隴東黃土高原地區杏園土壤綜合肥力對人工生草模式的響應及其環境解釋

王根旺, 宋 曦

(1.甘肅省高校隴東生物資源保護與利用省級重點實驗室，甘肅 慶陽 745000；2.隴東學院生命科學與技術學院，甘肅 慶陽 745000; 3.隴東學院農林科技學院，甘肅 慶陽 745000)

目前，作為生態農業建設重要組成部分的果園生草管理模式，以其綠色環保和可持續發展等特點已逐步成為我國果園建設的主流模式[1]，在推動區域經濟發展、減少面源污染和農民增收等方面做出了重要貢獻[2]。但不同生草模式下果園土壤綜合肥力差異是制約我國果業可持續發展的關鍵問題[3]，同時也是我國現代化果業建設中亟待解決的問題之一。果園土壤綜合肥力差異通常與生草品種、管理模式、氣候條件、土壤養分、土壤類型和生草年限有關[4]，但人工構建的生草管理模式對果園土壤養分互作與競爭[5]、吸收與轉化[6]以及土壤綜合肥力[3]的影響機制尚不清楚，極大地制約了果園生草復合系統中果樹與生草間的養分互作與驅動機制的理解，最終影響果園生草復合系統土壤綜合肥力的提升和可持續經營。

隴東黃土高原地區生態脆弱，土壤瘠薄，氣候干旱少雨，寒暑及晝夜溫差極大，植被分布因而有其獨特的地域性[7]。杏樹(PrunusarmeniacaL.)是我國原生經濟樹種，因其抗逆性強，生長迅速、根系發達等優點成為隴東黃土高原地區的主要造林樹種和經濟林種[8]。為了落實國家退耕還林還草和生態環境重建政策，2001年慶陽市著力推廣建設經濟林生草復合管理模式，為農民增收的同時又為該地區生態環境的改善做出重要貢獻。但近年來黃土高原地區果園生草復合管理模式的研究集中在蘋果園土壤微生物多樣性[9]及其群落結構[10]、土壤酶活性及理化性質[5]和果實品質[11]等方面，而有關黃土高原地區杏樹林人工生草管理模式相關研究以及有關影響該地區人工生草管理模式杏樹林土壤綜合肥力的關鍵環境因子的研究則鮮見報道。

為此，本研究以隴東黃土高原地區樹齡16 a并在2011年起采用不同生草管理模式的杏樹林根際土壤為研究對象，采用常規方法測定了土壤理化性質、酶活性及土壤微生物群落遺傳多樣性等14項環境因子，利用非度量多維尺度(NMDS)排序和方差分解等多元分析法，系統分析了不同生草模式下杏樹樣地與土壤環境因子間的關系，以及環境因子在驅動不同生草模式樣地分異過程中的相對重要性，初步確定了導致不同生草模式下杏樹林土壤綜合肥力出現差異的關鍵環境因子，旨在為今后隴東地區人工生草模式杏樹林土壤綜合肥力的提升、科學管理及可持續發展提供科學依據和數據參考。

