随着农业生产由资源消耗型向技术效益型的转变，提高复种指数和单产将是未来农业中农作物增产的主要来源^[1]，而间套种植是提高土地利用率和获得高产的重要途径。当前有关小麦间套作的研究主要集中在氮素营养^[2]、磷素营养^[3]、钾素营养^[4]的吸收利用和田间小气候^[5]的影响等方面，种植体系对土壤酶活性等的影响明显，李振高等^[6]研究了小麦根际微生物和酶活性，但仅针对不同基因型小麦而非针对间套作。王万磊等^[7]进行了小麦、大蒜间套作试验，但其研究的内容是其对麦长管蚜及其主要天敌种群动态方面的影响。目前，有关间作对土壤微生物和酶活性方面的研究在玉米与生姜^[8]上已有报道。大蒜根系或秸秆分泌物可通过间作或施用来影响其他作物根际土壤环境，进而影响其生长状况。巩彪等^[9]研究发现，大蒜秸秆数量的增加能有效提高土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶等主要土壤酶活性，并显著降低根结线虫数量。赵文婷等^[10]在研究间作大蒜对连作条件下的当归影响时指出，当归生长中后期根际真菌数量随大蒜种植密度的增加而降低，并有效增加脲酶、蔗糖酶和磷酸酶等根际土壤酶活性，提高番茄植株抵制连作障碍的能力。作物间的间作还可通过改变微生物群落功能多样性，来改良土壤质量、恢复生态平衡。张旭龙等^[11]研究认为，新葵10号与光果甘草间作能显著提高盐碱地根际土壤酶活性和微生物多样性指数，对盐碱土壤质量的改良有积极作用。目前，缺乏不同套作时期对小麦根系土壤微生物和土壤酶活性方面的研究报道，为此，本试验采用小麦间作大蒜模式，研究了大蒜不同定植时期对小麦根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响，探寻小麦间作大蒜的最佳时期，探究共生期内不同生育时期间作大蒜下的小麦根际土壤微生物和酶活性的变化规律，为小麦的优质丰产提供理论依据。

小麦品种为商麦156，由商丘市农林科学院提供；大蒜品种为苍山白皮蒜，由河南农业大学提供。

试验在河南农业大学试验田进行，其0~25 cm土层含有机质12.31 g·kg^-1、速效钾95.08 mg·kg^-1、碱解氮79.2 mg·kg^-1、有效磷46.37 mg·kg^-1。试验设置12个小区，每小区面积10 m²，东西宽2 m、南北长5 m，在小区四周垂直深埋50 cm的塑料膜进行土壤隔离，小区间留宽35 cm的走道，每小区均为南北走向种植。各小区小麦播种时间均为2016年10月1日。小麦播种前14 d（9月17日），随机选取3个小区定植大蒜，10月1日再在这3个小区内播种小麦，使小麦与大蒜成行交替种植，行距20 cm，作处理1，记作W1G1，即小麦播种前14 d定植大蒜；在10月1日，随机选取3个小区同时成行交替播种小麦和定植大蒜，行距20 cm，作处理2，记作W2G2，即小麦与大蒜同一时间播种和定植；在小麦播种后14 d（10月15日），在随机选取的3个仅播种小麦的小区内定植大蒜，使小麦与大蒜成行交替种植，行距20 cm，作处理3，记作W3G3，即小麦播种后14 d定植大蒜；将剩下的3个仅播种小麦的小区用作对照，记作CK。

从2017年1月17日开始取样，以后每隔20 d取样1次，共取样5次。采取S形取样法在每个小区取10个样点，每个样点轻轻拔出植株，采集距离植株根系0.5 cm以内的土壤，将10个样点的土样混匀后，分装在两个灭菌的保鲜袋内，其中一袋在4 ℃冰箱内保存，另一袋风干后过1 mm筛，分别用于土壤微生物数量和酶活性的测定。

采用稀释平板计数法测定细菌和真菌，其中细菌的分离和计数选用葡萄糖牛肉膏蛋白胨培养基，真菌的分离和计数选用马丁氏培养基，单位为CFU·g^-1干土。每克样品的菌数=同一个稀释度几次重复的菌落平均数×5×稀释倍数；氨化细菌和硝化细菌在液体培养基上进行培养，采用最大或然计数法（MPN）测定根际土壤所含活菌数^[12]。采用靛酚比色法测定脲酶活性，酶活以24 h后5 g土壤中NH₄⁺-N的毫克数表示；采用磷酸苯二钠法测定磷酸酶活性，酶活以24 h后2 g土壤中释放出酚的毫克数表示。采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性，酶活以每克鲜重样品1 min内分解H₂O₂的毫克数表示^[13]。

