農(nóng)業(yè)間作模式對(duì)土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的影響

四川樂(lè)山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 周靜賢 余杰

前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)科技水平的提升，農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了許多可觀的成就。尤其是農(nóng)業(yè)間作方式的改進(jìn)，有利于充分利用種植空間、提高資源利用率。此外，對(duì)土壤酶活性和養(yǎng)分的研究，直接關(guān)系著農(nóng)作物的收成和土地利用率，其重要性不可小覷?；诖?，本文對(duì)樂(lè)山地區(qū)農(nóng)業(yè)間作模式對(duì)土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的影響加以研究，旨在通過(guò)二者關(guān)系的研究，進(jìn)一步提升當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展水平，在可持續(xù)發(fā)展背景下，為提高農(nóng)業(yè)土地資源利用率提供借鑒。

1 農(nóng)業(yè)間作模式

1.1 農(nóng)業(yè)間作模式概念

農(nóng)業(yè)間作一般是指在同一田地上同一生長(zhǎng)期內(nèi)播種幾種作物，分行或分帶相間種植兩種或兩種以上作物的種植方式，間作作物的共生期至少要占一種作物全生育期的1/2。間作主要是利用不同作物的高度和透光程度，最大限度利用光能和種植空間繁育農(nóng)作物，以在相對(duì)固定的時(shí)期內(nèi)獲取更多的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出或修復(fù)、改善土壤肥力為目的。

1.2 農(nóng)業(yè)間作模式發(fā)展

農(nóng)業(yè)間作模式歷史悠久，且國(guó)內(nèi)外對(duì)農(nóng)業(yè)間作模式都十分關(guān)注。不過(guò)，由于氣候、地理環(huán)境和科技發(fā)展差異，不同國(guó)家和地區(qū)的間作模式有許多不同之處。我國(guó)側(cè)重糧食作物間作，國(guó)外側(cè)重農(nóng)林間作模式。在土地資源缺失、光照充足的中西部地區(qū)間作模式較為常見(jiàn)，例如我國(guó)旱地、地產(chǎn)地和畜牧區(qū)等，豆科、蔬菜類作物間作模式豐富。

1.2.1 我國(guó)間作模式發(fā)展

農(nóng)業(yè)間作模式在我國(guó)古已有之。早在西漢晚期即公元前1世紀(jì)，氾勝之匯錄的一部農(nóng)學(xué)著作——《氾勝之書(shū)》，是我國(guó)現(xiàn)存最早的一部農(nóng)書(shū)。書(shū)中就已經(jīng)有了關(guān)于瓜豆間作的記載。北魏末年即公元6世紀(jì)，我國(guó)杰出的農(nóng)學(xué)家賈思勰所著的《齊民要術(shù)》中敘述了桑與綠豆或小豆間作、蔥與胡荽間作的經(jīng)驗(yàn)。明代以后，麥豆間作、棉薯間作等已經(jīng)較為普遍，其他作物的間作也取得了一定程度的發(fā)展[1]。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)的重視以及科技水平的提升，我國(guó)間作面積迅速擴(kuò)大，間作類型也有了更加多樣，常見(jiàn)的有高、矮稈作物間作和不同作物種類間作，如糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物、綠肥作物、飼料作物的間作等多種類型，尤以玉米與豆類作物間作最為普遍。這種間作方式廣泛分布于我國(guó)東北、華北、西北和西南各地。此外，還有玉米與花生間作，小麥與蠶豆間作，甘蔗與花生、大豆間作，高粱與粟間作等也十分常見(jiàn)[2]。林糧間作中以桑樹(shù)、果樹(shù)或泡桐等與一年生作物間作較多。

1.2.2 國(guó)外間作模式

國(guó)外較為顯著的是農(nóng)林間作，在印度和許多非洲國(guó)家，豆類、玉米、高粱、粟、木薯等采用間作的方式較為普遍。農(nóng)林間作對(duì)于土地資源不足的國(guó)家提高土地資源利用率和提升作物產(chǎn)量有十分重要的作用。這種模式對(duì)于改善農(nóng)田生產(chǎn)條件、提升糧食產(chǎn)量有顯著作用。如巴基斯坦采用農(nóng)林間作模式，除收獲農(nóng)作物糧食外還能生產(chǎn)一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)木材，該國(guó)34.8%的木材和90%的薪材來(lái)源于這種間作模式。國(guó)外較為常見(jiàn)的農(nóng)林間作模式有散生狀林木間作、綠籬型間作、行狀間作等。在熱帶國(guó)家，膠園內(nèi)作物間作較為廣泛，例如國(guó)外膠園一般會(huì)選擇蓖麻、旱稻、玉米、豆科作物、木薯、廣藿香、可可、香蕉、馬來(lái)藤等的間作模式。幼齡澳洲堅(jiān)果園間作套種也非常具有代表性[3]。

