苜蓿、綠豆與玉米間作對土壤養(yǎng)分的影響

張佳寧，杜 君，郭 孝

（1. 河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院，河南 鄭州 450046；2. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002）

0 引言

間作是一種能夠合理配置作物群體的種植模式，有利于作物高矮分層，改善作物的通風(fēng)透光條件，提高光能利用率，充分發(fā)揮邊際效應(yīng)的增產(chǎn)作用［1］。長期以來，玉米與豆科作物間作很受重視，可改善土壤肥力，借助豆科作物根瘤菌的固氮作用，固定土壤中的游離氮，供植物吸收利用［2］。目前關(guān)于豆科與禾本科作物的間作研究較多，特別是以大豆與玉米間作、玉米與苜蓿間作等［3-5］。但春鳳等［6］和劉忠寬等［7］研究發(fā)現(xiàn)玉米與紫花苜蓿間作可以顯著提高土壤肥力、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益。唐勁馳等［8］認(rèn)為，玉米與大豆間作模式下玉米能從豆類作物的根際中獲得部分氮，這種對氮競爭的結(jié)果，可刺激豆類作物的固氮作用。有關(guān)豆科作物與禾本科作物的間作研究，對大豆以外的其他豆科作物如綠豆與玉米間作模式研究較少，并且多集中在間作模式效應(yīng)分析［9］。因此，為有效推動豆科與玉米間作模式，筆者以苜蓿/綠豆與玉米間作為研究對象，評價不同間作模式對土壤養(yǎng)分的影響，為豆科與玉米間作的生產(chǎn)實踐和穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)飼草來源提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤概況

試驗在2021 年6 月—10 月于河南省許昌市建安區(qū)進行。該地區(qū)屬北暖溫帶季風(fēng)氣候，熱量資源豐富，雨量充沛，陽光充足，無霜期長，年降水量為579 mm，平均氣溫為27 ℃。供試土壤屬壤質(zhì)潮土，0 ～20 cm土壤的基本理化性質(zhì)為：w（有機質(zhì)）20.26 g/kg，w（全氮）0.99 g/kg，w（堿解氮）99.80 mg/kg，w（有效磷） 15.42 mg/kg，w（速效鉀）129.42 mg/kg，pH為8.04。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個處理，分別為玉米單作處理、苜蓿單作處理、苜蓿與玉米4:8間作處理、綠豆單作處理和綠豆與玉米4:8 間作處理。每個處理100 m2，每個處理3次重復(fù)。夏玉米種植密度為67 500株/hm2，綠豆和苜蓿為推薦用量。施肥量為N 210 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2；施肥方式為玉米五葉期開溝條施，一次性施肥，成熟期采樣。玉米品種為浚單29，綠豆品種為毛綠一號，苜蓿品種為中苜一號。

1.3 測定指標(biāo)

玉米成熟期采集0 ～20 cm 土壤樣品，陰涼處風(fēng)干，研磨過篩備用。測定方法［10］：用電極法測定pH；重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機質(zhì)；堿解擴散法測定堿解氮；NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷；NH4OAc浸提-火焰光度法測定速效鉀。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

文中數(shù)據(jù)為3 次重復(fù)的平均值，使用DPS7.05軟件處理數(shù)據(jù)，采用Duncan 新復(fù)極差法比較不同處理間各種指標(biāo)之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤有機質(zhì)的影響

各處理對土壤有機質(zhì)含量的影響見圖1。從圖1可以看出，與玉米單作相比，苜蓿單作和綠豆單作土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高了6.51%和13.09%，其中綠豆單作達到了顯著水平；苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作則差異不顯著。與苜蓿單作相比，苜蓿與玉米間作土壤w（有機質(zhì)）為23.78 g/kg，下降了6.29%，但差異未達到顯著水平。與綠豆單作相比，綠豆與玉米間作土壤w（有機質(zhì)）為23.03 g/kg，下降了14.56%，達到顯著性差異。研究結(jié)果表明，豆科作物單作可以不同程度提高土壤有機質(zhì)含量，豆科與玉米間作的土壤有機質(zhì)含量與玉米單作相比變化不顯著，綠豆單作和與玉米間作中土壤有機質(zhì)含量的變幅較大。

