棉花—孜然間作模式對土壤微生物數量及酶活性的影響

謝利　王燕芳　馬超　吳瑛

摘要：采用棉花單作、孜然單作、棉花和孜然間作3種種植模式，研究其土壤微生物數量和土壤酶活性的變化。結果表明，間作與棉花單作相比，土壤細菌、放線菌、真菌數量及脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶活性顯著降低，間作不能有效調節土壤的微生物區系，不能很好地改善棉田的土壤環境。

關鍵詞：棉花；孜然；間作；土壤；微生物；酶活性

中圖分類號： S562.04 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0103-02

間套作是農作物時間生態位和空間生態位互補擴大的集約種植方式，生態位分離是間套作優勢產生的主要生態機制，是2種作物充分利用地上部光熱和地下部水土資源，實現資源最大限度的利用，從而在單位面積上獲得更高的產量[1-2]。目前，有關棉花高產栽培技術及間作套種對生態條件的改善等研究較多[3-4]。棉花-孜然間作是新疆維吾爾自治區南疆地區廣泛應用的一種種植模式[5]，而該種植模式對土壤生態的影響迄今未見報道。本試驗對棉花與孜然不同種植方式下的微生物群落數量和土壤酶活性進行研究，以探索土壤生態環境的變化，為篩選棉花最佳的種植模式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在新疆維吾爾自治區阿拉爾市12團農田內，該地區屬于暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，年均氣溫10.7 ℃，極端最高氣溫35 ℃，極端最低氣溫-28 ℃；年均太陽輻射為133.7～146.3 kcal/cm2，年均日照時間為2 556.3～2 991.8 h；雨量稀少，冬季少雪，地表蒸發強烈，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發量為1 876.6～2 558.9 mm；試驗地為單作棉花種植地，沙質壤土，土層深度為10～30 cm，有機質含量為13.76 g/kg，速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為65.41、15.23、82.33 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試棉花品種為新陸早13號，孜然為農田主自留種。

1.3 試驗方法

試驗在大田條件下進行，設棉花單作、孜然單作和棉花間作孜然3個種植模式。單作棉花采用窄膜1膜3行模式，膜上株行距為25 cm×25 cm，交接行行距為55～60 cm；單作孜然株行距為30 cm×10 cm；棉花間作孜然是在單作棉花的交接行中間種植2行孜然，株行距為30 cm×10 cm。生長期間管理同常規；當年6月，采用5點取樣法用土鉆取根際土，鉆取深度為20 cm；將土樣合并，裝袋封口并做好標簽；研磨，過2 mm篩，一部分裝袋放入4 ℃冰箱中保存，用于測定土壤微生物數量，另一部分自然風干，用于測定土壤酶活性。

1.4 測定內容和方法

土壤微生物數量用平板涂抹法測定，細菌、真菌、放線菌分別用牛肉膏蛋白胨培養基、馬丁氏培養基、改良的高氏1號培養基[6]培養；土壤脲酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、蛋白酶分別采用靛酚藍比色法、鄰苯三酚比色法、高錳酸鉀滴定法、3，5-二硝基水楊酸比色法、茚三酮比色法測定[7]。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式對土壤微生物的影響

土壤微生物參與多種生化反應，對土壤環境結構的形成和改良等起著十分重要的作用。由表1可見，棉花和孜然間作，其土壤微生物數量比單作孜然有所增加，細菌、真菌、放線菌分別增加了50.1%、6.2%、29.9%，且細菌和放線菌數量差異達到顯著水平；棉花和孜然間作與棉花單作相比，間作地塊的土壤細菌、真菌、放線菌數量分別比孜然單作降低了24.4%、17.6%、14.3%，且差異顯著。有研究表明，當土壤中真菌數量及其組成比例提高時，會增加土傳病害的發生，而細菌和放線菌數量及其組成比例增加時，土傳病害發生概率則會下降[8]。因此，棉花和孜然間作不能很好地改善土壤環境。

