行间生草对核桃园土壤养分、有机碳组分及酶活性影响

程 滨，赵瑞芬，滑小赞，郑普山，王 森，王 钊

（山西农业大学资源环境学院，土壤环境与养分资源山西省重点实验室，山西 太原 030031）

核桃（Juglans regiaL.）为胡桃科属，核仁有很高的营养价值。山西省地处黄土高原东部，属于温带大陆性气候，是我国优质核桃的生产基地之一。核桃园土壤是核桃生长的基础，土壤肥力的高低直接影响核桃产量和品质。大量研究表明［1-3］，果园生草能改善土壤理化性质及果实品质。果园生草是指在果树行间或全园种植草本植物作为覆盖作物的一种土壤管理模式。从1988年起，我国在全国推广果园生草技术，但到目前为止，生草栽培措施仍处于小面积试验及应用阶段，现有生草果园仅占果园总面积20%以下［4-5］，这主要是由于“杂草与果树争肥争水”的传统观念以及“生草果园”的技术不成熟，导致“清耕除草”是果园管理的唯一选择［6］。因此，探讨果园生草对果园肥力调控效果，完善果园生草配套技术，改善果园土壤管理制度及栽培模式，对核桃园产业的持续发展具有重要意义。

土壤生草的方式主要有自然生草和人工种草，自然生草一般对当地气候有较强的适应性且省时省力，人工种草是针对对果树有益的特定品种的草。果园生草种类不同，对土壤生境的影响不同。梅立新等［7］、刘富庭等［8］研究发现苹果园生草可以调节果园近地层的大气温度、增加相对湿度，提高土壤有机碳组分、土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性；王耀锋等［9］研究发现种黑麦草可显著提高桃园土壤总有机碳含量，且黑麦草的效果优于毛苕子；徐凌飞等［10］、孙计平等［11］、张桂玲［12］研究发现，生草方式可以有效增加土壤微生物数量且提高梨园、桃园土壤的碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶的活性；杨野等［13］研究发现苹果园种植红三叶、黑麦草可显著提高土壤有效磷、速效钾的含量且明显增加果树植株发育水平。

对核桃园生草的研究多以生草覆盖对土壤理化性质和果实品质的影响为主，朱东方等［14］研究发现核桃园生草能显著提高土壤全氮、碱解氮、硝态氮、铵态氮的含量且果园生草能显著提高香玲核桃果实的脂肪含量。钱进芳等［15］通过在山核桃林下栽培不同生草，研究不同生草栽培对山核桃林地的土壤养分、微生物生物量碳的影响，结果表明生草栽培处理显著提高了土壤养分含量，对改善土壤微生物特性效果较好。目前，核桃园生草对土壤酶活性的研究较少。为此，本文通过对核桃园连续2年进行清耕、自然生草、人工种草等土壤管理，研究了核桃园的土壤养分、土壤酶的变化，以期为核桃园的土壤管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于山西省汾阳市峪道河镇下池庄村汾阳市核桃种子园，地理坐标37.2713°N，111.7945° E，属于暖温带大陆性半干旱气候。全年降水分布不均匀，主要集中在7～9月，占全年降水量的50%～70%。0～60 cm土层土壤质地为砂质粘壤土。

1.2 试验设计

2018～2019年在汾阳市种子园布置生草栽培试验，共设6个处理，分别是大豆、毛苕子、箭筈豌豆、黑麦草、自然生草，以清耕（人工除草）为对照。将生草种植在核桃树下，每个处理设3次重复，采用单因素随机区组设计。生草方式为全园生草，生草处理从2018年9月进行，连续2年行间人工种草和自然生草，各小区水肥管理保持一致。

1.3 样品采集与处理

于2020年4月中旬在各处理区域内采用5点采样法采集土样，每点取3个土层深度（0～20、20～40、40～60 cm）。将土壤剔除杂质，装进牛皮纸袋、编号后带回实验室，自然风干后，研磨、过筛待测。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤大量元素的测定

土壤养分的测定参照文献［16］：全氮采用半微量凯氏定氮法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法。

1.4.2 土壤酶活性的测定

采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶的活性，磷酸苯二钠法测定碱性磷酸酶的活性，高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶的活性，靛酚蓝比色法测定脲酶的活性［17］。

