南疆绿洲灌区红枣间作苜蓿模式下土壤化学性质及微生物的改变

樊文霞，王明贵，陈国栋，李田甜，林 峰，翟云龙，吴全忠，万素梅

（塔里木大学农学院,新疆 阿拉尔 843300）

新疆光热资源丰富，昼夜温差大，降水稀少，享有“瓜果之乡”的美誉。近些来年，伴随着红枣(Ziziphus jujuba)产业的快速发展，新疆南疆枣树种植面积不断增加，2018年红枣种植面积和产量分别达到47.3 万hm2和361.19 万t，已经成为南疆重要的支柱产业之一[1-2]。近年来枣树种植面积逐渐增加，但生产中也存在因枣树间裸露面积大，水分蒸发量大，土壤侵蚀严重，次生盐渍化程度加剧等问题[3]。号称“牧草之王”的紫花苜蓿(Medicago sativa)不仅具有抗干旱、抗寒、抗盐碱、抗贫瘠、抗频繁刈割、适应性强、高产量、高质量的特点，同时具有改良土壤、防风固土、抑制田间杂草及经济效益高的特性[4-6]，加之其易于管理、生长速度快、固氮能力强等优势，适合林(果)下种植，广受种植户的青睐。

土壤酸碱性作为土壤的基本特性之一，能够在一定程度上影响土壤肥力和作物生长；氮、磷、钾为3 种大量营养元素，在植物生长发育过程必不可少，能够合成植物体内有机物质和碳水化合物，因此，其含量高低对植物生长、品质和产量起着重要的作用[7]。土壤微生物数量是生物指标之一，可以用作评价土壤状况，反映土壤质量等，当生态系统中能量循环和物质转换受阻时，微生物数量可能减少。大量研究报道，果草间作能够提高土壤中微生物数量和活性[8]。果树与农作物间作，能够充分利用果园的土地资源，保持果树的土壤含水量和肥力，提高果园综合效益[9]。张娟[10]研究发现间作模式可以有效改善土壤盐碱状况，提高土壤肥力，南疆发展果草间作的立体种植模式具有显著的区域优势和效益优势。张向前等[11]研究发现了玉米(Zea mays)间作大豆(Glycine max)和玉米间作花生(Arachis hypogaea)对土壤中微生物的数量的影响，郑亚强等[12]研究了甘蔗(Saccharumofficinarum)间作玉米对土壤微生物多样性的影响，结果表明，间作模式下对提高土壤微生物丰富度及多样性有积极的影响。马琨等[13]研究结果表明，间作条件下玉米显著影响了马铃薯(Solanum tuberosum)土壤微生物群落的功能。王瑞等[14]研究表明，间作模式可以有效提高产量，增加经济效益；刘亚男[15]研究了冬小麦(Triticumaestivum) 间作紫花苜蓿系统具有提高产量的潜力，结果说明，间作模式对作物的生长有促进作用。但目前对于果农间作系统土壤化学性质及微生物的相关报道仍较少，本研究通过对枣苜间作种植不同种植模式的土壤养分和微生物丰富度及产量的研究，旨在为单位土地面积产生最大经济价值提供理论和实践依据。

本研究共设枣苜间作、单作红枣、单作苜蓿3 种种植模式，针对土壤含盐碱量高、土壤养分状况不容乐观等问题，通过对土壤营养和微生物丰富度的研究，充分利用自然资源光、热、水、养分，筛选最适宜盐碱及有机质低的土地的种植模式。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验场地位于新疆阿拉尔市塔里木大学园艺试验站枣园(40°32′34″ N，81°18′07″ E，海拔1 015 m)。年均太阳辐射为559.4～612.1 kJ·cm-2，年日照时数约为2 996 h，日照度66%，≥10 ℃的积温大于4 000℃·d，无霜期180～224 d，年平均气温10.8 ℃，年均降水量40.1～82.6 mm，蒸发量1 976.6～5 589.9 mm，地下水埋深小于3 m。地表蒸发强烈，空气十分干燥，主导风向为东北风，属于典型的暖温带性大陆性干旱荒漠气候，是典型的灌区农区。园艺试验站土壤类型为沙壤土，土壤pH 7.90，有机质含量为11.2 g·kg-1，碱解氮含量为33.60 mg·kg-1，速效磷含量为58.6 mg·kg-1，速效钾含量为107.33 mg·kg-1。枣园于2012年酸枣直播建园，土壤性质为碱性土壤、pH 偏高、土壤肥力低等。株行距配置为1 m×3 m，2014年春嫁接红枣，树势生长健壮，进行相应栽培管理；供试紫花苜蓿品种是‘阿尔冈金’，豆科苜蓿属多年生草本，根粗壮，深入土层，根茎发达，茎直立，无毛或微被柔毛，枝叶繁茂，欧亚大陆和世界各国广泛栽培。