1 試驗地概況與研究方法

1.1 試驗地概況

本研究在隴東學院甘肅省高校隴東生物資源保護與利用省級重點實驗室生態農業試驗站進行，該區位于隴東黃土高原慶陽市鎮原縣太平鄉慕坪村西坡組，土壤類型為黃綿土，質地為沙土。地處東經107°38′-108°40′，北緯35°69′-35°71′，海拔1 380～1 420 m。上述區域屬黃土高原溝壑地貌，是典型水土流失區之一，侵蝕面積25 050.5 km2，占全區總面積的92.4%，侵蝕模數6 383～9 000 t·hm-2。屬暖溫帶半干旱季風氣候區，光、熱等氣候資源豐富，作物種植制度為旱地一年一熟。由于季風的強烈影響，冬季寒冷干燥，春季多風且干旱少雨，夏季溫暖多雨，水熱同期，年降水量400～600 mm，雨量分布不均，且主要集中在7～9月，多年平均蒸發量1 000 mm以上，地面蒸發量為350～560 mm，地下水位深，土壤瘠薄，水土流失嚴重[8]。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設計及土樣采集 試驗于2016年5月進行，選擇試驗站內樹齡16 a并在2011年起采用不同生草管理模式的杏樹林根際土壤為研究對象(A：杏樹+黃花菜；B：杏樹+紫花苜蓿；C：杏樹+黃花菜+紫花苜蓿；以杏樹+清耕作為對照組CK)，試驗區面積為20 m×20 m=400 m2、陽坡(坡度2°～5°)、株距200 cm，行距150～200 cm，供試樣樹概況見表1。按對角線五點取樣法采集土樣，先撥去土壤表層的浮土(約5～8 cm)及石塊、落葉等雜質，用取土鉆在每一樣地中采集0～40 cm深度的土壤，將5個點采集的土壤混勻成1個土樣，每個樣地取3個重復，所采土樣放在冷藏箱中及時帶回實驗室根土分離，除利用鮮土提取土壤微生物細菌基因組總DNA外，其余土樣在室溫背陰處風干，過2 mm篩備用[7]。測定土壤養分所需的樣品采用“四分法”取樣，全部通過1 mm孔徑篩，再從過1 mm孔徑篩的土樣中均勻取出1/4，過0.149 mm孔徑篩[8]。

表1 供試樣樹概況Table 1 Basic parameters of the sample tree in the studied sites

1.2.2 土壤酶活性、理化性質及土壤微生物群落遺傳多樣性測定 土壤有機質和堿解氮分別采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法和堿解擴散法[5]測定；土壤速效磷、速效鉀分別采用0.5 mol/LNaHCO3浸提-鉬銻抗比色法和火焰光度計法[8]測定；電位法(pHS-3酸度計)測定土樣pH值；轉化酶、脲酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶分別采用3，5-二硝基水楊酸比色法、靛酚藍比色法、磷酸苯二鈉比色法和容量法[11]測定。采用變性凝膠梯度電泳(PCR-DGGE)技術分析微生物群落遺傳多樣性[7]。

1.2.3 土壤微生物群落遺傳多樣性分析 采用變性凝膠梯度電泳(DGGE)技術分析微生物群落遺傳多樣性，利用4種多樣性指標進行土壤微生物群落遺傳多樣性分析，即Patrick豐富度指數(S)：S=物種數，即條帶數；Shannon-Wiener多樣性指數(H)：H=-∑PilnPi，Pi代表土壤樣品中第i個條帶的吸光度占所有條帶吸光度總和(N)的比例；Margalef豐富度指數(D)：D=(S-1)/lnN，S為每條泳道的總條帶數[3]；Pielou均勻度指數(J)：J=H/Hmax，Hmax代表最大多樣性值(Hmax=lnS)[7]。

1.2.4 數據處理 利用SPSS 16.0和R2.15.2(http:∥www.r-project.org/)對數據進行處理分析，用Origin 8.0和R 2.15.2做圖。為了闡述供試樣地與土壤環境因子間關系，基于Bray-Curtis相異指數，使用R語言“vegan”程序包中“envfit”程序，將所測定的14項土壤環境因子擬合到4個供試樣地的非度量多維尺度(NMDS)排序圖上，為防止樣點在各象限的分布發生移位，在擬合時對NMDS的排序軸進行了旋轉，以確保NMDS第一軸能夠最大程度地代表群落相異性的變異。4個供試樣地矩陣及環境因子數據集分別用Bray-Curtis與Euclidean距離表示[12]。方差分解運用“Vegan”數據包里的“Varpart”功能對供試樣地中14個環境因子進行分析，所有數據均經過Hellinger轉換，用Venn圖表示土壤理化性質、酶活性及土壤微生物群落對供試杏樹根際土壤綜合肥力的純效應以及共同效應，圖中的數字代表上述環境因子對供試杏樹根際土壤綜合肥力的解釋率[13]。

