不同冬季作物的多熟種植體系對紅壤旱地的調(diào)節(jié)

文/李淑娟 黃國勤 江西農(nóng)業(yè)大學生態(tài)科學研究中心

我國東南紅壤丘陵區(qū)地處熱帶、亞熱帶，氣候條件優(yōu)越，光、熱、水資源豐富，生長季節(jié)長，作物一年可兩熟至三熟，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿薮螅俏覈鵁釒?、亞熱帶?jīng)濟林木、作物及名貴藥材等名特優(yōu)創(chuàng)匯產(chǎn)品的重要基地。雖然光熱水資源豐富，但季節(jié)分配不均。此外，我國南方紅壤旱地普遍存在土壤養(yǎng)分失衡、地力下降、土壤酸化的問題，影響紅壤旱地生產(chǎn)力的發(fā)揮。

多熟復種輪作這一種植制度不僅可以提高光熱水資源利用率，同時可以影響土壤養(yǎng)分、酶活性、微生物群落結(jié)構(gòu)，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，對于解決我國人地矛盾、促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、構(gòu)建良好的農(nóng)田微生態(tài)系統(tǒng)具有十分重要的意義。紅壤旱地普遍存在酸、瘦特征，而多熟復種模式能提高土壤pH值，改善土壤肥力。

在多熟種植體系中，對于冬季作物的篩選尤為重要。不同冬季作物的配置下多熟種植體系的土壤酸堿性和養(yǎng)分狀況變化規(guī)律不同，對于后茬作物的生長以及土壤養(yǎng)分的積累都有一定影響。相較于冬閑，冬季種植作物不僅能提高經(jīng)濟產(chǎn)量和生物量，還能改善土壤肥力，冬種作物田間土壤速效磷含量高于冬閑田。相較于糧食作物，冬季種植紫云英等豆科作物能提高土壤氮素積累量。

通過對配置不同冬季作物以玉米、大豆間作為主的多熟種植體系試驗，進行土壤養(yǎng)分和pH值的變化規(guī)律分析，“馬鈴薯－玉米間作大豆”種植體系在改良紅壤酸性及肥力方面更有潛力。

三種種植體系試驗設(shè)計

土壤酸堿度。相較于糧食作物，冬季種植牧草作物，土壤pH值有所下降，與冬季牧草作物根系大量分泌有機酸相關(guān)。“紫云英－玉米||大豆”“油菜－玉米||大豆”“馬鈴薯－玉米||大豆”三種冬季作物下多熟種植體系的pH值有一定差異，但未達到顯著水平。冬季種植紫云英的小區(qū)土壤pH值也有所下降，冬季種植馬鈴薯的處理pH值有所上升，但是油菜處理的pH值也有下降趨勢，但幅度低于紫云英。兩次測定結(jié)果均是紫云英處理的土壤pH值最高，冬季作物成熟期高達4.80，春季作物成熟期有所下降，pH值為4.72。冬季作物成熟期土壤pH值最低的是冬種馬鈴薯（4.56）處理，春季作物成熟期土壤pH值最低的是冬種油菜（4.56）處理。三種處理下，冬季種植紫云英或油菜的農(nóng)田土壤有酸化趨勢，下降幅度分別為1.73%、0.73%，只有冬季種植馬鈴薯的土壤pH值有上升趨勢，其pH值升幅為1.75%。總體來看，冬種馬鈴薯的多熟種植體系對于改良紅壤酸性條件更有潛力。

土壤養(yǎng)分。不同前作能影響整個多熟種植體系的土壤養(yǎng)分狀況。相較于禾本科和薯類作物，豆科作物作為前茬作物時，氮素積累量較高。

通過對“紫云英-玉米||大豆”“油菜－玉米||大豆”“馬鈴薯－玉米||大豆”種植體系的土壤養(yǎng)分進行測定，說明不同冬季作物對多熟種植體系的土壤養(yǎng)分狀況的影響，各種植體系的養(yǎng)分含量之間有一定差異，且部分差異已達到顯著水平。冬季作物成熟期，冬種紫云英（0.135%）和冬種油菜（0.129%）的全氮含量顯著高于冬種馬鈴薯（0.120%）的處理。春季作物成熟期，冬種紫云英（0.142%）的田間土壤全氮含量顯著高于冬季種植馬鈴薯（0.130%）的試驗田，冬種油菜（0.139%）的全氮含量低于紫云英處理但高于馬鈴薯處理，未達到顯著水平。從兩次土壤全氮含量測定結(jié)果看，三種不同冬季作物處理下的土壤全氮含量均有所上升，升幅分別為4.95%、7.77%、7.81%。冬種馬鈴薯的多熟種植體系土壤全氮含量上升幅度最大。

冬季作物成熟期，各處理田間有效磷含量有一定差異，但不顯著，從高到低依次是冬種紫云英處理（100.6毫克/千克）、冬種油菜處理（101.23毫克/千克）、冬種馬鈴薯處理（67.44毫克/千克）。春季作物成熟期田間馬鈴薯處理的有效磷含量為87.44 毫克/千克，顯著低于其他兩種處理，冬種紫云英（121.52毫克/千克）處理的有效磷含量高于冬種油菜（117.71 毫克/千克）處理，但它們之間的差異并未達到顯著水平。兩次土壤有效磷含量測定結(jié)果表明，三種不同冬季作物處理下的土壤有效磷含量均有所上升，升幅分別為20.80%、16.28%、29.66%。馬鈴薯處理的多熟種植體系土壤有效磷含量上升幅度最高。

春季“玉米間作大豆”

冬季單作蕎麥

玉米間作甘薯

冬季作物成熟期，各處理田間速效鉀含量有一定差異，但不顯著，從高到低依次是馬鈴薯處理（186.32毫克/千克）、紫云英處理（183.25 毫克/千克）、油菜處理（164 毫克/千克）。春季作物成熟期馬鈴薯處理的速效鉀含量為204.17 毫克/千克，顯著高于冬種紫云英（142.98 毫克/千克）和油菜（148.65毫克/千克）的處理，但冬種紫云英和冬種油菜處理之間的差異不顯著。兩次土壤速效鉀含量測定結(jié)果表明，冬種紫云英和油菜處理下的土壤速效鉀含量有所下降，降幅分別為21.97%、9.36%。與此同時，冬季種植馬鈴薯的試驗田土壤速效鉀含量上升了9.58%。

以上研究表明，以紫云英這一豆科牧草作物作為前茬作物，田間土壤全氮含量顯著高于以馬鈴薯作為前茬作物的處理。作為一種綠肥作物，紫云英的氮素還田量高達83.28千克/公頃，為后茬作物的生長和土壤的氮素積累提供了大量氮源。復種輪作能提高土壤有效磷含量，本研究中三種多熟復種模式下的土壤有效磷含量均有所提高。在水旱輪作系統(tǒng)中，冬種紫云英和冬種油菜的輪作系統(tǒng)有嚴重缺鉀現(xiàn)象，而冬種馬鈴薯處理則有盈余。同樣是以玉米大豆間作為主的多熟種植系統(tǒng)，前茬作物為紫云英或油菜的處理土壤速效鉀含量有所下降，而馬鈴薯處理則有所上升。

配置冬季作物的多熟種植體系能在一定程度上調(diào)節(jié)紅壤旱地的酸堿度和肥力狀況。在氮素積累方面，傳統(tǒng)的冬種紫云英模式較有優(yōu)勢，但在改善酸性環(huán)境、提高有效磷、改善鉀元素赤字狀況方面，“馬鈴薯－玉米間作大豆”種植體系更有潛力。