甘蔗花生间作对红壤有效磷、pH值的影响

秦昌鲜 彭崇 郭强

摘要：通过田间试验，设置甘蔗单作、花生单作和甘蔗/花生间作3个种植模式，探讨甘蔗/花生间作对根际土壤有效磷含量、pH值的影响以及两者之间的关系。结果表明，与单作处理相比，甘蔗/花生间作能显著提高作物根际土壤有效磷含量，却降低了根际土壤pH值。相关分析结果显示，甘蔗和花生根际土壤有效磷含量与根际pH值之间存在着显著的负相关关系。表明在红壤上甘蔗/花生间作根际土壤的酸化是促进土壤磷有效性增加的原因之一。

关键词：甘蔗;花生;间作;土壤有效磷含量;pH值;单作

中图分类号：S344.2   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）11-0137-04

磷是植物生长发育必需的大量营养元素之一，参与了植物体内的光合作用、呼吸作用、能量代谢、糖代谢反应及信号转导等许多生理生化过程，对植物的生长有着至关重要的作用，尤其是限制产量提高的重要因子之一[1-4]。然而，磷在土壤中扩散速率低，移动性差，且极易被土壤固定，导致磷在土壤中的有效性大大降低[5-7]。在我国南方酸性红壤中，土壤中活性铁、铝含量较高，可溶性磷极易与铁、铝相结合转化为难溶态磷而被固定，其有效磷含量相对较低，从而使得能被植物吸收利用的有效磷较低[8-10]。因此，对南方酸性红壤磷的高效利用已成为当今国内外植物营养学研究的热点之一。

间套作是我国精耕细作传统农业的精髓，不仅可以明显提高水分、养分等资源的利用效率[11-12]，提高作物产量[13-14]，而且也能增加农田生物多样性[15-16]，部分控制病虫害[17-18]等。现有研究表明，玉米/蚕豆[19]、小麦/蚕豆[20]、小麦/大豆[21]等间作体系均能提高根际土壤速效磷的含量及作物磷的吸收利用，这主要是由于在豆科/禾本科间作体系中，豆科作物固氮过程中释放H+或者根际分泌有机酸会导致根际土壤酸化，活化利用土壤中的难溶性磷，提高作物对磷的吸收[22-23]。

甘蔗（Saccharum officinarum）是我国乃至世界最重要的糖料及能源作物，也是广西的主要经济作物之一[24]。目前，关于甘蔗与不同作物间作能提高作物产质量[25]、土壤微生物多样性[26]以及控制病害[27]等方面的研究已有不少报道。但是，关于甘蔗/豆科作物间作体系，特别是在红壤地区，根际速效磷含量的提高与根际pH值的相互关系的研究相對较少。因此，本试验通过研究甘蔗/花生间作下不同生育期作物根际土壤磷有效性以及根际土壤pH值的动态变化，探讨红壤土甘蔗花生间作体系根际pH值与有效磷含量的相互关系，以期为利用农作物的多样性种植、提高红壤磷有效性和养分资源的高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2016年10月在广西南亚热带农业科学研究所甘蔗示范基地进行，该区属典型的南亚热带季风气候，海拔 125 m 左右，年平均温度在22 ℃以上，年降水量在 1 273.6 mm 以上。土壤为酸性红壤，土层深厚，地势平坦，排灌良好，是甘蔗较适宜生长的地区，其土壤农化性状为pH值5.53，有机质含量12.44 g/kg，碱解氮含量100.5 mg/kg，速效磷含量15.6 mg/kg，速效钾含量125.5 mg/kg。

供试甘蔗品种为桂糖46号，花生（当地农民主栽品种）是广西壮族自治区的主栽品种。

1.2 试验设计

田间试验采用随机区组排列，设甘蔗单作、花生单作和甘蔗/花生间作3种种植模式，每个处理重复3次，共9个小区（小区6 m×5 m）。甘蔗花生间作规格采用2 ∶ 2型种植（即2行甘蔗 ∶ 2行花生），甘蔗为行距1.0 m，株距0.3 m;花生为行距0.30 m，株距0.25 m，带状种植。

