李燕芳，陳國棟，張 勇，張 偉，胡守林，王沛娟，萬素梅

(1.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300；2.喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)局農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆喀什 844000；3.石河子大學農(nóng)學院，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】過去新疆紅棗大多數(shù)都是單作種植。伴隨農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，新疆從可持續(xù)發(fā)展的高度，大力推廣農(nóng)林間作種植模式，為建立可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)?！厩叭搜芯窟M展】國內(nèi)外研究從多個方面就關(guān)于間作應(yīng)用的理論體系，進行了優(yōu)化資源利用效率的理論和實踐探索[1-2]，其中對于間作體系中地上部分之間的資源競爭研究較多，而地下部分是作物生長的前提和保證。土壤酶是一類比較穩(wěn)定的蛋白質(zhì)。它與一般蛋白質(zhì)不同，酶具有一種特殊的催化功能，屬于一種生物催化劑。酶的催化能力十分強大，不僅參與土壤中的生化反應(yīng)，并且與土壤成分牢固結(jié)合在一起的的酶，表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性，可以長期的積累在土壤之中。土壤酶的來源有很多種，既有土壤中本身存在的微生物，也有其他有機組織。比如植物活體及其殘體，植物根系自身能夠分泌釋放酶類進入土壤[3]。間作體系中，土壤中的微環(huán)境較單作相比，更為豐富，能有效的提高土壤酶的種類和活性，從而增加土壤種群結(jié)構(gòu)的多樣性，減少土傳病害的傳播與發(fā)生[4]。不同種類作物間作能夠最大化的利用資源，增加經(jīng)濟效益，提高土壤有效養(yǎng)分，增加微生物數(shù)量[5-7]。【本研究切入點】目前關(guān)于棗園間作不同作物的研究較少。研究棗園不同間作種植方式下土壤酶活性變化?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究棗園不同間作種植方式下，不同灌水量對間作復(fù)合系統(tǒng)土壤酶活性的影響，分析間作系統(tǒng)中土壤酶活性的變化特征，為優(yōu)化間作復(fù)合系統(tǒng)和適宜于南疆棗園間作復(fù)合系統(tǒng)合理的灌水量提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗在新疆阿拉爾市塔里木大學園藝試驗站(N40032'34",E81018'07",海拔1 015 m)中進行。該地區(qū)年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 976.6～2 558.9 mm；地下水埋深在3 m以下。降雨量極其稀少，地表蒸發(fā)強烈，空氣極端干燥。試驗區(qū)地勢平坦，排灌方便，土壤水分、肥力等條件相近，土質(zhì)為粘壤土，土壤試驗地養(yǎng)分狀況為堿解氮33.6 mg/kg，速效磷58.7 mg/kg，速效鉀107 mg/kg，有機質(zhì)7.79 g/kg，總鹽2.0 g/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗于2017年在3年幼齡棗園中進行，紅棗株行距配置為3 m×1.5 m。采用兩因素裂區(qū)試驗設(shè)計，主區(qū)為2種間作種植方式：設(shè)為在兩行紅棗中間分別種植棉花和苜蓿2種作物，供試間作的棉花品種為新陸中36號，供試間作的苜蓿品種為新疆大葉苜蓿。副區(qū)為4種灌水量：分別為：W1：水量為3 750 m3/hm2(中度水分脅迫)；W2：水量為4 500 m3/hm2(輕度水分脅迫)；W3：水量為5 250 m3/hm2(適宜水分)；W4：水量為6 000 m3/hm2(充分供水)。于棉花行間，苜蓿行間，紅棗行間設(shè)置滴灌帶，用水表控制水量，全生育期灌溉8次，每個灌水處理設(shè)置3個重復(fù),每個小區(qū)面積為31 m2。另設(shè)苜蓿單作種植和棉花單作種植(CK),于試驗地東側(cè)，共2個小區(qū)，小區(qū)面積為31 m2。圖1

圖1 種植模式示意Fig.1 Schematic diagram of planting mode

1.2.2 測定指標

試驗于作物生長期間5月19日、6月19日、7月19日、9月19日在紅棗棉花帶間和紅棗苜蓿行間進行，按照水分處理劃分的小區(qū)取樣，每個處理重復(fù)3次，用鏟子除去土壤表層1～2 cm土壤后用土鉆取0～20 cm土樣，充分混勻，土壤自然風干后過2 mm篩用于酶活性的測定。

