崔愛花，黃國勤

(1.江西省棉花研究所，江西 九江 332105；2.江西農業(yè)大學 生態(tài)科學研究中心，江西 南昌 330045)

棉花(GossypiumhirsutumL.)是我國最主要的經濟作物之一，在國民經濟中占據重要地位[1-2]。紅壤是我國南方(特別是江西)的重要土壤類型，我國的稻米、棉花、茶葉、桑葉、甘蔗等產區(qū)均在紅壤上獲得了長足的發(fā)展。紅壤旱地是紅壤的典型代表，占據較大的比例，但由于多種主要生產限制因子的存在，如酸、瘦、板、黏、旱等，使得紅壤的生產潛力未得到發(fā)揮和挖掘[3-4]；因此，要提高紅壤旱地棉田的生產力，就必須研究紅壤旱地產量提升的限制因子，提出解決的途徑與方法。

間作是我國農業(yè)生產中非常有效的一種栽培方式[5]。生態(tài)位分離是間作優(yōu)勢產生的主要生態(tài)機制，間作中由于兩種作物所占據的地上部和地下部生態(tài)位發(fā)生了分離，在時間生態(tài)位和空間生態(tài)位上互補擴大，從而使地上部的光、熱和地下部的營養(yǎng)資源在時間上前后分離，在空間上互補擴大，實現了資源最大限度的利用[6-8]。張向前[9]、張海春[10]、徐雙[11]、劉均霞[12]等研究表明，間作可使土壤環(huán)境發(fā)生改變，繼而影響作物的產量和品質。土壤微生物和酶一起作用于土壤物質轉化和能量循環(huán)[13-14]，是評價土壤肥力的重要指標[15]。本研究探討了紅壤旱地棉田間作模式對棉花產量、土壤微生物數量及酶活性的影響，旨在為探討棉田間作優(yōu)勢機理提供理論參考，為南方紅壤旱地農業(yè)生產和棉花產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設在具有典型南方紅壤特點的江西農業(yè)大學科技園(115°55′02.040″ E，28°46′04.476″ N，原農學院試驗站)。土壤為紅壤性土亞類，年平均日照時數為1559.9 h，年平均日照總輻射102.55 kJ/cm2，無霜期大約269 d，年均降雨量1658.9 mm，年均溫度16.5 ℃，≥10 ℃活動積溫為5521 ℃·d。試驗地為低崗地，無灌溉條件。試驗初始土壤性狀：土壤容重為1.304 g/cm3，總孔隙度為52.98%，毛管孔隙度為41.55%，有機質為29.78 g/kg，全氮為1.34 g/kg，堿解氮為90.00 mg/kg，全磷為1.18 g/kg，有效磷為76.35 mg/kg，全鉀為55.38 g/kg，速效鉀為107.5 mg/kg，pH值為4.75。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，處理A(CK)為棉花單作；處理B為棉花間作花生；處理C為棉花間作玉米；處理D為棉花間作甘薯；處理E為棉花間作大豆。每處理重復3次，共15個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積6.0 m×5.5 m，共33.0 m2。

棉花品種為贛棉11號，花生為南昌本地種，玉米為甜糯玉米，甘薯為南昌農家種，大豆為東北毛豆。其中，棉花行距和株距分別是100 cm和40 cm，花生、玉米、甘薯和大豆分別在棉花行中間開溝種植，行距和株距均為100 cm和25 cm。各作物的施肥量及施肥方式見表1。

表1 各作物的施肥量及施肥方式

1.3 測定項目及方法

棉花產量按每小區(qū)實際收獲的棉花來計算；土壤微生物數量(細菌、真菌、放線菌和固氮菌)的測定參照文獻[16]；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，脲酶活性采用靛酚藍比色法測定；蔗糖酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[17]。

