间作黄豆、花生对核桃幼苗及土壤化学性质的影响

刘 凯，李津津，赵星哲，王 芳，王红霞，张俊佩，马庆国，张志华

（1.河北农业大学 园艺学院，河北 保定 071001；2. 河北农业大学 山区研究所/河北省山区农业工程技术研究中心/国家北方山区农业工程技术研究中心，河北 保定 071001；3. 中国林业科学研究院 林业研究所/国家林业和草原局 林木培育重点实验室 北京 100091）

核桃(Juglans regiaL.)，又名胡桃，为胡桃科胡桃属的落叶乔木，分布和栽培遍及世界多个国家和地区，是重要的用材树种、生态树种、经济树种和生物能源树种，其坚果由硬壳和种仁组成，具有较高的营养价值和保健功能［1］。

核桃属于高大乔木，当进行实生播种时，砧木、嫁接到结果至少需要3 年的时间，在此时间内，核桃园一直处于入不敷出的状态。而最近几年农林间作已经成为热点，在太行山区也颇为流行，并取得了很大的经济效益。农林间作可以提高林地利用效率，改善土壤理化性质［2-3］。间作模式下林木与农作物存在着紧密的关系，相互影响，有促进，也有抑制［4-5］。已有核桃-绿豆间作、核桃-小麦间作等研究，结果表明：间作绿豆改善了核桃苗的生长环境，有益于增加核桃苗的根系吸收面积、水分运输以及光合代谢;间作小麦相比相应单作模式有较高土地利用效率［6-8］。已有对核桃间作后光合作用及特性、对间作后根系运动方向等的研究［9-12］，也有研究指出，豆科作物通过生物固定的氮肥比化学氮肥效果好［13-14］等。

核桃间作相关的研究有很多，但是很少有对间作后土壤理化性质及核桃直播幼苗生长的影响。因此，本研究以改善土壤肥力、提高经济效益为目的，以河北省顺平县大悲乡山区当年播种核桃园为对象，将间作花生、间作黄豆与无间作核桃园作对比，通过田间调查与实验室检测方法，对间作后核桃幼苗生长特征与间作后土壤理化性质变化进行分析，对间作模式与土壤理化性质关系，间作模式与核桃幼苗生长之间关系做出综合评价，为山区核桃的农林间作提供生产指导建议。

1 材料与方法

1.1 试验园情况

该试验时间是2017 年3—9 月；试验田位于保定市大悲乡富有村（114.91°E，38.94°N），属于太行山东麓浅山丘陵地区，海拔高程一般在500 m 以上。顺平县属暖温带半干旱季风区大陆性气候，四季分明，春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬寒少雪。其年平均气温12.2 ℃，最热月为7 月，月平均气温为26.5 ℃；最冷月为1 月，平均气温-4.5 ℃。年平均降水量为578 mm，大于0 ℃期间的降水量为554 mm，占全年总量的96%，大于10 ℃期间的降水量为528 mm，占全年总量的91%。

1.2 试验材料与方法

核桃播种处理：供试材料为赞皇县2016 年采收种子，品种为‘赞美’。选择成熟饱满、果大壳薄的核桃去青皮，挑选果型一致、重量大致相同的同类种进行预处理，每组 36 粒，冷水浸泡，每天换1次水，浸种7 d（生产上浸种天数），使其吸水膨胀，待大部分种子吸水膨胀、隔膜变软后，暴晒2 h，开口后即可播种。播种时间为2017 年3 月29 日，核桃栽植株行距为6 m×8 m，沟播，缝合线向上，深度为5 cm，播种后进行调查。

3 种间作模式：核桃—黄豆间作；核桃—花生间作；无间作做空白对照。各间作作物用种发芽率95%以上，对照为清耕的无间作核桃幼苗地块。3种间作模式各占地300 m2，设3 个间作带，距离幼苗0.5 m，待核桃播种发芽后种植间作作物黄豆和花生，灌溉方式为简易喷灌，进行修剪、喷药等常规管理，不进行施肥处理。

于间作物采收后测量统计核桃幼苗株高、干茎直径、根长及叶片的生长特征数据，并且进行土壤采样。叶片采样方法为，3 种间作模式各随机选取10 株核桃植株，采集植株东南西北4 个方向中部无病虫害核桃叶片，进行叶片指标测量，取其均值。土壤采样方法为，使用5 点采样法随机采集0 ～20和20 ～40 cm 2 个土层的土壤样品，同一样地混合取样 2 kg，放于土盒内带回实验室进行处理以测定其各项数据。将土样筛除杂质，混合均匀，采用四分法将土样分成4 份，作为4 次重复，采用烘干法测量其含水率，后进行各指标含量测定，取其均值作为试验数据，采用 Excel 和 SPSS 软件进行数据分析。

