小麥/苜蓿間套種植對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

何亞男　丁亨　周正霄

摘要：采用大田試驗(yàn)的方法，測(cè)定了小麥、苜蓿單播與小麥/苜蓿間套種植3種處理方式下土壤有機(jī)質(zhì)、pH值和氮、磷、鉀養(yǎng)分的2 m深度的分層含量及剖面分布特征。各處理土壤有機(jī)質(zhì)剖面分布均呈“S”形，表層0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量XD（20 g/kg）略高于其他2個(gè)處理，0～60 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量XD>XMT>MD，而深層XMT有機(jī)質(zhì)含量卻超過(guò)了XD（60～100 cm）和 MD（150～200 cm），而這可能是小麥與苜蓿間套后進(jìn)一步促進(jìn)了深根作物苜蓿深層根系向下分布的有力說(shuō)明。土壤pH值隨深度而增加，通體呈堿性，處理間無(wú)顯著差異。表層0～20 cm各處理全氮含量間沒有顯著差異，20～60 cm土層深度內(nèi)MD和XMT全氮含量極顯著高于XD；底層XD速效氮含量占比達(dá)全剖面的1/4。小麥套種苜蓿不僅有利于提高20～150 cm深度土壤氮素肥力，同時(shí)還可在底層使常規(guī)麥田深層土壤氮素流失問(wèn)題得以減免。經(jīng)過(guò)1個(gè)麥季的消耗，XMT和XD處理表層土壤速效磷含量接近10 mg/kg，MD只有6.421 0 mg/kg，無(wú)論是對(duì)小麥來(lái)說(shuō)還是對(duì)苜蓿來(lái)說(shuō)都表現(xiàn)為缺磷狀態(tài)，說(shuō)明在這3種處理模式生產(chǎn)實(shí)踐中磷肥的使用都具有必要性和增產(chǎn)的巨大可能性。小麥/苜蓿間套體系中會(huì)使全剖面土壤鉀素的消耗比例得以優(yōu)化，故可以少施甚至不施鉀肥。

關(guān)鍵詞：小麥；苜蓿；間套種；土壤養(yǎng)分

中圖分類號(hào)： S512.104.7；S158.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）15-0064-05

素有“牧草之王”的紫花苜蓿在改善農(nóng)作物茬口，病蟲害的克制[1]，改善土壤物理性狀，提高土壤保水、保肥及供肥能力[2-3]，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提供優(yōu)質(zhì)牧草[4-7]，促進(jìn)農(nóng)畜和諧發(fā)展方面發(fā)揮著重大作用，因此將苜蓿與冬小麥套種，將有利于緩解糧草爭(zhēng)田，促成農(nóng)畜雙贏，具有十分遠(yuǎn)大的前景[8]。我國(guó)曾有過(guò)小麥間套作苜蓿獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益的研究報(bào)道[9-10]；馬克爭(zhēng)在小麥苜蓿間套種研究中的結(jié)果也表明小麥-苜蓿間作通過(guò)優(yōu)化卵形異絨螨、瓢蟲和寄生蜂共同組成的天敵組合提高了對(duì)小麥主要害蟲麥長(zhǎng)管蚜的控制效果，從而顯著提高了小麥產(chǎn)量[11]。張曉斌等通過(guò)小麥/苜蓿套作生物盆栽試驗(yàn)研究了植物修復(fù)PAHs 污染土壤的效果、修復(fù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與修復(fù)后土壤的農(nóng)業(yè)利用[12]，但是目前我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)對(duì)于小麥間套苜蓿的研究還是很少，而且主要側(cè)重于間套種作物的產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和植物修復(fù)分析[13-15]，而對(duì)間套種過(guò)程中對(duì)土壤養(yǎng)分的研究更是少見。本研究在以小麥種植為主的山西省臨汾市堯都區(qū)進(jìn)行的小麥與苜蓿間套種植大田實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)探討大田生產(chǎn)條件下小麥間套苜蓿對(duì)主要土壤養(yǎng)分產(chǎn)生的影響，以期能夠?qū)π←滈g套苜蓿的種植技術(shù)進(jìn)步和推廣提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于山西省臨汾市堯都區(qū)東杜村，地處35°55′N、111°34′E，海拔484 m，屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，年均降水量550 mm，平均氣溫9～13 ℃，無(wú)霜期約203 d，屬于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。土壤類型為褐土。試驗(yàn)田土壤基本性質(zhì)為：pH值8.05，有機(jī)質(zhì)含量21.51 g/kg，全氮含量1.18 g/kg，全磷含量0.60 g/kg，全鉀含量20.85 g/kg，堿解氮含量53.82 mg/kg，有效磷含量10.59 mg/kg和速效鉀含量235.55 mg/kg（基本土樣取于2014年秋小麥播種之前）。