1.4 統計分析

連續(xù)2年試驗測定數據趨勢一致，采用Microsoft Excel 2007進行原始數據整理，利用SPSS 17.0統計軟件進行方差分析和差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 不同間作種植對棉花皮棉產量的影響

從表2可以看出，2015年處理B、處理C、處理D和處理E的皮棉產量比單作提高了20.4%～45.5%，差異達顯著水平(P<0.05)，而在間作各處理間產量差異不顯著；2016年處理B、處理C、處理D和處理E的皮棉產量比單作增加了23.5%～45.1%，差異顯著(P<0.05)，處理E顯著高于處理C和處理D，與處理B之間差異不顯著；從這兩年平均來看，間作處理比單作增產22.0%～45.4%，差異顯著(P<0.05)，處理E產量最高，顯著高于處理B、處理C和處理D，而處理B、處理C和處理D之間差異不顯著。從以上分析可以看出，棉田間作較單作可有效提高棉花產量。另外，不同棉花種植模式兩年的棉花產量均無顯著差異，體現了良好的產量穩(wěn)定性。

表2 不同間作種植對棉花皮棉產量的影響 kg/hm2

2.2 棉花不同間作種植對土壤微生物數量的影響

從表3可以看出，不同間作處理較單作均能顯著增加土壤中的細菌和真菌的數量，處理B、處理C、處理D和處理E的土壤細菌數量分別比棉花單作增加37.5%、37.5%、25.0%和150.0%，處理E顯著高于處理B、C和D(P<0.05)，而處理B、處理C和處理D之間差異不顯著；處理B、處理C、處理D和E的土壤真菌數量分別比單作增加了85.7%、57.1%、71.4%和100.0%，各間作處理之間差異不顯著。在土壤放線菌數量方面，處理B、處理C和處理D分別比單作高22.2%、55.6%和44.4%，差異顯著(P<0.05)，處理E雖低于單作，但差異不顯著。土壤中的固氮菌數量也顯著受到間作的影響，處理B、處理D和處理E分別比單作高150.0%、142.9%和85.7%，處理C與對照差異不顯著。以上分析表明，在增加土壤細菌、真菌數量方面以處理E效果最好；在增加土壤放線菌數量方面以處理C、處理D的優(yōu)勢明顯；處理B、處理D在增加固氮菌數量方面效果顯著。

2.3 棉花不同間作種植對土壤酶活性的影響

由表4可以看出，棉花間作處理對棉田土壤中的過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶活性的影響均達到了顯著水平(P<0.05)。間作處理土壤中過氧化氫酶活性均高于單作，其中處理E最高，其次是處理C，分別比單作增加53.3%和40.0%；處理B和處理D之間差異不顯著，分別比單作增加23.3%和30.0%。蔗糖酶活性與過氧化氫酶活性的變化趨勢一致，亦是以處理E最高，處理C次之，較單作分別增加32.4%和13.5%；處理B和處理D之間差異不顯著，分別比單作增加8.1%和5.4%。間作處理的脲酶活性均顯著高于單作，處理B和處理E最高，均分別比處理A、處理C和處理D高90.0%、18.8%和46.2%。由以上分析得出，棉花間作可有效增加土壤過氧化氫酶、蔗糖酶及脲酶活性，綜合看來以處理E(棉花間作大豆)的效果最好。

2.4 土壤微生物數量、酶活性與棉花產量的相關性

表5顯示了上述土壤中4種微生物數量、3種酶活性與產量彼此之間存在正相關關系，表明彼此之間存在相互促進作用。其中細菌與放線菌、固氮菌之間的相關性達到顯著水平；細菌與蔗糖酶、產量之間的相關性達到極顯著水平；放線菌與固氮菌、過氧化氫酶、蔗糖酶、產量之間的相關性均達到顯著水平；真菌與脲酶、產量之間的相關性達到顯著水平；固氮菌與蔗糖酶、產量之間的相關性達到顯著水平；過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶與產量之間的相關性均達到顯著水平。從表5還可看出，土壤中的微生物數量和酶活性彼此之間存在一定的顯著正相關，說明兩者關系較為密切，因此，可通過增加土壤微生物數量和酶活性，促進土壤肥力水平的提高，達到增產的目的?？偟膩碚f，土壤微生物數量、酶活性與棉花產量的關系極為密切，并存在正的促進作用。

