施氮量和間作大豆對糯高粱根際土壤特性及產量的影響

中圖分類號：S514.04;S514.06 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）13-0073-07

氮是作物生長發育的必需營養元素，施用氮肥對維持作物產量、保證糧食安全有著重要作用[1-3]過量的氮肥投人不僅會降低氮肥利用率，還會造成溫室氣體排放增加、土壤酸化、土壤生態系統失衡等一系列生態環境問題[4-7]。因此，優化氮肥施用、提高氮肥利用率并促進作物良好生長發育、維持作物產量和土壤可持續生產力，是亟需解決的重要問題[8-9]。貴州省是糯高梁的主產區，隨著近年來“醬酒熱”現象的出現，糯高梁種植面積逐年增加，2023年達到15.69萬 hm² ，排名全國第三，但大面積常年單一種植糯高粱會導致土壤性質惡化、糯高梁產量和品質降低，從而制約糯高粱的優質高效生產[10-1]。禾|豆科作物間作可以通過豆科作物的固氮作用減少化學氮肥的施用，促進農作物對不同生態位資源的充分利用，從而提高作物產量[12-14] 。錢玉平等通過設置大豆玉米間作、玉米單作和大豆單作3種模式，采用Biolog-ECO微孔培養法探討種植模式對土壤微生物和理化性質的影響及其機制，揭示了大豆玉米增產增效的關鍵因素是間作模式下土壤微生物結構與土壤理化因子互作[15]。胡靜一等采用膜側際栽培技術開展不同行比間作試驗探討玉米大豆間作對玉米光合特性、產量及水分利用效率的影響，得到了玉米大豆 2：4 帶型的間作模式可以改善玉米光合特性、提高水分利用效率并且增加玉米產量[16]。趙鳳艷等利用長期定位微區試驗評價不同施氮量下玉米花生間作系統中作物種間互作對不同行玉米生長發育、干物質積累、產量及其構成因素的影響，結果表明適宜施氮量（ 150kg/hm² ）下間作可顯著促進玉米生長發育、干物質積累，提高玉米產量和氮肥利用效率[5]。劉培等對比了不同施氮水平和玉米大豆不同行比間作模式的玉米、大豆及系統產量的動態變化，發現間作能穩定地保持間作優勢，顯著提高土壤pH值和土地利用效率，提高玉米大豆的產量，得出減量施氮與間作大豆是華南甜玉米產區資源高效利用、系統產量穩定的可持續綠色生產模式[17]。綜上所述，間作模式下配置適宜施氮量是發揮禾本科間作優勢的關鍵。

關于糯高粱間作大豆，目前已經開展了糯高梁不同間作模式以及帶寬和行比配置等方面的相關工作[18-22]。通過糯高粱不同間作模式對糯高粱干物質和養分積累、根際土壤特性和產量的影響初步篩選出了糯高粱的最佳間作模式為糯高梁間作大豆；在此基礎上，進一步探討了糯高梁間作大豆模式下不同帶寬和行比配置對糯高梁根際土壤、光合特性和產量的影響，得到貴州地區糯高粱間作大豆的適宜田間帶寬配置為帶寬 140cm ，糯高粱窄行行距 40cm 、寬行行距 100cm ，糯高梁與大豆間距50cm ，適宜的行比配置為2行糯高梁間作1行大豆。但關于施氮和糯高粱間作大豆模式下糯高粱產量和根際土壤特性變化的規律尚不清楚，相關研究也未見報道。因此，本研究通過探討不同施氮水平下糯高粱單作及糯高粱大豆間作系統的糯高梁產量、土壤理化性質和酶活性的變化規律，以期探明施氮對糯高梁大豆間作系統中糯高粱根際土壤特性及產量的影響，為貴州地區糯高粱間作大豆施氮技術提供科學依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2023年在貴州省農業科學院旱糧研究所貴陽試驗基地進行。供試土壤類型為沙壤土，試驗地屬于亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫為 15.6^°C ，全年無霜期283d，年降水量 1 043.1mm 。播種前試驗地土壤pH值為7.68，各養分含量：有機質含量33.47‰ 、全氮含量 1.68‰ 、全磷含量0.94g/kg 、全鉀含量 9.75‰ 、堿解氮含量104.33mg/kg 、有效磷含量 18.61mg/kg 、速效鉀含量 209.16mg/kg 。

