加快发展西部地区农业和农村经济是国家的重大战略决策。四川盆地中部丘陵地区地下资源贫乏，水利资源有限，人多地少，灾害频繁，是发展农业和农村经济的难点区域，本文旨在15°~25°的坡耕地发展林草或果草模式，建立果-草人工生态系统，通过果园种草带动畜牧业发展，调整农业生产结构，增加产业链中的转化增值环节。为探索果-草人工生态系统的可持续性发展模式，促进退耕还林区的生态效益、经济效益和社会效益协调发展，为此，研究了不同土壤管理方式下人工生态系统土壤微生物、土壤酶与土壤理化性质生态学过程及其相互关系，为该区域农业生产结构调整提供有效生产模式和理论依据。

1 材料与方法 1.1 果-草人工生态系统的构建 1.1.1 试验地条件

试验在四川省大英县蓬莱镇殷家沟李园进行。大英县属中亚热带湿润季风气候，年平均温度17 ℃，≥10 ℃积温5 388 ℃，一月均温6.3 ℃，绝对最低温度-2.9 ℃，无霜期300 d左右，年降雨量932 mm，年均蒸发量1 265.1 mm，相对湿度79 %，年日照时数1 472 h。自然灾害频繁，初夏旱发频率74%，伏旱频率94%，据四川省卫星遥感监测资料，该地区属极强度水土流失区，平均侵蚀模数8 060 kg·km^-2a^-1。土壤为侏罗纪蓬莱镇组的棕紫泥土。果园坡度15°~25°。

1.1.2 系统构建

系统由立体种植的果树和牧草构成。果树是3年生美国李(Prunus salicina), 品种为：黑宝石(P.salicina cv. Friar)、安哥诺(P.salicina cv. Angeleno)。砧木为桃(P.persica)。3主枝开心树形, 株行距2 m×3 m。牧草是多年生黑麦草(Lolium perenne)和紫花苜蓿(Medicago sativa)，间行混播于果树行间，行距15 cm, 每公顷草种用量为：多年生黑麦草11.25 kg+紫花苜蓿7.50 kg。

1.2 试验设计

果树在生长发育过程中与所在地的生态、环境是一个相互联系的统一整体。长期以来，我国果园土壤管理中普遍采用清耕法，不仅费工，而且还会引起土壤侵蚀，破坏生态平衡。近年来国外果园土壤管理中普遍采用生草法。根据国外生草法所获得的良好生态效益，结合试验地的气候、土壤特点，在退耕还林后种植果树，果园种草。对果-草模式中牧草利用方式采用单因素随机区组试验设计，设置刈割覆盖、刈割压埋、畜粪还园、清耕4种处理，每处理4次重复，计16个小区，每小区占地42 m²(7株李)。

试验设计田间排列图如下，图中A为刈割覆盖，B为刈割压埋，C为畜粪还园，D为清耕(对照)

2003年3、6、9月共处理3次。试验用草为2002年9月于果树行间间行混播。试验时，A、B两处理用草量保持一致，每株25 kg, A处理覆盖范围为树冠投影面积，草厚15 cm, 根颈部位不覆盖；B处理将牧草刈割后直接分层压埋于树冠外缘滴水线下，深度40 cm；C处理用A、B两处理同量牧草饲喂家兔后腐熟的兔粪还园；D处理施用化学肥料。

施用化学肥料时(按纯量计)N:P:K=1:0.8:1(华南农业大学，1999)，A、B、C 3种处理相同，N肥150 kg·hm^-2a^-1，P肥120 kg·hm^-2a^-1，K肥150 kg·hm^-2a^-1，D处理化学肥料用量除同上述3处理外，另加其余处理所用牧草(兔粪)中N、P、K折算含量(全国农业技术推广中心，1999)。

其余常规管理，4种处理一致。

1.3 测定方法

土壤水分采用烘干法(劳家圣，1988)测定; 土壤温度观测时将地温计安插于树冠外缘滴水线土壤10 cm和30 cm深处, 于2003年6、9、12月和2004年3月分别选2天定点、定时(每隔2 h)测定; 土壤密度用环刀法。

土壤化学性质测定：采用对角线法取样, 在每个小区选5个点，用取土铲在每个点(树冠滴水线下)分别采集0~20 cm和20~40 cm土层的土样，各点混合均匀后，用4分法取1 kg土样。土样及时放在阴凉干燥通风处风干后，磨细过1 mm和0.15 mm筛，供测定用。采用劳家圣(1988)的方法。