1.4.3 土壤碳组分的测定

参照文献［18］测定土壤总有机碳（TOC）、易氧化有机碳（ROC）、可溶性有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）、轻质有机碳（LFOC）的含量。

1.5 数据分析及统计

采用Excel 2003和SPSS 16.0进行数据统计分析，并用Duncan进行多重比较，差异显著性用不同的大小写字母表示。

2 结果与分析

2.1 核桃园生草对土壤养分的影响

由表1可知，随着土层深度的增加，土壤的全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量呈降低的趋势，6个处理核桃园土壤全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量在0～40 cm土层均存在不同程度的差异。在40～60 cm土层无显著性差异，说明生草栽培的根系未达到底层（40～60 cm），对底层（40～60 cm）无影响。

表1 核桃园生草对土壤养分的影响

土壤含氮量是衡量土壤氮素基础肥力的重要指标，其含量能反映土壤的供氮潜力。土壤全氮和碱解氮的变化趋势一致，表层（0～20 cm）显著高于底层（P<0.05）。0～20和20～40 cm均表现为：与清耕相比，自然生草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆、黑麦草处理均能提高土壤的含氮量，其中，豆科植物（大豆、毛苕子、箭筈豌豆）的处理效果最佳，均与黑麦草、自然生草、清耕处理差异显著（P<0.05），但三者间无显著性差异。

土壤有效磷含量在一定程度上反映了土壤中磷的贮存量和供应能力。在0～20 cm土层，自然生草、黑麦草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆处理均与清耕处理呈显著性差异；自然生草、黑麦草处理均显著提高了土壤有效磷的含量，二者间差异显著，分别是清耕的1.08、1.17倍；箭筈豌豆、毛苕子、大豆处理均显著降低了土壤有效磷的含量，分别降低了22.0%、10.6%、10.4%。在20～40 cm土层，自然生草、黑麦草处理均与清耕处理无显著性差异，分别为清耕的1.17、1.03倍；箭筈豌豆、毛苕子、大豆处理降低了有效磷的含量，但与清耕处理无显著性差异。

钾也是果树必需的大量元素，土壤速效钾含量反映了土壤中钾的供应能力。在0～20 cm土层，黑麦草、自然生草处理土壤速效钾分别是清耕的1.11、1.14倍，二者间无显著性差异，但与箭筈豌豆、毛苕子、大豆、清耕处理差异显著；箭筈豌豆、毛苕子、大豆、清耕处理间无显著性差异。在20～40 cm，自然生草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆、黑麦草处理均与清耕处理无显著性差异。

综上所述，黑麦草处理显著提高土壤全氮、有效磷、速效钾的含量，豆科植物（箭筈豌豆、毛苕子、大豆）显著提高土壤全氮、碱解氮（40～60 cm除外）的含量。

2.2 核桃园生草对土壤有机碳的影响

2.2.1 土壤总有机碳

土壤有机碳是反映土壤肥力的重要指标之一，其高低能够反映当季土壤养分供应能力的大小。从图1可以看出，核桃园行间的土壤总有机碳（TOC）含量总体呈现随土壤深度增加而降低的趋势。0～20 cm土层中，黑麦草和自然生草处理区的TOC含量显著高于清耕，且差异显著（P<0.05），豆科植物处理的差异不显著。不同处理的TOC含量大小排序为：黑麦草>自然生草>大豆>毛苕子>箭筈豌豆>清耕。在20～40 cm土层，黑麦草处理显著高于其他处理，TOC含量为17.15 g/kg，为清耕的1.16倍。在40～60 cm土层，各处理间TOC含量无显著性差异。这说明不同生草处理对土壤TOC含量的影响不同，对表层（0～20 cm）和中层（20～40 cm）的TOC含量影响大，对底层（40～60 cm）的TOC含量影响较小。

2.2.2 土壤颗粒有机碳

图2 表明，随着土层深度的增加，土壤颗粒有机碳（POC）含量呈降低的趋势。与清耕相比，核桃园行间种草使0～40 cm土层土壤POC含量升高，对40～60 cm土层中的POC含量无明显影响。在0～20 cm土层，黑麦草处理区的土壤POC含量增幅较大，与清耕相比，增加了12.8%，而豆科植物、自然生草处理增幅较小，与清耕处理无显著性差异。与清耕相比，自然生草、毛苕子、大豆、箭筈豌豆处理的POC含量分别增加了3.9%、3.7%、4.9%、2.5%。在20～40 cm土 层，种植黑麦草、自然生草显著增加了POC含量高，分别增加了8.2%、7.1%，豆科植物（箭筈豌豆、毛苕子、大豆）与清耕处理间的差异不显著。在40～100 cm土层，各处理间POC含量没有显著性差异。