圖1 不同處理對土壤w（有機質(zhì)）的影響

2.2 不同處理對土壤堿解氮的影響

各處理對土壤堿解氮含量的影響見圖2。從圖2 可以看出，與玉米單作相比，苜蓿單作和綠豆單作的土壤w（堿解氮）分別提高了28.51%和24.13%，其中苜蓿單作提高土壤堿解氮含量達到了顯著水平，說明豆科作物可以有效提升土壤堿解氮，尤其是苜蓿效果更好；苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作的土壤堿解氮含量變化不顯著。與豆科單作相比，苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作的土壤堿解氮顯著下降，w（堿解氮）分別下降了23.88%和24.67%。研究結(jié)果表明，苜蓿單作和綠豆單作可以不同程度提高土壤堿解氮含量，其中苜蓿單作提升達到顯著水平；豆科與玉米間作則不同程度降低土壤堿解氮含量，其中綠豆與玉米間作下降達到顯著水平。

圖2 不同處理對土壤w（堿解氮）的影響

2.3 不同處理對土壤有效磷的影響

各處理對土壤有效磷含量的影響見圖3。從圖3可以看出，與玉米單作相比，苜蓿單作和綠豆單作的土壤w（有效磷）分別提高了12.96%和6.95%，均未達到顯著水平，說明豆科作物可以不同程度增加土壤有效磷，其中苜蓿效果更好；與玉米單作相比，苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作的土壤有效磷含量變化不顯著。研究結(jié)果表明，單作和間作的土壤有效磷含量有所變化，但均未達到顯著水平。

圖3 不同處理對土壤w（有效磷）的影響

2.4 不同處理對土壤速效鉀的影響

各處理對土壤速效鉀含量的影響見圖4。從圖4可以看出，與玉米單作相比，苜蓿單作和綠豆單作的土壤w（速效鉀）分別下降了23.90%和10.60%，苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作的土壤w（速效鉀）分別提升了40.94%和34.92%，其中苜蓿在單作和間作中的變幅大于綠豆。與豆科單作相比，苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作均可顯著提升土壤速效鉀含量。研究結(jié)果表明，苜蓿單作和綠豆單作可以不同程度降低土壤速效鉀含量，豆科與玉米間作則不同程度增加土壤速效鉀含量。

圖4 不同處理對土壤w（速效鉀）的影響

2.5 不同處理對土壤pH的影響

不同處理對土壤pH的影響見圖5。從圖5可以看出，與玉米單作的土壤pH 相比，苜蓿單作土壤pH下降0.43%，綠豆單作土壤pH上升2.68%，苜蓿與玉米間作土壤pH上升1.62%，綠豆與玉米間作土壤pH上升0.64%，但均未達到顯著性差異。研究結(jié)果表明，豆科單作、豆科與玉米間作對土壤pH 變化影響不顯著。

圖5 不同處理對土壤pH影響

3 討論

3.1 間作模式對土壤有機質(zhì)的影響

已有研究結(jié)果表明，合理的間作可以改善土壤質(zhì)量，提高土壤養(yǎng)分持續(xù)供應(yīng)能力［11-12］。土壤有機質(zhì)是土壤質(zhì)量的指示性指標(biāo)之一。但春鳳等［6］研究結(jié)果表明玉米和紫花苜蓿間作模式下的土壤有機質(zhì)大致高于單作紫花苜蓿。柳欣茹［13］的研究結(jié)果也表明間作能顯著提高土壤有機質(zhì)，其中玉米/蠶豆、玉米與大豆間作較相應(yīng)單作的土壤w（有機質(zhì)）分別增加10.3%和16.2%。本研究結(jié)果表明，與玉米單作相比，苜蓿單作和綠豆單作土壤w（有機質(zhì)）提高了6.51%和13.09%，苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作的土壤有機質(zhì)含量則差異不顯著，本研究結(jié)果與前任的研究結(jié)果有相似性和不一致性。原因可能是，與豆科單作相比，由于凋落物、根際微生物和作物根系發(fā)達程度等差異，引起了間作系統(tǒng)內(nèi)的資源高效利用，從而提高間作模式的吸收效率和養(yǎng)分利用率，促進玉米生育周期內(nèi)土壤有機質(zhì)礦化，導(dǎo)致間作模式下土壤有機質(zhì)有所降低［14］。