土壤微生物数量采用《土壤微生物研究法》(中国科学院南京土壤研究所，1985)方法测定，土壤酶活性测定采用周礼恺(1987)的分析方法。

2 结果与分析 2.1 土壤物理性质 2.1.1 土壤含水量

2003年6月(正值川中丘陵区夏旱期)对不同土壤管理方式下李园土壤质量含水量进行了测定，0~20 cm和20~40 cm土层含水量，刈割覆盖、刈割压埋、畜粪还园处理均较清耕对照高，其中以刈割覆盖处理含水量最高，0~20 cm土层含水量与其他3处理差异显著(表 1)。牧草刈割覆盖于树盘，在降水量少、蒸发量大的干旱条件下，能够有效地减少土壤水分蒸发，保蓄水分, 有利于树体的生长发育。

2.1.2 土壤温度变化

2003年6、9、12月和2004年3月各选定2天，对各处理不同土层的温度同时进行观测。由表 2可见，从3月开始，地温逐渐上升，刈割覆盖由于减少了地面吸热，地温上升较其他缓慢，至6月地温达高峰时，其温度最低，秋冬季由于覆盖减少了地面散热，又具有保温作用。刈割覆盖处理与清耕对照相比，在气温较高的6月，其10 cm土层处温度降低4.9 ℃，在气温较低的12月，其30 cm土层处温度提高2.8 ℃，减少了土壤年温变幅，对李根系生长发育较有利。刈割压埋、畜粪还园在土壤保温和降温方面效果不如刈割覆盖明显，但优于清耕处理。

2.1.3 土壤密度变化

刈割压埋和畜粪还园处理土壤中含有大量的未腐烂的有机残体，与有机、无机粘粒粘结形成的土壤微团聚体及大团聚体疏松多孔，促进土壤变得疏松。0~20 cm土层畜粪还园土壤密度较清耕减少0.45 t·m^-3(表 3)。刈割覆盖土壤密度较刈割压埋与畜粪还园大，差异显著，但较清耕小，与其土壤在一定时期内直接进入土中的有机残体较少有关。

2.2 土壤化学性质变化

土壤N、P、K、有机质及pH值的测定结果列于表 4，可以看出，通过不同的方式对李园土壤进行管理后，所测定的土壤各项养分指标值较试验前均有不同程度的提高。各处理养分值以畜粪还园为最好，其后依次为刈割压埋、刈割覆盖，清耕最差。碱解N在畜粪还园和刈割压埋处理中增加较快，与清耕处理差异显著；畜粪还园处理全N含量也与其余3处理差异达显著水平，这主要是还园的兔粪提供了大量N源。速效P与全P变化不甚一致，速效P在畜粪还园中为25.76 mg·kg^-1，与清耕和刈割覆盖有显著差异；全P含量较试验前有所提高，但各处理间差异不显著。速效K与全K含量以畜粪还园为最高，速效K与其余3处理差异达显著水平，全K与清耕处理差异显著。有机质含量变化最明显，各处理差异显著，尤以畜粪还园效果好，刈割压埋次之，刈割覆盖再次之，清耕则由于很少有有机物质摄入，其数值与试验前变化不大。pH值较试验前有所降低，畜粪还园处理下降最快，与刈割覆盖、刈割压埋处理差异不显著，但3处理与清耕对照差异显著。

2.3 土壤微生物数量

不同土壤管理方式的土壤微生物数量不同(表 5)，细菌、真菌、放线菌数量表现为畜粪还园>刈割压埋>刈割覆盖>清耕。各处理微生物数量以细菌数量最多，真菌数量最少，放线菌居中。细菌数量在畜粪还园土壤中为1 944.00×10⁶·g^-1dry soil，占微生物总数的95.97%，其数量与刈割覆盖和清耕处理差异显著, 与刈割压埋处理差异不显著。真菌数量在各处理中最少，只占该处理微生物总数的0.02%~0.04%，畜粪还园土壤的真菌数量与刈割覆盖和清耕处理差异显著，刈割覆盖与刈割压埋处理真菌数量又明显多于清耕。放线菌数量占各处理微生物总数的2.13%~4.23%，畜粪还园处理的放线菌数量与刈割覆盖、刈割压埋和清耕处理差异显著。微生物数量在不同土壤管理方式下表现不同，土壤养分对其有一定影响，在畜粪还园土壤中养分含量高，其微生物数量亦多，清耕土壤养分含量最低，其微生物数量也最少。此外，pH也会影响细菌和放线菌的数量，细菌、放线菌适宜于中性和微碱性环境，试验地为石灰性紫色土，因而表现出细菌和放线菌数量占绝对优势，真菌数量相对较少。