1.2 试验设计

试验设枣苜间作、苜蓿单作(SA)和红枣单作(SJ) 3 种种植模式，各模式重复3 次，共9 个小区，每个小区面积为30 m2(小区长10 m，宽3 m)；条播苜蓿行距30 cm，种子播种深度1～2 cm，播种后覆盖地膜以保持墒情，待出苗后揭掉地膜。试验期间，灌溉方式为滴灌，除草、病虫害防治、施肥等田间管理各处理保持一致。

1.3 测定指标与方式

1.3.1 测定指标

于2019年5月18日、6月19日、7月21日 和9月28日，在单作、间作区以分布于同一行、长势均匀、周围不缺株的10 棵枣树及行间苜蓿为1 个采样小区，重复3 次。在枣树的树冠下，从树干的东侧到西侧80 cm [间作东侧树冠下区(E 80)，间作西侧冠下区(W 80)]、距树干160 cm 靠近树冠的地方[间作近冠区(E 160)现场设置采样点，采用分层土钻法0 -20 和20 -40 cm 两个土层中采集土样。在单作红枣行间距东侧和西侧树干80 cm 处及中间150 cm 分别采集在枣树的东侧树冠下(枣-E 80)、西侧树冠下(枣-W 80)和靠近树冠的地方(枣-150)的0 -20 和20 -40 cm 两个土层的土样。单作苜蓿田采集0 -20 和20 -40 cm 两个层次的土壤样品。采集土壤样品中去除杂草、树根、石块、动物残骸等肉眼可见的杂质后，将其均匀混合，密封在自密封袋中，带回实验室4 ℃冰箱保存。用于化学性质测定的样品将进行风干、研磨和筛选，以备使用。

1.3.2 土壤化学性质的测定

土壤样本分别于5月18日、6月19日、7月21日、9月28日采集。用直径4 cm 土钻采集枣树与苜蓿之间0 -40 cm 土层的土样。每个小区土样混合均匀，按四分法保存，装入塑封袋中，用标签封好，记录采样的时间和地点，自然晾干后进行研磨筛选试验。pH 采用pH 计法；碱解氮用碱解扩散法测定；速效磷用0.5 mol·L-1NaHCO3萃取-钼锑抗显色-紫外分光光度法测定；速效钾用火焰光度计法测定土壤[16]。

1.3.3 土壤微生物数量

采用稀释平板法和混合接种法[17]。细菌计数使用牛肉膏蛋白胨，放线菌计数培养采用改良高氏Ⅰ号培养基，真菌计数培养使用马丁氏培养基。

1.3.4 产量

苜蓿产量：分别在苜蓿第1 茬初花期(7月25日)和第2 茬初花期(9月29日)进行刈割，每次刈割面积为1 m×1 m，留茬高度为3 cm，每小区重复3 次。收割后，立即称鲜草重，取200～500 g 全株，用纸袋装好、标记、置于烘箱中，于105 ℃烘15 min，在60～80 ℃下烘干24 h 至恒重，即干物质重。红枣产量：每个小区随机选取10 株枣树，测定单株产量。

1.4 数据统计与分析

所有试验数据均为3 次重复的平均值，数据统计分析采用Excel 2013 和DPS (9.5)统计软件，多重比较采用Duncan’s 新复极差法进行，采用Excel 2010制图。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对土壤化学性质的影响

2.1.1 不同种植模式对土壤pH 的影响

不同种植模式下土壤pH 存在差异 (表1)。在整个时期pH 的变化范围在7.44～7.98，属于弱碱性。比较3 种种植模式在4 个时期的pH 大小发现，0 -20 cm 土层下，6月19日SJ 处理下土壤pH 最小，9月28日SA 处理下土壤pH 最大，不同种植模式下土壤pH 平均值差异明显，SJ 处理土壤pH 平均值为最小，SA 种植模式下土壤pH平均值表现最大，由小到大依次为SJ＜JA＜SA，其中，SJ处理下土壤pH 较JA 处理下土壤pH 降低0.09，JA 处理土壤pH 较SA处理土壤pH降低0.1。20 -40 cm土层下，JA 处理下土壤pH 为最小，SA 处理下土壤pH 最大，不同种植模式下土壤pH 平均值差异明显，总体表现为JA＜SJ＜SA，其中，JA 处理下土壤pH较SJ 与SA 处理土壤pH 分别降低0.14 和0.27。综上所述，间作模式能有效地改善土壤pH。

