甘蔗花生間作體系中紅壤地根際pH值與有效磷含量的關系

秦昌鮮，彭 崇，郭 強，馬文清，陳海生，唐利球，莫周美，覃瀟敏

（廣西南亞熱帶農業科學研究所，廣西 崇左 532415）

0 引言

磷是植物生長發育必需的大量營養元素之一，參與植物體內的光合作用、呼吸作用、能量代謝、糖代謝反應及信號轉導等許多生理生化過程，對植物的生長有著至關重要的作用，是限制作物產量提高的重要因子之一［1-4］。然而，磷在土壤中擴散速率低，移動性差，且極易被土壤固定，導致磷在土壤中的有效性大大降低［5-7］。特別是在我國南方酸性紅壤中，土壤中活性鐵、鋁含量較高，可溶性磷極易與鐵、鋁相結合轉化為難溶態磷而被固定，其有效磷含量相對較低，從而使得能被植物吸收利用的有效磷較低［8-10］。因此，對南方酸性紅壤磷的高效利用已成為當今國內外植物營養學研究的熱點之一。

間套作是我國精耕細作傳統農業的精髓，不僅可以明顯提高水分、養分資源的利用效率［11-12］，提高作物產量［13-14］，而且也能增加農田生物多樣性［15-16］，明顯控制病蟲害［17-18］等。已有研究表明，玉米/蠶豆［19］、小麥/蠶豆［20］、小麥/大豆［21］等間作體系均能提高根際土壤速效磷的含量及作物磷的吸收利用，這主要是由于在豆科/禾本科間作體系中，豆科作物固氮過程中釋放H+或者根際分泌有機酸都會導致根際土壤酸化，活化利用土壤中難溶性磷，提高作物對磷的吸收［22-23］。

甘蔗是我國乃至世界最重要的糖料及能源作物，也是廣西的主要經濟作物之一［24］。目前，關于甘蔗與不同作物間作能提高作物產量質量［25］、土壤微生物多樣性［26］以及控制病害［27］等方面的研究已有不少報道。但是，關于甘蔗/豆科作物間作體系對紅壤地區根際土壤速效磷含量的影響及其與根際pH值的相互關系的研究相對較少。因此，本試驗通過研究甘蔗/花生間作體系不同生育期作物根際土壤磷有效性以及根際土壤pH值的動態變化，探討甘蔗花生間作體系根際pH值與紅壤有效磷含量的相互關系，以期為利用農作物的多樣性種植提高紅壤磷有效性和養分資源的高效利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2016年10月在廣西南亞熱帶農業科學研究所甘蔗示范基地進行，該區屬典型的南亞熱帶季風氣候，海拔125m左右，年平均溫度22℃以上，年降雨量1273.6mm以上。土壤為酸性紅壤，土層深厚，地勢平坦，排灌良好，是甘蔗較適宜的生長的地區，其土壤農化性狀為pH5.53，有機質12.44g·kg-1，堿解氮100.5mg·kg-1，速效磷15.6mg·kg-1，速效鉀125.5mg·kg-1。

供試作物品種：甘蔗（桂糖46號）；花生（當地農民主栽品種），是廣西區的主栽品種。

供試肥料為：尿素、普通過磷酸鈣、復合肥（N：P：K=15：15：15）。

1.2 試驗設計

間試驗采用隨機區組排列，設甘蔗單作、花生單作和甘蔗/花生間作3種種植模式，每個處理重復3次，共9個小區（小區面積6m×5m）。甘蔗花生間作規格采用 2：2型種植（即2行甘蔗：2行花生），甘蔗，行距1m，株距0.3m；花生，行距0.30m，株距0.25m，帶狀種植。

試驗于 2016年 1月10日開始整地，1月14日種植甘蔗，2月20日播種花生。播前施基肥復合肥（N：P：K=15：15：15）750kg/hm2，磷肥450kg/hm2；5月15日培土施肥施復合肥（N：P：K=15：15：15）750kg/hm2，尿素450kg/hm2。田間采用常規管理。花生于7月10日收獲，甘蔗于11月20日收獲。