2.4 土壤酶活性

研究结果表明(表 6)，在4种不同土壤管理方式中，过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶以畜粪还园活性最高，其后依次为刈割压埋、刈割覆盖，清耕最差。其中，过氧化氢酶活性, 在畜粪还园处理中为7.34 mL·g^-1h^-1，与刈割覆盖处理(6.29 mL·g^-1h^{- 1})差异显著，而与刈割压埋处理(6.42 mL·g^-1h^-1)的差异不显著，但3种处理与清耕(5.27 mL·g^-1h^-1)差异显著。蔗糖酶活性变化较大，畜粪还园处理与其他3种处理差异显著，刈割覆盖处理和清耕对照差异不显著。脲酶活性，畜粪还园处理与其他3处理差异达到显著水平，刈割压埋处理与清耕对照差异显著，与刈割覆盖处理差异不显著，刈割覆盖处理与清耕对照差异不显著。

2.5 土壤微生物数量与土壤养分的相关性

从表 7可以看出土壤中三大类微生物的数量与土壤养分之间有着极为密切的内在联系。细菌数量与碱解N、全N、速效P呈极显著正相关，其相关系数分别为：0.994^**，0.992^**，0.996^**；与速效K、全K、有机质呈显著正相关，其相关系数分别为：0.952^*，0.954^*，0.958^*。真菌、放线菌数量与碱解N、全N、速效P、速效K、全K、有机质均呈显著正相关。但细菌、真菌、放线菌数量与全P呈负相关，相关系数分别为：-0.944，-0.980^*，-0.979^*。

2.6 土壤酶活性与土壤养分的相关性

试验结果(表 8)表明，脲酶活性与碱解N、速效P呈极显著正相关(r=0.996^**，0.999^**)，与全N存在线性函数关系(r=1.000^**)，同时与有机质、全K、速效K呈显著正相关。蔗糖酶活性与土壤养分相关性与脲酶基本一致。过氧化氢酶活性与土壤有机质、全N、全K、碱解N、速效P、速效K存在一定的相关性，但均未达显著水平。脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性均与全P呈负显著相关，其相关系数分别为：-0.961^*、-0.953^*、-0.977^*。

2.7 土壤酶活性与土壤微生物数量的相关性

土壤微生物代谢作用释放分泌的酶类与土壤微生物数量分布是有一定关系的。土壤微生物数量增加时，土壤酶活性增强，有助于提高土壤有效肥力水平。本研究(表 9)过氧化氢酶活性与真菌、放线菌数量呈极显著相关，其相关系数分别为0.997^**、0. 995^**，也与细菌相关，但未达显著水平。蔗糖酶活性与细菌、真菌数量显著相关，其相关系数为0.970^*、0.988^*，与放线菌数量呈极显著相关(r=0.992^**)。脲酶活性与细菌、真菌、放线菌数量均显著相关，其相关系数分别为：0.981^*、0.977^*、0.983^*。

3 讨论

1) 大量的研究(王中英等, 1995；陈洪升等，1995)表明，果园土壤有机覆盖后，其含水量会显著高于清耕，与本试验结果一致。本试验的刈割覆盖处理0~20 cm和20~40 cm土层含水量均显著高于畜粪还园处理(表 1)，在地处川中丘陵区的大英县，春旱、夏旱、伏旱发生频率较高，果园的抗旱节水栽培显得尤为重要，干旱常常成为制约果树发展的瓶颈，因此很有必要在畜粪还园基础上进行秸秆或草覆盖，特别是在干旱季节增加土壤含水量以发挥其最佳作用。土壤覆盖后夏季具有降温作用, 冬季具有保温作用, 春季温度上升相对缓慢；温度变化在清耕对照、刈割压埋和畜粪还园处理中差异不大。冬季保温有利于果树根系活动，夏季降温可防止高温生理致害，提高果树根系生理活性，这对夏季常有高温干旱的川中丘陵区的果园更为重要。

