間作黃豆、花生對核桃幼苗及土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

劉 凱，李津津，趙星哲，王 芳，王紅霞，張俊佩，馬慶國，張志華

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，河北 保定 071001；2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 山區(qū)研究所/河北省山區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心/國家北方山區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071001；3. 中國林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)研究所/國家林業(yè)和草原局 林木培育重點實驗室 北京 100091）

核桃(Juglans regiaL.)，又名胡桃，為胡桃科胡桃屬的落葉喬木，分布和栽培遍及世界多個國家和地區(qū)，是重要的用材樹種、生態(tài)樹種、經(jīng)濟(jì)樹種和生物能源樹種，其堅果由硬殼和種仁組成，具有較高的營養(yǎng)價值和保健功能［1］。

核桃屬于高大喬木，當(dāng)進(jìn)行實生播種時，砧木、嫁接到結(jié)果至少需要3 年的時間，在此時間內(nèi)，核桃園一直處于入不敷出的狀態(tài)。而最近幾年農(nóng)林間作已經(jīng)成為熱點，在太行山區(qū)也頗為流行，并取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。農(nóng)林間作可以提高林地利用效率，改善土壤理化性質(zhì)［2-3］。間作模式下林木與農(nóng)作物存在著緊密的關(guān)系，相互影響，有促進(jìn)，也有抑制［4-5］。已有核桃-綠豆間作、核桃-小麥間作等研究，結(jié)果表明：間作綠豆改善了核桃苗的生長環(huán)境，有益于增加核桃苗的根系吸收面積、水分運輸以及光合代謝;間作小麥相比相應(yīng)單作模式有較高土地利用效率［6-8］。已有對核桃間作后光合作用及特性、對間作后根系運動方向等的研究［9-12］，也有研究指出，豆科作物通過生物固定的氮肥比化學(xué)氮肥效果好［13-14］等。

核桃間作相關(guān)的研究有很多，但是很少有對間作后土壤理化性質(zhì)及核桃直播幼苗生長的影響。因此，本研究以改善土壤肥力、提高經(jīng)濟(jì)效益為目的，以河北省順平縣大悲鄉(xiāng)山區(qū)當(dāng)年播種核桃園為對象，將間作花生、間作黃豆與無間作核桃園作對比，通過田間調(diào)查與實驗室檢測方法，對間作后核桃幼苗生長特征與間作后土壤理化性質(zhì)變化進(jìn)行分析，對間作模式與土壤理化性質(zhì)關(guān)系，間作模式與核桃幼苗生長之間關(guān)系做出綜合評價，為山區(qū)核桃的農(nóng)林間作提供生產(chǎn)指導(dǎo)建議。

1 材料與方法

1.1 試驗園情況

該試驗時間是2017 年3—9 月；試驗田位于保定市大悲鄉(xiāng)富有村（114.91°E，38.94°N），屬于太行山東麓淺山丘陵地區(qū)，海拔高程一般在500 m 以上。順平縣屬暖溫帶半干旱季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，四季分明，春旱多風(fēng)，夏熱多雨，秋高氣爽，冬寒少雪。其年平均氣溫12.2 ℃，最熱月為7 月，月平均氣溫為26.5 ℃；最冷月為1 月，平均氣溫-4.5 ℃。年平均降水量為578 mm，大于0 ℃期間的降水量為554 mm，占全年總量的96%，大于10 ℃期間的降水量為528 mm，占全年總量的91%。

1.2 試驗材料與方法

核桃播種處理：供試材料為贊皇縣2016 年采收種子，品種為‘贊美’。選擇成熟飽滿、果大殼薄的核桃去青皮，挑選果型一致、重量大致相同的同類種進(jìn)行預(yù)處理，每組 36 粒，冷水浸泡，每天換1次水，浸種7 d（生產(chǎn)上浸種天數(shù)），使其吸水膨脹，待大部分種子吸水膨脹、隔膜變軟后，暴曬2 h，開口后即可播種。播種時間為2017 年3 月29 日，核桃栽植株行距為6 m×8 m，溝播，縫合線向上，深度為5 cm，播種后進(jìn)行調(diào)查。