1.2試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)種植小麥品種為晉麥95，苜蓿為當(dāng)?shù)仄贩N，均在縣底鎮(zhèn)種子公司購(gòu)買。其中苜蓿千粒質(zhì)量2.255 g，發(fā)芽率75%；晉麥95為半冬性品種，千粒質(zhì)量40 g，發(fā)芽率65%。

田間試驗(yàn)設(shè)小麥單播（XD）、苜蓿單播（MD）和小麥/苜蓿間套種（XMT）3個(gè)處理，各3次重復(fù)，共9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)面積50 m2，隨機(jī)排列。苜蓿于2014年4月份種植，南北方向條播，行距40 cm，播種量18 kg/hm2；冬小麥于9月下旬在已建植苜蓿地上同向機(jī)械條播，行距18 cm，播種量 225 kg/hm2，并于秋季小麥播種前地面撒播形式統(tǒng)一施用復(fù)合肥（用量N 187.5 kg/hm2，P2O5 97.5 kg/hm2，K2O 52.5 kg/hm2）；春季小麥起身期地表撒施追肥（N 225 kg/hm2，K2O 37.5 kg/hm2）后人工松土覆蓋。

1.3土壤樣品采集與測(cè)定

1.3.1土壤樣品采集2015年6月上旬小麥?zhǔn)斋@后在各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，“S”形布點(diǎn)，用土鉆分取5鉆點(diǎn)0～20、20～60、60～100、100～150、150～200 cm共5個(gè)層次的土壤樣品，分層充分混合后四分之一法留樣。采集的樣品置于室內(nèi)自然風(fēng)干，剔除大石塊、植物根系等雜質(zhì)，磨碎分別過(guò)20目和60目尼龍篩，裝袋密封用于土壤全量和速效養(yǎng)分等的分析測(cè)定。

1.3.2土壤養(yǎng)分測(cè)定方法[16]土壤有機(jī)質(zhì)：油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法；土壤全氮：凱氏蒸餾法；土壤全磷：氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法；土壤全鉀：堿熔-火焰光度計(jì)或原子吸收分光光度計(jì)法；土壤堿解氮：堿解擴(kuò)散法；土壤有效磷：碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色；土壤速效鉀：乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)或原子吸收分光光度計(jì)法；土壤pH值：電位法（水土比2.5 ∶1）。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件中的方差分析和顯著性分析，結(jié)合Excel 2013進(jìn)行分析處理。

2結(jié)果與分析

2.1小麥/苜蓿間套種植對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和pH值的影響

從不同深度土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定結(jié)果（圖1-A）來(lái)看，無(wú)論是小麥、苜蓿單播還是間套作，都是表層（0～20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，平均為18.87 g/kg，根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]屬于有機(jī)質(zhì)四級(jí)，而深層土壤有機(jī)質(zhì)含量最低（平均8.07 g/kg）也達(dá)五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。60 cm以上小麥單播處理（XD）土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于苜蓿單播處理（MD），但隨著深度增加這種趨勢(shì)逆反，這與小麥和苜蓿的生物量分布密切相關(guān)。從根系分布特點(diǎn)來(lái)看，小麥根系85%分布在100 cm土體深度內(nèi)，50cm以上占60%[18]，而苜蓿屬深根作物，種植第二年根系下扎深度可達(dá)2 m，50 cm以上根系只占一半，150 cm 深度根系量高達(dá)15%[19]。地上生物量的分配是影響表層有機(jī)質(zhì)含量的主要因素。由于試驗(yàn)執(zhí)行小麥秸稈還田，而苜蓿則是適時(shí)收割，因此小麥間套苜蓿以后，地上小麥秸稈生產(chǎn)和還田數(shù)量減少，而苜蓿又增加了深層地下生物量的比例，從而導(dǎo)致0～60 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量XD>XMT>MD，而深層XMT有機(jī)質(zhì)含量卻超過(guò)了XD（60～100 cm）和 MD（150～200 cm）。endprint