2.2 不同種植模式對土壤酶活性的影響

土壤酶主要來自微生物和根系的分泌物，反映土壤有機質的分解和轉化情況，是評價土壤肥力水平的重要指標。由表2可見，與棉花單作和孜然單作相比，棉花和孜然間作的土壤酶活性均有不同程度的降低和升高；間作的脲酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和蛋白酶活性比棉花單作分別降低了20.4%、3.1%、16.9%、41.0%、7.9%，且脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性差異達到顯著水平；與孜然單作相比，間作土壤除過氧化氫酶活性降低了12.3%，脲酶、過氧化物酶、蔗糖酶、蛋白酶活性分別增加了22.7%、45.2%、37.1%、385.1%，差異均達到顯著水平。可見棉花和孜然間作不利于棉花的生長。

2.3 不同種植模式土壤微生物數量與酶活性的相關性分析

由表3可見，土壤酶活性與微生物數量呈正相關關系，相關性大小表現為： 脲酶>蔗糖酶>蛋白酶>過氧化物酶>過氧化氫酶；過氧化氫酶與微生物數量未達到顯著相關水平，脲酶、蔗糖酶與微生物數量達到極顯著相關水平；過氧化物酶、蛋白酶與真菌數量達到顯著相關水平，與細菌、放線菌數量達到極顯著相關水平。

3 結論與討論

大多數作物都存在化感物質的他感和自毒作用，其中自毒作用是作物產生連作障礙的主要原因之一[9-11]。根系分泌物積累會產生化感抑制作用，導致土壤微生物數量下降，群落功能多樣性被破壞，土壤酶活性降低，土壤生態環境惡化，從而抑制植物的生長，表現為葉綠素含量、酶活性下降，MDA含量、細胞膜透性增加，植物的抗病性降低[12]。植物一般不會無緣無故地產生根系分泌物[13]，但由于生境的異質性，植物將時常面對各種逆境，既有來自自身資源的爭奪，又有其他生物的侵擾，通過物理手段提高植物抗逆性的能力大為下降，化學方法上升為主要手段[14]。植物釋放的化感物質不僅可以通過根系分泌，還有莖葉揮發如萜類、雨露淋洗和植物殘體腐解等[15-18]，當化感物質積累到一定濃度，就會對不同植物生長代謝表現為低促高抑的現象[16]，同時也在土壤環境中得以體現。

棉花單作和孜然單作的土壤環境簡單，植物只面對自身種群內資源的競爭。棉花和孜然間作，土壤環境變復雜，植物不僅要面對種內資源競爭，還要面對種外生物的侵擾。此時，植物一方面通過地上部分產生的化感物質作用于同種或異種植物來影響其生長發育；另一方面，則通過根系分泌物來影響根際微生物的種類和數量，進而改變土壤酶活性來改善土壤的理化性質，并對其他植物種子或根系產生影響以改善自身的生存條件。孜然是一種具有特殊氣味的植物，具有抑菌性[19]，其含有的大量醛、萜類物質[20]均屬于化感物質，經過莖葉揮發、雨露淋洗及根系分泌物釋放，可造成化感物質的大量積累，從而抑制土壤微生物的生長，對棉花產生化感作用，使土壤酶活性降低，影響棉花的正常生長發育，而棉花產生的化感物質濃度較低，促進了孜然土壤微生物種群的生長，使土壤酶活性升高。棉花和孜然間作，棉花對孜然的化感作用表現為低濃度促進，孜然對棉花則表現為高濃度抑制且影響更大，使土壤整體酶活性下降，微生物數量降低，棉花和孜然間作不能有效改善土壤的環境質量，這與前人研究結論[21]有所不同。需指出的是，本試驗僅針對土壤環境進行了部分研究，將來還應對棉花和孜然間作所獲得的作物品質和產量開展進一步研究，綜合其微觀環境與宏觀產量，為棉花種植篩選出最佳模式提供理論依據。

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