表1 不同种植模式土壤pH 的影响Table 1 Soil pH values under different cropping systems

2.1.2 不同种植模式对土壤碱解氮含量的影响

不同种植模式下土壤碱解氮含量存在差异 (表2)。随时间的推移，土壤碱解氮含量呈“先降低，后升高”的趋势。在0 -20 cm土层下，9月28日SA 处理土壤碱解氮含量最高，其中SA 处理土壤碱解氮平均含量较JA、SJ 处理分别提高1.31%和12.72%，不同种植模式下土壤碱解氮含量由大到小依次为 SA＞JA＞SJ；在20 -40 cm 土层下，JA 处理土壤碱解氮平均含量较SJ 处理提高33.02%，总体表现为SA＞JA＞SJ。

表2 不同种植模式下土壤碱解氮含量的影响Table 2 Effects of different cropping systems on soil alkali-hydrolyzable nitrogen content

2.1.3 不同种植模式对土壤速效钾含量的影响

不同种植模式土壤速效钾含量存在差异，随时间的推移，在两个土层JA 处理下土壤速效钾含量均表现为“先上升，后下降”的变化趋势(表3)。在0 -20 cm 土层下，JA 处理下土壤速效钾含量较SJ、SA处理土壤速效钾含量分别升高21.6%和56.7%，JA处理与SA 处理下土壤速效钾含量均值差异显著，总 体 表现为JA＞SJ＞SA；在20 -40 cm 土层下，JA 处理下土壤速效钾含量较SJ、SA 处理下土壤速效钾含量分别升高39.24%和36.44%，不同种植模式下土壤速效钾含量均值差异不显著(P＞0.05)，由大到小依次为JA＞SA＞SJ。

表3 不同种植模式下土壤速效钾含量的影响Table 3 Available soil potassium content under different cropping systems

2.1.4 不同种植模式对土壤速效磷含量的影响

不同种植模式下土壤速效磷含量存在差异(表4)。在0 -20 cm 土层下，JA 处理下土壤速效磷含量较SJ、SA 处理下土壤速效磷含量分别提高6.02%和16.07%，不同种植模式下土壤速效磷含量均值差异不显著(P＞0.05)，总体表现为JA＞SJ＞SA；20 -40 cm土层，JA 处理下土壤速效磷含量较SJ、SA 处理下土壤速效磷含量分别提高38.76%和29.60%，JA 处理与SJ、SA 两处理土壤速效磷含量均值存在显著差异(P＜0.05)，有大到小依次为JA＞SA＞SJ。说明在间作模式下对土壤有效磷含量会明显升高。

表4 不同种植模式下土壤速效磷含量的影响Table 4 Available soil phosphorus content under different cropping systems

2.2 不同种植模式对土壤微生物数量的影响

2.2.1 不同种植模式土壤放线菌数量的影响

不同种植模式下各土层中土壤放线菌的数量存在差异(表5)。随着时间的推移，土壤放线菌数量呈现“先上升，后降低”的变化规律，0 -20 cm 土层中JA、SA 两处理土壤放线菌均高于同时期20 -40 cm 土层。在0 -20 cm 土层下，JA 处理下除6月19日，其余3 个时期土壤放线菌数量最高，其中，在7月21日达到峰值，5月18日各处理间差异不显著(P＞0.05)；6月19日SJ 处理显著高于JA、SA 两个处理(P＜0.05)；9月28日各处理间土壤放线菌数量由大到小依次为 JA＞SA＞SJ。20 -40 cm 土层，土壤放线菌数量在5月18日SJ 处理显著高于SA 处理(P＜0.05)；7月21日JA 处理土壤放线菌数量达到最高；9月28日各处理间差异不显著(P＞0.05)。因此，枣苜间作种植模式下土壤放线菌数量均高于单作模式。

表5 不同种植模式下土壤放线菌数量的影响Table 5 Soil actinomycetes quantity under different cropping systems

2.2.2 不同种植模式土壤细菌数量的影响

不同种植模式下各土层土壤细菌数量存在差异(表6)。土壤细菌数量随着时间的变化呈现“先上升，后下降”的规律，0 -20 cm 土层JA 处理土壤细菌数量均低于同时期20 -40 cm 土层。在0 -20 cm土层下，JA 处理下整个时期土壤细菌平均数量最高，较SJ、SA 处理分别高出58.06%和52.56%，其中，5月18日、6月19日各处理间差异不显著(P＞0.05)。20 -40 cm 土层土下，JA 处理下土壤细菌平均数量最高，SJ、SA 两个处理分别低于JA 处理60.64%和64.96%。因此，枣苜间作模式土壤细菌数量高于单作种植模式。