采用Excel 2007进行数据处理和作图，采用DPS 7.02软件进行方差分析。

由图 1可知，在各处理时期，处理之间小麦根际土壤细菌数量均高于对照，与对照差异极显著（P < 0.01），且大蒜定植时间越早的处理细菌数量越高，各处理在同一时期的细菌数量从大到小依次为W1G1> W2G2>W3G3；在第80、100、120、140 d和160 d时，W1G1较对照CK分别增加57.12%、77.06%、74.59%、83.64%和126.04%，这表明间作大蒜较小麦单作更有利于小麦根际土壤细菌数量的增加；随着处理时间的延长，对照和处理小麦根际土壤细菌数量呈现先增加后降低的变化趋势，至140 d时CK、W1G1、W2G2和W3G3均达到最大值，至160 d时开始降低。

图中不同小写或大写字母表示各处理间在5%或1%水平具有显著差异。下同 Different lowercase or uppercase letters in the same column mean significant difference among treatments at 5% and 1% level. The same below 图 1 间作大蒜对小麦根际土壤细菌数量的影响 Figure 1 Effects of intercropping garlic on the number of bacteria in rhizosphere soil of wheat

由图 2可以得出，大蒜不同定植时期、不同处理时期对小麦根际土壤真菌数量的影响均存在差异。随处理时间的延长，对照和处理真菌数量均呈逐渐上升的趋势，但在同一处理时期内各处理下真菌数量普遍低于小麦单作对照，其真菌数量高低依次为CK> W3G3>W2G2>W1G1，这表明间作大蒜可以降低小麦根际土壤真菌数量。在80 d时W1G1、W2G2、W3G3较对照分别降低42.80%、33.14%和11.24%，定植时间最早的W1G1降幅最大，W2G2次之，W3G3再次，在100、120、140 d和160 d时规律与之类似，这说明间作大蒜定植时长与小麦根际真菌数量呈负相关关系。

图 2 间作大蒜对小麦根际土壤真菌数量的影响 Figure 2 Effects of intercropping garlic on the number of fungi in rhizosphere soil of wheat

图 3表明，随着处理时间的后延，对照和处理硝化细菌数量均呈现先升高后降低的变化规律，在120 d时达到最大值，在140 d和160 d时硝化细菌数量下降。在同一处理时期内，各处理硝化细菌数量均高于对照且与对照差异极显著（P < 0.01），W1G1与W2G2、W3G3差异均达到显著水平（P < 0.05），W2G2与W3G3之间除100 d时差异不显著，其余处理时期内差异均达到显著水平（P < 0.05），这表明大蒜定植时期越早越有利于小麦根际土壤硝化细菌数量的增多。在120、140 d和160 d时，W1G1较对照分别增加133.47%、125.21%和121.38%，W2G2较对照分别增加104.72%、82.69%和79.27%，W3G3较对照分别增加75.36%、60.26%和57.02%，可见，在140 d和160 d时虽然小麦根际硝化细菌数量呈下降趋势，但间作小麦根际硝化细菌数量较对照仍保持较高的增幅，这表明大蒜间作对小麦根际硝化细菌数量的增加起到重要作用，这也为小麦植株对土壤中氮素的有效吸收奠定了基础。

图 3 间作大蒜对小麦根际土壤硝化细菌数量的影响 Figure 3 Effects of intercropping garlic on the number of nitrifying bacteria in rhizosphere soil of wheat

由图 4可知，随着处理时间的延长，对照和处理表现出与硝化细菌类似的变化规律，均呈现先升高后降低的单峰变化趋势，且亦在120 d时达到最大值，随后上述指标开始降低，至160 d时氨化细菌数量进一步降低，但此时对照和处理仍高于80 d时对应氨化细菌数量。同一处理时期，处理W1G1、W2G2、W3G3与对照差异均达到极显著水平（P < 0.01），除80、120 d时W2G2和W3G3之间差异不显著外，其他任一处理时期W1G1、W2G2、W3G3之间差异均达到显著水平（P < 0.05）。在80 d时小麦根际土壤氨化细菌数量大小依次为W1G1>W2G2>W3G3>CK，100、120、140 d和160 d时氨化细菌数量变化规律与80 d时类似，这进一步表明间作大蒜能够提高小麦根际土壤氨化细菌数量。

图 4 间作大蒜对小麦根际土壤氨化细菌数量的影响 Figure 4 Effects of intercropping garlic on ammonification bacteria in rhizosphere soil of wheat