2 結果與分析

2.1 杏樹林根際土壤酶活性及理化性質對不同生草管理模式的響應

土壤酶催化土壤生態系統中生物化學反應，參與物質循環和能量轉換，其活性大小是表征土壤肥力的重要指標。由表2和表3可見，不同生草模式對隴東黃土高原地區杏樹林根際土壤酶活性及理化環境因子產生了顯著影響(P<0.01)，表現為3種生草模式的供試土壤酶活性均明顯高于CK組(P<0.05)，但各環境因子對不同生草模式的響應則不盡相同。其中土壤轉化酶活性在模式A和B間無顯著差異，均低于模式C(P<0.05)；模式B和C的堿性磷酸酶活性低于模式A(P<0.05)，而其脲酶活性則高于模式A(P<0.05)；而過氧化氫酶活性在模式A、B和C間差異則未達顯著水平。

吳玉森等[1]研究了多年自然生草對黃河三角洲梨園土壤酶活性的影響，結果表明自然生草7 a梨園的土壤脲酶和堿性磷酸酶活性分別是對照的3.8倍和1.5倍；鄭海金等[14]分析了農林復合經營模式對紅壤丘陵區侵蝕坡地土壤酶活性的影響，結果顯示原侵蝕裸露荒坡地建立農林復合系統可提高土壤轉化酶、脲酶和磷酸酶活性，其中農-林和純林經營系統能顯著提升土壤轉化酶和脲酶活性，但農-林-草系統卻降低了脲酶活性。上述結果與本研究結果不盡相同。究其原因可能是由于，首先土壤脲酶是一種作用于尿素肥料的中性水解酶類，可加速土壤中潛在養分有效化，使土壤中含氮有機化合物酰胺肽鍵水解生成的氨是植物氮素營養來源之一[15]。如表2所示，模式B和C的脲酶活性明顯高于模式A(P<0.05)，說明杏樹林嵌套種植紫花苜蓿可有效增加土壤氮素循環，提高了土壤養分有效化水平。其次，土壤轉化酶活性在模式A和B間無顯著差異，均低于模式C(P<0.05)，轉化酶參與土壤有機碳循環，將蔗糖分解成葡萄糖和果糖的同時為土壤微生物提供大量的速效碳源，通過刺激土壤微生物的生長繁殖，加速土壤營養物質的有效轉換[16]。由表2可見，模式A和B轉化酶活性均明顯低于模式C，說明多種經濟植物嵌套種植的人工生草模式可有效增加土壤微生物群落多樣性，體現了地表植被多樣性與地下土壤微生物群落遺傳多樣性協同變化的特性[17]，進而刺激土壤轉化酶活性，加速了土壤有機碳的地球生物化學循環速率，進而提高土壤養分有效化水平。第三，土壤過氧化氫酶廣泛存在于微生物和植物的細胞中，可清除由于生物呼吸過程中和有機物生物氧化過程中產生的過氧化氫[7]。雖然本研究中土壤過氧化氫酶活性在模式A、B和C間差異未達顯著水平，但均高于CK組，說明采取復合生草模式可明顯降低土壤過氧化氫的積累，進而減少其對植物及土壤微生物的毒害作用。第四，堿性磷酸酶活性在模式B和C無顯著性差異，但均低于模式A，說明種植黃花菜的生草模式可有效加速土壤有機磷的礦化速率，土壤酶參與土壤肥力形成和演變，其活性易受植物根系分泌物、有機物礦化分解和經營模式的影響[6]，上述結果亦說明選用不同經濟作物參與復合生草模式對土壤磷素供應水平的影響亦不相同。

就土壤理化性質而言，土壤速效鉀和速效磷含量在模式A、B和C間無差異顯著，但均高于CK組(P<0.05)；模式B的土壤堿解氮含量高于模式A和C(P<0.05)；3種處理組土壤含水量均低于對照組CK，但模式A和CK組間差異達顯著水平；而有機質及土壤pH值各處理組與CK組間均無顯著差異(表3)。

表2 隴東黃土高原地區不同生草模式下杏樹林根際土壤酶活性Table 2 Rhizosphere soil enzyme activity of apricot orchard with different grass patterns in eastern Gansu Province

注：平均值±標準誤；同列不同字母表示多重比較差異顯著(Duncan，α=0.05)。下同。

Notes: Data are means ± SE (n=3)； significant differences among treatments within each variable were tested using Duncan’s multiple range comparison (P=0.05) and are indicated by different letters. The following tables use the same representation.