土壤pH值隨深度變化趨勢(shì)與有機(jī)質(zhì)相反（圖1-B），隨深度而增加，通體呈堿性；表層平均8.2，比試驗(yàn)初期略微下降；深層平均8.7～8.8，3個(gè)處理間沒有顯著差異。

2.2小麥/苜蓿間套種植對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響

土壤堿解氮也叫有效氮，包括無(wú)機(jī)態(tài)氮（銨態(tài)氮、硝態(tài)氮）及易水解的有機(jī)態(tài)氮（氨基酸、酰胺和易水解蛋白質(zhì)），與作物生長(zhǎng)關(guān)系密切，能反映土壤近期內(nèi)氮素供應(yīng)情況。從不同深度土壤速效養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果（圖2）來(lái)看，表層（0～20 cm） XD和MD處理堿解氮含量均處于中下水平，但與小麥播種前測(cè)定值相比不但沒有減少，反而分別增加了18% 和38%；而XMT處理堿解氮含量（25 mg/kg）卻降低了53%。XD、MD表層速效氮增加一方面與春季追肥有關(guān)，也與苜蓿固氮有關(guān)，而XMD速效氮含量減少則可能表明小麥和苜蓿間套種植后加強(qiáng)了表層根系對(duì)氮素的吸收利用能力。向下20～100 cm深度情況相反，小麥/苜蓿間套處理的堿解氮含量達(dá)到五級(jí)水平（50 mg/kg左右），小麥和苜蓿單播處理的卻降為六級(jí)。深層100～150 cm的3個(gè)處理均達(dá)到五級(jí)水平，排序?yàn)镸D>XMT>XD；150～200 cm深度排序?yàn)閄D >MD>XMT，小麥/苜蓿間套處理的堿解氮含量又降到最低水平。

經(jīng)過(guò)1個(gè)麥季的消耗，XMT和XD處理表層土壤速效磷含量接近（10 mg/kg），無(wú)論是對(duì)小麥來(lái)說(shuō)還是對(duì)苜蓿來(lái)說(shuō)都表現(xiàn)為缺磷狀態(tài)[20-21]，而且在各處理深層土壤中速效磷含量基本處在6～8 mg/kg之間，MD更是通體低于7 mg/kg。60～100 cm和150～200 cm 2個(gè)深度層次上XMT處理土壤速效磷含量顯著低于XD，但與MD處理相比，只在前一個(gè)深度層次上差異顯著，后一個(gè)層次上差異并不顯著（圖2）。結(jié)果說(shuō)明在這3種處理模式生產(chǎn)實(shí)踐中磷肥的使用都具有必要性和增產(chǎn)的巨大可能性。

XD表層0～20 cm 速效鉀含量（104 mg/kg）顯著低于MD和XMT，但后兩者間幾乎相等（136 mg/kg），雖然3個(gè)處理都比麥季開始前的基本土樣速效鉀含量大幅（40%～50%）降低，但對(duì)小麥和苜蓿生長(zhǎng)需求來(lái)說(shuō)都屬中上水平。向下20～150 cm土層深度內(nèi)3個(gè)處理速效鉀含量間差異不大，大致在120～150 mg/kg，均處于鉀素富余狀態(tài)，底層 150～200 cm XMT和XD處理更是達(dá)到了極高水平（191 mg/kg 和153 mg/kg），即使是含量相對(duì)較低的MD也高達(dá)111 mg/kg（圖2）。

2.3小麥/苜蓿間套種植對(duì)土壤全量養(yǎng)分含量的影響

3個(gè)處理不同深度土壤全量養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果如表2所示。表層0～20 cm各處理全氮含量間沒有顯著差異；全磷含量差異顯著，排序?yàn)閄MT>XD>MD；全鉀含量MD>XMT>XD，但后兩者間差異并不顯著。20～60 cm土層深度內(nèi)MD和XMT全氮含量極顯著高于XD，全磷含量卻是XD和XMT極顯著高于MD，但全鉀含量三者間無(wú)顯著差異。在60～100 cm 深度層次上，XMT全氮含量顯著高于XD，極顯著高于MD；全磷含量MD>XMT>XD，且差異極顯著；MD與XMT全鉀含量無(wú)顯著差異，但兩者均極顯著高于XD。100～150 cm深度內(nèi)3個(gè)處理全量養(yǎng)分差異極顯著，全氮含量排序?yàn)閄MT>XD>MD，全磷含量為MD>XMT>XD，全鉀含量為MD>XD>XMT。底層各處理不同養(yǎng)分間差異也達(dá)到顯著水平，部分達(dá)到極顯著水平，全氮為MD>XD>XM，全磷MD>XMT>XD，全鉀MD>XMT>XD。