表6 不同种植模式下土壤细菌数量的影响Table 6 Number of soil bacteria under different cropping systems

2.2.3 不同种植模式土壤真菌数量的影响

不同种植模式下各土层土壤真菌数量存在差异(表7)。土壤真菌数量随着时间的推移，呈现“先升高，后降低”的变化规律，且在7月21日达到最高。其中，0 -20 cm 土层下土壤真菌数量均低于同时期20 -40 cm 土层。0 -20 cm 土层，JA 处理下整个时期土壤真菌数量最高，5月18日JA 处理显著高于SJ、SA 处理(P＜0.05)，SA 最低；6月19日JA处理最高，显著高于SJ、SA 两个处理(P＜0.05)；7月21日各处理间土壤真菌数量由大到小依次为JA＞SJ＞SA；9月28日个处理之间差异不显著(P＞0.05)。20 -40 cm 土层下，JA 处理下土壤真菌数量均值最高，其中，6月19日SJ 处理最低，7月21日JA 处理最高。因此，枣苜间作模式土壤真菌数量高于单作种植模式。

表7 不同种植模式下土壤真菌数量的影响Table 7 Number of soil fungi under different cropping systems

2.3 不同种植模式苜蓿及红枣的土地当量比

间作处理土地当量比LER 为1.73 (表8)，大于1，且增产率为73%，表示单作1.76 hm2土地的产量才能达到红枣间作苜蓿时1 hm2的产量。说明间作处理较单作处理提高了土地利用率，对提高产量也有积极的作用。

表8 不同种植模式下红枣及苜蓿的土地当量比Table 8 Land equivalent ratio for jujube and alfalfa under different cropping systems

3 讨论与结论

在不同种植模式下，土壤pH 表现为枣苜间作低于单作，这与秦昌鲜等[18]的研究一致，因为两种不同的作物间作之后,由于根系的相互作用,诱导根系H+、OH-的分泌发生了变化,进而导致土壤pH 与单作不同。张德闪等[19]研究发现小麦||蚕豆间作系统中，间作小麦土壤pH 较单作小麦土壤pH 有明显的降低。本研究中，土壤碱解氮含量表现为单作苜蓿＞枣苜间作＞单作红枣，这与刘晨等[20]研究一致，因为豆科牧草能够固氮，在枣园行间种植紫花苜蓿能够显著提高土壤中氮素含量，而苜蓿单作由于不存在与果树之间的氮的竞争，所以碱解氮含量高于间作。董素钦[21]在研究中表明，间作模式比清耕模式不同程度地增加了土壤的有机质和速效养分；研究表明间作可提高土壤H+浓度与磷酸酶活性，可以促进速效磷、速效钾的转化[22]。在本研究中枣苜间作土壤根际速效钾、速效磷的含量总体上比单作苜蓿、单作红枣高。综合关于间作的报道可以看出，间作模式下可降低pH，提高土壤速效钾、速效磷、碱解氮的含量，从而改良土壤有机质和土壤肥力。

已经有其他研究证实，低养分碱性土壤条件不利于土壤微生物的生长和繁殖，同时也抑制了细菌的多样性[23]，土壤微生物的存在有利于土壤中的动植物残骸进行分解，从而提高土壤的有机质含量。因此，合理的种植模式对于改善土壤细菌群落结构和多样性有着重要作用[24]。随时间的推进，枣苜间作土壤微生物的数量高于单作苜蓿和单作红枣，在其他的研究中也发现了此规律，如桑树(Morus alba) ||苜蓿间作[25]、玉米||马铃薯间作[26]，其土壤的微生物数量均为间作高于单作，由此说明在间作模式下可以有效地提高微生物的数量是普遍存在的。

从产量来看，间作模式明显高于单作模式，这是因为枣树树冠的遮挡能够有效降低苜蓿行间的辐射和温度，从而减少土壤水分的蒸发，提高相对湿度，为苜蓿的生长创造了适宜的条件；在本研究中，间作模式较单作模式苜蓿产量提高了73%，这与蔡倩等[27]和李恩惠等[28]研究结果一致。

研究结果表明：在间作模式下，土壤水分蒸发减少，可降低土壤 pH，明显改善土壤速效磷、速效钾、碱解氮的含量、土壤微生物的环境及数量，同时，可以有效刺激土壤微生物和养分的相互调节，提高土地利用率。因此，大力推广果园间作种植模式是农业可持续发展的一条重要道路。