石漠化地區(qū)核桃套種不同作物的養(yǎng)地效果

曾成城，秦 芳，蘇利榮，李 琴，蘇天明，何鐵光，俞月鳳，韋愛娜，韋 楠，蒙元清

(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007；2.東蘭縣林業(yè)局，廣西 河池 547400； 3.大化瑤族自治縣核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展局，廣西 河池 530800)

喀斯特地區(qū)石漠化是指在喀斯特生境下，人類不合理的社會經(jīng)濟(jì)活動造成植被破壞、水土流失、巖石裸露、土地生產(chǎn)力喪失，地表呈現(xiàn)出類似荒漠的現(xiàn)象，它是喀斯特地區(qū)水土流失的最終結(jié)果[1]。廣西喀斯特石山面積約9.77萬hm2，占全區(qū)面積的41%[2]，全區(qū)90%以上的貧困人口都分布在石漠化地區(qū)，石漠化直接導(dǎo)致人地矛盾尖銳、植被逆向演替，以及干旱、滑坡、洪澇等災(zāi)害。由于造土能力差、土層薄、基巖出露，加之農(nóng)民盲目開荒，當(dāng)?shù)厥潭热遮厙?yán)峻。

核桃具有耐石漠化、耐旱、耐貧瘠等特點(diǎn)，不僅能夠適應(yīng)石漠化山區(qū)惡劣的自然條件，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2016年，廣西核桃種植面積約16.99萬hm2，產(chǎn)值約6 933.52萬元[3]。但單種核桃不僅浪費(fèi)土地資源，還不利于當(dāng)?shù)氐乃帘３帧？茖W(xué)的種植模式和種植制度可合理利用土壤養(yǎng)分，更有效地防治石漠化地區(qū)水土流失，提高土地利用率，改善土壤微生物區(qū)系，增強(qiáng)土壤酶活性，減少病蟲害，進(jìn)而創(chuàng)造更好的土壤環(huán)境。有研究表明，套種模式能夠有效減小地表徑流量[4]，選用早春能快速生長、匍匐于地表的或矮桿的植物進(jìn)行套種，具有更好的水土保持效果[5]。池永寬[6]研究發(fā)現(xiàn)，石漠化治理中，林草空間優(yōu)化配置模式不僅可以提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)出率，提高經(jīng)濟(jì)效益，還能增加產(chǎn)量與品質(zhì)。套種作物的枝葉或藤蔓自然覆蓋裸露地面，不僅能降低土壤溫度，還可緩和暴風(fēng)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(huán)境，增加微生物的數(shù)量[7]。李紀(jì)元等[5]則認(rèn)為，套種農(nóng)作物后頻繁或不合理的耕作措施有可能影響土壤物理性質(zhì)，從而加重水土流失，降低退耕還林工程的生態(tài)效益。因此，如何更科學(xué)地利用光、熱、水、土等條件，更高效地對石漠化地區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)還需進(jìn)一步研究。本研究在典型的石漠化地區(qū)核桃林地套種作物，以單種核桃為對照，研究不同套作模式對核桃林地土壤基本理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性的影響，揭示不同套種方式對土壤的養(yǎng)地效果，以期為石漠化地區(qū)生態(tài)修復(fù)及核桃套種高效種植模式實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)在廣西河池市東蘭縣長樂鎮(zhèn)進(jìn)行，當(dāng)?shù)貙儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候。核桃樹均為大泡核桃，于2014年種植。本研究設(shè)6個處理，每個處理3個重復(fù)，共18個小區(qū)，小區(qū)面積為40 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。其中，處理1(CK)為核桃單種，處理2(YH)為核桃/玉米/紅薯，處理3(YL)為核桃/玉米/綠豆，處理4(MH)為核桃/美洲菊苣/紅薯，處理5(ML)為核桃/美洲菊苣/綠豆，處理6(ZL)為核桃/芝麻/綠豆(“/”表示套種)。于2018年6月10日進(jìn)行套種作物種植，種植期間，按照常規(guī)施肥、追肥、除草、除蟲等。于作物收獲日，采集每個樣地0～20 cm土層的土壤樣品，按四分法取樣后，用聚乙烯自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，測定其理化性質(zhì)。套種作物前的土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.1 土壤基本理化性質(zhì)

全氮含量采用全自動凱氏定氮儀測定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定，全磷和有效磷含量用鉬銻抗比色法測定，全鉀及速效鉀含量采用原子吸收光譜儀測定，pH值用電位計法(土∶水=1∶2.5)測定，有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀外加熱法測定。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

