核桃不同套种模式对土壤养分、微生物数量及酶活性的影响

曾成城，秦 芳*，苏利荣，李 琴，苏天明，何铁光，俞月凤，黄嘉诚，谢代祖

(1.广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007；2.巴马瑶族自治县自然资源局核桃产业发展中心，广西 巴马 547500;3.河池市林业科学研究院，广西 河池 547015)

【研究意义】石漠化是人类面临最严重的生态问题之一，也是影响我国经济发展和人民生活的三大环境灾害之一，直接威胁局部地区人类生存[1-2]。因此，石漠化综合治理需同时兼顾经济效益和生态效益的发展，协调动植物群落结构与土壤基本肥力恢复间的关系[3-4]。核桃(JuglansregiaL.)具有强大的根系，不仅能适应石漠化山区恶劣的生境，保护生态环境，还能产生巨大的经济效益，有铁杆庄稼的美誉[5]。目前广西核桃种植面积约20万hm2，主要集中在石漠化严重的桂西北地区，但核桃种植周期长、投入多、见效慢，容易导致种植户失去信心，进而影响核桃产业的健康发展。已有研究表明，科学的种植模式和种植制度可合理利用土壤养分，提高土地利用率，改善土壤微生物区系，增强土壤酶活性，减少病虫为害，能更有效地防治水土流失[6-10]。因此，分析核桃不同套种模式对土壤养分、微生物数量及酶活性的影响，对石漠化地区的生态恢复及核桃产业的可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】周楷玲等[8]研究显示，农地转变为核桃林及核桃林下复合种植可在一定程度上提高土壤的物理性质综合值、养分综合值、生物特性综合值和土壤肥力综合值。农林复合模式可通过物种间的互补性提高植物产量和资源利用效率，发挥缓解农林争地矛盾和提高综合效益的作用[11]。李廷强等[12]研究认为，在植物的参与下，土壤微生物从根系分泌物中获取更多营养物质，促进根际微生物增多，进而增强根际土壤酶活性。郭菁[13]研究发现，茶叶、核桃和桃等3种农林复合经营模式均能很好地提高石漠化地区的土壤肥力，显著提高其土壤的全氮、碱解氮和有机质含量。陈彧等[14]研究显示，套种菠萝的降香黄檀林土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶活性分别比未套种土壤显著提高1.52、1.69、1.13和1.60倍。杨志训等[15]研究发现，核桃套种作物能促进核桃幼树生长、充分利用土壤资源以提高经济效益。可见，核桃套种作物可填补核桃幼林期不能产生经济效益的空白，同时兼顾石漠化地区生态稳定和恢复。【本研究切入点】目前，关于在喀斯特特殊生境进行核桃套种当地常见作物对核桃林土壤养地效果影响的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】在典型的石漠化地区广西河池市巴马县核桃幼林套种当地常见作物，分析不同核桃套种模式对其林下土壤养分、微生物数量和酶活性的影响，以期为石漠化地区的生态治理和核桃产业的可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在广西河池市巴马县东山乡(东经107°.05′，北纬24°02′，海拔594.6 m)进行，该地气候为亚热带季风气候。核桃树均为云新14号，株行距为5.0 m×5.0 m，2015年种植。2018年套种时核桃树平均株高约2.0 m，冠幅约2.4 m×2.4 m，林地套种作物前的土壤养分含量见表1。

1.2 试验设计

设6个处理，分别为核桃树单种(CK)及核桃与红薯、玉米、火麻、黄豆和花生套种(分别以核桃/红薯、核桃/玉米、核桃/火麻、核桃/黄豆和核桃/花生表示)，套种的作物与核桃树树杆间相隔约0.5 m。每处理3次重复，共18个小区，每小区面积40 m2，随机区组排列。于2018年4月10日开始套种，在套种前和作物收获日用五点法分别采集核桃林0～20 cm土层的土壤样品，用聚乙烯自封袋带回实验室测定土壤基本理化性质。套种期间作物的施肥、追肥、除草和除虫等措施按照常规统一进行管理。

表1 套种作物前核桃林地的土壤养分含量

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤养分含量测定 参照鲍士旦[16]的方法测定土壤养分含量：碱解氮含量采用碱解—扩散法测定，有效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用原子吸收光谱仪测定，pH以电位计法(土∶水=1.0∶2.5)测定，有机质含量采用重铬酸甲外加热法测定。

1.3.2 土壤微生物数量测定 参照赵斌等[17]的方法测定土壤微生物数量：分别采用牛肉膏蛋白胨培养法培养土壤细菌、改良高氏一号合成培养基培养放线菌和马丁培养基培养真菌后，以稀释平板法测定其数量。