1.3 間作管理現(xiàn)狀

從以上研究可以看出，間作對(duì)土壤有極大的影響。依據(jù)不同特性的間作作物，以土壤酶活性和養(yǎng)分為參考依據(jù)，科學(xué)選取間作作物，能對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)有極大提升，靈活利用種植空間。在重金屬污染較為嚴(yán)重的地區(qū)，可嘗試將玉米和瓜果間作。玉米生長(zhǎng)和結(jié)果受重金屬污染較小，農(nóng)產(chǎn)品食用安全能得到保障；番茄吸附重金屬的特性決定其可作為豆科植物的間作伴侶，修復(fù)污染土壤。豆科和蔬菜間作，能極大地提高豆類和蔬菜的產(chǎn)量，提高土地農(nóng)作物產(chǎn)出率。

1.3.1 間作的優(yōu)缺點(diǎn)

間作由于需要分行分列種植不同特性的作物，在種植作物時(shí)相對(duì)復(fù)雜，并且由于不同作物習(xí)性不同，在種植之前和種植過(guò)程中，都需要調(diào)研許多因素，耗費(fèi)的時(shí)間和精力較多。間作的優(yōu)點(diǎn)是由于能極好地改善土壤中酶活性或修復(fù)土壤，增加土壤養(yǎng)分，是工業(yè)現(xiàn)代化土地發(fā)展策略的重要內(nèi)容，未來(lái)其發(fā)展空間廣闊，在我國(guó)農(nóng)業(yè)乃至世界農(nóng)業(yè)中所占份額將越來(lái)越高。

1.3.2 單作優(yōu)缺點(diǎn)

單作的優(yōu)勢(shì)是便于種植和管理，但會(huì)對(duì)土地和光能造成極大的浪費(fèi)，在我國(guó)許多地區(qū)，由于農(nóng)業(yè)設(shè)備和科技采收普及率不高，勞動(dòng)者目前仍然以單作為主。盡管如此，隨著農(nóng)林科技的發(fā)展，我國(guó)間作率將越來(lái)越高，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出量也日益增大，能為我國(guó)土地利用和農(nóng)業(yè)發(fā)展提供有效借鑒。

1.4 間作作物種類

選擇何種間作模式，受作物特性、種植目的、種植空間、土壤類型和地形因素影響，其中，不同的作物特點(diǎn)和種植環(huán)境是深刻影響間作模式實(shí)際應(yīng)用的兩大重點(diǎn)。例如，熱帶地區(qū)間作模式可選擇的種類較多，與作物較長(zhǎng)的生長(zhǎng)期有很大關(guān)系。在放牧型農(nóng)業(yè)區(qū)，可供選擇的間作類型較少。

1.4.1 豆科植物

豆科植物是常見(jiàn)的間作作物。豆科植物的根系生有大量的根瘤菌，可以固定土壤中的游離態(tài)氮元素，為植株的生長(zhǎng)保存肥力。人們常用豆科植物來(lái)改善土壤肥力，如黃豆、蠶豆、花生等都是較為適合間作的豆科植物。我國(guó)古代較早的間作模式也多選用黃豆、綠豆、花生等豆科植物，原因正是這類作物可以改善土壤養(yǎng)分，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。

1.4.2 瓜類作物

瓜類作物是淺根系作物，生長(zhǎng)周期一般較短，在氣候濕熱地區(qū)，可以反復(fù)種植，多次收獲。此外，瓜類作物吸肥能力較強(qiáng)，產(chǎn)量高，常見(jiàn)的間作瓜類有西瓜、南瓜等。澳洲果園間作瓜類作物十分常見(jiàn)，可以增加收益。

