甘蔗花生間作對(duì)紅壤有效磷、pH值的影響

秦昌鮮 彭崇 郭強(qiáng)

摘要：通過(guò)田間試驗(yàn)，設(shè)置甘蔗單作、花生單作和甘蔗/花生間作3個(gè)種植模式，探討甘蔗/花生間作對(duì)根際土壤有效磷含量、pH值的影響以及兩者之間的關(guān)系。結(jié)果表明，與單作處理相比，甘蔗/花生間作能顯著提高作物根際土壤有效磷含量，卻降低了根際土壤pH值。相關(guān)分析結(jié)果顯示，甘蔗和花生根際土壤有效磷含量與根際pH值之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。表明在紅壤上甘蔗/花生間作根際土壤的酸化是促進(jìn)土壤磷有效性增加的原因之一。

關(guān)鍵詞：甘蔗;花生;間作;土壤有效磷含量;pH值;單作

中圖分類號(hào)：S344.2?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）11-0137-04

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，參與了植物體內(nèi)的光合作用、呼吸作用、能量代謝、糖代謝反應(yīng)及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等許多生理生化過(guò)程，對(duì)植物的生長(zhǎng)有著至關(guān)重要的作用，尤其是限制產(chǎn)量提高的重要因子之一[1-4]。然而，磷在土壤中擴(kuò)散速率低，移動(dòng)性差，且極易被土壤固定，導(dǎo)致磷在土壤中的有效性大大降低[5-7]。在我國(guó)南方酸性紅壤中，土壤中活性鐵、鋁含量較高，可溶性磷極易與鐵、鋁相結(jié)合轉(zhuǎn)化為難溶態(tài)磷而被固定，其有效磷含量相對(duì)較低，從而使得能被植物吸收利用的有效磷較低[8-10]。因此，對(duì)南方酸性紅壤磷的高效利用已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

間套作是我國(guó)精耕細(xì)作傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精髓，不僅可以明顯提高水分、養(yǎng)分等資源的利用效率[11-12]，提高作物產(chǎn)量[13-14]，而且也能增加農(nóng)田生物多樣性[15-16]，部分控制病蟲(chóng)害[17-18]等?，F(xiàn)有研究表明，玉米/蠶豆[19]、小麥/蠶豆[20]、小麥/大豆[21]等間作體系均能提高根際土壤速效磷的含量及作物磷的吸收利用，這主要是由于在豆科/禾本科間作體系中，豆科作物固氮過(guò)程中釋放H+或者根際分泌有機(jī)酸會(huì)導(dǎo)致根際土壤酸化，活化利用土壤中的難溶性磷，提高作物對(duì)磷的吸收[22-23]。

甘蔗（Saccharum officinarum）是我國(guó)乃至世界最重要的糖料及能源作物，也是廣西的主要經(jīng)濟(jì)作物之一[24]。目前，關(guān)于甘蔗與不同作物間作能提高作物產(chǎn)質(zhì)量[25]、土壤微生物多樣性[26]以及控制病害[27]等方面的研究已有不少報(bào)道。但是，關(guān)于甘蔗/豆科作物間作體系，特別是在紅壤地區(qū)，根際速效磷含量的提高與根際pH值的相互關(guān)系的研究相對(duì)較少。因此，本試驗(yàn)通過(guò)研究甘蔗/花生間作下不同生育期作物根際土壤磷有效性以及根際土壤pH值的動(dòng)態(tài)變化，探討紅壤土甘蔗花生間作體系根際pH值與有效磷含量的相互關(guān)系，以期為利用農(nóng)作物的多樣性種植、提高紅壤磷有效性和養(yǎng)分資源的高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2016年10月在廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所甘蔗示范基地進(jìn)行，該區(qū)屬典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候，海拔 125 m 左右，年平均溫度在22 ℃以上，年降水量在 1 273.6 mm 以上。土壤為酸性紅壤，土層深厚，地勢(shì)平坦，排灌良好，是甘蔗較適宜生長(zhǎng)的地區(qū)，其土壤農(nóng)化性狀為pH值5.53，有機(jī)質(zhì)含量12.44 g/kg，堿解氮含量100.5 mg/kg，速效磷含量15.6 mg/kg，速效鉀含量125.5 mg/kg。

供試甘蔗品種為桂糖46號(hào)，花生（當(dāng)?shù)剞r(nóng)民主栽品種）是廣西壯族自治區(qū)的主栽品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)甘蔗單作、花生單作和甘蔗/花生間作3種種植模式，每個(gè)處理重復(fù)3次，共9個(gè)小區(qū)（小區(qū)6 m×5 m）。甘蔗花生間作規(guī)格采用2 ∶ 2型種植（即2行甘蔗 ∶ 2行花生），甘蔗為行距1.0 m，株距0.3 m;花生為行距0.30 m，株距0.25 m，帶狀種植。