1.2 試驗材料

供試糯高梁品種為紅梁豐1號，直立散穗型，株型半緊湊，符合醬香型白酒釀造工藝要求，由貴州省農業科學院旱糧研究所提供；供試大豆品系為陰豆1號，株型收斂耐陰，適合間套種植，由貴州省農業科學院旱糧研究所提供。供試氮肥為尿素（含N46.2% ，貴州赤天化桐梓化工有限公司），磷肥為過磷酸鈣（含 P₂O₅12% ，貴州黔天化生態肥業有限公司），鉀肥為硫酸鉀（含 K₂O 52% ，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1試驗設計試驗采用種植模式和施氮量2因素的完全隨機區組設計，種植模式設單作糯高粱（SW）和糯高梁間作大豆（WS）2個水平；施氮量設不施氮（NO）、正常氮（N1）和高氮（N2）3個水平，其中糯高梁分別以單作 0，200，400kg/hm² 為基準，大豆分別以單作 0.60?120kg/hm² 為基準。單作糯高梁行距 70cm ，窩距 25cm ，每窩2株，種植5行，小區長 5m ，寬 3.5m ，面積 17.5m² 。單作大豆行距50cm ，窩距 25cm ，每窩2株，種植5行，小區長5m ，寬 2.5m ，面積 12.5m² 。糯高粱間作大豆采用2：1 行比 ?140cm 帶寬模式，糯高梁窄行 40cm 寬行 100cm 窩距 25cm ，每窩2株，糯高粱與大豆間距 50cm ，大豆窩距 25cm ，每窩2株，小區長 5m ，寬5.1m ，面積 25.5m² ，包括3個帶寬。試驗共6個處理，每個處理3次重復，小區間及區組間間隔80cm ，種植行與區組走向垂直，試驗地四周種植3行糯高粱作為保護行。糯高粱于2023年4月14日播種，2023年8月21日收獲，大豆于2023年4月14日播種，2023年7月28日收獲。于糯高粱和大豆播種時將不同施用量氮肥與磷肥和鉀肥混合均勻后一次性施入作為基肥。其中，間作糯高粱的P₂O₅ 和 K₂O 施用量分別以單作 100，300kg/hm² 為基準，間作大豆的 P₂O₅ 和 K₂O 施用量分別以單作60Ω_?40kg/hm² 為基準，間作施肥量參照單作模式，根據糯高梁和大豆種植密度進行折算，各處理具體施肥量見表1。其余田間管理，如灌溉、排水、除草、病蟲害防治等同常規。

1.3.2指標測定于糯高梁成熟期在各小區中間條帶選擇具有代表性的糯高粱植株3株，挖出植株后采集根際土壤，均勻混合過 2mm 篩網后平均分成2份，一份自然風干后室溫保存用于土壤理化性質的測定，另一份用液氮速凍后保存于 4‰ 冰箱用于土壤酶活性測定。土壤樣品檢測公司為貴州百洛尼檢測技術有限公司。其中，采用烘干稱重法測定土壤含水量，采用環刀法測定土壤容重，并根據土壤容重計算土壤孔隙度，計算公式如下：

土壤孔隙度 Σ=Σ （1-土壤容重 'SD ） ×100% 。式中： SD 為土壤密度， 2.65g/cm² 。

表1試驗各處理施肥量

注：SW為單作高粱，WS為高粱間作大豆;NO為不施氮，N1為正常氮，N2為高氮。

全氮含量采用凱氏定氮法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法測定，銨態氮和硝態氮含量采用氯化鉀浸提法測定，采用比色法測定硝酸還原酶、亞硝酸還原酶、谷氨酰胺酶、脲酶、酸性蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶和幾丁質酶活性；最后分小區人工收獲糯高粱，脫粒曬干后實測小區糯高梁產量。

1.4數據統計與分析

用MicrosoftExcel2016軟件整理數據和作圖。采用DPS v7.05 軟件進行統計分析，用LSD法進行差異顯著性檢測（ α=0.05 ）。

2 結果與分析

2.1施氮量和間作大豆對糯高梁根際土壤理化性 質的影響

2.1.1物理性質由表2可知，施氮量和間作大豆對糯高粱根際土壤含水量、容重和孔隙度有極顯著影響，二者互作對土壤容重和孔隙度有顯著影響，而對含水量無顯著影響。種植模式處理間土壤含水量和容重表現為 SWgt;WS ，孔隙度表現為 WSgt; sw 。施氮量處理間土壤含水量和容重表現為 N0gt; N2gt;N1 ，孔隙度表現為 N1gt;N2gt;N0 。與SW處理相比，WS處理下土壤含水量和容重分別降低了12.55% 和 3.78% ，孔隙度增加了 1.83% 。此外，與NO處理相比，N1處理下土壤含水量和容重分別降低了 25.34% 和 11.37% ，孔隙度增加了 5.83% ，N2處理下土壤含水量和容重分別降低了 13.55% 和5.53% ，孔隙度增加了 2.84% 。