1.4.3 蔬菜作物

蔬菜作物同瓜類作物相似，生長(zhǎng)周期短，收獲次數(shù)多，某些蔬菜可以吸收表層土壤中的肥力，有助于固定土壤；部分蔬菜作物如番茄，吸附重金屬的能力較強(qiáng)，可以用于修復(fù)重金屬污染土壤，改善土壤肥力，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。除了番茄外，常見(jiàn)的間作蔬菜種類還有青菜、辣椒和茄子等作物。

1.4.4 禾類作物

燕麥、小麥、水稻等禾類作物植株矮、生長(zhǎng)期短，對(duì)光能需求高，間作這類作物要注意合理劃分行間距。豆禾類間作比較適合我國(guó)當(dāng)前的農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

1.4.5 林果間作

關(guān)于林果間作，目前研究相對(duì)較少，在樹(shù)勢(shì)樹(shù)形有所差異情況下，獼猴桃柑橘間作，能夠滿足作物生長(zhǎng)基本需求，根系間不產(chǎn)生拮抗作用，作物病害發(fā)生率下降，可以充分利用土地資源。

2 土壤酶活性和養(yǎng)分

2.1 土壤酶

土壤酶是土壤中產(chǎn)生專一化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑，其一般會(huì)參與土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程，如腐殖質(zhì)的分解與合成；動(dòng)植殘?bào)w和微生物殘?bào)w的分解，乃至合成有機(jī)化合物的水解與轉(zhuǎn)化；某些無(wú)機(jī)化合物的氧化、還原反應(yīng)[4]。

2.2 土壤酶和微生物的作用

土壤酶活性和養(yǎng)分對(duì)作物生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)果有極大的影響。通常人們?cè)诜N植某一類作物時(shí)，會(huì)重點(diǎn)考慮土壤的類型。土壤酶的活性可以反映在某一種土壤生態(tài)狀況下，生物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)度；測(cè)定相應(yīng)酶的活性，可以間接了解某種物質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)化情況。大多數(shù)的土壤酶來(lái)源于微生物分解和其他有機(jī)組織，例如動(dòng)植物殘骸腐化物以及其他生物和殘留物，土壤中的微生物數(shù)量和土壤酶活性關(guān)聯(lián)密切。尤其是堿性磷酸酶與土壤細(xì)菌、真菌等均呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系?；诖?，在確定選取間作作物時(shí)，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員必須考慮土壤中磷酸酶、脲酶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3 間作植物對(duì)土壤的影響實(shí)證研究

3.1 吸附重金屬，修復(fù)污染土壤

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量重金屬?gòu)U水，這些廢水如果未經(jīng)妥善處理就排入土地之中，會(huì)嚴(yán)重污染土壤，改變土壤的酸堿度，影響作物的生長(zhǎng)和收獲。由于部分植物對(duì)土壤中的重金屬有吸附作用，使用植物吸附方式可以有效減少土壤中的有害重金屬，增加土壤養(yǎng)分，修復(fù)受到污染的土壤。當(dāng)前，這也是一種較為環(huán)保且成本較低的修復(fù)方式。

在間作時(shí)，適當(dāng)間作且能吸附重金屬的作物，能有效改變土壤的酶活性，修復(fù)土壤污染狀況，增加土壤養(yǎng)分；同時(shí)，間作使不同生長(zhǎng)期的作物腐葉和根莖也可作為養(yǎng)料，滋養(yǎng)土壤，增強(qiáng)土壤的酶活性，改善土壤質(zhì)量，提升作物產(chǎn)量。

安玲瑤[5]在《作物間作對(duì)重金屬吸收的影響及其機(jī)制的研究》中通過(guò)選取4種Cd吸收能力存在顯著差異的作物：青菜（杭州油冬兒）、番茄（中蔬4號(hào)）、甘藍(lán)（京豐一號(hào)）和玉米（金珠蜜甜玉米），在Cd污染土壤中進(jìn)行間作試驗(yàn)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）在Cd為2.62 mg/kg的污染水平下，間作青菜和甘藍(lán)條件與單作相比，青菜中的Cd積累濃度提高，甘藍(lán)中的Cd積累濃度下降。在Cd為3.70 mg/kg的污染水平下，番茄和玉米間作及限制性條件與單作相比，Cd在番茄中的積累濃度提升了。具體而言，葉部從13.52 mg/kg分別升高至24.94 mg/kg和27.30 mg/kg。安玲瑤的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明采用間作方式兼具減少金屬污染的植物修復(fù)效率和在污染土壤中產(chǎn)出可安全食用農(nóng)產(chǎn)品的作用。