3.2 間作模式對土壤堿解氮的影響

土壤氮素是植物吸收利用的主要氮源，研究表明豆科作物可以利用自身根瘤菌等的固氮能力，有效固定氮素，提高土壤氮素含量［15］。本研究表明，與玉米單作相比，苜蓿單作和綠豆單作土壤w（堿解氮）提高28.51%和24.13%，與馬超然等［16］的研究結(jié)果保持一致。與苜蓿單作和綠豆單作相比，苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作土壤w（堿解氮）則顯著降低了23.88%和24.67%，這可能是由于玉米是吸肥強、需肥大的農(nóng)作物［16］，在間作系統(tǒng)中，由于禾本科和豆科作物形態(tài)結(jié)構(gòu)差異，在一定程度上抑制了豆科作物的固氮能力，導(dǎo)致間作模式土壤堿解氮顯著低于豆科單作土壤堿解氮［17］；與玉米單作相比，豆科與玉米間作則不同程度降低土壤堿解氮含量，其中綠豆與玉米間作下降達到顯著水平。

3.3 間作模式對土壤有效磷的影響

WANG X C等［18］和王家豪［19］研究認(rèn)為豆科和玉米間作可以增加磷素有效性，苜蓿與玉米間作可以提高土壤全磷和有效磷含量。本研究發(fā)現(xiàn)與玉米單作相比，苜蓿單作和綠豆單作的土壤w（有效磷）分別提高了12.96%和6.95%，但差異不顯著，說明豆科作物可以不同程度增加土壤有效磷，其中苜蓿效果更好，這可能是由于苜蓿根系分泌物可提高土壤難溶性磷的有效性，根瘤菌固氮作用也可產(chǎn)生銨態(tài)氮，進一步增加根系分泌物，提高磷素有效性。王家豪［19］研究表明與紫花苜蓿單作相比，苜蓿與玉米間作降低了土壤全磷和有效磷含量；本研究發(fā)現(xiàn)，與苜蓿單作和綠豆單作相比，玉米單作、苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作的土壤有效磷含量均有不同程度降低，但未達到顯著水平。

3.4 間作模式對土壤速效鉀的影響

關(guān)于土壤速效鉀，有研究結(jié)果認(rèn)為間作有利于作物吸收并利用鉀素，也有研究表明苜蓿與玉米間作體系下，作物之間對于鉀素競爭不顯著，土壤全鉀和速效鉀含量變化不同［6］。本研究發(fā)現(xiàn)與玉米單作相比，苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作的土壤w（速效鉀）下降了23.90%和10.60%，變化不顯著；但與豆科單作相比，苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作土壤w（速效鉀）顯著提高了40.94%和34.92%。這可能是由于間作系統(tǒng)中作物養(yǎng)分吸收存在競爭性［11］，玉米為間作系統(tǒng)中優(yōu)勢作物，豆科為劣勢作物，引起間作系統(tǒng)有效養(yǎng)分差異。綜合相關(guān)研究［20-21］，目前間作對于鉀素吸收利用和土壤鉀素含量影響有待于進一步研究和探索。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，與玉米單作相比，苜蓿單作和綠豆單作可以不同程度提高土壤有機質(zhì)、堿解氮和有效磷，其中綠豆單作土壤w（有機質(zhì)）顯著提高了13.09%，苜蓿單作土壤w（堿解氮）顯著提高了28.51%；苜蓿單作和綠豆單作土壤w（速效鉀）則分別降低了23.90%和10.60%。與玉米單作相比，豆科與玉米間作模式下，土壤有機質(zhì)、堿解氮和有效磷含量不同程度降低，但不顯著；而苜蓿與玉米間作和綠豆與玉米間作的土壤w（速效鉀）分別顯著提高了40.94%和34.92%。與豆科作物單作相比，豆科與玉米間作不同程度降低了土壤有機質(zhì)、堿解氮和有效磷含量，顯著增加土壤速效鉀含量。單作或間作對土壤pH影響不顯著。