槟榔—平托花生间作对土壤养分和土壤酶活性的影响①

颜彩缤 胡福初 王彩霞 赵 亚 冯学杰 李少卡 王祥和陈 哲 郭利军 范鸿雁

(海南省农业科学院热带果树研究所/农业农村部海口热带果树科学观测实验站/海南省热带果树生物学重点实验室/海南省热带果树育种工程技术研究中心 海南海口571100)

槟榔是棕榈科槟榔属常绿乔木，原产马来西亚，在热带、亚洲热带地区广泛栽培［1]。我国槟榔主要分布于海南、云南及台湾等省区［2]。槟榔是五大南药之一，也是一种广受欢迎的咀嚼嗜好品，具有非常高的经济价值［1]。‘热研1 号’槟榔是中国选育的第一个槟榔新品种，属长椭圆果型槟榔品种，10年树龄株高10 m 左右，茎干较粗，成年树干胸径10～20 cm，基部膨大不明显。平托花生别名满地黄金、假花生，是多年生豆科落花生属热带牧草，原产巴西，广泛运用于观赏草坪、生物覆盖和果园生草栽培。‘热研12号’平托花生是适宜中国热区栽培的品种之一，于1991年从哥伦比亚引进［3]，具有耐酸、耐瘠、耐旱等特性，是荔枝、芒果等生态果园优良的套种植物，在培肥地力、改善果园小气候和抑制杂草生长等方面发挥重要作用［4]。印度南部等地区，普遍将槟榔与小豆蔻、菠萝、生姜、姜黄、香蕉、可可和黑胡椒等作物混合种植。中国海南等地区槟榔园主要间作香草兰、胡椒和糯米香茶等单一作物［5]。槟榔间作香草兰可有效提高土壤养分含量和pH值，改善土壤微生物环境以及增强香草兰光合作用［6-10]。槟榔间作胡椒提高了胡椒对土壤养分的吸收利用，同时胡椒产生的特殊挥发性物质可有效减少槟榔园病虫害的发生［11-12]。在槟榔园间作具有药用价值的小豆蔻、糯米香茶改善了二者自身品质［13-14]。槟榔间作金花生具有良好的化感作用，可改善土壤肥力，促进槟榔苗生长［15]。印度等国家研究发现，槟榔间作可可，或多种作物混种比槟榔单作模式获利多［16-17]。其他作物间作同样具有良好的生态和经济效益，如辣椒小麦套种，再间作芝麻，可有效改善辣椒品质，降低辣椒“日灼病”的发生率［18]；冯晓敏［19]研究发现，燕麦间作豆科作物对燕麦根部土壤微生物环境产生一定的影响，可提高土地利用率，增加燕麦产量；橡胶间作豆科作物增加了土壤硝态氮、铵态氮、全钾和速效钾的含量［20]；木薯间作花生，提高了土壤的氮含量［21]；剑麻园内种植平托花生不仅提高土壤养分，还能提高土壤保水性能，尤其是0～20 cm 土层，时间越长，效果越显著［22]。不同酶活性在土壤中有着不同的作用，而且与土壤养分密切相关，土壤过氧化氢酶活性对土壤有机质和土壤微生物生命活动进程等的变化起着重要作用［23]；土壤脲酶活性能够反映土壤有机养分向土壤无机有效养分转化的过程［24]；蔗糖酶活性对增加土壤中易溶性营养物质具有重要作用［25]。有学者发现，间作可有效增加土壤中的酶活性。莫晶等［26]研究发现，油茶间作花生增强土壤过氧化氢酶、脲酶的活性；唐秀梅等［27]研究发现，玉米间作花生显著提高了脲酶和酸性磷酸酶的活性；间作玉米、辣椒对刺梨园土壤微生物和酶活性具有良好的促进作用［28]。目前中国尚未见成龄槟榔林下间作平托花生对土壤酶活性的影响以及土壤酶活性与土壤养分相关关系的研究。本试验通过研究槟榔间作平托花生后土壤酶活性和土壤养分含量的变化趋势，以及分析槟榔单作、槟榔—平托花生间作2种种植模式下0～10（不含上限，后同）、10～20、20～30 cm 土层中土壤酶活性和土壤养分含量的差异及其相关关系，对土壤养分和土壤酶活性进行研究，为槟榔规范化栽培、改善土壤环境及可持续耕作等提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