2.4小麥/苜蓿間套種植對(duì)土壤養(yǎng)分剖面分布的影響

為了更形象地表達(dá)不同處理間土壤養(yǎng)分的剖面分布特征差異，根據(jù)以上3個(gè)處理的速效和全量養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)果分別計(jì)算了各種養(yǎng)分形態(tài)在5個(gè)深度層次上的含量占2 m全剖面總量的百分比，以及各個(gè)層次上3種養(yǎng)分的活化比（速效養(yǎng)分與全量養(yǎng)分之比），結(jié)果如圖3所示。

許多研究表明土壤有機(jī)質(zhì)的剖面分布大致呈“S”形[22-23]，與秸稈還田、根系分布、自然氣候水分條件以及化肥施用等都著復(fù)雜而密切的聯(lián)系。試驗(yàn)中3種耕作處理模式土壤有機(jī)質(zhì)在2 m深土壤內(nèi)的剖面分布基本也是呈“S”形，60 cm 深度是第一個(gè)拐點(diǎn)，向上越接近表層有機(jī)質(zhì)含量占比越高，表層均在30%之上；向下XD是隨深度增加有機(jī)質(zhì)含量占比開始減小，到150 cm深度處減幅加大，但拐點(diǎn)不明顯；MD和XMT處理在60～100 cm深度有機(jī)質(zhì)含量占比隨深度增加，100 cm成為第二拐點(diǎn)，向下改為隨深度增加而減少。這種分布規(guī)律表明在60 cm之上， 有機(jī)質(zhì)平衡過(guò)程受地上枯落物和還田秸稈輸入影響較多，所以均表現(xiàn)為向上的凈累積增加趨勢(shì)。60 cm之下的深層土壤有機(jī)質(zhì)輸入主要來(lái)自作物根系分布，MD和XMT均在60～100 cm表現(xiàn)出有機(jī)質(zhì)凈累積的趨勢(shì)，說(shuō)明苜蓿相對(duì)于小麥來(lái)說(shuō)除了有固氮功能之外還具有增加土壤有機(jī)質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。XMT在150～200 cm的底層土壤有機(jī)質(zhì)占比為15.2%，顯著高于XD（13.1%）和MD（126%），則可能是小麥與苜蓿間套后進(jìn)一步促進(jìn)了深根作物苜蓿深層根系向下分布的有力說(shuō)明。

全氮在不同層次含量占比與土壤有機(jī)質(zhì)密切相關(guān)（r=0899**），速效氮也與有機(jī)質(zhì)顯著相關(guān)（r=0.557*），尤其是MD處理速效氮含量占比剖面分布與有機(jī)質(zhì)更是高度相關(guān)（r=0.995**），速效氮與全氮之間當(dāng)然極顯著相關(guān)（r=0569**）。不同處理間進(jìn)行比較可以看出，表層MD速效氮含量占比最大，高達(dá)全剖面的50%，而XMT的只有13%，XD以近30%居中。MD速效氮含量占比隨土層深度增加而減少；XD在100 cm深度處降到最低（9%），之后開始向下增加，底層速效氮含量占比達(dá)全剖面1/4；XMT在60～150 cm土體內(nèi)速效氮含量占比處于24%～27%之間，到底層迅速開始降低。氮素活化比剖面分布與速效氮含量占比有正相關(guān)關(guān)系（r=0.425，P<0.1），表層MD>XD>XMT，結(jié)合XD表層速效氮含量的低值占比，可能說(shuō)明了與苜蓿間套后會(huì)促進(jìn)小麥對(duì)氮素的吸收利用。在底層XD的速效氮含量占比和氮素活化比優(yōu)勢(shì)可能是麥田生產(chǎn)中速效氮流失的結(jié)果，而MD和XMT的相對(duì)低值卻恰好說(shuō)明深根作物苜蓿對(duì)常規(guī)麥田深層土壤氮素流失問(wèn)題的解決前景。endprint