2.1.2化學性質由表2可知，施氮量和間作大豆對糯高粱根際土壤全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量均有極顯著或顯著影響，二者互作對土壤全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量無顯著影響。種植模式處理間土壤全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量表現為 WSgt;SW 。施氮量處理間土壤全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量表現為 N2gt;N1gt;N0 與SW處理相比，WS處理下土攘全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量分別增加 1.86%，3.44%，24.28% 和 17.99% 。此外，與NO處理相比，N1處理下土壤全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量分別增加4.83%.7.35%.57.20% 和 25.68% ，N2處理下土壤全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量分別增加7.75% 、11. 76% ， .134.36% 和 56.86% 。

表2施氮量和間作大豆對糯高梁根際土壤理化性質的影響

注：同一列數據后不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著;ns、*、 ** 和 ^*** 分別表示 Pgt;0.05，Plt;0.05，Plt;0.01 和 Plt;0.001， 。下同。

2.2施氮量和間作大豆對糯高梁根際土壤酶活性的影響

施氮量和間作大豆對糯高梁根際土壤酶活性均有極顯著影響，二者互作對土壤硝酸還原酶、谷氨酰胺酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶和幾丁質酶活性有極顯著影響，對亞硝酸還原酶和酸性蛋白酶活性有顯著影響，而對脲酶活性無顯著影響。種植模式處理間土壤酶活性表現為 WSgt;SW ，施氮量處理間土壤酶活性表現為 N1gt;N2gt;N0 。與SW處理相比，WS處理下土壤硝酸還原酶、亞硝酸還原酶、谷氨酰胺酶、脲酶、酸性蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶和幾丁質酶活性分別增加11. 78% 、 32.21% 、87. 92% 、75. 48% 、27. 67% 、62. 24% 、 17.30% 和125.44% ；與NO處理相比，N1處理下土壤硝酸還原酶、亞硝酸還原酶、谷氨酰胺酶、脲酶、酸性蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶和幾丁質酶活性分別增加119. 05% ） 14.43% 、54. 68% 、 38.47% 、113. 87% ！118.34% （204 ，53.73% 和 25.07% ，N2較NO分別增加42. 58% 、10. 08% 、41. 49% 、0. 98% 、 38.82% 7124. 78% .8.97% 和 6.13% 。

表3施氮量和間作大豆對糯高梁根際土壤酶活性的影響

2.3施氮量和間作大豆對糯高梁產量的影響

由圖1可知，施氮量和間作大豆對糯高梁產量均有極顯著影響，二者互作對糯高粱產量有極顯著影響。種植模式處理間糯高梁產量表現為 WSgt; SW，施氮量處理間糯高粱產量表現為 N1gt;N2gt; NO。與SW處理相比，WS處理下糯高梁產量增加14.73% ;與NO處理相比，N1、N2處理下糯高梁產量分別增加 13.99%.7.41% 。

2.4糯高梁根際土壤酶活性與土壤理化性質的相關性

由表4可知，糯高粱根際土壤含水量與硝酸還原酶、谷氨酰胺酶、酸性蛋白酶活性呈現顯著負相關，與亞硝酸還原酶、脲酶、中性蛋白酶和幾丁質酶活性呈現顯著負相關；土壤容重與硝酸還原酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶活性均呈極顯著負相關，與亞硝酸還原酶、谷氨酰胺酶、脲酶、堿性蛋白酶和幾丁質酶活性無顯著相關性；土壤孔隙度與硝酸還原酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶活性均呈極顯著正相關與亞硝酸還原酶、谷氨酰胺酶、脲酶、堿性蛋白酶和幾丁質酶活性無顯著相關性。

圖1施氮量和間作大豆對糯高梁產量的影響

2.5糯高梁產量與根際土壤特性的相關性

由圖2可知，糯高粱產量與糯高粱根際土攘含水量呈顯著負相關，與孔隙度呈顯著正相關，糯高梁產量與土壤容重及全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量均無顯著相關性。

表4糯高梁根際土壤酶活性與土壤理化性質的相關性

r 為相關系數， Plt;0.05 為顯著相關， Plt;0.01 為極顯著相關， Pgt;0.05 為不顯著相關，圖3同

圖2糯高梁產量與根際土壤理化性質的相關性

由圖3可知，糯高梁產量與糯高粱根際土壤硝酸還原酶、亞硝酸還原酶、谷氨酰胺酶、脲酶、堿性蛋白酶活性呈極顯著相關，糯高粱產量與酸性蛋白酶、中性蛋白酶和幾丁質酶活性呈顯著相關。