表3 隴東黃土高原地區不同生草模式下杏樹林根際土壤理化性質Table 3 Rhizosphere soil physicochemical properties of apricot orchard with different grass patterns in eastern Gansu Province

李會科等[5]對黃土高原渭北蘋果園生草土壤性狀測定結果表明，生草能降低0～60 cm土層土壤含水量，提高0～40 cm土層堿解氮、速效磷及速效鉀含量；Qian等[18]分析了我國黃土高原地區生草覆蓋對蘋果園土壤養分、酶活性及細菌群落遺傳多樣性的分析結果顯示，種植白三葉草和黑麥草可明顯增加土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量以及土壤含水量，其中豆科植物白三葉草可極顯著增加土壤堿解氮含量；惠竹梅等[19]研究了陜西楊凌葡萄生產園行間播種白三葉草、紫花苜蓿和高羊茅，以清耕為對照，分析了土壤微生物數量的變化及其與土壤養分的關系后得出，白三葉草和紫花苜蓿可有效增加土壤堿解氮和速效鉀含量，但種植高羊茅可明顯降低土壤堿解氮含量。上述試驗結果與本研究試驗結果基本一致，相較對照組CK，模式A、B和C可有效增加土壤速效鉀和速效磷含量(P<0.05)，且3組處理間無顯著性差異；而由紫花苜蓿參與的模式B和C土壤堿解氮含量明顯高于種植黃花菜的模式A(P<0.05)；但3種生草模式的土壤含水量卻明顯低于對照組CK(P<0.05)，其中模式C 的土壤含水量與CK間未達顯著差異。說明生草品種差異對土壤養分的影響不盡相同，顯然豆科植物固氮作用可增加土壤氮素利用率，但種植生草可顯著增加0～40 cm土層土壤微生物群落結構[20]及其種群數量[21]，加速有機碳的分解，提高土壤養分的礦化速率和營養水平[4]。前人研究得出，種植生草可對果園土壤pH值和有機質含量產生顯著影響，但主要集中在0～20 cm的表層土壤[5]，而本研究中土壤有機質及pH值在不同生草模式間無顯著性差異，究其原因可能是由于隴東黃土高原地區土壤有機質及含水量偏低，而生草果園的土壤有機質庫容的演變主要以進化為主，本研究所采集土樣深度為0～40 cm，加之6 a的生草年限以及隴東地區土壤較高的鹽堿化程度的共同影響，使得隴東黃土高原地區土壤有機質的形成和pH值的改變尚未表現出顯著影響，這種情況可能隨著生草模式年限的增加而逐步顯現。

2.2 杏樹林根際土壤微生物群落遺傳多樣性對不同生草模式的響應

圖1為隴東黃土高原地區杏樹林不同生草模式下土壤根際微生物群落PCR-DGGE指紋圖譜及其模式圖。圖譜上條帶信息反映了土壤微生物群落多樣性變化情況，其中電泳條帶的多少反映出土壤中細菌群落多樣性；條帶的粗細則反映了種群密度的差異，條帶亮度表征種群分布頻率高低。由圖1可見，與對照組CK相比，3種生草模式下杏樹根際土壤樣品DGGE條帶數量增多亮度增加，說明種植生草可有效增加隴東黃土高原地區杏樹林根際微生物種類和數量，改變其土壤微生物群落結構和組成。

圖1 不同生草模式下杏樹林土壤根際微生物群落PCR-DGGE指紋圖譜及其模式圖Fig 1 DGGE band patterns and models of rhizosphere soil microbial community of apricot orchard with different grass patterns

