的土壤細(xì)菌數(shù)均高于CK，其中核桃/黃豆處理的土壤細(xì)菌數(shù)最高(57.54×105CFU/g)，較CK提高40.24 %，核桃/火麻和核桃/花生處理林地的細(xì)菌數(shù)較高，但各處理間均無顯著差異；核桃套種處理林地的真菌數(shù)均高于CK，其中核桃/花生處理的真菌數(shù)最高(39.06×103CFU/g)，核桃/紅薯處理次之(37.04×103CFU/g)，二者間差異不顯著，但分別顯著高于CK 100.00 %和89.66 %及其余處理；在放線菌數(shù)方面，核桃/黃豆處理林地的放線菌數(shù)最高(10.25×105CFU/g)，核桃/花生處理次之(9.85×105CFU/g)，分別較CK提高42.16 %和36.62 %，但差異不顯著，而核桃/玉米和核桃/火麻處理明顯低于CK，但三者間差異不顯著?？梢?，除核桃/玉米和核桃/火麻處理林地的放線菌數(shù)外，其他核桃套種作物模式對林地土壤微生物增殖均有一定促進(jìn)作用。

表2 不同套種處理核桃林地的土壤養(yǎng)分含量比較

表3 不同套種處理核桃林地的土壤微生物數(shù)量比較

2.3 土壤酶活性分析

單因素方差分析結(jié)果(表4)顯示，核桃套種作物林地的土壤纖維素酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均明顯高于CK。其中，各核桃套種處理林地的土壤纖維素酶活性均顯著高于CK，尤其以核桃/玉米處理的更高(5.89 U/g)，較CK提高118.15 %；核桃/紅薯處理林地的土壤脲酶活性最高[1.30 mg/(g·d)]，顯著高于CK 21.50 %；各核桃套種處理林地的土壤酸性磷酸酶活性均顯著高于CK，各套種處理間也存在顯著差異，尤其以核桃/玉米處理最高[106.12 mg/(kg·h)]，較CK提高137.94 %。說明核桃套種作物模式對其林下土壤酶活性具有較明顯的促進(jìn)作用；與對林下微生物增殖數(shù)量的促進(jìn)作用相比，核桃套種作物對土壤酶活性的促進(jìn)作用更明顯。

2.4 土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性的相關(guān)分析

相關(guān)分析結(jié)果(表5)表明，3種土壤酶活性與土壤堿解氮含量均呈正相關(guān)，但未達(dá)顯著水平；土壤酸性磷酸酶活性與速效鉀含量、pH、纖維素酶活性和脲酶活性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01，下同)，與有效磷含量呈顯著正相關(guān)；脲酶活性與有效磷含量和纖維素酶活性呈顯著正相關(guān)，與細(xì)菌數(shù)和放線菌數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；纖維素酶活性與速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)；放線菌數(shù)與細(xì)菌數(shù)呈極顯著正相關(guān)；pH與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。可見，土壤酶活性與土壤速效養(yǎng)分含量間具有相互促進(jìn)作用，進(jìn)一步說明核桃通過套種作物可在一定程度上提高林地土壤的速效養(yǎng)分含量，促進(jìn)土壤微生物增殖，明顯增強(qiáng)土壤酶活性。

3 討 論

作物的葉片、根和莖可有效減弱雨滴對其生長土壤表面的打擊和擾動，增加地表入滲，減弱地表徑流沖刷[19-21]，因此，林糧套作通過高效利用幼林行間、株間的空隙，可實現(xiàn)水、溫、土、肥和空間的高效合理利用及生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會綜合效益最大化[22]。土壤養(yǎng)分可滿足植物生長發(fā)育需求，其含量是評價土壤肥力的重要指標(biāo)[23]。一般情況下，土壤養(yǎng)分含量增加與肥料使用量增加有關(guān)，而套種作物會消耗土壤養(yǎng)分，同時作物根系對土壤養(yǎng)分具有一定活化作用，因此，影響核桃套種作物林地土壤速效養(yǎng)分含量的因素較多。已有研究認(rèn)為，復(fù)合種植可提高土壤養(yǎng)分含量[24-25]，但也有研究認(rèn)為復(fù)合種植導(dǎo)致土壤有效養(yǎng)分含量降低[2，26]。本研究結(jié)果表明，核桃/玉米套種模式的土壤堿解氮含量低于CK，但差異不顯著，其余核桃套種模式的土壤養(yǎng)分含量均高于CK，與王會利等[24]、李尚瑋等[25]的研究結(jié)果相似。本研究中，核桃套種作物后土壤養(yǎng)分含量總體上均高于CK(核桃/玉米套種模式的土壤堿解氮含量除外)，說明核桃套種作物總體上未引起土壤養(yǎng)分流失，但在核桃套種玉米的生產(chǎn)中，需注意增施氮肥；除核桃/花生套種模式外，核桃套種其他作物均可提高土壤的pH，與黃東風(fēng)等[27]研究發(fā)現(xiàn)茶園套種牧草后土壤pH高于CK的結(jié)果吻合。此外，核桃/黃豆套種模式林地的土壤堿解氮含量最高，表明該模式最能發(fā)揮豆科植物的固氮作用。

