秦昌鮮，彭 崇，郭 強(qiáng)，馬文清，陳海生，唐利球，莫周美，覃瀟敏

（廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣西 崇左 532415）

0 引言

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，參與植物體內(nèi)的光合作用、呼吸作用、能量代謝、糖代謝反應(yīng)及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等許多生理生化過(guò)程，對(duì)植物的生長(zhǎng)有著至關(guān)重要的作用，是限制作物產(chǎn)量提高的重要因子之一［1-4］。然而，磷在土壤中擴(kuò)散速率低，移動(dòng)性差，且極易被土壤固定，導(dǎo)致磷在土壤中的有效性大大降低［5-7］。特別是在我國(guó)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(jié)合轉(zhuǎn)化為難溶態(tài)磷而被固定，其有效磷含量相對(duì)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(duì)南方酸性紅壤磷的高效利用已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

間套作是我國(guó)精耕細(xì)作傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精髓，不僅可以明顯提高水分、養(yǎng)分資源的利用效率［11-12］，提高作物產(chǎn)量［13-14］，而且也能增加農(nóng)田生物多樣性［15-16］，明顯控制病蟲(chóng)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(guò)程中釋放H+或者根際分泌有機(jī)酸都會(huì)導(dǎo)致根際土壤酸化，活化利用土壤中難溶性磷，提高作物對(duì)磷的吸收［22-23］。

甘蔗是我國(guó)乃至世界最重要的糖料及能源作物，也是廣西的主要經(jīng)濟(jì)作物之一［24］。目前，關(guān)于甘蔗與不同作物間作能提高作物產(chǎn)量質(zhì)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(bào)道。但是，關(guān)于甘蔗/豆科作物間作體系對(duì)紅壤地區(qū)根際土壤速效磷含量的影響及其與根際pH值的相互關(guān)系的研究相對(duì)較少。因此，本試驗(yàn)通過(guò)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(dòng)態(tài)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(guān)系，以期為利用農(nóng)作物的多樣性種植提高紅壤磷有效性和養(yǎng)分資源的高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2016年10月在廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所甘蔗示范基地進(jìn)行，該區(qū)屬典型的南亞熱帶季風(fēng)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(shì)平坦，排灌良好，是甘蔗較適宜的生長(zhǎng)的地區(qū)，其土壤農(nóng)化性狀為pH5.53，有機(jī)質(zhì)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(hào)）；花生（當(dāng)?shù)剞r(nóng)民主栽品種），是廣西區(qū)的主栽品種。

供試肥料為：尿素、普通過(guò)磷酸鈣、復(fù)合肥（N：P：K=15：15：15）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)甘蔗單作、花生單作和甘蔗/花生間作3種種植模式，每個(gè)處理重復(fù)3次，共9個(gè)小區(qū)（小區(qū)面積6m×5m）。甘蔗花生間作規(guī)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(yàn)于 2016年 1月10日開(kāi)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(fù)合肥（N：P：K=15：15：15）750kg/hm2，磷肥450kg/hm2；5月15日培土施肥施復(fù)合肥（N：P：K=15：15：15）750kg/hm2，尿素450kg/hm2。田間采用常規(guī)管理?；ㄉ?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(kāi)花期、伸長(zhǎng)期/結(jié)莢期和成熟期分別進(jìn)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(jié)合的土，然后將與根系緊密結(jié)合的土壤刷下來(lái)作為根際土樣品。單作處理每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取作物4株，間作處理每個(gè)小區(qū)兩種作物隨機(jī)分別取4株，先把每種作物的根際土壤混合為1個(gè)樣品，再將兩種作物根際土壤混合為1個(gè)樣品，并過(guò)1mm篩，用于測(cè)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(diào)至75℃烘至恒重，再將植株樣粉碎，過(guò)1mm篩，備測(cè)。

1.4 測(cè)定方法

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

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、作圖；用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（LSD法）及Pearson相關(guān)性分析，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。圖表數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗花生間作對(duì)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(shì)，甘蔗花生間作對(duì)甘蔗地上部磷的吸收具有明顯的促進(jìn)作用，如圖1所示，而對(duì)在生長(zhǎng)旺盛期的花生也有顯著的間作促進(jìn)效應(yīng)，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(zhǎng)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(zhǎng)前中期的增幅最為明顯；間作花生地上部磷的吸收量在開(kāi)花期、結(jié)莢期也分別顯著增加了30.23%、31.31%，而在苗期、成熟期相對(duì)較低但差異不顯著。