圖2反映了隴東黃土高原地區不同生草模式杏樹林土壤根際微生物群落多樣性指數變化情況。F檢驗結果顯示，4種多樣性指數在各樣地間差異均達極顯著水平，上述結果體現了種植不同生草可對土壤微生物群落結構產生影響。多重比較(Duncan，α=0.05)結果顯示，4種多樣性指數在不同生草模式下呈相似的變化趨勢，即模式C>模式B>模式A>CK (P<0.05)，其中Shannon-Wiener指數和Pielou 均勻度在模式B和模式C之間未達顯著差異。前人研究得出果園的生草和土地利用方式均可增加土壤微生物的數量[5]，改變果園土壤微生物群落結構[21]和組成[20]。本研究結果與上述試驗結果相一致，其主要原因是種植生草后有利于增加土壤有機碳的積累和轉化速率，加之生草凋落物可為果園土壤微生物提供大量速效碳氮源[17]，進而刺激土壤微生物的生長繁殖和有機碳礦化速率；其二，種植生草后地表生物量[22]及群落結構改變可引起地下微生物群落作出響應，進而有助于土壤微生物群落結構和組成的改變[23]。

圖2 隴東黃土高原地區不同生草模式杏樹林土壤根際微生物群落多樣性指數變化Fig. 2 Changes on rhizosphere soil microbial community diversity indexes of apricot orchard with different grass patterns in eastern Gansu Province

2.3 隴東黃土高原地區杏樹林根際土壤肥力對不同生草模式的響應

對所測定的14項土壤環境變量進行中心化處理后,通過因子分析法對原始環境變量進行信息重組[24]，得出各因子的特征根、貢獻率及累計貢獻率(表4)；通過正交旋轉得到因子得分矩陣及其載荷矩陣(表5)，由表4可見前兩個公因子的累積貢獻率為86.998%，可用于評價隴東黃土高原地區不同生草模式下杏樹林根際土壤肥力變化情況。根據表5分析結果可知，土壤速效鉀、堿解氮、速效磷、過氧化氫酶、堿性磷酸酶、轉化酶、脲酶、pH值、Shannon-Wiener多樣性指數、Margalef豐富度指數及Pielou均勻度指數對第一公因子起正相關作用；土壤有機質、含水量和Patrick豐富度指數則起負相關作用。對第二公因子而言，土壤含水量、堿解氮、有機質、過氧化氫酶、脲酶、Patrick豐富度指數起正相關作用；而土壤速效磷、速效鉀、堿性磷酸酶、轉化酶、pH值、Shannon-Wiener多樣性指數、Margalef豐富度指數和Pielou均勻度指數起負相關作用。

根據14項環境變量在兩個公因子中得分矩陣構建因子得分函數：

Y1= 0.162X1+0.056X2+0.206X3-0.148X4+

0.102X5+0.183X6+0.12X7+0.063X8+

0.178X9+0.134X10-0.01X11+0.133X12+

0.128X13-0.104X14

Y2= -0.099X1+0.121X2-0.211X3+0.455X4+

0.036X5-0.169X6-0.009X7+0.107X8-

0.471X9-0.026X10+0.239X11-0.024X12-

0.019X13+0.021X14

式中，Y1，Y2為第一、第二公因子的得分：X1～X14為土壤環境變量的標準化值，分別對應土壤速效鉀(X1)、堿解氮(X2)、速效磷(X3)、有機質(X4)、過氧化氫酶(X5)、堿性磷酸酶(X6)、轉化酶(X7)、脲酶(X8)、pH (X9)、Shannon-Wiener多樣性指數(X10)、Patrick豐富度指數(X11)、Pielou均勻度指數(X12)、Margalef豐富度指數(X13)和含水量(X14)。

表4 因子分量的特征根、貢獻率及累積貢獻率Table 4 Factor component characteristic root and contribution rate and cumulative contribution rate

注：提取方法為主成分分析法。

Notes: Extraction method were principal component analysis.