3 種間作模式：核桃—黃豆間作；核桃—花生間作；無間作做空白對照。各間作作物用種發(fā)芽率95%以上，對照為清耕的無間作核桃幼苗地塊。3種間作模式各占地300 m2，設(shè)3 個間作帶，距離幼苗0.5 m，待核桃播種發(fā)芽后種植間作作物黃豆和花生，灌溉方式為簡易噴灌，進(jìn)行修剪、噴藥等常規(guī)管理，不進(jìn)行施肥處理。

于間作物采收后測量統(tǒng)計核桃幼苗株高、干莖直徑、根長及葉片的生長特征數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行土壤采樣。葉片采樣方法為，3 種間作模式各隨機(jī)選取10 株核桃植株，采集植株東南西北4 個方向中部無病蟲害核桃葉片，進(jìn)行葉片指標(biāo)測量，取其均值。土壤采樣方法為，使用5 點采樣法隨機(jī)采集0 ～20和20 ～40 cm 2 個土層的土壤樣品，同一樣地混合取樣 2 kg，放于土盒內(nèi)帶回實驗室進(jìn)行處理以測定其各項數(shù)據(jù)。將土樣篩除雜質(zhì)，混合均勻，采用四分法將土樣分成4 份，作為4 次重復(fù)，采用烘干法測量其含水率，后進(jìn)行各指標(biāo)含量測定，取其均值作為試驗數(shù)據(jù)，采用 Excel 和 SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

土壤pH 值采用酸度計法測定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；全氮、全磷、鉀含量采用濃硫酸-高氯酸消煮，全氮含量采用連續(xù)流動分析儀測定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測定，全鉀用原子吸收分光光度計法測定，鈣和鎂用原子吸收分光光度計法測定，銅、鋅和錳用 AAS 法測定（錳在土樣烘干前測定），鐵用原子吸收光譜法測定［15］。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Microsoft Excel 2007 進(jìn)行基本數(shù)據(jù)處理；SPSS 17.0 軟件進(jìn)行顯著性、相關(guān)性與主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作對核桃幼苗生長特征的影響

由表1 可以看出間作黃豆、花生后，間作黃豆的核桃株高較對照增大顯著，增大了27.66%，間作花生的核桃株高減小，減小了16.88%，最高值與最低值相差 1.53 倍。間作黃豆與間作花生的核桃干莖都較對照增大顯著，間作黃豆的核桃干莖增大了49.84%，間作花生的核桃干莖增大了46.07%，且間作黃豆與間作黃豆的核桃干莖之間差異不顯著。間作花生的核桃主根較對照差異不顯著，間作黃豆的核桃主根較對照增長顯著。間作黃豆、間作花生的核桃幼苗葉綠素含量較對照都有減少，差異不顯著。間作黃豆的核桃復(fù)葉面積增大顯著，是對照的 1.83倍。3 種間作模式的核桃葉片長寬比差異不顯著。間作黃豆、間作花生的核桃葉片含水量顯著高于對照，但葉片鮮干物質(zhì)比值顯著小于對照。數(shù)據(jù)表明間作黃豆、花生可增大核桃幼苗期植株相同時間內(nèi)地上生長量。

表1 不同間作模式對核桃植株特性的影響Table 1 Effects of different intercropping patterns on plant characteristics of walnut