于海南省琼海市大路镇礼合村委会槟榔种植园（110.47026°E，19.449614°N）进行试验。该地海拔31 m，属热带季风及海洋湿润气候，年平均气温为24℃，年平均降雨量2072 mm，年平均日照2155 h，年平均辐射量为118.99 kJ/m2。土壤为砖红壤，多为砂质粘壤土，土层厚度约90 cm。

1.1.2 试验材料

供试槟榔品种为‘热研1 号’，2010年定植，株行距为2 m×2.5 m；平托花生品种为‘热研12号’，2019年初定植。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验设2个处理，即槟榔单作、槟榔—平托花生间作，每个处理设置3 个重复。槟榔单作模式：选择长势较一致的连片槟榔3 行，每5 株为一个小区，重复3次，田间采用人工除草；槟榔—平托花生间作模式：选择长势较一致的连片槟榔3行，每5 株为一个小区，重复3 次，平托花生林下全覆盖种植，无需采用人工除草。

1.2.2 土壤样品采集

土壤样品于2019年12月采集，采集方法和样品的前处理参考雷红霞等［29]方法：分别于2 种种植模式内沿“S”形设置5个采样点，在0～10、10～20和20～30 cm 土层使用土钻分别于距槟榔树头30 cm 处采集土样，将相同层次土壤混合，不同处理的各个土层采集1 kg 土样（已用四分法将多余土壤弃去）装于写好编号的自封袋中，带回实验室。编号说明如下：槟榔单作0～10 cm 土层（B0），槟榔间作0～10 cm 土层（BP0）；槟榔单作10～20 cm 土层（B1），槟榔间作10～20 cm 土层（BP1）；槟榔单作20～30 cm 土层（B2）；槟榔间作20～30 cm 土层（BP2）。将采集的土样摊开，除去杂物后置于阴凉地风干；处理后的土样分成2份过筛，1 份过1 mm 筛，用于测定土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、脱氢酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶活性；另一份过0.25 mm筛，用于测定土壤有机碳、全氮、全磷、速效氮、酸性土壤速效磷的，过筛后放置于常温保存。

1.2.3 测定方法

土壤酶活性参考《土壤酶及其研究法》［30]，土壤养分参考《土壤理化分析》［31]。土壤酶活性测定：蔗糖酶（3，5-二硝基水杨酸比色法）；脲酶（苯酚钠—次氯酸钠比色法）；过氧化氢酶（高锰酸钾滴定法）；多酚氧化酶（邻苯三酚比色法）；脱氢酶（三苯基四氮锉比色法）；蛋白酶（茚三酮比色法）。土壤养分测定：土壤有机碳（水合热重铬酸钾氧化法）；全氮（半微量凯氏定氮法）；全磷（王水酸溶钼锑抗比色法）；速效氮（蒸馏法）；酸性土壤速效磷（双酸浸提分光光度比色法）。

1.2.4 数据分析

采用SPSS 21.0 数据统计分析软件对试验数据进行处理和相关性分析，用Excel 2007 作图。用Duncan's 新复极差法分析2种模式3个不同土层中土壤养分和土壤酶活性的差异显著性，t检验分析2 种模式同一土层土壤养分和土壤酶活性的差异显著性，Spearman'srho test分析土壤养分和土壤酶活性相关性。

2 结果与分析

2.1 土壤酶活性

由图1可知，间作模式较单作模式在不同程度上提高了土壤酶活性。在0～10 cm 土层中，槟榔—平托花生间作模式中的脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶分别比槟榔单 作 模 式 提 高 了35.51%、 14.18%、 5.08%、86.49%、830.77%，其中过氧化氢酶达显著性差异水平，其余均达极显著性差异水平；但土壤蔗糖酶、脱氢酶和酸性蛋白酶活性比槟榔单作模式分别降低了6.57%、288.06%、266.67%，差异达极显著水平。在10～20 cm 土层中，槟榔—平托花生间作模式下土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶分别比槟榔单作模式提高了108.39%、16.77%、23.73%、39.17%，差异达极显著或显著水平；酸性蛋白酶活性比槟榔单作模式降低了100.00%，差异达显著水平；脱氢酶、脲酶无显著差异。在20～30 cm 土层中，槟榔—平托花生间作模式下蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、酸性蛋白酶分别比槟榔单作模式提高了79.38%、87.99%、20.65%、23.18%、400.00%，差异达极显著或显著水平。多酚氧化酶降低了5.32%，差异达显著水平；中性蛋白酶、碱性蛋白酶较单作模式无显著差异。