土壤pH 值采用酸度计法测定；有机质含量采用重铬酸钾氧化法测定；全氮、全磷、钾含量采用浓硫酸-高氯酸消煮，全氮含量采用连续流动分析仪测定，全磷含量采用钼锑抗比色法测定，全钾用原子吸收分光光度计法测定，钙和镁用原子吸收分光光度计法测定，铜、锌和锰用 AAS 法测定（锰在土样烘干前测定），铁用原子吸收光谱法测定［15］。

1.3 数据处理及分析

采用Microsoft Excel 2007 进行基本数据处理；SPSS 17.0 软件进行显著性、相关性与主成分分析。

2 结果与分析

2.1 间作对核桃幼苗生长特征的影响

由表1 可以看出间作黄豆、花生后，间作黄豆的核桃株高较对照增大显著，增大了27.66%，间作花生的核桃株高减小，减小了16.88%，最高值与最低值相差 1.53 倍。间作黄豆与间作花生的核桃干茎都较对照增大显著，间作黄豆的核桃干茎增大了49.84%，间作花生的核桃干茎增大了46.07%，且间作黄豆与间作黄豆的核桃干茎之间差异不显著。间作花生的核桃主根较对照差异不显著，间作黄豆的核桃主根较对照增长显著。间作黄豆、间作花生的核桃幼苗叶绿素含量较对照都有减少，差异不显著。间作黄豆的核桃复叶面积增大显著，是对照的 1.83倍。3 种间作模式的核桃叶片长宽比差异不显著。间作黄豆、间作花生的核桃叶片含水量显著高于对照，但叶片鲜干物质比值显著小于对照。数据表明间作黄豆、花生可增大核桃幼苗期植株相同时间内地上生长量。

表1 不同间作模式对核桃植株特性的影响Table 1 Effects of different intercropping patterns on plant characteristics of walnut

2.2 间作对核桃幼苗叶片矿质元素含量的影响

由表2 可以看出不同间作模式对核桃幼苗叶片的影响。间作黄豆的核桃幼苗叶片中氮元素含量降低，比对照降低了 18.02%，但间作花生的比对照增加了 24.01%，间作花生的核桃幼苗叶片中氮元素含量是间作黄豆中的含量的 1.54 倍。间作黄豆与间作花生的核桃幼苗叶片中全磷含量有显著增加，间作黄豆的增加最显著，增加了104.76%，间作花生的增加了 48.74%，间作黄豆的含量是间作花生的 1.37倍。间作黄豆与间作花生的核桃幼苗叶片中全钾含量有显著增加，间作花生的增加最显著，增加了92.31%；间作黄豆的比对照增加了61.78%，间作花生的是间作黄豆的含量的 1.18 倍。间作黄豆幼苗叶片中钙元素含量与对照没有显著差异，但间作花生的幼苗叶片钙元素有增加，增加了 16.83%，增加显著。间作黄豆的幼苗叶片中镁元素含量与对照差异不显著，间作花生镁元素的含量最大，比对照增加了32.23%，是间作黄豆的含量的 1.32 倍。间作黄豆、间作花生的核桃幼苗叶片中铁元素含量比对照都有降低，间作黄豆的降低最显著，降低了46.14%，间作花生的含量降低了36.05%。间作黄豆、间作花生的核桃幼苗中铜元素含量都有降低，间作黄豆的降低了33.57%，间作花生的降低幅度较大，降低了44.52%。间作黄豆的核桃幼苗叶片中锌元素含量比对照降低，降低了11.89%；间作花生的与对照差异不显著。间作黄豆、间作花生的与对照幼苗叶片中钠元素含量差异不显著。间作黄豆、间作花生的核桃幼苗叶片中锰元素含量比对照降低，降低了 29%和 13.60%。数据表明间作黄豆、花生会影响核桃幼苗叶片营养元素含量。

表2 不同间作模式对核桃幼苗叶片营养元素含量的影响Table 2 Effects of different intercropping patterns on nutrient contents in leaves of walnut seedlings

