棗苜間作對土壤養(yǎng)分及微生物的影響

王明貴 周婷婷 高浩浩 樊文霞 劉 嬋 萬素梅 陳國棟 胡 強

（塔里木大學農(nóng)學院，新疆阿拉爾 843300）

新疆南疆地區(qū)光熱資源豐富、溫差大，擁有紅棗（Ziziphus jujuba Mill.）生長栽培得天獨厚的自然環(huán)境優(yōu)勢[1]，現(xiàn)已形成初具規(guī)模的優(yōu)質(zhì)紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。但是，在果樹生長初期，幼齡果樹樹冠矮小，果園植被覆蓋率低，不僅會降低土地資源和光資源的利用效率，而且會造成土壤風蝕、蒸發(fā)加劇等情況[2]。為進一步增加果園經(jīng)濟效益、降低管理難度，果農(nóng)大多采取果草間作模式。這種現(xiàn)代化果園管理模式起源于歐美國家，通過在幼齡果園行間種植牧草，提高行間植被覆蓋率，以期提高果園生產(chǎn)效率和生態(tài)效益[3]。大量研究報道，與單作相比，果草間作不僅能夠優(yōu)化土壤養(yǎng)分狀況，有利于增強土壤的蓄水保墑能力；還可以提高果樹行間相對濕度，抑制雜草生長，優(yōu)化果園小氣候[4-5]。

紫花苜蓿耐干旱、耐鹽堿、生存能力強，是發(fā)展棗草間作模式的優(yōu)質(zhì)選擇。已有研究表明，在果園行間種植苜蓿，一方面能夠調(diào)節(jié)果園微域環(huán)境，減少蟲害，改變土壤理化性質(zhì)，提高土壤微生物多樣性和酶活性；另一方面可以改善果實品質(zhì)，提高牧草產(chǎn)量和營養(yǎng)成分含量[6-8]。國內(nèi)外對果草間作研究較多，但因地域差異、果樹和牧草品種種類不同而結(jié)果不同，且對南疆干旱地區(qū)果草間作體系中土壤微生物數(shù)量和多樣性的研究并不常見。因此，本研究選擇南疆地區(qū)紅棗園，通過在棗園行間種植紫花苜蓿，研究棗樹與苜蓿間作對土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量、微生物多樣性及作物產(chǎn)量的影響，以期為南疆果草種植方式的優(yōu)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于新疆阿拉爾市塔里木大學園藝試驗站進行。該地位于塔里木河上游、塔克拉瑪干沙漠西北緣（北緯 40°32′34″，東經(jīng) 81°18′09″），海拔 1 013 m，年均降雨量40.1～82.6 mm，年均蒸發(fā)量 1 976.6～5 589.9 mm，地表蒸發(fā)強烈、空氣干燥，屬典型的暖溫帶大陸干旱荒漠氣候，是典型的灌區(qū)農(nóng)區(qū)。該研究區(qū)光照充足，年均太陽輻射為559.4～612.1 kJ/cm2，年日照時數(shù)約為2 996 h，≥10℃積溫大于4 000℃，年均無霜期180～224 d，年均氣溫10.8℃。試驗地土壤類型為沙壤土。

1.2 試驗設(shè)計

2020年在紅棗園進行試驗，紅棗株行距配置為1 m×3 m。2020年春季于紅棗園行間條播紫花苜蓿，采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)棗苜間作（ZM）、單作苜蓿（M）和單作棗樹（Z）3種種植模式，3次重復(fù)。距離棗樹0.5 m處采用條播方式種植苜蓿，行距30 cm，播種深度1～2 cm，播種后覆蓋地膜以保持墑情，待出苗后揭掉地膜。試驗期間，灌溉方式為滴灌，除草、病蟲害防治、施肥等田間管理各處理保持一致。

1.3 樣品采集及測定方法

土壤樣品于9月底（苜蓿二茬收割期）采集，用直徑4 cm土鉆分別采集棗樹與苜蓿之間0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層的土樣，剔除落葉、殘根等雜物。每個小區(qū)土樣充分混合均勻，按四分法裝入塑封袋保存，用標簽封好，自然風干后進行研磨，過篩后備用。