1.3.3 土壤酶活性测定 参照林先贵[18]的方法测定土壤酶活性：采用羧甲基纤维素钠法测定纤维素酶活性，采用对硝基苯磷酸二钠比色法测定酸性磷酸酶活性，采用苯酚钠比色法测定脲酶活性。

1.4 统计分析

试验数据采用SPSS 20.0进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，以Duncan’s新复极差法进行多重比较；采用Pearson相关系数评价土壤养分含量、微生物数量和酶活性间的相关性。

2 结果与分析

2.1 土壤养分含量

观察发现，在整个试验过程中，所有套种的作物均存活且长势良好。由表2可知，核桃/黄豆处理和核桃/红薯处理林地土壤的碱解氮含量分别为168.55和159.30 mg/kg，二者间无显著差异(P>0.05，下同)，但分别显著高于CK 19.92 %和13.34 %(P<0.05，下同)，核桃/火麻处理和核桃/花生处理林地土壤的碱解氮含量也高于CK，核桃/玉米处理林地土壤的碱解氮含量低于CK，但差异均不显著。各套种处理林地土壤的有效磷含量均高于CK，其中，核桃/红薯处理林地土壤的有效磷含量最高(69.55 mg/kg)，且显著高于CK 63.45 %，其他套种处理间及与CK间差异不显著。各套种处理林地土壤的速效钾含量均明显高于CK，其中，核桃/玉米处理林地土壤的速效钾含量最高(214.45 mg/kg)，且显著高于CK 102.98 %及其他处理；核桃/黄豆处理林地土壤的速效钾含量较高，且显著高于除核桃/玉米和核桃/红薯处理外的其他处理。各套种处理林地土壤的有机质含量均高于CK，其中以核桃/花生处理的最高(23.95 g/kg)，较CK提高14.32 %，但各处理间差异不显著。除核桃/花生处理外，其余处理林地土壤的pH均高于CK，但差异不显著，而核桃/花生处理林地土壤的pH虽低于CK，但差异不显著。可见，核桃与不同作物的套种模式均能在一定程度上提高土壤速效养分和有机质含量，其中核桃/黄豆、核桃/红薯和核桃/玉米套种模式分别对提高核桃林地土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的效果更佳。

2.2 土壤微生物数量的变化情况

从表3可看出，不同核桃套种模式林地的土壤细菌数均高于CK，其中核桃/黄豆处理的土壤细菌数最高(57.54×105CFU/g)，较CK提高40.24 %，核桃/火麻和核桃/花生处理林地的细菌数较高，但各处理间均无显著差异；核桃套种处理林地的真菌数均高于CK，其中核桃/花生处理的真菌数最高(39.06×103CFU/g)，核桃/红薯处理次之(37.04×103CFU/g)，二者间差异不显著，但分别显著高于CK 100.00 %和89.66 %及其余处理；在放线菌数方面，核桃/黄豆处理林地的放线菌数最高(10.25×105CFU/g)，核桃/花生处理次之(9.85×105CFU/g)，分别较CK提高42.16 %和36.62 %，但差异不显著，而核桃/玉米和核桃/火麻处理明显低于CK，但三者间差异不显著。可见，除核桃/玉米和核桃/火麻处理林地的放线菌数外，其他核桃套种作物模式对林地土壤微生物增殖均有一定促进作用。

表2 不同套种处理核桃林地的土壤养分含量比较

表3 不同套种处理核桃林地的土壤微生物数量比较

2.3 土壤酶活性分析

单因素方差分析结果(表4)显示，核桃套种作物林地的土壤纤维素酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均明显高于CK。其中，各核桃套种处理林地的土壤纤维素酶活性均显著高于CK，尤其以核桃/玉米处理的更高(5.89 U/g)，较CK提高118.15 %；核桃/红薯处理林地的土壤脲酶活性最高[1.30 mg/(g·d)]，显著高于CK 21.50 %；各核桃套种处理林地的土壤酸性磷酸酶活性均显著高于CK，各套种处理间也存在显著差异，尤其以核桃/玉米处理最高[106.12 mg/(kg·h)]，较CK提高137.94 %。说明核桃套种作物模式对其林下土壤酶活性具有较明显的促进作用；与对林下微生物增殖数量的促进作用相比，核桃套种作物对土壤酶活性的促进作用更明显。

2.4 土壤养分、微生物数量和酶活性的相关分析

相关分析结果(表5)表明，3种土壤酶活性与土壤碱解氮含量均呈正相关，但未达显著水平；土壤酸性磷酸酶活性与速效钾含量、pH、纤维素酶活性和脲酶活性呈极显著正相关(P<0.01，下同)，与有效磷含量呈显著正相关；脲酶活性与有效磷含量和纤维素酶活性呈显著正相关，与细菌数和放线菌数呈显著负相关；纤维素酶活性与速效钾和有机质含量呈显著正相关；放线菌数与细菌数呈极显著正相关；pH与速效钾含量呈极显著正相关，与有机质含量呈显著正相关。可见，土壤酶活性与土壤速效养分含量间具有相互促进作用，进一步说明核桃通过套种作物可在一定程度上提高林地土壤的速效养分含量，促进土壤微生物增殖，明显增强土壤酶活性。