（2）同沒(méi)有種植作物的對(duì)照組比較，發(fā)現(xiàn)種植甘藍(lán)和青菜后的土壤pH稍有下降，酸性磷酸酶活性有所上升，脲酶活性下降。其中，青菜單作組的土壤pH下降幅度最大，而脲酶活性下降幅度最小。間作番茄和玉米后，番茄根系周圍土壤的pH有一定程度的下降，酸性磷酸酶的活性上升，脲酶活性下降，且間作組土壤pH下降幅度最顯著。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明土壤中酶活性變化會(huì)顯著影響土壤中Cd的存在形式和質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)而引發(fā)作物對(duì)Cd吸收能力的變化。

（3）間作可以豐富對(duì)重金屬吸收有促進(jìn)作用的微生物種群封堵，降低對(duì)重金屬吸收有抑制作用的微生物種群封堵，提高番茄吸收Cd的能力。

3.2 產(chǎn)出安全可食用的農(nóng)產(chǎn)品，提高土地利用率

此外，在低濃度復(fù)合污染大田單作條件下，該實(shí)驗(yàn)得出番茄對(duì)土壤中重金屬尤其是Cd吸收能力較強(qiáng)，同其他作物間作時(shí)，番茄吸附重金屬能力還可提升，由此可見(jiàn)，番茄是一種可用于修復(fù)土壤重金屬污染的植物。玉米由于對(duì)重金屬如Cr、Cu和Fe的積累較多，當(dāng)與其他植物間作時(shí)，吸附重金屬的能力有所下降，在重金屬污染土壤可以采用玉米間作，能產(chǎn)出安全可食用的農(nóng)產(chǎn)品。青菜和甘藍(lán)不適用于修復(fù)土壤的重金屬污染，也不適合在重金屬污染土壤中作為食品產(chǎn)出植物。安玲瑤的研究排除了青菜和甘藍(lán)的土壤修復(fù)作用，為修復(fù)重金屬污染土壤、產(chǎn)出可安全食用的農(nóng)作物提供了研究思路。

3.3 增加土壤腐殖質(zhì)和微生物，提升土壤養(yǎng)分

間作有多種目的，有些在于吸附重金屬，修復(fù)污染土壤；有些是為提升種植空間利用率，有些是為增加土壤肥力，改變土壤性質(zhì)。萬(wàn)家悅等研究探討了不同磷水平下，玉米/大豆間作根際土壤無(wú)機(jī)磷組分、土壤有效磷含量及作物磷吸收的差異，明確了土壤無(wú)機(jī)磷組分、土壤有效磷與作物磷吸收之間的相互關(guān)系。喬月靜[6]等在《燕麥與豆科作物間作對(duì)土壤酶活和微生物量的影響》中提出，間作模式下，土壤的細(xì)菌數(shù)量明顯比單作高，而真菌情況則相反，此外，細(xì)菌的數(shù)量與土壤酶活相關(guān)性更高。與單作相比，燕麥/大豆間作、燕麥/豌豆間作的優(yōu)勢(shì)明顯，土地當(dāng)量比（LER）分別為1.43和1.51。喬月靜等得出的結(jié)論是燕麥與豆科作物間作在不施肥的條件下，能顯著提高土壤的酶活性，使土壤轉(zhuǎn)為健康的“細(xì)菌型”土壤，對(duì)于改善土壤微生態(tài)環(huán)境有明顯效果，且燕麥和豌豆間作優(yōu)勢(shì)明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)農(nóng)業(yè)間作歷史悠久，間作的益處眾多。本文主要闡釋了間作分類和間作對(duì)土壤酶活性和養(yǎng)分的益處，說(shuō)明了間作未來(lái)的發(fā)展前景。同時(shí)，由于科技水平的限制，我國(guó)具體的間作模式仍值得進(jìn)一步探索。工業(yè)發(fā)展的大背景下，土地資源越來(lái)越緊張，農(nóng)業(yè)間作只是提高土地利用率的其中一種方法，未來(lái)如何解決人地矛盾仍需要科技相關(guān)人員的進(jìn)一步探索。