1.3.1 土壤化學性質(zhì)的測定。堿解氮的測定采用堿解擴散法，速效磷的測定采用鉬銻抗比色法，速效鉀的測定采用醋酸銨-火焰光度計法，全氮的測定采用杜馬斯定氮儀，全磷的測定采用鉬銻抗比色法，全鉀的測定采用火焰光度計法，有機碳的測定采用重鉻酸鉀-外加熱法，pH值的測定采用pH計法。

1.3.2 土壤微生物數(shù)量及多樣性的測定。采用涂布平板法和混合接種法[9]測定。細菌計數(shù)培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌計數(shù)培養(yǎng)采用改良高氏Ⅰ號培養(yǎng)基，真菌計數(shù)培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基。計算微生物多樣性指數(shù)：

式中：H′為 Shannon-Wiener指數(shù)；ni為第 i個物種的個體數(shù)；N為所有物種的個體數(shù)之和；E為均勻度指數(shù)；S為種類數(shù)。

1.3.3 苜蓿產(chǎn)量和紅棗產(chǎn)量。分別在7月底和9月底對初花期紫花苜蓿進行刈割，每次刈割面積為1m2，留茬高度3cm，每小區(qū)重復(fù)3次。收割后，就地稱取鮮草重，兩茬鮮草重之和即苜蓿產(chǎn)量。在果實成熟期，采收每個小區(qū)內(nèi)全部樣株的果實，測定紅棗產(chǎn)量。

土地當量比可用于衡量間作優(yōu)勢，計算公式如下：

式中：Yia和Yij分別指在間作總面積上苜蓿和紅棗的產(chǎn)量（kg/hm2）；Ysa和 Ysj分別指在單作苜蓿和紅棗的產(chǎn)量（kg/hm2）。當LER＞1時，表示有間作優(yōu)勢；當LER＜1時，則無間作優(yōu)勢。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有試驗數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值，數(shù)據(jù)采用Excel 2013和DPS（9.5）統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，采用Duncan′s新復(fù)極差法和多元相關(guān)分析進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗樹、苜蓿間作對土壤養(yǎng)分和pH值的影響

棗樹、苜蓿間作及單作對土壤養(yǎng)分和pH值的影響見表1。可以看出，3種種植模式對土壤養(yǎng)分的影響差異明顯，土壤養(yǎng)分含量垂直變化規(guī)律大體一致，呈現(xiàn)出隨土壤深度增加而遞減的趨勢，而pH值則相反。

表1 不同種植模式下土壤養(yǎng)分變化

0～20 cm土層中，棗苜間作種植模式下土壤堿解氮含量、全磷含量及有機碳含量均為高于單作棗樹且低于單作苜蓿，分別比單作棗樹提高了4.68%、13.87%、22.93%，比單作苜蓿降低了4.87%、6.59%、22.28%，其中3個處理間有機碳含量存在顯著性差異（P＜0.05）。棗苜間作種植模式下土壤速效磷含量為 80.61 mg/kg，顯著高于單作苜蓿（32.52 mg/kg）和單作棗樹（38.18 mg/kg）。全氮、全鉀含量均表現(xiàn)為棗苜間作＞單作苜蓿＞單作棗樹，其中，全氮含量棗苜間作種植模式下比單作棗樹提高了155.81%。棗苜間作種植模式下土壤速效鉀含量和pH值最低，分別為97.21 mg/kg、7.55。

20～40 cm土層中，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和全磷含量均表現(xiàn)為棗苜間作＞單作棗樹＞單作苜蓿。其中，棗苜間作條件下，堿解氮、速效磷、速效鉀和全磷含量分別比單作苜蓿提高48.17%、81.55%、41.74%和83.33%，比單作棗樹提高36.44%、67.49%、10.53%和37.50%。棗苜間作條件下全鉀、有機碳含量分別為20.9、7.70 g/kg，均高于單作苜蓿和單作棗樹。棗苜間作種植模式下土壤全氮含量為0.61 g/kg，低于單作苜蓿（0.98 g/kg）和單作棗樹（1.40 g/kg）。pH值為棗苜間作＜單作苜蓿＜單作棗樹。