2.2.3 土壤轻质有机碳

从图3可以看出，各生草处理中，土壤轻质有机碳（LFOC）含量随土层深度的增加而呈现降低趋势。在0～40 cm土层，生草处理的土壤LFOC含量与清耕处理差异明显。在表层（0～20 cm）土壤中，黑麦草处理的LFOC含量显著高于其他处理，LFOC含量为0.78 g/kg，是清耕的1.23倍。而在中层（20～40 cm）土壤中，与清耕相比，生草处理使土壤的LFOC含量显著增加，黑麦草的LFOC含量显著高于其他生草处理，增加了55%。自然生草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆处理间的LFOC含量无显著性差异，与清耕相比，分别提高了43.3%、28.4%、23.9%、17.9%。40 cm以下土层中各生草处理的LFOC含量与清耕差异不显著。

2.2.4 土壤易氧化有机碳

由图4可以看出，土壤易氧化有机碳（ROC）含量随土层深度的增加而降低。在0～20 cm表层土壤中，不同处理的ROC含量大小排序为：黑麦草>箭筈豌豆>自然生草>大豆>毛苕子。黑麦草处理下的ROC含量最高，箭筈豌豆次之，分别提高了37.0%、31.2%，与其他处理呈显著性差异。自然生草、大豆、毛苕子均与清耕无显著性差异，分别提高了22.9%、21.3%、18.0%。在20～40 cm土壤中，黑麦草处理的效果最佳，提高了25.3%。在40～60 cm土壤中，各处理间的ROC含量没有显著性差异。

2.2.5 土壤可溶性有机碳

从图5可以看出，核桃园生草显著增加了土壤0～40 cm土层的土壤可溶性有机碳（DOC）含量，且随着土层深度的增加呈降低的趋势。在0～20 cm土层，种植黑麦草的土壤DOC含量明显高于其他处理，为285.3 mg/kg，比清耕提高了40.1%。自然生草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆处理间的差异不显著，与清耕相比，分别提高了14.2%、16.4%、16.7%和14.2%。在20～40 cm土层，与清耕相比，黑麦草处理使土壤DOC含量显著提高了22.7%。自然生草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆处理的DOC含量与清耕相比，分别提高了3.1%、3.7%、8.3%、12.4%。在40～60 cm土层，各处理间的土壤DOC含量差异不显著。可见，属于禾本科的黑麦草能增加土壤0～40 cm土层中的DOC含量。

2.3 核桃园生草对土壤酶活性的影响

2.3.1 核桃园生草对土壤蔗糖酶活性的影响

蔗糖酶活性能反映土壤有机碳积累、分解、转化的规律。由表2可知，0～20 cm的蔗糖酶活性显著高于20～40、40～60 cm土层。在0～20 cm土层，与清耕相比，自然生草、大豆、黑麦草处理的土壤蔗糖酶活性分别提高了4.4%、1.7%、12.3%，箭筈豌豆、毛苕子处理的土壤蔗糖酶活性分别降低了2.1%、1.6%，黑麦草与其它处理均呈显著性差异，箭筈豌豆、毛苕子、大豆、自然生草、清耕处理间无显著性差异。在20～40 cm土层，与清耕相比，自然生草、黑麦草处理的土壤蔗糖酶活性分别提高了0.4%、10.2%，箭筈豌豆、毛苕子、大豆处理间的差异不显著，分别降低了8.3%、11.7%、11.9%。