表5 土壤環境因子旋轉載荷矩陣及其因子得分矩陣Table 5 Rotating comprehensive factor loading matrix and component score coefficient matrix

注：因子提取采用主成分法，旋轉方法為方差最大正交法。

Notes: The factors were extracted by principal component analysis and rotated by varimax, then calculated the factor loading and the score of the factors.

將14項環境變量均值標準化后代入上述兩式，根據公因子特征根值計算其權重分別為0.728和0.272，根據W=Y1T1+Y2T2公式加權求和，計算不同生草模式下杏樹林根際土壤綜合肥力得分(圖3)，式中W為土壤綜合肥力得分；T1，T2為第一、第二公因子的權重。

圖3反映了隴東地區不同生草模式下杏樹林根際土壤綜合肥力變化情況，3種生草模式均不同程度增加了杏樹林根際土壤綜合肥力；其中以套種紫花苜蓿及黃花菜的模式C土壤綜合肥力最高(P<0.05)，而模式B和A間差異未達顯著水平。前人研究提出果園土壤肥力差異易受生草品種及其播種方式的影響[25]，究其原因可能是由于不同生草品種的混合播種對土壤有機碳的積累[26]及土壤微生物多樣性[27]的影響不盡相同，進而導致土壤綜合肥力的變化存在差異，而這種差異亦隨土壤類型及生草年限的差異而不同[28]。本研究結果與上述結果基本一致，以套種紫花苜蓿及黃花菜的模式C土壤綜合肥力最高(P<0.05)，而模式B和A間差異未達顯著水平，但均高于對照組CK，說明隴東黃土高原地區開展果園生草模式需增加生草品種的同時，要選用本地適生豆科植物進行混合播種，將有利于該地區杏樹果園土壤綜合肥力的增加。

2.4 影響杏樹林不同生草模式土壤肥力差異的環境因子

為了闡明不同生草模式下杏樹樣地與土壤環境因子間關系，以及環境因子在驅動不同樣地分異過程中的相對重要性，基于Bray-Curtis相異指數，將所測定的14項土壤環境因子擬合到4種樣地的非度量多維尺度(NMDS)排序圖上，脅強系數Stress=0.0481，說明該二維NMDS分析具有一定的擬合效果，可解釋樣地環境因子信息量的99.95%。

圖3 不同生草模式杏樹林根際土壤綜合肥力變化Fig.3 Changes on rhizosphere soil comprehensive fertility of apricot orchard with different grass patterns

由圖4可見，基于Bray-Curtis相異性指數，模式B和C在NMDS排序圖上發生重合，而模式A介于模式B、C和CK之間，說明4種樣地存在顯著差異。14個環境因子變量擬合至NMDS排序圖的結果顯示，14項環境因子中有9個環境變量與樣地NMDS排序結果顯著相關。由圖4可見，各樣地在NMDS排序圖上的分異主要與土壤酶活性中的脲酶(r2=0.8111，P=0.002)，轉化酶(r2=0.743 3，P=0.002)和過氧化氫酶(r2=0.689 1，P=0.007)顯著相關；4種土壤微生物群落遺傳多樣性指數中主要與Patrick豐富度指數(r2=0.848 9，P=0.001)，Shannon-Wiener多樣性指數(r2=0.697 4，P=0.006)和Pielou 均勻度指數(r2=0.649 7，P=0.009)相關；就土壤理化因子而言，6項理化因子中只有土壤有機質與樣地分異有關(r2=0.510 5，P=0.035)。上述結果說明影響杏樹林不同生草模式土壤肥力差異的最主要環境因子分別是Patrick豐富度指數和土壤脲酶，其余依次為經營模式(r2=0.758 5，P=0.001)、轉化酶、過氧化氫酶、土壤微生物群落Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數。前人研究[5]得出生草栽培可明顯增加杏樹根際微生物數量，生草栽培對果園生理生態的影響隨草種和生草模式不同而有所差異，如豆科植物有助于土壤氮素積累，禾本科植物能有效提高土壤有機質含量，這與本研究結果相一致，說明隴東地區氣候和土壤條件具有獨特的地域性，生草栽培對果園土壤生物學及非生物學特性的影響隨草種和生草模式不同而有所差別，即如何增加土壤微生物數量以及配植適應隴東地域特點的林下生草對于隴東地區杏樹果園的良性發展至關重要。