从图 5可以看出，在大蒜间作期内，随着生育期的延长，对照和各处理小麦根际土壤磷酸酶活性变化规律相同，均呈现逐渐升高的态势，至160 d时达到最大值，此时处理W1G1、W2G2、W3G3磷酸酶活性较80 d时分别提高83.17%、79.00%、103.49%，而对照磷酸酶活性较80 d时提高70.06%，低于任意大蒜间作处理，表明大蒜间作较小麦单作更有利于其根际土壤磷酸酶活力的增加。同一处理时期内，W1G1与对照差异均达到显著（P < 0.05）水平，W2G2除100 d时与对照差异不明显，其余处理时期均与对照差异达到显著（P < 0.05）水平，而W3G3只在140 d和160 d时与对照存在显著差异，可见大蒜定植越早对小麦根际土壤磷酸酶活力的提高越有利。

图 5 间作大蒜对小麦根际土壤磷酸酶活性的影响 Figure 5 Effects of intercropping garlic on phosphatase activity in rhizosphere soil of wheat

由图 6可知，大蒜间作对小麦根际土壤脲酶活性的影响与磷酸酶基本一致，亦是随生育期的后延呈现逐渐升高的变化趋势，至160 d时最大。在同一处理时期内，80、100、120、140 d和160 d各时期小麦根际土壤脲酶活性变化规律类似，均为W1G1>W2G2> W3G3>CK，但80 d时只有W1G1与对照差异显著，较对照提高9.68%，100 d时W1G1、W2G2与对照差异显著，较对照分别提高18.18%、15.15%，120 d时W1G1、W2G2与对照差异显著，较对照分别提高23.53%、17.65%，140 d和160 d时三个处理与对照差异均达到显著水平（P < 0.05），且W1G1较对照分别提高28.57%、30.56%，可见大蒜定植时间越早越有利于脲酶活性提高，且在小麦生育后期大蒜伴生时间的延长也有利于其活力的增加。

图 6 间作大蒜对小麦根际土壤脲酶活性的影响 Figure 6 Effects of intercropping garlic on soil urease activity in rhizosphere soil of wheat

图 7表明，在处理140 d内，对照和处理过氧化氢酶活性均随生育期的后延呈现逐渐升高的趋势，至140 d时达到最大值，之后过氧化氢酶活力开始降低。在80、100、120、140 d和160 d时，W1G1较对照分别提高18.19%、29.21%、40.51%、48.78%和62.71%，W2G2较对照分别提高15.15%、23.03%、26.15%、40.49%和42.37%，W3G3较对照分别提高7.28%、7.89%、17.44%、36.10%和37.85%，可见，随着生育期的后延各处理过氧化氢酶的活力增幅均逐步增加，虽然160 d时过氧化氢酶呈降低趋势但其较对照的增幅却在提高，表明大蒜间作较小麦单作更能提高过氧化氢酶活力；同时还可以看出，各时期各处理过氧化氢酶增幅表现为W1G1>W2G2>W3G3，说明大蒜定植时期越早越有利于根际土壤过氧化氢酶活力的提高。

图 7 间作大蒜对小麦根际土壤过氧化氢酶活性的影响 Figure 7 Effects of intercropping garlic on catalase activity in rhizosphere soil of wheat