圖1 不同生育期地上部磷吸收量的動(dòng)態(tài)變化（一）

圖2 不同生育期地上部磷吸收量的動(dòng)態(tài)變化（二）

2.2 甘蔗花生間作對(duì)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(dòng)態(tài)變化（一）

圖4 不同生育期土壤有效磷的動(dòng)態(tài)變化（二）

如圖3和圖4所示，甘蔗花生間作對(duì)生長(zhǎng)中后期作物（甘蔗、花生）根際土壤有效磷含量亦呈現(xiàn)較明顯的促進(jìn)效應(yīng)，呈先增加后降低的趨勢(shì)，在甘蔗伸長(zhǎng)期及花生開(kāi)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(zhǎng)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(kāi)花期、結(jié)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(zhǎng)前中期的增幅較為明顯。

2.3 甘蔗花生間作對(duì)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(duì)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(zhǎng)旺盛期時(shí)的效應(yīng)最為顯著，即甘蔗在伸長(zhǎng)期及花生在開(kāi)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(zhǎng)期及成熟期分別降低了0.16、0.21及0.12個(gè)單位，如圖5所示；間作花生根際pH值在開(kāi)花期、結(jié)莢期及成熟期亦分別降低了0.18、0.13及0.11個(gè)單位，如圖6所示，均在生長(zhǎng)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(guān)系

土壤的pH值會(huì)影響土壤養(yǎng)分的有效性，尤其是影響土壤對(duì)磷的吸附固定。如圖7所示，通過(guò)對(duì)根際土壤有效磷含量與pH值進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)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(fù)相關(guān)關(guān)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(fù)相關(guān)關(guān)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(guān)系數(shù)大于花生的。

3 討論

圖5 不同生育期根際pH值的動(dòng)態(tài)變化（一）

圖6 不同生育期根際pH值的動(dòng)態(tài)變化（二）

圖7 不同種植模式根際有效磷和pH值的相關(guān)分析

磷是僅次于氮的第二大限制作物生長(zhǎng)的元素，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有著至關(guān)重要的作用，而磷在土壤中極易被固定，有效性很低，導(dǎo)致大量的磷在土壤中積累。因此，如何通過(guò)適宜的調(diào)控手段提高土壤中磷的有效性及利用率成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。其中，間套作作為中國(guó)傳統(tǒng)精耕細(xì)作農(nóng)業(yè)的精髓之一，具有提高光、水和養(yǎng)分等資源利用的效應(yīng)。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(yùn)等［29］研究亦發(fā)現(xiàn)，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(yàn)發(fā)現(xiàn)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?yàn)殚g作促進(jìn)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(tài)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(zhǎng)旺盛期時(shí)的效應(yīng)最為顯著，這可能是因?yàn)閮煞N不同的作物間作之后，由于根系的相互作用，誘導(dǎo)根系H+、OH-的分泌發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致根際土壤pH值與單作作物的不同。Li等［31］研究發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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(yàn)中，無(wú)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(fù)相關(guān)關(guān)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(fù)相關(guān)關(guān)系更為顯著，說(shuō)明多樣性種植模式會(huì)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(duì)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(duì)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(jìn)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(fā)現(xiàn)，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(zhǎng)旺盛期效應(yīng)更為顯著，這可能與本試驗(yàn)中間作降低根際土壤的pH值，活化了根際難利用態(tài)磷，增加根際土壤磷有效性，進(jìn)而促進(jìn)作物磷的吸收有關(guān)。然而，甘蔗/花生間作體系中低分子量有機(jī)酸、酸性磷酸酶、根系形態(tài)、微生物活動(dòng)等根際過(guò)程也是提高根際磷有效性的主要機(jī)制，其效應(yīng)還有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，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(guān)分析結(jié)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(fù)相關(guān)關(guān)系。綜上結(jié)果說(shuō)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(jìn)土壤磷有效性的增加有密切關(guān)系。