40～60 cm土層中，3種種植模式間土壤全氮、全磷和全鉀含量存在顯著性差異（P＜0.05）。單作苜蓿種植模式下土壤全氮含量（1.20 g/kg）最高，顯著高于棗苜間作（0.66 g/kg）和單作棗樹（0.32 g/kg）。棗苜間作種植模式下和單作苜蓿種植模式下土壤全鉀含量分別為 14.3、16.7 g/kg，均顯著高于單作棗樹（4.9 g/kg）。土壤全磷、有機碳含量由大到小均為棗苜間作＞單作苜蓿＞單作棗樹。

2.2 棗樹、苜蓿間作對土壤微生物數(shù)量和多樣性的影響

在0～40 cm土層中，不同種植模式下土壤微生物數(shù)量隨土層深度變化均呈明顯的規(guī)律性特征（表2）。其中：細菌、真菌數(shù)量隨土壤深度增加而增加，不同種植模式下0～20 cm土層細菌、真菌數(shù)量分別比20～40 cm土層減少 12.39%～30.95%、34.27%～36.50%；放線菌數(shù)量則隨土壤深度增加而遞減，不同種植模式下0～20 cm土層放線菌數(shù)量比20～40 cm土層增加18.76%～217.13%。

表2 不同種植模式下土壤微生物數(shù)量比較

通過比較不同種植模式下土壤微生物數(shù)量可以看出，微生物總數(shù)量表現(xiàn)為棗苜間作＞單作苜蓿＞單作棗樹，說明棗苜間作明顯提高了微生物數(shù)量。棗苜間作條件下0～20 cm和20～40 cm土層土壤細菌數(shù)量分別為 503.50×103CFU/g 和 676.75×103CFU/g，與單作棗樹相比分別提高14.43%、6.20%；與單作苜蓿相比，0～20 cm土層降低1.08%，20～40 cm土層提高16.48%。0～40 cm土層棗苜間作土壤真菌、放線菌總數(shù)量均顯著（P＜0.05）高于其他2種種植模式，比單作苜蓿分別增加了108.26%、29.37%，比單作棗樹增加了91.56%、94.98%。其中，棗苜間作20～40 cm土層真菌數(shù)量最高（8.23×103CFU/g），0～20 cm 土層放線菌數(shù)量最高（182.35×103CFU/g）。從不同微生物種類所占百分率可知：不同種植模式下細菌在土壤微生物中數(shù)量占比均最大，為82.32%～89.22%，對微生物生命活動有主導(dǎo)作用；其次為放線菌，占10.19%～16.73%；真菌最少，僅為0.51%～0.95%。

由表3可知，不同種植模式下土壤微生物多樣性、均勻度垂直方向變化規(guī)律明顯，均表現(xiàn)為0～20 cm土層＞20～40 cm土層。不同種植模式下土壤微生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)變化趨勢與土壤微生物數(shù)量基本一致，表現(xiàn)為棗苜間作＞單作苜蓿＞單作棗樹，棗苜間作多樣性、均勻度指數(shù)均值分別比單作苜蓿提高了7.94%、8.23%，比單作棗樹提高了28.65%、29.17%。

表3 不同種植模式下土壤微生物多樣性變化

2.3 土壤養(yǎng)分、pH值與土壤微生物的相關(guān)性

對不同種植模式下的土壤養(yǎng)分、pH值與土壤微生物數(shù)量、微生物多樣性的相關(guān)性進行分析，結(jié)果（表4）表明：真菌數(shù)量與堿解氮、全磷成顯著正相關(guān)（P＜0.05），與 pH 值成極顯著負相關(guān)（P＜0.01）；放線菌數(shù)量與速效磷、全氮、有機碳成顯著正相關(guān)（P＜0.05）；多樣性指數(shù)與有機碳成顯著正相關(guān)（P＜0.05），與全氮成極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