土壤中除含有较多矿物质以及微量元素外，还生活着大量的微生物，它们通过分解有机物质为植物生长提供营养物质，对植物营养元素活性、自然界的物质循环、生态平衡有重要影响^[14]，因此其生长活动与农作物的生长关系密切^[15]。研究表明，土壤中细菌和真菌等主要微生物群体其组成和数量的变化可用于表征土壤微生物活性水平^[16]，其菌群比例的变化可作为衡量土壤肥力状况的重要指标^[17]。赵庆龙等^[18]进行蒜棉套作试验时，指出棉花生育期棉田细菌数量蒜棉套作高于棉花单作，而真菌数量与之相反，表现为蒜棉套作低于棉花单作。本试验结果表明，随着生育期的后延，对照和各处理小麦根际土壤细菌和真菌数量均呈现逐步升高的趋势，在同一处理时期内各处理细菌数量普遍高于对照，且以大蒜定植时间最早的W1G1为最高，而真菌数量在同一处理时期内表现为各处理均低于对照且以W1G1处理为最低；小麦根际土壤细菌数量的升高反映出间作大蒜改善了小麦根际土壤微环境、提高了土壤肥力，其真菌数量的降低进一步表明土壤性状的改良，有利于减少病害的发生，并提高根系对外界养分的吸收能力^[16]，其原因可能是大蒜根系通过分泌糖类、氨基酸类等低分子有机化合物和蛋白质、多聚糖等高分子量的黏胶质等物质为微生物的生长提供了碳源和能源^[19]，影响了微生物群落的分布^[20]。而徐金强等^[21]研究认为大蒜秸秆在增加温室番茄根际土壤细菌数量的同时，也促进了真菌数量的提高；张昱等^[22]也指出，套蒜处理玉米根际土壤细菌和真菌总量均高于玉米、蒜苗单作，这与本试验结果不一致，这说明不同植株间作对土壤真菌和细菌的影响存在差异。本试验结果还得出，在任一处理时期W1G1、W2G2、W3G3三处理硝化细菌和氨化细菌数量均高于对照，且其数量高低与大蒜定植时间的早晚有关。硝化细菌和氨化细菌数量的增多有助于增强小麦根际土壤的硝化作用和氨化作用，氮素代谢加快、氮素利用率提高，这有利于小麦生物量的增加，并为小麦后期的丰产奠定物质基础。间作大蒜能够增加小麦根际硝化细菌和氨化细菌的原因，可能是大蒜根系分泌的包括二烯丙基二硫化合物在内的化感物质，如硫化物等对有害菌有一定抑制作用，另外，间作系统中作物间根系交错叠加，根系分泌物种类与含量也较单作系统丰富，氨基酸、维生素和糖类等为根际微生物的生存和繁殖提供了充足的营养物质^[23]，这也间接提高了土壤酶的活性^[24]，同时外界气温回升，大蒜植株新陈代谢加快，根系分泌物也随之增多，而根系分泌的氨基酸和碳水化合物等物质又为根际微生物的繁殖提供了一定的养分^[25]，试验结果进一步支持了前人得出的微生物数量与植株生育进程相对一致的结论^[26]。

土壤酶是一类主要来源于微生物细胞并具有一定催化功能的生物活性物质^[27]，因此土壤酶活性与土壤微生物数量之间存在着一定的相关性^[28]。土壤酶活性与C、N循环密切相关^[29]，而土壤中的硝化细菌和氨化细菌数量的增多能够加快氮素代谢，进而提高酶的活性。Chin等^[30]研究认为，土壤微生物数量与脲酶活性具有相关性。胡海波等^[28]研究指出，放线菌和细菌数量对蔗糖酶影响显著，真菌数量对脲酶和磷酸酶等影响较大。汤树得^[31]研究发现，脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶（转化酶）与微生物的活动具有线性相关关系。孙彩菊等^[32]研究认为，连续3年番茄套蒜较单作番茄显著提高土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性，其中脲酶和磷酸酶活性在套作青蒜条件下最高，而过氧化氢酶活性在套作大蒜处理最大。孟亚利等^[33]研究得出，麦棉套作可显著提高土壤脲酶活性。本试验结果与前人研究结论类似，间作大蒜的三个小麦处理其根际土壤脲酶和磷酸酶以及过氧化氢酶活性均高于对照。另外，随着生育期的后延，大蒜定植时间越早的处理（W1G1）小麦根际脲酶和磷酸酶越高，且与单作小麦差异显著，这可能是因为定植较早的大蒜其生长势较强，根系分泌物更加旺盛，而根系分泌物可通过为根际微生物提供纤维素、糖类等养分来改变根际微环境，间接提高土壤酶活性^[24]，这两种酶活性的提高又可以加快有机氮的转化和有机磷的矿化，为小麦后期生长提供了必需的氮素和磷素。本试验条件下，在同一处理时期内W1G1、W2G2、W3G3过氧化氢酶活力均高于对照，过氧化氢酶能够催化分解细胞产生的过氧化氢从而防止细胞膜产生脱脂过氧化作用^[34]，由此可以看出小麦间作大蒜较小麦单作更有利于保护植株根系免遭过氧化氢的毒害作用。

（1）在任一处理时期间作大蒜的小麦根际细菌数量均极显著（P < 0.01）高于对照，且其与大蒜定植时长呈正相关关系，而真菌随生育期的后延呈逐渐上升趋势，但在同一处理时期内各处理真菌数量均低于小麦单作，且大蒜定植时长与真菌数量负相关。

（2）硝化细菌与氨化细菌变化规律类似，随处理时间的延长均呈现先升高后降低的单峰变化趋势，对照与处理间差异达到极显著水平（P < 0.01），处理间差异达到显著水平（P < 0.05），且均在120 d时达到最大值，随后开始降低。

（3）在大蒜间作期内，对照和处理小麦根际土壤磷酸酶和脲酶活性变化规律相同，均随生育期的延长而升高；过氧化氢酶活性均随生育期的后延而升高，至140 d时达到最大值，之后过氧化氢酶活力开始降低。