表5 土壤中微生物數量、酶活性與產量間的相關系數

3 討論

沈其榮等[18]認為玉米與花生、大豆等豆科作物間作時可明顯增加玉米的產量；高陽等[19]研究表明玉米間作大豆條件下，玉米產量較單作增加約6.0%，大豆產量較單作增加約320.0%。本研究中也有類似的結論，不論單年份還是2年平均，間作處理較棉花單作均表現出較好的產量優(yōu)勢，但本研究并沒有對除棉花以外的間作作物的產量進行比較，這也是本研究的不足之處，有待于作進一步研究。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統的重要組成部分，土壤-作物系統與土壤微生物之間存在相互作用、互為條件的關系[14]。沈學峰等[20]在甘蔗間作花生研究中發(fā)現，間作系統較甘蔗、花生單作能顯著提高土壤細菌、真菌和放線菌數量；宋亞娜等[21]在玉米、小麥和蠶豆相互間作的研究中同樣證明了間作作物根際微生物多樣性顯著高于相應單作；張向前等[9]、吳鳳枝等[22]研究認為，無論是在施肥還是在不施肥條件下，間作處理土壤中的細菌、真菌、固氮菌的數量顯著高于單作；而張亮亮等[23]研究認為南疆棗樹-棉花間作的土壤細菌、放線菌、真菌和微生物總數總體顯著低于棉花單作。本研究表明，棉田間作較單作均可有效提高土壤中細菌和真菌的數量；除棉花間作大豆和棉花間作玉米外，其余處理均可增加土壤中放線菌和固氮菌的數量，處理E和C在放線菌和固氮菌數量方面減少的原因有待于進一步研究。

土壤酶活性是土壤肥力評價的重要指標之一，與土壤肥力和農業(yè)措施有顯著的相關性，可以反映土壤中各種生物化學過程的強度和方向[24]。劉均霞等[12]研究證實，間作處理較單作顯著增加了玉米、大豆根際土壤中的脲酶和磷酸酶活性；覃娟等[25]在甘藍間作水蘿卜的研究中發(fā)現，間作處理較單作可顯著或極顯著增加不同耕層土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶活性；而謝利等[26]則認為棉花間作孜然可顯著降低土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶活性。本試驗中間作處理較棉花單作可有效增加土壤過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性，與前人[12,25]的觀點相似。

張向前[9]、張繼光等[27]研究證明了土壤微生物數量和酶活性關系較密切，有顯著或極顯著的相關關系；馬冬云等[28]在研究中證實土壤中微生物數量和酶活性與小麥產量之間存在正的相關關系；符冠富等[29]認為在灌漿中后期，土壤酶活性與水稻干物質量及產量呈顯著相關。本試驗也有類似結論，棉田土壤中微生物數量及酶活性之間存在顯著的正相關，除細菌數量與棉花產量呈極顯著相關外，土壤中另外3種類型微生物數量及3種酶活性與產量均呈顯著相關，說明間作可促使土壤微生物數量和酶活性發(fā)生變化，影響土壤肥力，進而影響到棉花產量，且彼此之間存在正的相互促進作用。

4 結論

棉田間作較單作可有效提高棉花產量、土壤微生物數量及酶活性，且以棉花間作大豆的效果最佳，比較適宜在紅壤旱地上推廣應用。因此，利用間作作物生態(tài)位分離的原理，在紅壤旱地上實行合理間作，可有效促進土壤中微生物數量和酶活性的增加，提高土壤肥力水平，改善作物的生長發(fā)育狀況，最終達到增產的目的。