土壤酶活性[3]，土壤脲酶活性采用靛酚藍比色法，以每1 g土24 h產(chǎn)生的 NH3-Nmg數(shù)表示；

土壤蔗糖酶采用 3，5-二硝基水楊酸比色法，以每1 g土24 h產(chǎn)生的葡萄糖毫克數(shù)表示；

土壤過氧化氫酶采用容量法，以每1 g土消耗0.1 NKMnO4mL數(shù)表示。為了消除土壤和試劑的誤差，每一土樣需做無基質(zhì)和無土壤對照，酶活性以干土表示；

土壤多酚氧化酶活性采用鄰苯三酚顯色法，以每1 g土壤每1 h分解鄰苯三酚的量來表示；

1.3 數(shù)據(jù)處理

土壤酶活性數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Excel2007，分析采用DPS 7.05軟件進行，采用LSD法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對棗園不同間作方式下土壤脲酶活性的影響

在整個生育進程中，棗園間作棉花種植模式下土壤脲酶活性大致呈現(xiàn)降低-升高的趨勢，與單作棉花相比，W2水分處理下的土壤脲酶活性始終比單作棉花高；棗園間作苜蓿種植模式下土壤脲酶活性大致呈現(xiàn)降低-升高-降低的趨勢，與單作苜蓿相比，間作能顯著提高土壤脲酶活性。在相同水分處理下，紅棗間作棉花的土壤脲酶活性整體低于紅棗間作苜蓿，紅棗間作苜蓿能顯著提高土壤脲酶活性。在7月19日中，紅棗間作棉花的種植方式中，W2水分處理下的土壤脲酶活性最高，但與W1、W3、W4水分處理相比沒有顯著差異，與單作棉花相比也未見顯著差異；在紅棗間作苜蓿的種植方式中，W2水分處理下的土壤脲酶活性最高，與W1水分處理相比沒有顯著差異，但與W3、W4水分處理相比有顯著差異，與單作苜蓿相比也達到顯著差異。灌水在W2水平下，紅棗間作棉花、苜蓿土壤脲酶活性最高。圖2

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，數(shù)值為平均數(shù) n=3,下同

2.2 水分脅迫對棗園不同間作方式下土壤蔗糖酶活性的影響

研究表明，在整個生育進程中，棗園間作棉花種植模式下土壤蔗糖酶活性大致呈現(xiàn)升高-降低-升高的趨勢，在6月19日達到最高；棗園間作苜蓿種植模式下土壤蔗糖酶活性大致呈現(xiàn)升高-降低的趨勢，紅棗間作苜蓿各水分處理下紅棗間作苜蓿的土壤蔗糖酶活性均大于單作苜蓿。在相同水分處理下，紅棗間作棉花的土壤蔗糖酶活性整體低于紅棗間作苜蓿，紅棗間作苜蓿能顯著提高土壤蔗糖酶活性。在7月19日中，紅棗間作棉花的種植方式中，W1水分處理下的土壤蔗糖酶活性最高，與W2、W4水分處理和單作棉花相比沒有顯著差異，但與W3水分處理相比達到顯著差異；在紅棗間作苜蓿的種植方式中，W4水分處理下的土壤蔗糖酶活性最高，但與其他處理之間均未達到顯著差異。灌水量在W1水平時，紅棗間作棉花、苜蓿能提高土壤蔗糖酶活性。圖3

圖3 水分脅迫下棗園不同間作方式土壤蔗糖酶活性變化Fig.3 Effect of water stress on soil sucrase activity in different intercropping methods of jujube orchard

2.3 水分脅迫對棗園不同間作方式下土壤過氧化氫酶活性的影響

研究表明，在整個生育進程中，棗園間作棉花種植模式下土壤過氧化氫酶活性大致呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，在9月19日達到最高；棗園間作苜蓿種植模式下土壤過氧化氫酶活性大致呈現(xiàn)降低-升高-降低的趨勢。在相同水分處理下，紅棗間作棉花的土壤過氧化氫酶活性整體低于紅棗間作苜蓿，說明紅棗間作苜蓿能有效提高土壤過氧化氫酶活性。在7月19日中顯示紅棗間作棉花的種植方式中，不同水分處理之間相比土壤的過氧化氫酶活性均達到顯著差異，而且與單作棉花相比也未有顯著差異；在紅棗間作苜蓿的種植方式中，W1水分處理下的土壤過氧化氫酶活性最高，與W2水分處理之間并沒有顯著差異，但與W3、W4水分處理之間有顯著差異，并且與單作苜蓿相比也達到顯著差異。灌水量在W1水平時，紅棗間作棉花、苜蓿能有效提高土壤過氧化氫酶的活性。圖4