2.2 間作對核桃幼苗葉片礦質(zhì)元素含量的影響

由表2 可以看出不同間作模式對核桃幼苗葉片的影響。間作黃豆的核桃幼苗葉片中氮元素含量降低，比對照降低了 18.02%，但間作花生的比對照增加了 24.01%，間作花生的核桃幼苗葉片中氮元素含量是間作黃豆中的含量的 1.54 倍。間作黃豆與間作花生的核桃幼苗葉片中全磷含量有顯著增加，間作黃豆的增加最顯著，增加了104.76%，間作花生的增加了 48.74%，間作黃豆的含量是間作花生的 1.37倍。間作黃豆與間作花生的核桃幼苗葉片中全鉀含量有顯著增加，間作花生的增加最顯著，增加了92.31%；間作黃豆的比對照增加了61.78%，間作花生的是間作黃豆的含量的 1.18 倍。間作黃豆幼苗葉片中鈣元素含量與對照沒有顯著差異，但間作花生的幼苗葉片鈣元素有增加，增加了 16.83%，增加顯著。間作黃豆的幼苗葉片中鎂元素含量與對照差異不顯著，間作花生鎂元素的含量最大，比對照增加了32.23%，是間作黃豆的含量的 1.32 倍。間作黃豆、間作花生的核桃幼苗葉片中鐵元素含量比對照都有降低，間作黃豆的降低最顯著，降低了46.14%，間作花生的含量降低了36.05%。間作黃豆、間作花生的核桃幼苗中銅元素含量都有降低，間作黃豆的降低了33.57%，間作花生的降低幅度較大，降低了44.52%。間作黃豆的核桃幼苗葉片中鋅元素含量比對照降低，降低了11.89%；間作花生的與對照差異不顯著。間作黃豆、間作花生的與對照幼苗葉片中鈉元素含量差異不顯著。間作黃豆、間作花生的核桃幼苗葉片中錳元素含量比對照降低，降低了 29%和 13.60%。數(shù)據(jù)表明間作黃豆、花生會影響核桃幼苗葉片營養(yǎng)元素含量。

表2 不同間作模式對核桃幼苗葉片營養(yǎng)元素含量的影響Table 2 Effects of different intercropping patterns on nutrient contents in leaves of walnut seedlings

2.3 不同間作模式對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由表3 可以看出間作后，間作黃豆、間作花生的 pH 顯著增大：在 0 ～20 cm 土層間作黃豆、間作花生的分別增加 0.37、0.60，在20 ～40 cm 土層間作黃豆、間作花生的分別增加 0.48、0.37。間作黃豆、間作花生的含水量顯著減少：在 0 ～20 cm土層間作黃豆、間作花生的分別減少 4.91%、2.82%，在 20 ～40 cm 土層間作黃豆、間作花生的分別減少4.03%、2.00%。間作黃豆的有機(jī)質(zhì)含量比對照有增加，在 20 ～40 cm 土層增加最顯著，增加了 65%；間作花生的在 0 ～20 cm 土層有顯著增加，增加了16.75%；在 20 ～40 cm 中有減少，但差異不顯著，減少了 4.4%。數(shù)據(jù)分析表明，間作黃豆、花生對土壤化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了影響。

表3 不同間作模式對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響Table 3 Effects of different intercropping patterns on soil chemical properties

2.4 不同間作模式對土壤礦質(zhì)元素含量的影響

由表4 可以看出間作以后土壤中礦物質(zhì)元素變化。間作黃豆、間作花生的在 0 ～20 cm 土層全氮含量有顯著增加，間作花生的在 0 ～20 cm 中增加最顯著，增加了 64.40%；間作黃豆的增加不顯著，增加了 9.2%；在 20 ～40 cm 土層中，間作黃豆、間作花生的比對照有增加，間作黃豆的增加了 32.97%，間作花生的增加了 8.41%。間作黃豆、間作花生的全磷含量較對照有增加，且間作花生的增加顯著。間作花生的全鉀含量有顯著增加，0 ～20 cm 增加了 18.71%，20 ～40 cm 增加了 31.16%，可見間作花生對土壤 20 ～40 cm 影響較大，間作黃豆較對照差異不顯著。間作黃豆對土壤中鈣元素含量有顯著影響，0 ～20 cm 中增加了26.43%，20 ～40 cm增加了 116.54%，但間作花生對土壤中鈣元素影響不大，反而在 20 ～40 cm 中減少了 2.3%。間作黃豆、間作花生對土壤中鎂含量有顯著影響，間作黃豆的 0 ～20 cm 比對照減少了 58.00%，20 ～40 cm卻增加了 40.32%；間作花生的 0 ～20 cm 比對照增加了 16.45%，20 ～40 cm 中增加了 30.13%。間作黃豆、間作花生對土壤中鋅元素含量有顯著影響，間作黃豆的 0 ～20 cm 變化不大，20 ～40 cm 增加了 29.09%；間作花生的 0 ～20 cm 增加了 58.88%，20 ～40 cm 增加了 44.39%。間作黃豆、間作花生對土壤中鐵元素含量、銅元素含量與錳元素含量影響不大，沒有顯著差異。數(shù)據(jù)分析表明間作黃豆、花生能夠提高土壤特定礦物質(zhì)含量。