试验于2016年1月10日开始整地，1月14日种植甘蔗，2月20日播种花生。播前施基肥复合肥（N ∶ P ∶ K=15 ∶ 15 ∶ 15）750 kg/hm2，磷肥450 kg/hm2;5月15日培土施复合肥（N ∶ P ∶ K=15 ∶ 15 ∶ 15）750 kg/hm2，尿素 450 kg/hm2。田间采用常规管理，花生于7月10日收获，甘蔗于11月20日收获。

1.3 样品的采集

按甘蔗、花生生育期取样，苗期、分蘖期/开花期、拔节期/结荚期和成熟期分别进行4次采样，先将植株根系从土壤中整体挖出，采用抖土法抖掉与根系松散结合的土，然后将与根系紧密结合的土壤刷下来作为根际土样品。单作处理每个小区随机取作物4株，间作处理每个小区2种作物随机分别取4株，然后将4株作物的根际土壤混合为1个样品，并过1 mm筛，用于测定土壤有效磷含量及pH值。

植株用水清洗干净，然后称其鲜质量，再放入110 ℃烘箱中杀青30 min，接着调至75 ℃烘至恒质量，然后将植株样粉碎，过1 mm筛，备测。

1.4 测定方法

土壤有效磷测定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定;植株磷含量采用H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法测定;pH值采用电位法测定[28]。

1.5 数据分析

采用Excel 2016进行数据整理、作图;用SPSS 19.0软件对数据进行方差分析（LSD法）及Pearson相关性分析，显著性水平设定为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 甘蔗花生间作对不同生育期地上部磷吸收量的影响

由图1可以看出，甘蔗花生间作对甘蔗地上部磷的吸收具有明显的促进作用，而对在生长旺盛期的花生也有显著的间作促进效应，甘蔗地上部磷的吸收量明显大于花生。与单作相比，间作甘蔗地上部磷的吸收量在苗期、分蘖期、拔节期及成熟期显著提高，分别高出38.60%、30.24%、21.51%和13.01%，其中以生长前中期的增幅最为显著;间作花生地上部磷的吸收量在开花期、结荚期也显著增加，较单作处理分别提高30.23%、31.31%，而在苗期、成熟期有所下降但差异不明显。上述说明，甘蔗花生间作更有利于甘蔗对磷的吸收利用，对甘蔗、花生2种作物来说地上部磷吸收量的增加作用在生育中期最为显著。此外，随着生育进程的推进，作物（甘蔗、花生）地上部磷吸收量均呈先增加后降低的趋势，而且在甘蔗拔节期及花生结荚期时磷的吸收量最大。

2.2 甘蔗花生间作对不同生育期根际土壤有效磷含量的影响

由图2可见，甘蔗花生间作对生长中后期根际有效磷含量亦呈现较明显的种间促进效应;同时，甘蔗根际土壤有效磷含量明显高于花生。与单作处理相比，间作甘蔗地上部磷的吸收量在分蘖期、拔节期及成熟期分别显著增加了51.39%、84.87%、87.62%;间作花生地上部磷的吸收量在开花期、结荚期及成熟期也分别显著提高了23.04%，19.83%，28.50%。上述结果说明，甘蔗与花生间作更有利于甘蔗根际土壤有效磷的活化释放。此外，随着生育进程的推进，单、间作种植下作物（甘蔗、花生）根际土壤有效磷含量均呈先增加后降低的趋势，而且在甘蔗拔节期及花生开花期时根际土壤有效磷含量最高。

2.3 甘蔗花生间作对不同生育期根际pH值的影响

从图3可以看出，甘蔗花生间作对不同生育期作物根际pH值整体有不同程度降低，尤其是在作物生长旺盛期下降最为显著。与单作处理相比，间作甘蔗根际pH值在分蘖期、拔节期及成熟期分别降低了0.16、0.21及0.12个单位;间作花生根际pH值在开花期、结荚期及成熟期也分别降低了0.18、0.13 及0.11个单位。上述结果说明，随着生育期的推进，间作对作物（甘蔗、花生）根際pH值在生长中期出现较明显的下降。此外，随着生育进程的推进，甘蔗与花生根际pH值均呈先下降后缓慢升高的趋势，而且甘蔗在拔节期及花生在开花期时根际pH值最低。