2.3 不同间作模式对土壤化学性质的影响

由表3 可以看出间作后，间作黄豆、间作花生的 pH 显著增大：在 0 ～20 cm 土层间作黄豆、间作花生的分别增加 0.37、0.60，在20 ～40 cm 土层间作黄豆、间作花生的分别增加 0.48、0.37。间作黄豆、间作花生的含水量显著减少：在 0 ～20 cm土层间作黄豆、间作花生的分别减少 4.91%、2.82%，在 20 ～40 cm 土层间作黄豆、间作花生的分别减少4.03%、2.00%。间作黄豆的有机质含量比对照有增加，在 20 ～40 cm 土层增加最显著，增加了 65%；间作花生的在 0 ～20 cm 土层有显著增加，增加了16.75%；在 20 ～40 cm 中有减少，但差异不显著，减少了 4.4%。数据分析表明，间作黄豆、花生对土壤化学性质产生了影响。

表3 不同间作模式对土壤化学性质的影响Table 3 Effects of different intercropping patterns on soil chemical properties

2.4 不同间作模式对土壤矿质元素含量的影响

由表4 可以看出间作以后土壤中矿物质元素变化。间作黄豆、间作花生的在 0 ～20 cm 土层全氮含量有显著增加，间作花生的在 0 ～20 cm 中增加最显著，增加了 64.40%；间作黄豆的增加不显著，增加了 9.2%；在 20 ～40 cm 土层中，间作黄豆、间作花生的比对照有增加，间作黄豆的增加了 32.97%，间作花生的增加了 8.41%。间作黄豆、间作花生的全磷含量较对照有增加，且间作花生的增加显著。间作花生的全钾含量有显著增加，0 ～20 cm 增加了 18.71%，20 ～40 cm 增加了 31.16%，可见间作花生对土壤 20 ～40 cm 影响较大，间作黄豆较对照差异不显著。间作黄豆对土壤中钙元素含量有显著影响，0 ～20 cm 中增加了26.43%，20 ～40 cm增加了 116.54%，但间作花生对土壤中钙元素影响不大，反而在 20 ～40 cm 中减少了 2.3%。间作黄豆、间作花生对土壤中镁含量有显著影响，间作黄豆的 0 ～20 cm 比对照减少了 58.00%，20 ～40 cm却增加了 40.32%；间作花生的 0 ～20 cm 比对照增加了 16.45%，20 ～40 cm 中增加了 30.13%。间作黄豆、间作花生对土壤中锌元素含量有显著影响，间作黄豆的 0 ～20 cm 变化不大，20 ～40 cm 增加了 29.09%；间作花生的 0 ～20 cm 增加了 58.88%，20 ～40 cm 增加了 44.39%。间作黄豆、间作花生对土壤中铁元素含量、铜元素含量与锰元素含量影响不大，没有显著差异。数据分析表明间作黄豆、花生能够提高土壤特定矿物质含量。

表4 不同间作模式对土壤矿质元素含量的影响Table 4 Effects of different intercropping patterns on soil mineral elements

2.5 间作土壤因子与叶片营养物质相关性分析

由表5、6 可以看出土壤中各个因子与幼苗叶片中营养物质的相关性。

表5 间作土壤因子与叶片营养物质相关性分析Table 5 Correlation analysis of intercropping soil factors and leaf nutrients

pH 与含水量、全氮含量呈极显著负相关，与有机质含量呈显著正相关；与氮元素含量、钙元素含量、镁元素含呈极显著正相关，与锌元素含量呈显著正相关。含水量与全氮呈极显著正相关，与有机质呈显著负相关；与钙元素含量、镁元素含量呈极显著负相关。有机质含量与磷元素呈显著负相关，与镁元素呈极显著正相关，与锌元素呈显著正相关。全氮与钾元素呈极显著正相关，与铜元素呈极显著正相关，与钙元素含量呈显著负相关，与铁元素含量呈显著正相关。全磷与氮元素含量、镁元素含量呈极显著正相关，与钙元素含量、锌元素含量呈显著正相关。土壤中钾元素含量与叶片中磷元素含量呈极显著负相关，与锰元素含量、锌元素含量呈极显著正相关。土壤中钙元素含量与叶片中镁元素呈极显著正相关，与钙元素含量、锌元素含量呈显著正相关。土壤中镁元素含量与叶片中钾元素、钙元素、镁元素含量呈极显著正相关，与铜元素呈显著正相关。土壤中锌元素含量与磷元素呈极显著负相关，与锌元素呈极显著正相关，与镁元素、锰元素含量呈显著正相关。以上数据可从土壤因子改良方面为生产中叶片营养物质调控提供指导意见。