2.3.2 核桃园生草对土壤脲酶活性的影响

土壤脲酶的活性对土壤氮素营养状况具有重要意义，脲酶活性可用来指示土壤氮素水平。由表2可知，随着土层深度的增加，脲酶含量呈降低的趋势。在0～20 cm 土层，与清耕相比，不同生草处理均能显著提高土壤脲酶的活性，豆科植物（箭筈豌豆、毛苕子、大豆）处理的效果最佳，分别提高了11.6%、14.4%、16.0%，自然生草、黑麦草处理分别提高了7.8%、7.2%；在20～40 cm土层，与清耕相比，自然生草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆、黑麦草处理的土壤脲酶活性分别提高了1.7%、16.3%、13.3%、12.8%、6.1%，箭 筈 豌豆、毛苕子、大豆处理间无显著性差异，均与黑麦草、自然生草、清耕的差异显著，自然生草与清耕之间差异不显著，黑麦草与自然生草之间差异不显著。

表2 核桃园生草对土壤酶活性的影响

2.3.3 核桃园生草对土壤磷酸酶活性的影响

土壤磷酸酶活性随着土层深度的增加呈降低的趋势。在0～20 cm土层，与清耕相比，自然生草、大豆、黑麦草处理的土壤磷酸酶活性分别提高了2.4%、0.1%、32.5%，黑麦草处理与其他处理均呈显著性差异，箭筈豌豆、毛苕子处理的土壤磷酸酶活性分别降低了1.4%、1.7%。在20～40 cm土层，与清耕相比，自然生草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆、黑麦草处理的土壤磷酸酶活性分别提高了4.6%、2.0%、0.0%、3.1%、12.7%，除黑麦草外，其他处理均与清耕无显著性差异。

2.3.4 核桃园生草对土壤过氧化氢酶活性的影响

土壤过氧化氢酶活性随着土层深度的增加呈降低的趋势。在0～20 cm土层，与清耕相比，自然生草、箭筈豌豆、毛苕子、大豆、黑麦草处理均显著提高了土壤过氧化氢酶活性，分别提高了65.7%、28.2%、28.2%、36.8%、121.4%，黑麦草、自然生草均与其他处理的差异显著，箭筈豌豆、毛苕子、大豆处理间的差异不显著。在20～40 cm土层，黑麦草、自然生草处理的效果较好，分别提高了95.1%、54.2%，其他处理间的差异不显著。

在40～60 cm土层，不同生草处理对核桃园土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶无显著性影响，且各处理间差异不显著。

3 讨论

土壤氮、磷、钾的充分供应能保证果树正常生长发育，果园生草可以改变土壤矿质元素的含量，不同生草处理的效果不同。豆科植物具有固氮作用，提高了土壤氮的净输入，可使土壤中氮素含量明显提高，而禾本科植物可提高土壤中磷、钾素含量，但也会在一定程度上降低土壤中的氮素含量［4，19］。黑麦草处理土壤中有效磷、速效钾的含量最高，豆科植物（箭筈豌豆、大豆、毛苕子）处理全氮的含量最低。李会科等［20］在苹果园生草的研究中认为豆科白三叶草提高氮含量的作用大于黑麦草，黑麦草提高土壤磷的作用大于豆科植物，本研究中种植黑麦草、自然生草对土壤氮的影响不显著，可能是由于种植2年生的黑麦草、自然生草在生长前期长势旺盛，会消耗氮肥，现在正处于恢复增长阶段。惠竹梅等［21］研究发现，豆科白三叶草处理降低了土壤有效磷和全磷的含量，这可能与豆科作物固氮喜磷有关。钱进芳等［15］对山核桃进行2年生草试验后发现，黑麦草、豆科植物的处理均使土壤速效钾的含量增加。草种对核桃园土壤肥力影响不一，因此，应针对不同核桃园及土壤肥力状况进行适宜的种草。

有机碳是土壤肥力的重要指标［22］，果园生草可提高土壤有机碳含量。土壤总有机碳及其各组分含量均受土壤环境和土地利用方式等多方面影响［22］。不同的草种对有机碳的影响不一，黑麦草对有机碳的影响大于豆科植物（大豆、毛苕子、箭筈豌豆）、自然生草。曾丹娟等［23］研究发现种植黑麦草能显著提高有机质的含量，伊兴凯等［24］研究梨园人工种植毛苕子3年未显著提高有机质的含量，王耀锋等［9］研究发现，种植黑麦草和毛苕子均能提高土壤有机质含量，种植黑麦草的效果优于毛苕子；霍颖等［25］研究发现多年种植白三叶和黑麦草均能提高土壤的有机质、有机碳含量，调节土壤碳氮比，以多年种植黑麦草效果最好，这与本研究结果一致。然而，刘富庭等［8］研究发现在渭北旱地苹果园行间生草可显著增加0～40 cm土层土壤的TOC、POC、LFOC、ROC、DOC含量，豆科牧草的各有机碳含量总体上高于禾本科牧草黑麦草。李萍等［26］连续6年间作豆科植物毛苕子对土壤TOC、POC、LFOC、ROC、DOC、MBC含量的贡献高于间作禾本科黑麦草，与本研究结果不一致，这可能与地域环境、生草的年限有关，还需长期进行研究。