表4 不同間作模式對土壤礦質(zhì)元素含量的影響Table 4 Effects of different intercropping patterns on soil mineral elements

2.5 間作土壤因子與葉片營養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)性分析

由表5、6 可以看出土壤中各個因子與幼苗葉片中營養(yǎng)物質(zhì)的相關(guān)性。

表5 間作土壤因子與葉片營養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of intercropping soil factors and leaf nutrients

pH 與含水量、全氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)；與氮元素含量、鈣元素含量、鎂元素含呈極顯著正相關(guān)，與鋅元素含量呈顯著正相關(guān)。含水量與全氮呈極顯著正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)；與鈣元素含量、鎂元素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。有機(jī)質(zhì)含量與磷元素呈顯著負(fù)相關(guān)，與鎂元素呈極顯著正相關(guān)，與鋅元素呈顯著正相關(guān)。全氮與鉀元素呈極顯著正相關(guān)，與銅元素呈極顯著正相關(guān)，與鈣元素含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與鐵元素含量呈顯著正相關(guān)。全磷與氮元素含量、鎂元素含量呈極顯著正相關(guān)，與鈣元素含量、鋅元素含量呈顯著正相關(guān)。土壤中鉀元素含量與葉片中磷元素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與錳元素含量、鋅元素含量呈極顯著正相關(guān)。土壤中鈣元素含量與葉片中鎂元素呈極顯著正相關(guān)，與鈣元素含量、鋅元素含量呈顯著正相關(guān)。土壤中鎂元素含量與葉片中鉀元素、鈣元素、鎂元素含量呈極顯著正相關(guān)，與銅元素呈顯著正相關(guān)。土壤中鋅元素含量與磷元素呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鋅元素呈極顯著正相關(guān)，與鎂元素、錳元素含量呈顯著正相關(guān)。以上數(shù)據(jù)可從土壤因子改良方面為生產(chǎn)中葉片營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控提供指導(dǎo)意見。

表6 間作土壤營養(yǎng)元素與葉片營養(yǎng)元素相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of intercropping soil nutrient elements and leaf nutrient elements

續(xù)表

2.7 主成分分析

通過軟件spss 17.0 對不同間作模式核桃幼苗生長各因子進(jìn)行主成分分析，提取出2 個主成分，并計算各主成分的系數(shù)、特征值、貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率，見表7。

表7 各主成分的系數(shù)、特征值、貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率Table 7 Coefficient, eigenvalue, variance contribution rate and accumulated contribution rate of principal components

其中，第一主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為76.541%，第二主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為23.459%。對2 個主成分進(jìn)行加權(quán)平均求得不同播種密度綜合得分評價。主成分的得分是相應(yīng)的因子得分乘以相應(yīng)的方差的算術(shù)平方根。將各指標(biāo)的數(shù)據(jù)帶入主成分得分表達(dá)式中，分別計算出2 個主成分得分（F1、F2）。綜合得分以主成分的貢獻(xiàn)率對主成分得分進(jìn)行加權(quán)平均，計算綜合得分并進(jìn)行排序。由表8 可以看出，成分1 得分第一名的為核桃-黃豆間作，主成分2 得分排名第一位的為核桃-花生間作。通過加權(quán)得到綜合得分，綜合評價后間作黃豆得分最高，其次是花生，最后是不間作對照。因此，在核桃建園幼苗期間可以間作黃豆或者花生，改善土壤營養(yǎng)元素，為核桃幼苗生長提供一個營養(yǎng)豐富的生長環(huán)境，為提高其經(jīng)濟(jì)效益打好基礎(chǔ)。

