核桃不同套種模式對土壤養分、微生物數量及酶活性的影響

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.廣西農業科學院農業資源與環境研究所，廣西 南寧 530007；2.巴馬瑤族自治縣自然資源局核桃產業發展中心，廣西 巴馬 547500;3.河池市林業科學研究院，廣西 河池 547015)

【研究意義】石漠化是人類面臨最嚴重的生態問題之一，也是影響我國經濟發展和人民生活的三大環境災害之一，直接威脅局部地區人類生存[1-2]。因此，石漠化綜合治理需同時兼顧經濟效益和生態效益的發展，協調動植物群落結構與土壤基本肥力恢復間的關系[3-4]。核桃(JuglansregiaL.)具有強大的根系，不僅能適應石漠化山區惡劣的生境，保護生態環境，還能產生巨大的經濟效益，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重的桂西北地區，但核桃種植周期長、投入多、見效慢，容易導致種植戶失去信心，進而影響核桃產業的健康發展。已有研究表明，科學的種植模式和種植制度可合理利用土壤養分，提高土地利用率，改善土壤微生物區系，增強土壤酶活性，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分、微生物數量及酶活性的影響，對石漠化地區的生態恢復及核桃產業的可持續發展具有重要意義。【前人研究進展】周楷玲等[8]研究顯示，農地轉變為核桃林及核桃林下復合種植可在一定程度上提高土壤的物理性質綜合值、養分綜合值、生物特性綜合值和土壤肥力綜合值。農林復合模式可通過物種間的互補性提高植物產量和資源利用效率，發揮緩解農林爭地矛盾和提高綜合效益的作用[11]。李廷強等[12]研究認為，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物質，促進根際微生物增多，進而增強根際土壤酶活性。郭菁[13]研究發現，茶葉、核桃和桃等3種農林復合經營模式均能很好地提高石漠化地區的土壤肥力，顯著提高其土壤的全氮、堿解氮和有機質含量。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。楊志訓等[15]研究發現，核桃套種作物能促進核桃幼樹生長、充分利用土壤資源以提高經濟效益。可見，核桃套種作物可填補核桃幼林期不能產生經濟效益的空白，同時兼顧石漠化地區生態穩定和恢復。【本研究切入點】目前，關于在喀斯特特殊生境進行核桃套種當地常見作物對核桃林土壤養地效果影響的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】在典型的石漠化地區廣西河池市巴馬縣核桃幼林套種當地常見作物，分析不同核桃套種模式對其林下土壤養分、微生物數量和酶活性的影響，以期為石漠化地區的生態治理和核桃產業的可持續發展提供理論依據。

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(東經107°.05′，北緯24°02′，海拔594.6 m)進行，該地氣候為亞熱帶季風氣候。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分含量見表1。

1.2 試驗設計

設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，共18個小區，每小區面積40 m2，隨機區組排列。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。套種期間作物的施肥、追肥、除草和除蟲等措施按照常規統一進行管理。

表1 套種作物前核桃林地的土壤養分含量

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤養分含量測定 參照鮑士旦[16]的方法測定土壤養分含量：堿解氮含量采用堿解—擴散法測定，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，有機質含量采用重鉻酸甲外加熱法測定。

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

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 統計分析

試驗數據采用SPSS 20.0進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，以Duncan’s新復極差法進行多重比較；采用Pearson相關系數評價土壤養分含量、微生物數量和酶活性間的相關性。

2 結果與分析

2.1 土壤養分含量

觀察發現，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質含量均高于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。可見，核桃與不同作物的套種模式均能在一定程度上提高土壤速效養分和有機質含量，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菌數均高于CK，其中核桃/黃豆處理的土壤細菌數最高(57.54×105CFU/g)，較CK提高40.24 %，核桃/火麻和核桃/花生處理林地的細菌數較高，但各處理間均無顯著差異；核桃套種處理林地的真菌數均高于CK，其中核桃/花生處理的真菌數最高(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；在放線菌數方面，核桃/黃豆處理林地的放線菌數最高(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。可見，除核桃/玉米和核桃/火麻處理林地的放線菌數外，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作用。