由表1 可知，2 种模式下不同土层的土壤酶活性表现存在差异。槟榔单作模式下：脲酶活性B1＞B0＞B2，B0、B1 显著高于B2（p＜0.05，下同）；中性蛋白酶、碱性蛋白酶活性B1＞B2＞B0，差异均达极显著水平（p＜0.01，下同）；蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性蛋白酶和多酚氧化酶活性均为B0＞B1＞B2，即各土层中的酶活大小，从上往下总体呈递减的趋势。槟榔—平托花生间作模式下：脲酶活性BP0＞BP2＞BP1，BP0显著高于BP1；多酚氧化酶活性BP0＞BP1＞BP2，差异均达极显著水平；脱氢酶、中性蛋白酶活性BP1＞BP2＞BP0；酸性蛋白酶活性BP2＞BP1＞BP0，差异均达显著水平；蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性蛋白酶活性在不同土层中均为BP1＞BP0＞BP2，BP1 均显著高于BP0、BP2。总的来说，槟榔林下间作平托花生后，10～20 cm 土层的脱氢酶、中性蛋白酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性蛋白酶活性均为最高。由此可见，槟榔—平托花生间作对于不同土层中的土壤酶活大小具有一定影响。

表1 两种种植模式下不同土层的土壤酶活性

2.2 土壤养分

由表2可知，槟榔—平托花生间作模式有效提高了土壤养分含量。在0～10 cm 土层中，间作模式下有机碳、速效氮和速效磷含量较单作模式分别提高了19.58%、15.08%、22.87%，差异达极显著水平；全氮、全磷提高了14.28%、10.34%，差异达显著水平。在10～20 cm 土层中，间作模式下有机碳较单作模式提高了30.43%，差异达显著水平；全氮、全磷、速效氮和速效磷含量分别提高了14.28%、16.98%、14.13%、180.38%，差异达极显著水平。在20～30 cm 土层中，除了有机碳、速效氮无显著性差异，全氮、全磷和速效磷分别提高了7.69%、8.33%、23.00%，差异达极显著水平。

由图2可知，单作模式和间作模式不同土层的土壤养分含量存在差异。单作模式下，有机碳含量B2＞B0＞B1，但均无显著差异；全氮、全磷、速效磷含量B0＞B1＞B2，按土层从上往下依次降低，均达到极显著差异水平；速效氮含量B1＞B2＞B0，B1、B2 极显著高于B0。槟榔—平托花生间作模式下，全磷含量为BP0＞BP1＞BP2，但无显著差异；有机碳、全氮、速效氮和酸性速效磷含量均为BP1＞BP0＞BP2，即10～20 cm 土层中含量均为最高，BP1均显著高于BP0、BP2。总的来说，槟榔林下间作平托花生后，除了全磷含量在0～10 cm土层中最高，其余养分含量在10～20 cm 土层最高。

表2 两种种植模式下同土层的土壤养分

2.3 土壤酶活性与土壤养分相关性分析

土壤酶活性和土壤养分相关性分析结果详见表3。由表3 可知，蔗糖酶与全氮、全磷、酸性土壤速效磷均呈极显著正相关，相关系数分别为0.751、0.841、0.867，与有机碳、速效氮无显著相关；脲酶、过氧化氢酶与全氮、全磷、速效氮和酸性土壤速效磷呈极显著正相关或显著正相关，相关系数分别为0.706、0.684、0.525、0.545和0.798、0.663、0.664、0.577，与有机碳均无显著相关；多酚氧化酶与全磷、酸性土壤速效磷呈极显著正相关；脱氢酶与速效氮呈显著负相关；酸性蛋白酶与速效氮呈显著负相关；中性蛋白酶与有机碳呈极显著负相关，相关系数为-0.850；碱性蛋白酶与全氮、速效氮呈显著正相关、极显著正相关。