1.2.2 土壤酶活性

纖維素酶活性的測定采用羧甲基纖維素鈉法，酸性磷酸酶活性采用對硝基苯磷酸二鈉比色法，脲酶活性采用苯酚鈉比色法。

1.2.3 土壤微生物數(shù)量

土壤細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、放線菌用改良高氏一號合成培養(yǎng)基、真菌采用馬丁培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，均采用稀釋涂布平板法測定。

1.3 統(tǒng)計分析

利用SPSS 20.0軟件采用單因素方差分析(one-way ANOVA)來揭示核桃樹套種不同作物處理對土壤基本理化性狀、土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響，并運(yùn)用Duncan檢驗(yàn)法(Duncan’s multiple range test)檢驗(yàn)不同處理的各個指標(biāo)差異顯著性；采用Pearson相關(guān)系數(shù)評價土壤基本理化性狀、土壤微生物數(shù)量及酶活性之間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基本理化性狀

試驗(yàn)中，除美洲菊苣種子未發(fā)芽外，其余作物全部存活并長勢良好。如圖1所示，每一種土壤養(yǎng)分全量和有效態(tài)含量均有套種作物處理高于核桃單種處理的現(xiàn)象，各套種處理的土壤養(yǎng)分含量也未出現(xiàn)較單種核桃處理普遍下降的情況，故從土壤養(yǎng)分的情況來看，核桃套種作物并未引起更多的養(yǎng)分流失， 且YL的養(yǎng)分全量及有效態(tài)含量均高于核桃單種處理。核桃套種綠豆處理，即YL、ML和ZL的土壤全氮含量及堿解氮含量均高于核桃單種處理，說明綠豆具有固氮作用，適于種植在土壤較貧瘠的石漠化地區(qū)。

圖1 不同處理土壤基本理化性狀(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)

方差分析結(jié)果表明，不同套種模式顯著影響土壤全磷、有效磷及有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)。ZL的土壤全磷含量在所有處理中最低，顯著低于MH，YH的土壤有效磷含量顯著低于MH、ML、ZL，因此在套種芝麻、綠豆、玉米、紅薯時應(yīng)注意磷肥的施加。不同套種模式顯著影響pH值(P<0.05)，所有套種處理的pH值均顯著低于核桃單種，且所有套種處理土壤pH值均低于7。YH的土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，可能與本處理對土壤有機(jī)質(zhì)吸收量最大有關(guān)，在耕作中應(yīng)注意施加有機(jī)肥，以避免化肥施用過多而造成土壤酸化。

2.2 土壤微生物數(shù)量

不同的核桃套種作物種植方式顯著影響土壤微生物(細(xì)菌、真菌和放線菌)數(shù)量(P<0.05)。除放線菌數(shù)量及ML的細(xì)菌數(shù)量外，套種作物處理微生物數(shù)量均高于核桃單種(圖2)。土壤細(xì)菌、真菌及放線菌數(shù)量最高的分別是YH、YL、ZL。由于整個試驗(yàn)過程中美洲菊苣未發(fā)芽，故套種美洲菊苣處理，即MH、ML的土壤細(xì)菌數(shù)均低于其他套種作物處理。

圖2 不同處理土壤微生物數(shù)量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)

2.3 土壤酶活性

由圖3可知，除ML的纖維素酶活性外，套種作物處理土壤纖維素酶活性、脲酶活性和酸性磷酸酶活性均高于核桃單種處理。不同的核桃套種方式顯著影響土壤纖維素酶活性及酸性磷酸酶活性(P<0.05)，且該兩種酶活性均為YH最高。YL的脲酶活性為所有處理中最高。

圖3 不同處理土壤酶活性

2.4 土壤基本理化性狀、微生物數(shù)量及酶活性相關(guān)性

由表2可知，土壤基本理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性具有較明顯的相關(guān)性。其中，酸性磷酸酶活性與全鉀含量和纖維素酶活性顯著正相關(guān)(P<0.05)，與細(xì)菌數(shù)量達(dá)到極顯著正相關(guān)(P<0.01)，脲酶活性與有機(jī)質(zhì)含量顯著負(fù)相關(guān)，纖維素酶活性與堿解氮含量、速效鉀含量顯著正相關(guān)，真菌數(shù)量與堿解氮含量、速效鉀含量呈顯著正相關(guān)，放線菌數(shù)量與有效磷含量呈顯著正相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量與pH值呈顯著正相關(guān)，速效鉀含量與堿解氮含量呈極顯著正相關(guān)，纖維素酶活性與細(xì)菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)。總體上，除真菌數(shù)量與酸性磷酸酶活性、放線菌數(shù)量與脲酶活性之間呈負(fù)相關(guān)外，其余酶活性與微生物數(shù)量間的相關(guān)性均為正相關(guān)。