試驗(yàn)于2016年1月10日開(kāi)始整地，1月14日種植甘蔗，2月20日播種花生。播前施基肥復(fù)合肥（N ∶ P ∶ K=15 ∶ 15 ∶ 15）750 kg/hm2，磷肥450 kg/hm2;5月15日培土施復(fù)合肥（N ∶ P ∶ K=15 ∶ 15 ∶ 15）750 kg/hm2，尿素 450 kg/hm2。田間采用常規(guī)管理，花生于7月10日收獲，甘蔗于11月20日收獲。

1.3 樣品的采集

按甘蔗、花生生育期取樣，苗期、分蘗期/開(kāi)花期、拔節(jié)期/結(jié)莢期和成熟期分別進(jìn)行4次采樣，先將植株根系從土壤中整體挖出，采用抖土法抖掉與根系松散結(jié)合的土，然后將與根系緊密結(jié)合的土壤刷下來(lái)作為根際土樣品。單作處理每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取作物4株，間作處理每個(gè)小區(qū)2種作物隨機(jī)分別取4株，然后將4株作物的根際土壤混合為1個(gè)樣品，并過(guò)1 mm篩，用于測(cè)定土壤有效磷含量及pH值。

植株用水清洗干凈，然后稱其鮮質(zhì)量，再放入110 ℃烘箱中殺青30 min，接著調(diào)至75 ℃烘至恒質(zhì)量，然后將植株樣粉碎，過(guò)1 mm篩，備測(cè)。

1.4 測(cè)定方法

土壤有效磷測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定;植株磷含量采用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法測(cè)定;pH值采用電位法測(cè)定[28]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、作圖;用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（LSD法）及Pearson相關(guān)性分析，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗花生間作對(duì)不同生育期地上部磷吸收量的影響

由圖1可以看出，甘蔗花生間作對(duì)甘蔗地上部磷的吸收具有明顯的促進(jìn)作用，而對(duì)在生長(zhǎng)旺盛期的花生也有顯著的間作促進(jìn)效應(yīng)，甘蔗地上部磷的吸收量明顯大于花生。與單作相比，間作甘蔗地上部磷的吸收量在苗期、分蘗期、拔節(jié)期及成熟期顯著提高，分別高出38.60%、30.24%、21.51%和13.01%，其中以生長(zhǎng)前中期的增幅最為顯著;間作花生地上部磷的吸收量在開(kāi)花期、結(jié)莢期也顯著增加，較單作處理分別提高30.23%、31.31%，而在苗期、成熟期有所下降但差異不明顯。上述說(shuō)明，甘蔗花生間作更有利于甘蔗對(duì)磷的吸收利用，對(duì)甘蔗、花生2種作物來(lái)說(shuō)地上部磷吸收量的增加作用在生育中期最為顯著。此外，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，作物（甘蔗、花生）地上部磷吸收量均呈先增加后降低的趨勢(shì)，而且在甘蔗拔節(jié)期及花生結(jié)莢期時(shí)磷的吸收量最大。

2.2 甘蔗花生間作對(duì)不同生育期根際土壤有效磷含量的影響

由圖2可見(jiàn)，甘蔗花生間作對(duì)生長(zhǎng)中后期根際有效磷含量亦呈現(xiàn)較明顯的種間促進(jìn)效應(yīng);同時(shí)，甘蔗根際土壤有效磷含量明顯高于花生。與單作處理相比，間作甘蔗地上部磷的吸收量在分蘗期、拔節(jié)期及成熟期分別顯著增加了51.39%、84.87%、87.62%;間作花生地上部磷的吸收量在開(kāi)花期、結(jié)莢期及成熟期也分別顯著提高了23.04%，19.83%，28.50%。上述結(jié)果說(shuō)明，甘蔗與花生間作更有利于甘蔗根際土壤有效磷的活化釋放。此外，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，單、間作種植下作物（甘蔗、花生）根際土壤有效磷含量均呈先增加后降低的趨勢(shì)，而且在甘蔗拔節(jié)期及花生開(kāi)花期時(shí)根際土壤有效磷含量最高。

2.3 甘蔗花生間作對(duì)不同生育期根際pH值的影響

從圖3可以看出，甘蔗花生間作對(duì)不同生育期作物根際pH值整體有不同程度降低，尤其是在作物生長(zhǎng)旺盛期下降最為顯著。與單作處理相比，間作甘蔗根際pH值在分蘗期、拔節(jié)期及成熟期分別降低了0.16、0.21及0.12個(gè)單位;間作花生根際pH值在開(kāi)花期、結(jié)莢期及成熟期也分別降低了0.18、0.13 及0.11個(gè)單位。上述結(jié)果說(shuō)明，隨著生育期的推進(jìn)，間作對(duì)作物（甘蔗、花生）根際pH值在生長(zhǎng)中期出現(xiàn)較明顯的下降。此外，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，甘蔗與花生根際pH值均呈先下降后緩慢升高的趨勢(shì)，而且甘蔗在拔節(jié)期及花生在開(kāi)花期時(shí)根際pH值最低。