注：排序圖上顯示了與各樣地分異有關的土壤環境因子，橢圓代表平行樣品間的標準差；*代表與各樣地分異相關的土壤環境因子顯著水平：***表示P<0.001，**表示 P<0.01，*表示 P<0.05Note: The correlations between 13 vectors and 12 rhizosphere soil samples treated by different planting patterns were tested using the R package (based on 999 permutations), and significant vectors (r2 values and P values were shown on the right panels) were fitted to the NMDS ordination plots; Ellipses represent standard deviation among parallel samples圖4 隴東黃土高原地區杏樹林不同生草模式的非度量多維尺度(NMDS)排序及其與環境因子間關系Fig.4 Nonmetric multidimensional scaling (NMDS) ordination patterns of apricot orchard with different grass patterns and relationship with their environment factors in eastern Gansu Province

2.5 不同生草模式下杏樹根際土壤綜合肥力的影響因子方差分解

圖5為影響不同生草模式下杏樹根際土壤綜合肥力的環境因子方差分解Venn圖，結果顯示，本研究所涉及的14項環境變量可劃分為3類環境因子(土壤微生物學特性、土壤酶活性及土壤理化特性)。根據方差分解殘差可知，3類環境因子總疊加效應共同解釋了不同生草模式下杏樹根際土壤綜合肥力變異的79%(圖5)；而3類環境因子獨立效應分析結果顯示，土壤理化特性只解釋了綜合肥力差異的3%，而土壤酶活性與微生物群落分別解釋了15%和13%。從3類環境因子交互作用來看，影響不同生草模式下杏樹根際土壤綜合肥力的因素主要來自土壤理化特性和土壤酶活性(39%)以及土壤微生物群落和酶活性(41%)，而三者的共同作用可解釋土壤肥力變異的63% (圖5)。

圖5 土壤環境因子對不同生草管理模式杏樹根際土壤綜合肥力的方差分解Fig.5 Variance analysis on rhizosphere soil comprehensivefertility of apricot orchard with different grass patterns

上述結果說明，在隴東地區對杏樹林采用不同生草模式后土壤綜合肥力出現明顯差異，而造成其土壤肥力差異最主要的環境因子為土壤酶活性和土壤微生物學特性。之前在對4種生草模式進行NMDS排序分析時發現，影響不同生草模式土壤肥力差異的最主要環境因子分別是Patrick豐富度指數和經營模式，其余依次為土壤脲酶、轉化酶、過氧化氫酶、土壤微生物群落Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou 均勻度指數，所測定的6項理化因子中只有土壤有機質與樣地分異有關，且貢獻率為相關因子中最低，這一結果與方差分解結果相吻合。土壤生態系統中理化因子是物質循環、能量轉換和信息傳遞的不可或缺的環節，可與其它環境因子相互作用，共同完成生物地球化學循環過程[6]。但本研究中土壤理化因子對于該地區不同生草模式杏樹林土壤綜合肥力的單獨效應只有3%，但縱觀共同效應后可見，土壤理化特性與土壤微生物特性間可共同解釋土壤肥力差異的11%，而NMDS排序中土壤有機質含量對于樣地分異之間呈顯著關系(r2=0.510 5，P=0.035)，說明隴東黃土高原地區土壤有機質含量是物質和能量循環的基礎，土壤中有機成分的高低直接影響了土壤微生物群落結構和組成，有機質含量高低決定了土壤微生物對營養物質的礦化的速率[29]，進而引起土壤微生物數量以及群落結構和組成的改變[4]，同時與植物根際分泌物實現共代謝[17]，加速無機物的同化作用的同時刺激了植物根際土壤酶活性，進而完成地球生物化學循環[23]。因此，對隴東地區杏樹林實施不同生草模式時應增施有機肥，增加生草品種多樣性可為其根際微生物提供大量的速效碳、氮源的同時有效刺激杏樹根際胞外酶的分泌進而有效提高土壤綜合肥力。