表8 間作模式主成分分析Table 8 Principal component analysis

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，核桃—黃豆間作與核桃—花生間作2 種間作模式皆可提高土壤中氮、磷、鉀、鈣、鎂、鋅等營養(yǎng)元素含量。結(jié)果顯示，間作播種方式對土壤營養(yǎng)元素含量增加有積極影響。張翠萍等［7］研究發(fā)現(xiàn)豆科作物在間作中有替代氮肥的作用，土壤中氮素含量的多少將直接影響根系的生理代謝和生長過程，并制約根系導(dǎo)水能力。且根系對水分吸收、運輸傳導(dǎo)能力的高低一定程度上決定植株水分狀況平衡，制約植物光合能力，影響核桃幼苗生長。本試驗與上述結(jié)論基本一致，間作黃豆增高了土壤的氮元素含量，且核桃幼苗主根長度較對照組大幅增長，但葉片中氮素及水分含量有所下降，因此間作豆科與植株葉片氮素及水分狀況的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。張皓等［9］研究中指出土壤的酸性太強會造成可溶性鐵、鋁增加，有效磷易被固定而降低其有效性。同時，酸性環(huán)境便于真菌類病原微生物的滋生繁衍，降低地力。試驗結(jié)果表明，2 種間作模式都使土壤pH 值顯著增大，使土壤更加優(yōu)質(zhì)，利于核桃幼苗生長。本試驗與王元研究一致，進(jìn)行豆科作物間作，可以提高土壤中氮素養(yǎng)分，其成分也有顯著改善，有助于培肥地力［2］。吳榮蘭等［16-18］通過間種作物得出，間種能夠提高土壤肥力，增加土壤全氮、全磷和有效磷等養(yǎng)分含量，改變土壤的化學(xué)性質(zhì)，本試驗結(jié)果與前述結(jié)論比較一致。土壤化學(xué)性質(zhì)影響土壤肥力，山核桃林地土壤綜合肥力決定了土壤生產(chǎn)性能，二者的綜合指數(shù)呈極顯著的線性關(guān)系［19］,即間作模式有利于提高土壤肥力。核桃林地合理間種是非常必要的，有利于核桃林地土壤的可持續(xù)利用及增加農(nóng)民收入［20］。

開展核桃林糧間作，改善土壤理化條件，提高核桃種植管理水平，可以在核桃幼苗期間增加經(jīng)濟(jì)收入，促進(jìn)核桃種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但在核桃林下間作栽培模式中，要堅持以核桃生長為主、間作物生長為輔的原則。在間作物選擇時既要考慮到利于核桃樹體生長、經(jīng)濟(jì)價值高，又要兼顧與核桃樹體沒有共同的病蟲害、不影響核桃樹體的生長發(fā)育［21］。

本試驗研究了核桃—黃豆間作與核桃—花生間作2 種模式對核桃間作土壤化學(xué)性質(zhì)及幼苗生長發(fā)育的影響。結(jié)果表明，與對照相比，核桃—黃豆間作與核桃—花生間作2 種間作模式皆可增大核桃幼苗期植株地上生長量，提高核桃幼苗葉片中氮、磷、鉀、鈣、鎂、鋅等營養(yǎng)元素含量，間作播種方式對核桃幼苗生長有積極影響，因此，在核桃建園初期，可以間作黃豆或花生，以改善核桃園區(qū)土壤營養(yǎng)狀況，促進(jìn)幼苗良好生長，提高經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益。

本研究僅分析了核桃幼苗2 種間作模式對核桃幼苗生長發(fā)育及園區(qū)土壤化學(xué)性質(zhì)，但是對核桃間作模式的具體生產(chǎn)操作指導(dǎo)，以及獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益等還需要進(jìn)一步的研究。