圖4 水分脅迫下棗園不同間作方式土壤過氧化氫酶活性酶活性變化Fig. 4 Effect of water stress on soil catalase activity and enzyme activities in different intercropping systems of jujube orchard

2.4 水分脅迫對棗園不同間作方式下土壤多酚氧化酶活性的影響

研究表明，在整個生育進程中，棗園間作棉花種植模式下土壤多酚氧化酶活性大致呈現(xiàn)升高-降低的趨勢，在6月19日達到最高；棗園間作苜蓿種植模式下土壤多酚氧化酶活性大致呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，在9月19日達到最高。在相同水分處理下，生育前期紅棗間作棉花的土壤多酚氧化酶活性整體略高于紅棗間作苜蓿，在生育后期，紅棗間作棉花的土壤多酚氧化酶活性明顯低于了紅棗間作苜蓿的的土壤多酚氧化酶活性。而與單作相比，紅棗間作棉花和苜蓿的土壤多酚氧化酶活性均高于單作時的土壤多酚氧化酶活性。其中在7月19日紅棗間作棉花的種植方式下，不同水分處理之間相比土壤的多酚氧化酶活性均未有顯著差異；在紅棗間作苜蓿的種植方式中，W1、W2、W3水分處理之間的土壤多酚氧化酶活性沒有顯著差異，與W4水分處理下的土壤多酚氧化酶有顯著差異。其中最高的W1水分處理下的土壤多酚氧化酶活性最高。當灌水量在W1水平時，紅棗間作棉花、苜蓿能有效提高土壤多酚氧化酶的活性。圖5

圖5 水分脅迫下棗園不同間作方式土壤多酚氧化酶活性變化Fig.5 Effect of water stress on soil polyphenol oxidase activity in different intercropping methods of jujube orchard

2.5 紅棗間作棉花不同土壤酶活性間的相關(guān)關(guān)系

研究表明，紅棗間作棉花下，脲酶與蔗糖酶、過氧化氫酶之間呈正相關(guān)關(guān)系，與多酚氧化酶之間呈負相關(guān)關(guān)系，其他酶之間均呈正相關(guān)關(guān)系。而在紅棗間作苜蓿下，脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶之間均呈正相關(guān)關(guān)系，其中，過氧化氫酶與多酚氧化酶之間呈顯著正相關(guān)。土壤過氧化氫酶活性可以反映出土壤中生物氧化過程和碳氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化的強弱，土壤多酚氧化酶是一種多功能的氧化酶，其活性高低可以反映出土壤的修復(fù)能力。間作復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)不同土壤酶之間存在共性關(guān)系。表1，表2

表1 紅棗間作棉花不同土壤酶相關(guān)關(guān)系Table 1 Correlation between different soil enzymes in intercropped cotton

表2 紅棗間作苜蓿不同土壤酶相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation between different soil enzymes inintercropped alfalfa

3 討 論

3.1 水分脅迫對間作土壤酶活性的影響

土壤酶活性是評價土壤肥力的重要指標之一，現(xiàn)有結(jié)果表明：土壤酶活性除與土壤養(yǎng)分關(guān)系密切，還與土壤PH、質(zhì)地、含水量有關(guān)[9]。研究中結(jié)果顯示，土壤脲酶的活性隨著灌水量的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，灌水量在W2(4 500 m3/hm2輕度水分脅迫)水平下，能有效提高間作土壤脲酶的活性，灌水量在W1(3 750 m3/hm2中度水分脅迫)水平下，能有效提高間作土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶的活性。張玉龍等也有相似的研究結(jié)果：適當減少單次灌水量有利于提高土壤脲酶活性，改善土壤氮素轉(zhuǎn)換狀況[10]。水分脅迫會對冬小麥土壤酶活性有不同程度的影響[11]。而在研究中，不同的水分處理下間作土壤酶活性在作物生長前期差異并不顯著，在作物生長后期酶活性出現(xiàn)了顯著差異，這說明一定程度的水分脅迫對土壤酶具有激活作用[12]，可能是由于作物根系后期分泌的物質(zhì)改變了根際土壤的微環(huán)境，影響到了土壤酶活性的高低。