土壤有机碳各组分含量随着土层深度的增加而降低，主要与果树、生草的枯落物、生草的地上地下物质分配、根系深度和根生物量密切相关。生草的枯落物和植物根系主要集中在0～40 cm土层，尤其集中在表层（0～20 cm）土壤，所以表层土壤的有机碳含量较高。

土壤酶作为土壤生物活性及土壤肥力的重要组成部分，在土壤物质循环和能量转化中起着重要的催化作用，其活性可以反映土壤中各种生物化学反应的强度和方向，是土壤质量的潜在性敏感指标［3，27］。脲酶与土壤供氮能力有密切关系，能够表征土壤氮素的供应程度［26］。本研究中，豆科植物（箭筈豌豆、毛苕子、大豆）提高了土壤脲酶的活性，这是因为豆科植物可提高了土壤氮的净输入。过氧化氢酶是一种重要的氧化还原酶，参与土壤中物质和能量的转化，其活性是表征土壤腐殖化强度大小和有机质积累程度的一个指标，过氧化氢酶在一定程度上可表征土壤肥力［28］。蔗糖酶参与碳循环，为土壤及植物提供充分能源，其活性能反映土壤有机碳积累、分解、转化的规律，活性越大说明土壤肥力越强。磷酸酶是将有机磷水解转化为植物可直接利用的无机磷的酶［29］，其活性影响土壤有机磷的分解转化速率，对指示土壤有效磷具有重要作用［30］。研究中，种植黑麦草后，土壤的过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶活性得到一个有效的提高；且对表层（0～20 cm）的影响较大，主要是近表层土壤是动、植物残体和微生物密集的区域，生草处理后，该区域酶的作用底物被加强，从而使酶活性增大。

4 结论

（1）随着土层深度的增加，土壤的养分含量逐渐减少。在0～20 cm土层，与清耕相比，豆科植物（大豆、毛苕子、箭筈豌豆）显著提高了土壤全氮、碱解氮的含量，显著降低了土壤有效磷的含量，对速效钾的含量影响不显著。自然生草、黑麦草处理显著提高了土壤有效磷、速效钾的含量，对全氮、碱解氮的影响不显著。在20～40 cm土层，与清耕相比，豆科植物（大豆、毛苕子、箭筈豌豆）显著提高了土壤全氮、碱解氮的含量，对速效钾、有效磷的含量影响不显著，黑麦草处理显著提高了土壤有机碳含量，对全氮、碱解氮、有效磷、速效钾的影响不显著，自然生草对土壤养分的影响不显著。在40～60 cm土层，不同处理对土壤养分的影响不显著。说明果园生草对表层（0～20 cm）土壤的养分影响较大。

（2）土壤有机碳各组分含量随着土层深度的增加而降低。行间生草后，0～20、20～40 cm土层的TOC、LFOC、DOC、POC、ROC含量提高，种植黑麦草的效果最佳，且40～60 cm土层各处理间差异不显著。

（3）不同处理土壤酶活性随土层深度的增加呈降低趋势，不同处理降低幅度不同。在0～20、20～40 cm土层，2年不同生草对土壤酶活性的影响不同，豆科植物（大豆、毛苕子、箭筈豌豆）显著提高了土壤脲酶的活性，黑麦草显著提高了蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶的活性。在40～60 cm土层，不同处理对土壤酶活性无影响。

（4）本试验结果表明，不同果园生草对土壤肥力的影响不同，对表层（0～20 cm）土壤的影响较大。因此，果园生草既要考虑土壤肥力和保水保肥性能又要有效防止生草植被与果树争夺养分，减少果园人力物力的投入，降低生产成本。