农业间作模式对土壤酶活性和土壤养分的影响

四川乐山职业技术学院 周静贤 余杰

前言

近年来，随着我国农业科技水平的提升，农业发展取得了许多可观的成就。尤其是农业间作方式的改进，有利于充分利用种植空间、提高资源利用率。此外，对土壤酶活性和养分的研究，直接关系着农作物的收成和土地利用率，其重要性不可小觑。基于此，本文对乐山地区农业间作模式对土壤酶活性和土壤养分的影响加以研究，旨在通过二者关系的研究，进一步提升当地农业发展水平，在可持续发展背景下，为提高农业土地资源利用率提供借鉴。

1 农业间作模式

1.1 农业间作模式概念

农业间作一般是指在同一田地上同一生长期内播种几种作物，分行或分带相间种植两种或两种以上作物的种植方式，间作作物的共生期至少要占一种作物全生育期的1/2。间作主要是利用不同作物的高度和透光程度，最大限度利用光能和种植空间繁育农作物，以在相对固定的时期内获取更多的农产品产出或修复、改善土壤肥力为目的。

1.2 农业间作模式发展

农业间作模式历史悠久，且国内外对农业间作模式都十分关注。不过，由于气候、地理环境和科技发展差异，不同国家和地区的间作模式有许多不同之处。我国侧重粮食作物间作，国外侧重农林间作模式。在土地资源缺失、光照充足的中西部地区间作模式较为常见，例如我国旱地、地产地和畜牧区等，豆科、蔬菜类作物间作模式丰富。

1.2.1 我国间作模式发展

农业间作模式在我国古已有之。早在西汉晚期即公元前1世纪，氾胜之汇录的一部农学著作——《氾胜之书》，是我国现存最早的一部农书。书中就已经有了关于瓜豆间作的记载。北魏末年即公元6世纪，我国杰出的农学家贾思勰所著的《齐民要术》中叙述了桑与绿豆或小豆间作、葱与胡荽间作的经验。明代以后，麦豆间作、棉薯间作等已经较为普遍，其他作物的间作也取得了一定程度的发展[1]。20世纪60年代以来，随着我国对农业的重视以及科技水平的提升，我国间作面积迅速扩大，间作类型也有了更加多样，常见的有高、矮秆作物间作和不同作物种类间作，如粮食作物与经济作物、绿肥作物、饲料作物的间作等多种类型，尤以玉米与豆类作物间作最为普遍。这种间作方式广泛分布于我国东北、华北、西北和西南各地。此外，还有玉米与花生间作，小麦与蚕豆间作，甘蔗与花生、大豆间作，高粱与粟间作等也十分常见[2]。林粮间作中以桑树、果树或泡桐等与一年生作物间作较多。

1.2.2 国外间作模式

国外较为显著的是农林间作，在印度和许多非洲国家，豆类、玉米、高粱、粟、木薯等采用间作的方式较为普遍。农林间作对于土地资源不足的国家提高土地资源利用率和提升作物产量有十分重要的作用。这种模式对于改善农田生产条件、提升粮食产量有显著作用。如巴基斯坦采用农林间作模式，除收获农作物粮食外还能生产一定数量的优质木材，该国34.8%的木材和90%的薪材来源于这种间作模式。国外较为常见的农林间作模式有散生状林木间作、绿篱型间作、行状间作等。在热带国家，胶园内作物间作较为广泛，例如国外胶园一般会选择蓖麻、旱稻、玉米、豆科作物、木薯、广藿香、可可、香蕉、马来藤等的间作模式。幼龄澳洲坚果园间作套种也非常具有代表性[3]。

1.3 间作管理现状

从以上研究可以看出，间作对土壤有极大的影响。依据不同特性的间作作物，以土壤酶活性和养分为参考依据，科学选取间作作物，能对农作物产品产量和品质有极大提升，灵活利用种植空间。在重金属污染较为严重的地区，可尝试将玉米和瓜果间作。玉米生长和结果受重金属污染较小，农产品食用安全能得到保障；番茄吸附重金属的特性决定其可作为豆科植物的间作伴侣，修复污染土壤。豆科和蔬菜间作，能极大地提高豆类和蔬菜的产量，提高土地农作物产出率。

1.3.1 间作的优缺点

间作由于需要分行分列种植不同特性的作物，在种植作物时相对复杂，并且由于不同作物习性不同，在种植之前和种植过程中，都需要调研许多因素，耗费的时间和精力较多。间作的优点是由于能极好地改善土壤中酶活性或修复土壤，增加土壤养分，是工业现代化土地发展策略的重要内容，未来其发展空间广阔，在我国农业乃至世界农业中所占份额将越来越高。

1.3.2 单作优缺点

单作的优势是便于种植和管理，但会对土地和光能造成极大的浪费，在我国许多地区，由于农业设备和科技采收普及率不高，劳动者目前仍然以单作为主。尽管如此，随着农林科技的发展，我国间作率将越来越高，农产品产出量也日益增大，能为我国土地利用和农业发展提供有效借鉴。

1.4 间作作物种类

选择何种间作模式，受作物特性、种植目的、种植空间、土壤类型和地形因素影响，其中，不同的作物特点和种植环境是深刻影响间作模式实际应用的两大重点。例如，热带地区间作模式可选择的种类较多，与作物较长的生长期有很大关系。在放牧型农业区，可供选择的间作类型较少。