灌水量的增加能夠顯著改善植株生長狀況[13]，但是到達一定程度后，灌水量的增加將會對作物生長產(chǎn)生不利因素，研究結(jié)果可以看出，充分灌水條件下，土壤保持較高的水分，但是土壤中酶活性會變低，而中度水分脅迫使土壤處于干濕交替條件下，增強土壤酶的活性[14]，章燕平等[15]發(fā)現(xiàn)，干濕交替下的土壤酶活性顯著高于處于恒濕處理下的土壤酶活性。而土壤的水分脅迫可以增加土壤酶活性[16]。王君等[17]研究表明，土壤酶活性與土壤含水量呈線性關(guān)系，土壤干濕交替的頻率的使土壤酶活性增加。但是，水分脅迫對土壤酶活性的激發(fā)機理還有待研究。

3.2 種植方式對間作土壤酶活性的影響

有研究認為，間作不僅能夠充分利用空間資源，增加產(chǎn)量，也是一種有效的養(yǎng)地措施，能顯著改善土壤質(zhì)量、提高土壤肥力[18]。土壤酶作為土壤微環(huán)境重要組成, 土壤酶活性的高低可衡量土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程以及評價各種農(nóng)業(yè)措施的效果[19]。試驗通過與單作相比，間作種植可有效提高土壤酶活性。而在間作種植中，2種作物之間的資源競爭會顯著影響到土壤酶活性的改變，不同的種植方式會根據(jù)不同作物的本身的特性而改變土壤酶活性。研究結(jié)果顯示：紅棗間作棉花會逐漸降低土壤多酚氧化酶的活性，但會提高土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶的活性，而紅棗間作苜蓿相比紅棗間作棉花的土壤酶活性較高，說明棗園間作苜蓿能顯著改善果園土壤的微環(huán)境。這可能是由于利用了苜蓿根系的固氮作用。姜黎[20]在杏園的研究中也發(fā)現(xiàn)，牧草的根系及植株可以逐漸吸收土壤中的營養(yǎng)元素，從而引起間作果園土壤理化性質(zhì)的變化。

種植方式等對土壤微生物及酶活性有重要影響[21]，有研究表明，土壤酶活性在作物生長中后期達到最大，可能是因為在生長前期，外界氣溫較低，土壤溫度過低，植物根系新陳代謝緩慢，分泌物變少，從而使土壤酶活性降低，而在作物生長中期正處于夏季，氣溫較高，地上部生長迅速，同時地下部根系快速生長，根系分泌物較多，使得土壤酶活性增加[22]。也有研究表明間作能使土壤微生物數(shù)量和酶活性增加，因為單作種植作物單一，作物根系分泌物單一有限，限制土壤酶活性，而間作種植能是兩種植物根系相互作用，作物根系間的分泌物各不相同，作用于土壤中，使土壤中微生物數(shù)量及活性增加，從而增加土壤酶活性[23-24]。 孟慶杰等研究表明，土壤酶活性和代謝強度會隨著季節(jié)變化呈現(xiàn)不同的變化趨勢，與研究結(jié)果類似，不同間作模式下，土壤酶活性都發(fā)生了不同的變化[25]。

通過地上部種植多種植物使地下部植物根系相互影響，提高土壤酶活性，增加土壤肥力，提高間作復(fù)合系統(tǒng)資源利用效率。

4 結(jié) 論

4.1 在紅棗間作棉花和紅棗間作苜蓿的種植方式中，灌水在W2：4 500 m3/hm2(輕度水分脅迫)水平下，間作土壤脲酶活性最高；灌水在W1：3 750 m3/hm2(中度水分脅迫)水平下，間作土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶活性最高。

4.2 與單作相比，間作種植能逐漸提高土壤酶活性；在2種間作種植方式中，紅棗間作苜蓿可以顯著提高土壤酶活性，改善間作土壤肥力，提高間作資源利用效率。