1.3 樣品的采集

按甘蔗、花生生育期取樣，苗期、分蘗期/開花期、伸長期/結莢期和成熟期分別進行4次采樣，先將植株根系從土壤中整體挖出，采用抖土法抖掉與根系松散結合的土，然后將與根系緊密結合的土壤刷下來作為根際土樣品。單作處理每個小區隨機取作物4株，間作處理每個小區兩種作物隨機分別取4株，先把每種作物的根際土壤混合為1個樣品，再將兩種作物根際土壤混合為1個樣品，并過1mm篩，用于測定土壤有效磷含量及pH值。

植株用水清洗干凈，然后稱其鮮重，再放入110℃烘箱殺青30min，接著調至75℃烘至恒重，再將植株樣粉碎，過1mm篩，備測。

1.4 測定方法

土壤有效磷采用0.5mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定含量；植株磷采用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法測定含量；pH值采用電位法測定［28］。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2016進行數據整理、作圖；用SPSS19.0軟件對數據進行方差分析（LSD法）及Pearson相關性分析，顯著性水平設定為α=0.05。圖表數據為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 甘蔗花生間作對不同生育期地上部磷吸收量的影響

由圖1和圖2可以看出，不同種植方式下作物（甘蔗、花生）地上部磷吸收量均呈先增加后降低的趨勢，甘蔗花生間作對甘蔗地上部磷的吸收具有明顯的促進作用，如圖1所示，而對在生長旺盛期的花生也有顯著的間作促進效應，如圖2所示，甘蔗地上部磷的吸收量明顯大于花生。與單作處理相比，間作甘蔗地上部磷的吸收量在苗期、分蘗期、伸長期及成熟期分別顯著提高了38.60%、30.24%、21.51%和13.01%，其中以甘蔗生長前中期的增幅最為明顯；間作花生地上部磷的吸收量在開花期、結莢期也分別顯著增加了30.23%、31.31%，而在苗期、成熟期相對較低但差異不顯著。

圖1 不同生育期地上部磷吸收量的動態變化（一）

圖2 不同生育期地上部磷吸收量的動態變化（二）

2.2 甘蔗花生間作對不同生育期根際土壤有效磷含量的影響

圖3 不同生育期土壤有效磷的動態變化（一）

圖4 不同生育期土壤有效磷的動態變化（二）

如圖3和圖4所示，甘蔗花生間作對生長中后期作物（甘蔗、花生）根際土壤有效磷含量亦呈現較明顯的促進效應，呈先增加后降低的趨勢，在甘蔗伸長期及花生開花期根際土壤有效磷含量最高，以甘蔗的明顯高于花生的。與單作處理相比，間作甘蔗根際土壤有效磷的吸收量在分蘗期、伸長期及成熟期分別顯著增加了51.39%、84.87%、87.62%，如圖3所示；間作花生地上部磷的吸收量在開花期、結莢期及成熟期也分別顯著提高了23.04%、19.83%、28.50%，如圖4所示，其中生長前中期的增幅較為明顯。

2.3 甘蔗花生間作對不同生育期根際pH值的影響

從圖5和圖6可以看出，甘蔗花生間作對不同生育期作物根際pH值均具有降低作用，尤其是在作物生長旺盛期時的效應最為顯著，即甘蔗在伸長期及花生在開花期根際pH值最低。與單作處理相比，間作甘蔗根際pH值在分蘗期、伸長期及成熟期分別降低了0.16、0.21及0.12個單位，如圖5所示；間作花生根際pH值在開花期、結莢期及成熟期亦分別降低了0.18、0.13及0.11個單位，如圖6所示，均在生長中期下降的增幅最大。