3討論

土壤理化性質可以有效指示農田土壤的肥力狀況，合理的氮肥投入可以增加土壤養分含量，改善土壤理化性質[23-24]。有研究表明，氮肥投入可以提高作物對水分的利用效率，降低土壤含水量和容重，增加土壤孔隙度[25]。本研究中，施氮降低了土壤含水量和容重，土壤孔隙度則呈現上升趨勢，可能是由于氮肥投人促進了糯高粱根系對水分的吸收利用，土壤含水量下降[26]。但隨著氮肥用量增加，糯高梁對土壤水分利用效率下降，土壤含水量和土壤容重略有上升，但并不顯著。土壤孔隙度減小，表明適量的氮肥施入會促進土壤疏松多孔，土壤通氣性增強，但過量施氮會導致土壤結構緊實，土壤通氣性變差，導致作物水分利用效率降低，這與土壤孔隙度的變化趨勢恰好相反，而土壤孔隙度越大，土壤通透性越好，則土壤的貯水能力相對變弱，這與張平良等的研究結果[27-28]一致。間作可以通過促進作物對土壤養分的吸收從而有效提高土壤綜合肥力。研究表明，間作模式下配施適宜用量的氮肥可以顯著促進作物生長發育，改善土壤理化性質，提高作物產量[29-31]。本試驗中，在同一施氮水平下，糯高梁間作大豆的土壤全氮、堿解氮、銨態氮和硝態氮含量均高于糯高梁單作，表明禾本科與豆科作物間作可以提高禾本科作物對土壤氮素的競爭能力，而豆科作物在氮素濃度降低時固氮能力增強，有效固定氮素，提高土壤氮素含量[32-34]。結合糯高梁產量來看，間作系統中糯高梁產量在正常氮水平下達到最大值，表明間作增加精高粱氮肥利用效率，而糯高梁產量并未隨著施氮量增加而增加，原因可能是間作系統中糯高粱在施氮量達到一定水平后，對氮素的吸收利用效率已經達到最大值，隨著施氮量的增加，糯高梁的氮素利用效率、氮肥偏生產力和農學利用效率從而降低，施氮對氮素利用效率產生負面效應[35] 。

圖3糯高梁產量與根際土壤酶活性的相關性

土壤酶也是評價土壤肥力、土壤質量和微生物活性的重要指標之一[36]。施氮和間作都會通過改善土壤理化性質和微生物區系來影響土壤酶活性[37-39]。本研究中，正常施用氮顯著提高了土壤酶活性，隨著高水平氮的施入，土壤酶活性降低，表明適宜量的氮肥有利于促進土壤各種酶的產生。土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶可指示土壤硝態氮還原的關鍵過程，對植物營養和氮循環起到至關重要的作用[4，隨著氮肥施入呈現先上升后下降的趨勢，過多的氮投入會降低硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的活性。谷氨酰胺酶能夠調節土壤中的游離氨含量和尿素代謝，谷氨酰胺酶也呈現先上升后下降的趨勢，再次表明適宜量的氮素投入對于提高產量具有顯著促進作用。脲酶是促進氮素轉化的關鍵酶，其活性可以反映土壤中氮素的轉化程度[41]，土壤脲酶活性的變化與土壤總氮、土壤微生物氮等含量緊密相關，當土壤中氮素轉化底物含量過多時，產生的氨化物會進行負反饋調節，抑制酶活性[42]，本試驗研究結果與之一致。土壤蛋白酶和幾丁質酶活性的變化趨勢與其他酶類活性變化規律一致，表明它們與其他酶類對于促進糯高梁對氮素的吸收利用具有很好的協同作用，在參與碳氮循環、提高土壤肥力和促進植物生長方面也起著不可忽視的作用。在本研究中可以看到，與單作相比，間作也顯著提高了土壤酶活性，這可能是由于在間作系統中糯高梁與大豆根系的相互作用促使有機物轉化速度加快，生物氧化代謝活動加強，改變了糯高梁根際土壤的生境，使2種作物根系土壤中釋放酶的數量增加，從而提高土壤酶活性[43]

土壤酶活性與土壤理化性質的變化有著密切的關系。本研究中，根際土壤的含水量、容重和孔隙度與硝酸還原酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶活性有著顯著相關關系，表明這3類土壤酶對于改善土壤結構、調節土壤疏松性和透氣性有重要作用；而疏松的土壤結構能夠為糯高梁根系提供一個良好的生長發育空間，有利于糯高梁對土壤氮素和其他養分物質的吸收利用，這對于提高其產量具有重要意義。

4結論

施氮量和間作大豆對糯高梁根際土壤理化性質和酶活性及產量均有顯著或極顯著影響。在本試驗條件下，WS-N1處理即糯高梁間作大豆模式下糯高粱和大豆分別施氮 220.18kg/hm² 能更好地改善糯高粱根際土壤理化性質和酶活性，為糯高梁的生長發育提供良好的土壤環境，從而促進其產量形成。

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