表4 不同套種處理核桃林地的土壤酶活性比較

表5 土壤養(yǎng)分、微生物活性和酶活性的相關(guān)分析結(jié)果

作為土壤的重要組成部分，土壤微生物參與土壤中物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，對土壤肥力形成及其在植物營養(yǎng)轉(zhuǎn)化中發(fā)揮積極作用。范玉貞[28]研究顯示，所套種作物伸展生長的枝葉或藤蔓自然覆蓋裸露地面，不僅可降低土壤溫度，還可緩和暴風(fēng)雨對土壤的直接侵蝕，減少水、土、肥的流失，同時為微生物的繁殖與活動提供適宜環(huán)境，促使微生物數(shù)量增加。本研究中，核桃套種不同作物林地的有機(jī)質(zhì)含量均高于CK，有利于微生物生存和增殖，與范玉貞[28]的研究結(jié)果相似。土壤纖維素酶、脲酶和磷酸酶等土壤酶主要來自土壤微生物和動物及植物根系的分泌物，是土壤中重要的催化劑，能加速土壤生化反應(yīng)速率，其活性高低直接反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的強(qiáng)弱[29-32]。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，核桃套種作物模式的土壤纖維素酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均有所提高，與吳鳳芝等[33]、Xuan等[34]研究總結(jié)出輪間作系統(tǒng)通過維持土壤微生物群落多樣性和活動，可抑制單一作物栽培中有害微生物的數(shù)量和活性而增加有益微生物的數(shù)量和活性，進(jìn)而提高土壤酶活性的結(jié)論一致；除核桃/玉米和核桃/火麻套種模式的土壤放線菌數(shù)外，其他核桃套種作物模式的土壤微生物數(shù)均高于CK，表明核桃與作物套種總體上均能促進(jìn)林地土壤微生物增殖。

土壤理化性質(zhì)、微生物特性和酶活性常被看作土壤生態(tài)群落的重要組成部分，且其相互間存在顯著的相關(guān)性，土壤養(yǎng)分提高可促進(jìn)酶活性增強(qiáng)，而酶活性提高反過來加快有機(jī)質(zhì)分解，從而提高土壤酶活性[35]。本研究結(jié)果與白世紅等[31]的研究結(jié)果相似，土壤酶活性與土壤氮、磷、鉀的有效態(tài)含量均呈正相關(guān)，也與邱莉萍等[36]研究認(rèn)為土壤酶參與有機(jī)質(zhì)分解和腐殖質(zhì)形成，催化土壤中的生物化學(xué)反應(yīng)，影響土壤養(yǎng)分形成和積累的觀點一致。本研究僅分析核桃不同套種模式對其林地土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性的影響，所套種作物對核桃樹營養(yǎng)吸收及其生長發(fā)育的影響程度有待進(jìn)一步探究。

4 結(jié) 論

在石漠化地區(qū)河池市巴馬縣，核桃套種作物能在一定程度上提高林地土壤的速效養(yǎng)分含量，促進(jìn)土壤微生物增殖，明顯增強(qiáng)土壤酶活性。其中，核桃/黃豆、核桃/紅薯、核桃/玉米和核桃/花生套種模式分別對提高核桃林地堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量的效果最佳，核桃/黃豆、核桃/花生和核桃/黃豆套種模式的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)最高，在生產(chǎn)中可根據(jù)核桃園的實際土壤狀況選擇適宜的作物進(jìn)行套種。