2.4 根際土壤有效磷含量與pH值的關(guān)系

土壤的pH值會(huì)影響土壤養(yǎng)分的有效性，尤其是影響土壤對(duì)磷的吸附固定。通過(guò)對(duì)根際土壤有效磷含量與pH值進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果如圖4所示，表明在單作和間作2種種植模式下，作物（甘蔗、花生）根際土壤有效磷含量與pH值具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即作物根際有效磷含量隨根際土壤pH值的降低而增加，其中在間作種植條件下兩者間的負(fù)相關(guān)關(guān)系更為顯著。此外，甘蔗根際土壤有效磷含量與pH值之間的相關(guān)系數(shù)大于花生。

3 討論與結(jié)論

磷是僅次于氮的第二大限制作物生長(zhǎng)的元素，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有著至關(guān)重要的作用，而磷在土壤中極易被固定，其有效性很低，導(dǎo)致大量的磷在土壤中積累。因此，如何通過(guò)適宜的調(diào)控手段提高土壤中磷的有效性及利用率成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。其中，間套作作為我國(guó)傳統(tǒng)精耕細(xì)作農(nóng)業(yè)的精髓之一，可以提高光、水和養(yǎng)分等資源利用的效應(yīng)。研究表明，與單作處理相比，玉米和蠶豆間作能提高根際土壤有效磷含量[19]。王宇蘊(yùn)等研究也發(fā)現(xiàn)，小麥與蠶豆間作后根際土壤有效磷含量均高于單作處理[29]。相應(yīng)地，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)甘蔗花生間作后呈現(xiàn)出明顯的種間促進(jìn)效應(yīng)，即間作處理根際土壤有效磷含量顯著高于單作處理，這可能是因?yàn)殚g作促進(jìn)了作物根系分泌物的釋放，有利于活化土壤中存在的難容態(tài)磷[30]。

甘蔗花生間作體系中，間作處理的甘蔗和花生根際土壤pH值均低于單作處理，尤其是在作物生長(zhǎng)旺盛期時(shí)的效應(yīng)顯著，這可能是因?yàn)?種不同的作物間作之后，由于根系的相互作用，誘導(dǎo)根系H+、OH-的分泌發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致根際土壤pH值與單作作物的不同。Li等研究發(fā)現(xiàn)，與單作處理相比，菜豆與硬小麥間作可以顯著降低作物根際土壤pH值[31]。張德閃等研究也發(fā)現(xiàn)，小麥蠶豆間作體系中，間作小麥根際土壤pH值顯著低于單作小麥[32]。

本試驗(yàn)中，無(wú)論在單作還是間作條件下，作物（甘蔗、花生）根際土壤有效磷含量與根際pH值均呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即根際pH值降低，根際磷的有效性增加，但是在間作種植條件下二者間的負(fù)相關(guān)關(guān)系尤為顯著，這說(shuō)明多樣性種植模式會(huì)改變作物根際土壤的酸堿性，從而改變根際土壤磷的有效性，影響作物對(duì)磷的吸收。小麥與鷹嘴豆間作種植后，小麥根際土壤pH值下降，有利于小麥對(duì)磷素的吸收利用[33]。同樣地，玉米與蠶豆間作種植后，由于根際土壤的酸化促進(jìn)了土壤磷有效性的增加，提高了間作體系作物磷的吸收利用[34]。本研究也發(fā)現(xiàn)，與單作處理相比，甘蔗/花生間作能顯著提高作物地上部磷的吸收，尤其在生長(zhǎng)旺盛期間作效應(yīng)更為顯著，這可能與本試驗(yàn)中間作降低根際土壤的pH值，活化了根際難利用態(tài)磷，增加根際土壤磷有效性，進(jìn)而促進(jìn)作物磷的吸收有關(guān)。然而，甘蔗/花生間作體系中低分子量有機(jī)酸、酸性磷酸酶、根系形態(tài)、微生物活動(dòng)等根際過(guò)程也是提高根際磷有效性的主要機(jī)制，因此，在紅壤上關(guān)于甘蔗花生間作提高作物根際土壤磷有效性的機(jī)制還有待進(jìn)一步深入研究。

本試驗(yàn)中，與單作處理相比，甘蔗/花生間作顯著提高了作物根際土壤有效磷含量，而降低了根際土壤pH值。相關(guān)分析結(jié)果顯示，甘蔗和花生根際土壤有效磷含量與根際pH值之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。綜上結(jié)果說(shuō)明，甘蔗/花生間作體系能顯著提高作物地上部磷的吸收，可能與間作作物根際土壤的酸化促進(jìn)了土壤磷有效性的增加有密切關(guān)系。

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