表3 槟榔林下土壤酶活性和土壤养分的相关性

3 讨论与结论

3.1 讨论

土壤酶是土壤中产生的生物催化剂，一般以有机无机复合体的形式存在或吸附于土壤胶体表面，可长期保持活性，其作为土壤肥力重要指标之一，在土壤有机化合物转化和动植物残体的分解过程中起重要作用［32-34]。田亚玲等［35]及贾树海等［36]研究发现，间作可提高0～20 cm 土壤层的蔗糖酶、脲酶、蛋白酶等活性，且自上而下呈递减的趋势。由本研究结果可知，槟榔间作平托花生提高了不同土层中土壤蔗糖酶、脲酶等酶的活性，其中10～20 cm 土层表现更为明显。同时，单作模式下，过氧化氢酶、蔗糖酶等活性在不同土层中表现皆为B0＞B1＞B2，这与田亚玲等［35]的研究结果一致。间作平托花生模式下，蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性蛋白酶活性均表现为BP1＞BP0＞BP2，这可能与平托花生根系主要分布于10～20 cm 土层有关。滕维超等［37]研究发现，土壤微环境会受到花生根系分泌物质的影响，土壤的孔隙度和通气状况随根系的穿插而改变，最终提高过氧化氢酶、蔗糖酶和蛋白酶活性，这也进一步验证了本研究的论点。土壤养分能够给植株生长及代谢提供所必须营养元素，是综合评价土壤肥力的一个基础指标［38]。有研究表明，间作模式可显著提高0～20 cm 土层的土壤养分，尤其是有效磷、全磷和速效磷含量，可能是因为间作后土壤的pH 降低，土壤溶液中的磷不易被土壤吸附［34，39]。

槟榔—平托花生间作模式较槟榔单作模式的不同土层土壤有机碳、全氮、全磷等元素的含量均有一定程度提高，尤其是速效磷提高显著，这与前人［34，39]研究结果一致。综上，槟榔间作平托花生后可有效增加土壤酶活性和土壤养分，从而有效提高土壤肥力；但土壤养分与平托花生根系分布土层的相关性，还有待下一步研究。

土壤酶直接参与土壤营养元素的有效化过程，在一定程度上反映土壤养分转化的动态，且土壤酶活性的改变能够影响土壤养分状况，二者相互影响，密切相关［40]。本研究中，土壤养分随土壤酶活性的变化而变化，大部分呈正相关，槟榔间作平托花生的土壤中的碱性蛋白酶、脲酶和蔗糖酶活性皆显著提高，尤其是蔗糖酶，10～20 cm 提高了108.39%，蔗糖酶与全氮、全磷、酸性土壤速效磷均呈极显著正相关。李勇［41]、袁霞等［42]和田亚玲等［35]研究发现，蔗糖酶与有机碳、全氮、全磷、速效磷呈极显著正相关；脲酶与土壤氮素状况有关；脲酶、蛋白酶及过氧化氢酶与速效氮显著相关。本研究中土壤酶活性与土壤养分相关性较好，与田亚玲等［35]、李勇［41]和袁霞等［42]研究结果基本一致，说明在槟榔与平托花生间作的土壤中，土壤酶活性变化对土壤养分含量具有一定的促进作用，使得土壤肥力状况趋于良好。

虽然槟榔间作平托花生模式优于槟榔单作模式，但平托花生常见的病虫害是否会对槟榔造成影响，尤其是对于防治槟榔黄化病是否起到积极作用，其它作物与槟榔间作是否对槟榔根际土壤肥力产生更优的效果，以及土壤养分与平托花生根系分布土层是否密切相关等，仍需进一步深入研究和探讨。

3.2 结论

与槟榔单作模式相比，槟榔—平托花生间作模式有效提高不同土层土壤有机质等养分含量以及土壤酶活性，其中10～20 cm 土层表现更为明显，综合提高土壤肥力，为槟榔栽培、生产培肥和土壤改良提供了科学的指导方案。