2.4 根际土壤有效磷含量与pH值的关系

土壤的pH值会影响土壤养分的有效性，尤其是影响土壤对磷的吸附固定。通过对根际土壤有效磷含量与pH值进行相关分析，结果如图4所示，表明在单作和间作2种种植模式下，作物（甘蔗、花生）根际土壤有效磷含量与pH值具有显著的负相关关系，即作物根际有效磷含量随根际土壤pH值的降低而增加，其中在间作种植条件下两者间的负相关关系更为显著。此外，甘蔗根际土壤有效磷含量与pH值之间的相关系数大于花生。

3 讨论与结论

磷是仅次于氮的第二大限制作物生长的元素，对作物的生长发育有着至关重要的作用，而磷在土壤中极易被固定，其有效性很低，导致大量的磷在土壤中积累。因此，如何通过适宜的调控手段提高土壤中磷的有效性及利用率成为当前研究热点。其中，间套作作为我国传统精耕细作农业的精髓之一，可以提高光、水和养分等资源利用的效应。研究表明，与单作处理相比，玉米和蚕豆间作能提高根际土壤有效磷含量[19]。王宇蕴等研究也发现，小麦与蚕豆间作后根际土壤有效磷含量均高于单作处理[29]。相应地，本试验发现甘蔗花生间作后呈现出明显的种间促进效应，即间作处理根际土壤有效磷含量显著高于单作处理，这可能是因为间作促进了作物根系分泌物的释放，有利于活化土壤中存在的难容态磷[30]。

甘蔗花生间作体系中，间作处理的甘蔗和花生根际土壤pH值均低于单作处理，尤其是在作物生长旺盛期时的效应显著，这可能是因为2种不同的作物间作之后，由于根系的相互作用，诱导根系H+、OH-的分泌发生了变化，进而导致根际土壤pH值与单作作物的不同。Li等研究发现，与单作处理相比，菜豆与硬小麦间作可以显著降低作物根际土壤pH值[31]。张德闪等研究也发现，小麦蚕豆间作体系中，间作小麦根际土壤pH值显著低于单作小麦[32]。

本试验中，无论在单作还是间作条件下，作物（甘蔗、花生）根际土壤有效磷含量与根际pH值均呈显著的负相关关系，即根际pH值降低，根际磷的有效性增加，但是在间作种植条件下二者间的负相关关系尤为显著，这说明多样性种植模式会改变作物根际土壤的酸碱性，从而改变根际土壤磷的有效性，影响作物对磷的吸收。小麦与鹰嘴豆间作种植后，小麦根际土壤pH值下降，有利于小麦对磷素的吸收利用[33]。同样地，玉米与蚕豆间作种植后，由于根际土壤的酸化促进了土壤磷有效性的增加，提高了间作体系作物磷的吸收利用[34]。本研究也发现，与单作处理相比，甘蔗/花生间作能显著提高作物地上部磷的吸收，尤其在生长旺盛期间作效应更为显著，这可能与本试验中间作降低根际土壤的pH值，活化了根际难利用态磷，增加根际土壤磷有效性，进而促进作物磷的吸收有关。然而，甘蔗/花生间作体系中低分子量有机酸、酸性磷酸酶、根系形态、微生物活动等根际过程也是提高根际磷有效性的主要机制，因此，在红壤上关于甘蔗花生间作提高作物根际土壤磷有效性的机制还有待进一步深入研究。

本试验中，与单作处理相比，甘蔗/花生间作显著提高了作物根际土壤有效磷含量，而降低了根际土壤pH值。相关分析结果显示，甘蔗和花生根际土壤有效磷含量与根际pH值之间存在显著的负相关关系。综上结果说明，甘蔗/花生间作体系能显著提高作物地上部磷的吸收，可能与间作作物根际土壤的酸化促进了土壤磷有效性的增加有密切关系。

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