3 討 論

恢復(fù)石漠化地區(qū)的植被覆蓋對改善巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境有重要意義[8]。本研究中，每一種土壤養(yǎng)分全量和有效態(tài)含量均有套種作物高于核桃單種的現(xiàn)象，各套種處理的土壤養(yǎng)分含量也未出現(xiàn)較單種核桃普遍下降的情況，故從土壤養(yǎng)分的情況來看，核桃套種作物并未引起更多的養(yǎng)分流失。前人研究發(fā)現(xiàn)，套種模式較單種模式有較好的水土保持效益，套種低矮作物是控制坡耕地水土流失的關(guān)鍵[9]，種植覆蓋作物具有改變土壤化學(xué)特性的潛力，可以作為一種土壤保護(hù)策略進(jìn)行推廣應(yīng)用[10]。套種豆科植物能有效固氮、增加土壤含氮量，套種紅薯能有效提升土壤磷含量[11]。本研究中，核桃套種綠豆處理，即核桃/玉米/綠豆、核桃/美洲菊苣/綠豆及核桃/芝麻/綠豆處理的土壤全氮含量及堿解氮含量均高于單種核桃處理，說明套種農(nóng)作物對增強(qiáng)土壤肥力有積極的意義。套種作物本身會消耗土壤養(yǎng)分，不同作物對土壤養(yǎng)分改善效果存在差異，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理補(bǔ)充施肥。

表2 土壤基本理化性狀、微生物活性及酶活性相關(guān)性分析

土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是土壤乃至整個生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要維持者、貢獻(xiàn)者和土壤環(huán)境靈敏的指示者[12]。土壤酶是陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，對土壤環(huán)境因子的變化十分敏感，土壤微小的變動就會引起其活性的變化[13]。目前，土壤微生物數(shù)量和酶活性的監(jiān)測已成為生態(tài)體系研究必不可少的內(nèi)容[14]。本研究結(jié)果表明，土壤微生物數(shù)量及酶活性對不同套種處理有較敏感的響應(yīng)。在植物的參與下，土壤微生物從根系分泌物中獲取了更多的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了根際微生物的增多[15]。研究表明，植物根際土壤微生物數(shù)量明顯高于非根際土壤[16]。本研究中，除放線菌數(shù)量及核桃/美洲菊苣/綠豆處理的細(xì)菌數(shù)外，套種作物處理微生物數(shù)量均高于核桃單種處理，與前人研究結(jié)果一致。酶活性方面，受根系活動影響，根系分泌物及殘體在土壤分解過程中刺激微生物活動，進(jìn)而使得根際土壤酶活性得以增強(qiáng)。本研究中，除核桃/美洲菊苣/綠豆處理的纖維素酶活性外，套種作物處理土壤纖維素酶活性、脲酶活性和酸性磷酸酶活性均高于核桃單種處理；除真菌數(shù)量與酸性磷酸酶活性、放線菌數(shù)量與脲酶活性之間呈負(fù)相關(guān)外，其余酶活性與微生物數(shù)量間的相關(guān)性均為正相關(guān)。

與單種核桃相比，核桃套種作物均有一定養(yǎng)地效果。其中，核桃/玉米/綠豆處理養(yǎng)分全量及有效態(tài)含量均高于核桃單種處理，且其土壤酶活性及微生物數(shù)量均處于較高水平。這可能是由于核桃/玉米/綠豆處理合理利用了空間，且綠豆作為豆科植物具有固氮作用。玉米作為廣西喀斯特地區(qū)的重要糧食作物，可與豆科植物套種以提高經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)效益。

4 小 結(jié)

與單種核桃相比，核桃套種作物并未引起更多的養(yǎng)分流失，且微生物數(shù)量及酶活性均有一定升高，說明各套種模式均有一定的養(yǎng)地效果。本研究中，以核桃/玉米/綠豆為最優(yōu)套種模式。采用核桃樹套種經(jīng)濟(jì)作物有較好的養(yǎng)地效果，有利于核桃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，但在耕作中應(yīng)注意施加有機(jī)肥以避免因化肥施用過多而造成的土壤酸化。