3個(gè)處理不同深度土壤全磷含量占比剖面分布與有機(jī)質(zhì)沒有顯著相關(guān)關(guān)系，但速效磷與有機(jī)質(zhì)分布極顯著相關(guān)（r=0.576**），磷素活化比與有機(jī)質(zhì)極顯著相關(guān)（r=0.663**）。MD表層全磷含量占比（12.7%）遠(yuǎn)低于XD（19.1%）和XMT（21.7%），速效磷也偏低，隨深度增加其全磷和速效磷含量占比都呈增加趨勢(shì)，到150 cm深度后開始減少。XMT除表層外其他深度層次全磷和速效磷含量占比剖面分布與MD相似。XD全磷含量占比全剖面分布相對(duì)比較均勻（20%～22%），只在表層0～20 cm和60～100 cm 2個(gè)深度層次上相對(duì)較低（分別為19.1%和16.3%）；速效磷含量占比在20～60 cm深度上最低，比另外2個(gè)處理低了3百分點(diǎn)。3個(gè)處理全剖面磷素活化比都較低（0.8%～1.6%），XD磷素活化比值除20～60 cm深度外都在1%以上，明顯優(yōu)于MD和XMT。從3個(gè)處理磷素養(yǎng)分含量及其剖面分布的結(jié)果可以看出，苜蓿在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)磷素的消耗很大，尤其是表層土壤；而小麥在20～60 cm根系層內(nèi)對(duì)速效磷消耗劇烈，導(dǎo)致磷素肥力降低。小麥和苜蓿間套作在提高根系層土壤磷活性（肥力）的同時(shí)也加劇了磷素的消耗，所以在生產(chǎn)實(shí)踐中磷肥的施用對(duì)保障這一系統(tǒng)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)很關(guān)鍵。

土壤全鉀含量占比剖面分布與有機(jī)質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.582**），但速效鉀與有機(jī)質(zhì)分布相關(guān)性不顯著；鉀素活化比與有機(jī)質(zhì)也極顯著相關(guān)（r=0.567**）。3個(gè)處理鉀素含量占比剖面分布差異在表層表現(xiàn)最為突出，MD全鉀含量占比值（13.5%）明顯低于XD（17.7%）和XMT（192%）處理，但速效鉀含量占比卻是MD最高（25.4%），XD最低（15.1%），XMT居中（18.9%）。20～100 cm深度范圍內(nèi)XD和XMT處理全鉀含量占比與MD相比偏低一些，速效鉀MD和XMT比較一致，低于XD。底層速效鉀含量占比MD

3結(jié)論

3種耕作處理模式土壤有機(jī)質(zhì)在2 m深土壤內(nèi)的剖面分布呈“S”形。苜蓿相對(duì)于小麥來(lái)說(shuō)除了有固氮功能之外還具有增加土壤有機(jī)質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。小麥間套苜蓿以后，地表有機(jī)質(zhì)含量因地上小麥秸稈還田數(shù)量減少而下降，但在深層小麥會(huì)促進(jìn)苜蓿根系向下分布，顯著增加深層有機(jī)質(zhì)含量。

全氮和速效氮含量剖面分布與土壤有機(jī)質(zhì)密切相關(guān)。小麥/苜蓿間套種植體系中，表層土壤中由于苜蓿的存在促進(jìn)了小麥對(duì)氮素的吸收利用，經(jīng)過(guò)1個(gè)麥季的消耗后顯著降低了速效氮水平，雖對(duì)后期苜蓿生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)基本足夠，但對(duì)夏玉米生產(chǎn)來(lái)說(shuō)卻處于缺氮的極低水平狀態(tài)，因此如果接下來(lái)要種植夏玉米還是需要補(bǔ)充氮肥。但小麥套種苜蓿有利于提高 20～150 cm深度土壤氮素肥力，同時(shí)還可在底層使常規(guī)麥田深層土壤氮素流失問(wèn)題得以避免。

苜蓿在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)磷素的消耗很大，尤其是表層土壤；小麥和苜蓿間套作在提高根系層土壤磷活性（肥力）的同時(shí)也加劇了磷素的消耗，所以在生產(chǎn)實(shí)踐中磷肥的施用對(duì)保障這一系統(tǒng)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)很關(guān)鍵。雖然苜蓿對(duì)表層土壤鉀素消耗也很大，但在小麥/苜蓿間套體系中會(huì)使全剖面土壤鉀素的消耗比例得以優(yōu)化，故可以少施甚至不施鉀肥。

致謝：試驗(yàn)過(guò)程中得到劉飛、趙圓峰等人的幫助，山西省臨汾氣象局提供氣象資料，在此表示誠(chéng)摯的感謝。

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