表6 间作土壤营养元素与叶片营养元素相关性分析Table 6 Correlation analysis of intercropping soil nutrient elements and leaf nutrient elements

续表

2.7 主成分分析

通过软件spss 17.0 对不同间作模式核桃幼苗生长各因子进行主成分分析，提取出2 个主成分，并计算各主成分的系数、特征值、贡献率和累计贡献率，见表7。

表7 各主成分的系数、特征值、贡献率和累计贡献率Table 7 Coefficient, eigenvalue, variance contribution rate and accumulated contribution rate of principal components

其中，第一主成分对总方差的贡献率为76.541%，第二主成分对总方差的贡献率为23.459%。对2 个主成分进行加权平均求得不同播种密度综合得分评价。主成分的得分是相应的因子得分乘以相应的方差的算术平方根。将各指标的数据带入主成分得分表达式中，分别计算出2 个主成分得分（F1、F2）。综合得分以主成分的贡献率对主成分得分进行加权平均，计算综合得分并进行排序。由表8 可以看出，成分1 得分第一名的为核桃-黄豆间作，主成分2 得分排名第一位的为核桃-花生间作。通过加权得到综合得分，综合评价后间作黄豆得分最高，其次是花生，最后是不间作对照。因此，在核桃建园幼苗期间可以间作黄豆或者花生，改善土壤营养元素，为核桃幼苗生长提供一个营养丰富的生长环境，为提高其经济效益打好基础。

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

3 结论与讨论

本研究结果表明，核桃—黄豆间作与核桃—花生间作2 种间作模式皆可提高土壤中氮、磷、钾、钙、镁、锌等营养元素含量。结果显示，间作播种方式对土壤营养元素含量增加有积极影响。张翠萍等［7］研究发现豆科作物在间作中有替代氮肥的作用，土壤中氮素含量的多少将直接影响根系的生理代谢和生长过程，并制约根系导水能力。且根系对水分吸收、运输传导能力的高低一定程度上决定植株水分状况平衡，制约植物光合能力，影响核桃幼苗生长。本试验与上述结论基本一致，间作黄豆增高了土壤的氮元素含量，且核桃幼苗主根长度较对照组大幅增长，但叶片中氮素及水分含量有所下降，因此间作豆科与植株叶片氮素及水分状况的关系有待进一步研究。张皓等［9］研究中指出土壤的酸性太强会造成可溶性铁、铝增加，有效磷易被固定而降低其有效性。同时，酸性环境便于真菌类病原微生物的滋生繁衍，降低地力。试验结果表明，2 种间作模式都使土壤pH 值显著增大，使土壤更加优质，利于核桃幼苗生长。本试验与王元研究一致，进行豆科作物间作，可以提高土壤中氮素养分，其成分也有显著改善，有助于培肥地力［2］。吴荣兰等［16-18］通过间种作物得出，间种能够提高土壤肥力，增加土壤全氮、全磷和有效磷等养分含量，改变土壤的化学性质，本试验结果与前述结论比较一致。土壤化学性质影响土壤肥力，山核桃林地土壤综合肥力决定了土壤生产性能，二者的综合指数呈极显著的线性关系［19］,即间作模式有利于提高土壤肥力。核桃林地合理间种是非常必要的，有利于核桃林地土壤的可持续利用及增加农民收入［20］。

开展核桃林粮间作，改善土壤理化条件，提高核桃种植管理水平，可以在核桃幼苗期间增加经济收入，促进核桃种植产业的发展。但在核桃林下间作栽培模式中，要坚持以核桃生长为主、间作物生长为辅的原则。在间作物选择时既要考虑到利于核桃树体生长、经济价值高，又要兼顾与核桃树体没有共同的病虫害、不影响核桃树体的生长发育［21］。

本试验研究了核桃—黄豆间作与核桃—花生间作2 种模式对核桃间作土壤化学性质及幼苗生长发育的影响。结果表明，与对照相比，核桃—黄豆间作与核桃—花生间作2 种间作模式皆可增大核桃幼苗期植株地上生长量，提高核桃幼苗叶片中氮、磷、钾、钙、镁、锌等营养元素含量，间作播种方式对核桃幼苗生长有积极影响，因此，在核桃建园初期，可以间作黄豆或花生，以改善核桃园区土壤营养状况，促进幼苗良好生长，提高经济生态效益。

本研究仅分析了核桃幼苗2 种间作模式对核桃幼苗生长发育及园区土壤化学性质，但是对核桃间作模式的具体生产操作指导，以及获得更大的经济效益等还需要进一步的研究。