表2 不同套種處理核桃林地的土壤養分含量比較

表3 不同套種處理核桃林地的土壤微生物數量比較

2.3 土壤酶活性分析

單因素方差分析結果(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作用；與對林下微生物增殖數量的促進作用相比，核桃套種作物對土壤酶活性的促進作用更明顯。

2.4 土壤養分、微生物數量和酶活性的相關分析

相關分析結果(表5)表明，3種土壤酶活性與土壤堿解氮含量均呈正相關，但未達顯著水平；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(P<0.01，下同)，與有效磷含量呈顯著正相關；脲酶活性與有效磷含量和纖維素酶活性呈顯著正相關，與細菌數和放線菌數呈顯著負相關；纖維素酶活性與速效鉀和有機質含量呈顯著正相關；放線菌數與細菌數呈極顯著正相關；pH與速效鉀含量呈極顯著正相關，與有機質含量呈顯著正相關。可見，土壤酶活性與土壤速效養分含量間具有相互促進作用，進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分含量，促進土壤微生物增殖，明顯增強土壤酶活性。

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，可實現水、溫、土、肥和空間的高效合理利用及生態、經濟和社會綜合效益最大化[22]。土壤養分可滿足植物生長發育需求，其含量是評價土壤肥力的重要指標[23]。一般情況下，土壤養分含量增加與肥料使用量增加有關，而套種作物會消耗土壤養分，同時作物根系對土壤養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分含量的因素較多。已有研究認為，復合種植可提高土壤養分含量[24-25]，但也有研究認為復合種植導致土壤有效養分含量降低[2，26]。本研究結果表明，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分含量均高于CK，與王會利等[24]、李尚瑋等[25]的研究結果相似。本研究中，核桃套種作物后土壤養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分流失，但在核桃套種玉米的生產中，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，與黃東風等[27]研究發現茶園套種牧草后土壤pH高于CK的結果吻合。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 土壤養分、微生物活性和酶活性的相關分析結果

作為土壤的重要組成部分，土壤微生物參與土壤中物質的分解和轉化，對土壤肥力形成及其在植物營養轉化中發揮積極作用。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境，促使微生物數量增加。本研究中，核桃套種不同作物林地的有機質含量均高于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速率，其活性高低直接反映土壤養分轉化的強弱[29-32]。本研究發現，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]研究總結出輪間作系統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量和活性而增加有益微生物的數量和活性，進而提高土壤酶活性的結論一致；除核桃/玉米和核桃/火麻套種模式的土壤放線菌數外，其他核桃套種作物模式的土壤微生物數均高于CK，表明核桃與作物套種總體上均能促進林地土壤微生物增殖。

土壤理化性質、微生物特性和酶活性常被看作土壤生態群落的重要組成部分，且其相互間存在顯著的相關性，土壤養分提高可促進酶活性增強，而酶活性提高反過來加快有機質分解，從而提高土壤酶活性[35]。本研究結果與白世紅等[31]的研究結果相似，土壤酶活性與土壤氮、磷、鉀的有效態含量均呈正相關，也與邱莉萍等[36]研究認為土壤酶參與有機質分解和腐殖質形成，催化土壤中的生物化學反應，影響土壤養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分含量、微生物數量和酶活性的影響，所套種作物對核桃樹營養吸收及其生長發育的影響程度有待進一步探究。

4 結 論

在石漠化地區河池市巴馬縣，核桃套種作物能在一定程度上提高林地土壤的速效養分含量，促進土壤微生物增殖，明顯增強土壤酶活性。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、速效鉀和有機質含量的效果最佳，核桃/黃豆、核桃/花生和核桃/黃豆套種模式的細菌、真菌和放線菌數最高，在生產中可根據核桃園的實際土壤狀況選擇適宜的作物進行套種。