表4 土壤養(yǎng)分、pH值與土壤微生物數(shù)量、多樣性相關(guān)性分析

2.4 棗樹、苜蓿間作對產(chǎn)量的影響

從表5可以看出：棗苜間作條件下苜蓿產(chǎn)量為40 820.00 kg/hm2，紅棗產(chǎn)量為 111.1 kg/hm2，分別低于單作苜蓿和單作棗樹；但棗苜間作土地當量比為1.32，大于1。由此說明，與單作相比，間作能夠增產(chǎn)，增產(chǎn)率為32%，即棗苜間作1 hm2的產(chǎn)量相當于單作1.32 hm2的產(chǎn)量。

表5 不同種植模式下產(chǎn)量比較和土地當量比

3 結(jié)論與討論

大量研究證明，果草間作能夠改變土壤養(yǎng)分含量和pH值。陳清西等[10]報道，龍眼園生草后土壤速效磷、速效鉀含量明顯增加，全磷、全鉀含量下降；惠竹梅等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在葡萄園行間種植紫花苜蓿顯著提高了土壤堿解氮、全氮和速效鉀含量，降低了土壤速效磷和全磷含量；岳泰新等[12]在果園行間間作紫花苜蓿后，土壤微生物碳和土壤微生物氮含量顯著提高。本研究結(jié)果表明，與單作棗樹相比，棗樹和苜蓿間作種植模式下0～60 cm土層土壤中全氮、全磷、全鉀、速效磷及有機碳含量明顯提升，速效鉀含量明顯減少，但對堿解氮含量影響較小；與單作苜蓿相比，棗樹和苜蓿間作種植模式下0～60 cm土層土壤全氮和有機碳含量降低，速效磷含量升高。與單作棗樹相比，棗苜間作能夠改善土壤養(yǎng)分狀況的原因主要有兩點：一是間作后，棗樹的枯枝落葉和苜蓿的根茬在土壤中分解，可提高土壤礦質(zhì)養(yǎng)分含量；二是在棗樹行間種植豆科牧草可以利用固氮作用增加土壤中的氮含量。與單作苜蓿相比，間作后苜蓿與棗樹發(fā)生爭奪養(yǎng)分的現(xiàn)象，致使氮含量降低，這與前人研究結(jié)論基本一致[13]。間作對土壤pH值的影響不盡相同。陳清西等[10]研究表明，在南方丘陵果園行間生草后土壤pH值顯著提高；而李振吾等[14]在山西旱地的試驗表明，生草后土壤pH值明顯下降。本研究結(jié)果表明，棗苜間作后土壤pH值有所下降。說明在堿性土壤果園中，間作能夠有效改善土壤酸堿度，與前人研究一致[15]。

土壤微生物數(shù)量和多樣性是評價土壤質(zhì)量的重要生物指標。有研究發(fā)現(xiàn)，葡萄與3種牧草間作后土壤中微生物數(shù)量顯著提高，其中白三葉草含量最高[12]；井趙斌等[16]通過研究甜柿與牧草間作發(fā)現(xiàn)，各土層土壤細菌、真菌及放線菌數(shù)量和酶活性高于單作，但不同草種影響各不相同；張亮亮等[17]認為，與單作棗樹相比，果園間作能夠明顯增加微生物數(shù)量和總量，顯著提高微生物多樣性。本研究結(jié)果顯示，棗苜間作土壤中真菌和放線菌數(shù)量明顯高于單作苜蓿、單作棗樹，細菌變化不明顯，土壤微生物總數(shù)量和微生物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)變化規(guī)律一致，總體呈現(xiàn)出棗苜間作＞單作苜蓿＞單作棗樹的特點，與前人研究結(jié)論一致[18]。間作土壤中有機殘體量和分泌物的增加為微生物活動提供了豐富的營養(yǎng)來源，使微生物數(shù)量和活性提升[19]，姚 拓等[20]關(guān)于微生物數(shù)量與有機殘體量的研究也證明了這一點；而微生物數(shù)量的增多和活性的增強，能夠促進土壤有機物分解、加速營養(yǎng)循環(huán)，進而改善土壤養(yǎng)分狀況[21]。