2.4 根際土壤有效磷含量與pH值的關系

土壤的pH值會影響土壤養分的有效性，尤其是影響土壤對磷的吸附固定。如圖7所示，通過對根際土壤有效磷含量與pH值進行相關分析，結果表明在單作和間作兩種種植模式下，作物（甘蔗、花生）根際土壤有效磷含量與pH值均具有顯著的負相關關系，即作物根際有效磷含量隨根際土壤pH值的降低而增加，其中在間作種植條件下兩者間的負相關關系更為顯著。顯然，甘蔗根際土壤有效磷含量與pH值之間的相關系數大于花生的。

3 討論

圖5 不同生育期根際pH值的動態變化（一）

圖6 不同生育期根際pH值的動態變化（二）

圖7 不同種植模式根際有效磷和pH值的相關分析

磷是僅次于氮的第二大限制作物生長的元素，對作物的生長發育有著至關重要的作用，而磷在土壤中極易被固定，有效性很低，導致大量的磷在土壤中積累。因此，如何通過適宜的調控手段提高土壤中磷的有效性及利用率成為當前國內外的研究熱點。其中，間套作作為中國傳統精耕細作農業的精髓之一，具有提高光、水和養分等資源利用的效應。Li等［19］研究表明，與單作處理相比，玉米和蠶豆間作能提高了根際土壤有效磷含量。王宇蘊等［29］研究亦發現，小麥與蠶豆間作后根際土壤有效磷含量均高于單作處理。本試驗發現甘蔗花生間作后，根際土壤有效磷含量顯著高于單作處理，這可能是因為間作促進了作物根系分泌物的釋放，有利于活化了土壤中存在的難容態的磷［30］。

在甘蔗花生間作體系中，間作處理的甘蔗和花生根際土壤pH值均低于單作處理，尤其是在作物生長旺盛期時的效應最為顯著，這可能是因為兩種不同的作物間作之后，由于根系的相互作用，誘導根系H+、OH-的分泌發生了變化，進而導致根際土壤pH值與單作作物的不同。Li等［31］研究發現，與單作處理相比，菜豆與硬小麥間作可以顯著降低作物根際土壤pH值。張德閃等［32］研究亦發現，在小麥蠶豆間作體系中，間作小麥根際土壤pH值顯著低于單作小麥。

在本試驗中，無論在單作還是間作條件下，作物（甘蔗、花生）根際土壤有效磷含量與根際pH值均呈顯著的負相關關系，即根際pH值降低，根際土壤磷的有效性增加，但是在間作種植條件下兩者間的負相關關系更為顯著，說明多樣性種植模式會改變作物根際土壤的酸堿性，從而改變根際土壤磷的有效性，影響作物對磷的吸收。小麥與鷹嘴豆間作種植后，小麥根際土壤pH值下降，有利于小麥對磷素的吸收利用［33］。同樣地，玉米與蠶豆間作種植后，由于根際土壤的酸化促進了土壤磷有效性的增加，提高了間作體系作物磷的吸收利用［34］。本研究亦發現，與單作處理相比，甘蔗/花生間作能顯著提高作物地上部的磷含量，尤其在生長旺盛期效應更為顯著，這可能與本試驗中間作降低根際土壤的pH值，活化了根際難利用態磷，增加根際土壤磷有效性，進而促進作物磷的吸收有關。然而，甘蔗/花生間作體系中低分子量有機酸、酸性磷酸酶、根系形態、微生物活動等根際過程也是提高根際磷有效性的主要機制，其效應還有待進一步深入研究。

4 結論

本研究發現，與單作處理相比，甘蔗/花生間作顯著提高了作物根際土壤有效磷含量，而降低了根際土壤pH值。相關分析結果顯示，甘蔗和花生根際土壤有效磷含量與根際pH值之間存在著顯著的負相關關系。綜上結果說明，甘蔗/花生間作體系能顯著提高作物地上部磷的吸收，可能與間作作物根際土壤的酸化促進土壤磷有效性的增加有密切關系。