3 結 論

本研究以隴東黃土高原地區不同模式(A:杏樹+黃花菜；B:杏樹+紫花苜蓿；C:杏樹+黃花菜+紫花苜蓿；以杏樹+清耕作為對照組CK)人工生草6年的杏樹林根際土壤為研究對象，測定了14項土壤生物學及非生物學環境因子，利用NMDS排序和方差分解初步分析了不同生草模式下杏樹樣地與土壤環境因子間關系，以及環境因子在驅動不同生草模式樣地土壤綜合肥力分異過程中的相對重要性，結論如下：

1)杏樹林嵌套種植紫花苜蓿可有效增加土壤氮素循環；黃花菜生草模式可有效加速土壤有機磷的礦化速率；復合生草模式可有效增加土壤微生物群落多樣性，進而刺激土壤轉化酶活性，加速了土壤有機碳的地球生物化學循環速率的同時，顯著降低了土壤過氧化氫的積累(P<0.05)。土壤理化方面，草種差異對土壤養分的影響不盡相同，豆科植物固氮作用可增加土壤氮素利用率。隴東地區土壤有機質及含水量偏低，6a的生草年限和隴東地區土壤較高的鹽堿化程度的共同影響，使得該地區土壤有機質的形成和pH值的改變尚未表現出顯著影響，而這種情況可能隨著生草經營模式年限的增加而逐步顯現。

2)基于PCR-DGGE技術分析結果說明生草模式可對土壤微生物群落結構產生顯著影響，4種多樣性指數在不同生草模式間呈相似的變化趨勢，即模式C>模式B>模式A>CK。說明生草有助于增加土壤有機碳的積累，刺激土壤微生物的生長繁殖和有機碳礦化速率，同時草種差異是導致了杏樹根際土壤微生物群落結構和組成變化的主要因素，即土壤微生物群落結構和組成隨地表植被多樣性及群落結構改變而呈不同的響應模式。

3)利用因子分析法探討了隴東黃土高原地區杏樹林根際土壤肥力對不同生草模式的響應，結果顯示3種生草模式增加了杏樹林根際土壤綜合肥力，其中以套種紫花苜蓿及黃花菜的模式C土壤綜合肥力最高(44.39±5.44)，而模式B和A間差異未達顯著水平。說明隴東地區開展果園生草經營模式需增加生草品種的同時，要選用本地適生豆科植物進行混合播種，將有利于該地區杏樹果園土壤綜合肥力的增加。

4) 基于Bray-Curtis相異指數，將所測定的14項土壤環境因子擬合到4種樣地NMDS排序圖上，結果顯示影響隴東地區杏樹林不同生草模式土壤肥力差異的最主要環境因子是Patrick豐富度指數和土壤脲酶，其余依次為經營模式、土壤轉化酶、過氧化氫酶、土壤微生物群落Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou 均勻度指數。隴東地區生草栽培對果園土壤生物學及非生物學特性的影響隨草種和生草模式不同而有所差別，即如何增加土壤微生物數量以及配植適應隴東地域特點的林下生草對于隴東地區杏樹果園的良性發展至關重要。

5)對不同生草模式下杏樹根際土壤綜合肥力進行因子方差分解后結果顯示，在隴東地區對杏樹林采用不同生草模式后土壤綜合肥力出現明顯差異，而造成其土壤肥力差異最主要的環境因子為土壤酶活性和土壤微生物學特性。土壤中有機成分的高低直接影響了土壤微生物群落結構和組成，因此對隴東地區杏樹林實施不同生草模式時應增施有機肥，增加生草品種多樣性可為其根際微生物提供大量的速效碳、氮源的同時有效刺激杏樹根際胞外酶的分泌進而有效提高土壤綜合肥力。

致謝：感謝隴東學院王鑫教授在土樣采集及其理化性質和酶活性測定過程中給予的幫助；感謝青海師范大學石國璽副教授在數據分析中的悉心指導。