相關(guān)性分析表明，土壤有機碳、全氮、全磷、堿解氮、速效磷含量和pH值與土壤微生物數(shù)量和多樣性存在顯著相關(guān)關(guān)系，是影響土壤微生物的重要因素。本研究中真菌數(shù)量與堿解氮、全磷成顯著正相關(guān)，與pH值成極顯著負相關(guān)，說明土壤pH值越低、真菌數(shù)量越多，棗苜間作模式下土壤真菌數(shù)量最多、pH值最低，這也與前人對于真菌更適宜在偏酸性土壤中生長的研究結(jié)論相符[22]；而間作土壤中真菌數(shù)量的增多，也會在一定程度上正向影響氮、磷含量。放線菌數(shù)量與速效磷、全氮、有機碳成顯著正相關(guān)，可以看出，放線菌在土壤生化過程中有著重要作用，主要影響無機碳的同化和碳水化合物的分解[23]。在本研究中，棗苜間作通過增加土壤中放線菌數(shù)量，提高了速效磷、全氮和有機碳含量。

關(guān)于間作對于產(chǎn)量的影響，胡舉偉[24]研究發(fā)現(xiàn)，桑樹和苜蓿間作后苜蓿產(chǎn)量比單作增加了23.4%，LER為1.29，間作優(yōu)勢明顯；也有學者認為，楊樹和小麥間作后小麥品質(zhì)和產(chǎn)量顯著提高，是因為楊樹樹冠的遮陰作用能夠有效降低行間輻射和溫度，改善林間相對濕度[25]；但也有人認為，棗樹遮陰降低了光合有效輻射的利用率，致使花生產(chǎn)量低于單作[26]。本研究中，間作對苜蓿產(chǎn)量影響較大，棗苜間作種植模式下LER為1.32，具有明顯的間作優(yōu)勢。一方面，棗苜間作通過改善土壤物理結(jié)構(gòu)、提高微生物數(shù)量和多樣性、促進土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)等進一步改善植物生長環(huán)境，進而促進植物生長；另一方面，棗樹的遮擋使苜蓿行間光強和溫度下降，從而提高光熱利用效率，減少水分蒸發(fā)，形成有利于苜蓿生長發(fā)育的適宜環(huán)境；棗苜間作后土壤養(yǎng)分互相補充，表現(xiàn)出良好的種間促進關(guān)系[24]也是有利于增產(chǎn)的原因之一。

該試驗結(jié)果表明：棗樹和苜蓿間作能夠明顯改善土壤養(yǎng)分含量和土壤酸堿度，其中，對提升全氮、全磷、全鉀、速效磷含量效果明顯，對堿解氮含量影響較小，土壤pH值降低；棗苜間作有利于增加土壤微生物數(shù)量和提高微生物多樣性，真菌和放線菌數(shù)量明顯高于單作苜蓿、單作棗樹，細菌變化不明顯，土壤微生物總數(shù)量和微生物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)總體呈現(xiàn)出棗苜間作＞單作苜蓿＞單作棗樹的特點；相關(guān)性分析表明，真菌數(shù)量與堿解氮和全磷含量成顯著正相關(guān)、與pH值成極顯著負相關(guān)，放線菌數(shù)量與速效磷、全氮、有機碳成顯著正相關(guān)，多樣性指數(shù)與有機碳成顯著正相關(guān)、與全氮成極顯著正相關(guān)；間作對苜蓿產(chǎn)量影響較大，棗苜間作土地當量比為1.32，具有明顯的間作優(yōu)勢。因此，棗樹和苜蓿間作在改善土壤養(yǎng)分、提高土壤微生物數(shù)量和多樣性以及增加作物產(chǎn)量方面有積極作用，適宜在南疆干旱地區(qū)廣泛推廣。