2) 试验后各处理土壤养分值均较试验前有不同程度的提高(表 4)，不同土壤管理方式的碱解N、全N、速效P、速效K、全K、有机质的变化与已报道的研究结果(黄显淦等, 1989；李余庆等，1989；艾贵珍, 1988)一致。但全P含量的变化与其他养分指标则不尽相同，全P含量在各处理间差异不显著，以畜粪还园处理全P含量(0.66 g·kg^-1)最低，清耕处理的全P含量最高，这与微生物活动、酶作用有关。畜粪还园处理土壤有机质含量增加，含水量适宜，微生物活动、酶活性加强，P肥施入土中易被转化为速效P，而清耕处理土壤有机质和含水量降低，微生物活动、酶活性受抑制，P肥施入土中易被固定，加之在碱性土壤(试验地清耕pH为7.6)中磷酸与钙离子和碳酸钙结合生成难溶的钙磷，因而全P含量高。果园混种豆科、禾本科牧草，牧草饲喂牲畜，畜肥还园，对提高土壤有机质含量、固N增P、降低pH值等方面具有重要作用。

3) 土壤中三大类微生物的数量，通常是作为土壤生物活性高低的重要标志之一, 通过对土壤微生物总数的测定来判断土壤肥力的高低，比用测定土壤理化性质在方法上更简单省事。在本研究中细菌数量与碱解N、全N、速效P呈极显著正相关，与速效K、全K、有机质呈显著正相关，与全P呈负相关。真菌、放线菌数量与碱解N、全N、速效P、速效K、全K、有机质均呈显著正相关，与全P呈显著负相关(表 7)。说明土壤微生物数量直接影响土壤生物化学过程及土壤养分的组成与转化，是土壤肥力的重要指标。许景伟(2000)、赵林森(1995)的研究与本研究结果基本一致：细菌与碱解N、速效P极显著正相关；真菌与有机质极显著正相关(r=0.459 7^**)，与全N、速效K显著正相关；但真菌、放线菌与全P呈显著相关。可能与本研究为果园定点施肥有关，加之土壤的培肥是一个长期的过程，其真正原因尚待进一步研究。

4) 从土壤酶活性与土壤养分的相关系数可以看出，在人工生态系统李园的定向培肥过程中，土壤酶活性与土壤养分之间存在着一定的相关性(表 8)，其相关性与王成秋等(1999)在紫色土柑桔园、唐艳等(1999)在银杏园、李双霜等(1990)在龙眼、枇杷园中的报道虽然不尽一致，但总的趋势仍然相似：脲酶、蔗糖酶活性与土壤有机质、全N、碱解N、全K呈显著正相关；过氧化氢酶活性与有机质含量无明显相关。从而说明了脲酶、蔗糖酶在培肥李园土壤中具有相当重要的作用，它们直接影响着土壤养分的循环和能量的转化, 可以作为评价土壤肥力的指标。

5) 在土壤肥力评价中，生物学指标被日益重视，并用于评价土壤肥力。本研究的土壤微生物数量、酶活性与肥力的相关分析表明，微生物数量、酶活性与土壤碱解N、速效K、有机质及全N、全K显著相关，这一结果说明了土壤微生物、土壤酶与紫色土李园土壤养分循环、代谢有着重要的关系，因此，倾向于将土壤微生物数量和土壤酶活性两者结合起来，即把三大类微生物数量、分布和不同属、种微生物季节性动态变化及在土壤肥力形成演变中起关键作用的酶群体(本研究中的蔗糖酶和脲酶)作为评价土壤肥力的生物学指标。

6) 通过对土壤理化及生物性质的分析比较，从理论上讲，建立以果、草为基础的草丛、乔木相结合的有机复合生态体系，通过草食牲畜把有机物转化为动物产品，牧草饲喂牲畜后再以其粪便形式还园，可以提高物质利用率和循环效率，充分发挥光、热、水、气和土地的潜力，有利于促进生态良性循环；从生产实践上讲，建立果业、草业、牧业“三位一体”的生产体系，果园种牧草，牧草饲喂家畜(禽)，家畜(禽)粪便施于果树，再进行生物覆盖，既增加了果园收入，又减少了化肥及农药投入，更重要的是保持水土，改善果园生态环境，生产出优质高档的绿色果品。因此，果园种牧草，牧草饲喂家畜(禽)后以其粪便形式还园是目前川中丘陵地区最佳的土壤管理方式之一。