3 讨 论

作物的叶片、根和茎可有效减弱雨滴对其生长土壤表面的打击和扰动，增加地表入渗，减弱地表径流冲刷[19-21]，因此，林粮套作通过高效利用幼林行间、株间的空隙，可实现水、温、土、肥和空间的高效合理利用及生态、经济和社会综合效益最大化[22]。土壤养分可满足植物生长发育需求，其含量是评价土壤肥力的重要指标[23]。一般情况下，土壤养分含量增加与肥料使用量增加有关，而套种作物会消耗土壤养分，同时作物根系对土壤养分具有一定活化作用，因此，影响核桃套种作物林地土壤速效养分含量的因素较多。已有研究认为，复合种植可提高土壤养分含量[24-25]，但也有研究认为复合种植导致土壤有效养分含量降低[2，26]。本研究结果表明，核桃/玉米套种模式的土壤碱解氮含量低于CK，但差异不显著，其余核桃套种模式的土壤养分含量均高于CK，与王会利等[24]、李尚玮等[25]的研究结果相似。本研究中，核桃套种作物后土壤养分含量总体上均高于CK(核桃/玉米套种模式的土壤碱解氮含量除外)，说明核桃套种作物总体上未引起土壤养分流失，但在核桃套种玉米的生产中，需注意增施氮肥；除核桃/花生套种模式外，核桃套种其他作物均可提高土壤的pH，与黄东风等[27]研究发现茶园套种牧草后土壤pH高于CK的结果吻合。此外，核桃/黄豆套种模式林地的土壤碱解氮含量最高，表明该模式最能发挥豆科植物的固氮作用。

表4 不同套种处理核桃林地的土壤酶活性比较

表5 土壤养分、微生物活性和酶活性的相关分析结果

作为土壤的重要组成部分，土壤微生物参与土壤中物质的分解和转化，对土壤肥力形成及其在植物营养转化中发挥积极作用。范玉贞[28]研究显示，所套种作物伸展生长的枝叶或藤蔓自然覆盖裸露地面，不仅可降低土壤温度，还可缓和暴风雨对土壤的直接侵蚀，减少水、土、肥的流失，同时为微生物的繁殖与活动提供适宜环境，促使微生物数量增加。本研究中，核桃套种不同作物林地的有机质含量均高于CK，有利于微生物生存和增殖，与范玉贞[28]的研究结果相似。土壤纤维素酶、脲酶和磷酸酶等土壤酶主要来自土壤微生物和动物及植物根系的分泌物，是土壤中重要的催化剂，能加速土壤生化反应速率，其活性高低直接反映土壤养分转化的强弱[29-32]。本研究发现，与CK相比，核桃套种作物模式的土壤纤维素酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均有所提高，与吴凤芝等[33]、Xuan等[34]研究总结出轮间作系统通过维持土壤微生物群落多样性和活动，可抑制单一作物栽培中有害微生物的数量和活性而增加有益微生物的数量和活性，进而提高土壤酶活性的结论一致；除核桃/玉米和核桃/火麻套种模式的土壤放线菌数外，其他核桃套种作物模式的土壤微生物数均高于CK，表明核桃与作物套种总体上均能促进林地土壤微生物增殖。

土壤理化性质、微生物特性和酶活性常被看作土壤生态群落的重要组成部分，且其相互间存在显著的相关性，土壤养分提高可促进酶活性增强，而酶活性提高反过来加快有机质分解，从而提高土壤酶活性[35]。本研究结果与白世红等[31]的研究结果相似，土壤酶活性与土壤氮、磷、钾的有效态含量均呈正相关，也与邱莉萍等[36]研究认为土壤酶参与有机质分解和腐殖质形成，催化土壤中的生物化学反应，影响土壤养分形成和积累的观点一致。本研究仅分析核桃不同套种模式对其林地土壤养分含量、微生物数量和酶活性的影响，所套种作物对核桃树营养吸收及其生长发育的影响程度有待进一步探究。

4 结 论

在石漠化地区河池市巴马县，核桃套种作物能在一定程度上提高林地土壤的速效养分含量，促进土壤微生物增殖，明显增强土壤酶活性。其中，核桃/黄豆、核桃/红薯、核桃/玉米和核桃/花生套种模式分别对提高核桃林地碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量的效果最佳，核桃/黄豆、核桃/花生和核桃/黄豆套种模式的细菌、真菌和放线菌数最高，在生产中可根据核桃园的实际土壤状况选择适宜的作物进行套种。