1.4.1 豆科植物

豆科植物是常见的间作作物。豆科植物的根系生有大量的根瘤菌，可以固定土壤中的游离态氮元素，为植株的生长保存肥力。人们常用豆科植物来改善土壤肥力，如黄豆、蚕豆、花生等都是较为适合间作的豆科植物。我国古代较早的间作模式也多选用黄豆、绿豆、花生等豆科植物，原因正是这类作物可以改善土壤养分，增加农作物产量，提升农产品品质。

1.4.2 瓜类作物

瓜类作物是浅根系作物，生长周期一般较短，在气候湿热地区，可以反复种植，多次收获。此外，瓜类作物吸肥能力较强，产量高，常见的间作瓜类有西瓜、南瓜等。澳洲果园间作瓜类作物十分常见，可以增加收益。

1.4.3 蔬菜作物

蔬菜作物同瓜类作物相似，生长周期短，收获次数多，某些蔬菜可以吸收表层土壤中的肥力，有助于固定土壤；部分蔬菜作物如番茄，吸附重金属的能力较强，可以用于修复重金属污染土壤，改善土壤肥力，产生较大的经济效益。除了番茄外，常见的间作蔬菜种类还有青菜、辣椒和茄子等作物。

1.4.4 禾类作物

燕麦、小麦、水稻等禾类作物植株矮、生长期短，对光能需求高，间作这类作物要注意合理划分行间距。豆禾类间作比较适合我国当前的农业发展现状。

1.4.5 林果间作

关于林果间作，目前研究相对较少，在树势树形有所差异情况下，猕猴桃柑橘间作，能够满足作物生长基本需求，根系间不产生拮抗作用，作物病害发生率下降，可以充分利用土地资源。

2 土壤酶活性和养分

2.1 土壤酶

土壤酶是土壤中产生专一化学反应的生物催化剂，其一般会参与土壤中各种生物化学过程，如腐殖质的分解与合成；动植残体和微生物残体的分解，乃至合成有机化合物的水解与转化；某些无机化合物的氧化、还原反应[4]。

2.2 土壤酶和微生物的作用

土壤酶活性和养分对作物生长、开花、结果有极大的影响。通常人们在种植某一类作物时，会重点考虑土壤的类型。土壤酶的活性可以反映在某一种土壤生态状况下，生物发生化学反应的相对强度；测定相应酶的活性，可以间接了解某种物质在土壤中的转化情况。大多数的土壤酶来源于微生物分解和其他有机组织，例如动植物残骸腐化物以及其他生物和残留物，土壤中的微生物数量和土壤酶活性关联密切。尤其是碱性磷酸酶与土壤细菌、真菌等均呈现显著的负相关关系。基于此，在确定选取间作作物时，农业技术人员必须考虑土壤中磷酸酶、脲酶的质量分数。

3 间作植物对土壤的影响实证研究

3.1 吸附重金属，修复污染土壤

现代工业的发展，产生了大量重金属废水，这些废水如果未经妥善处理就排入土地之中，会严重污染土壤，改变土壤的酸碱度，影响作物的生长和收获。由于部分植物对土壤中的重金属有吸附作用，使用植物吸附方式可以有效减少土壤中的有害重金属，增加土壤养分，修复受到污染的土壤。当前，这也是一种较为环保且成本较低的修复方式。

在间作时，适当间作且能吸附重金属的作物，能有效改变土壤的酶活性，修复土壤污染状况，增加土壤养分；同时，间作使不同生长期的作物腐叶和根茎也可作为养料，滋养土壤，增强土壤的酶活性，改善土壤质量，提升作物产量。

安玲瑶[5]在《作物间作对重金属吸收的影响及其机制的研究》中通过选取4种Cd吸收能力存在显著差异的作物：青菜（杭州油冬儿）、番茄（中蔬4号）、甘蓝（京丰一号）和玉米（金珠蜜甜玉米），在Cd污染土壤中进行间作试验，得出以下几点结论。

（1）在Cd为2.62 mg/kg的污染水平下，间作青菜和甘蓝条件与单作相比，青菜中的Cd积累浓度提高，甘蓝中的Cd积累浓度下降。在Cd为3.70 mg/kg的污染水平下，番茄和玉米间作及限制性条件与单作相比，Cd在番茄中的积累浓度提升了。具体而言，叶部从13.52 mg/kg分别升高至24.94 mg/kg和27.30 mg/kg。安玲瑶的试验数据表明采用间作方式兼具减少金属污染的植物修复效率和在污染土壤中产出可安全食用农产品的作用。

（2）同没有种植作物的对照组比较，发现种植甘蓝和青菜后的土壤pH稍有下降，酸性磷酸酶活性有所上升，脲酶活性下降。其中，青菜单作组的土壤pH下降幅度最大，而脲酶活性下降幅度最小。间作番茄和玉米后，番茄根系周围土壤的pH有一定程度的下降，酸性磷酸酶的活性上升，脲酶活性下降，且间作组土壤pH下降幅度最显著。该实验说明土壤中酶活性变化会显著影响土壤中Cd的存在形式和质量分数，进而引发作物对Cd吸收能力的变化。

（3）间作可以丰富对重金属吸收有促进作用的微生物种群封堵，降低对重金属吸收有抑制作用的微生物种群封堵，提高番茄吸收Cd的能力。

3.2 产出安全可食用的农产品，提高土地利用率

此外，在低浓度复合污染大田单作条件下，该实验得出番茄对土壤中重金属尤其是Cd吸收能力较强，同其他作物间作时，番茄吸附重金属能力还可提升，由此可见，番茄是一种可用于修复土壤重金属污染的植物。玉米由于对重金属如Cr、Cu和Fe的积累较多，当与其他植物间作时，吸附重金属的能力有所下降，在重金属污染土壤可以采用玉米间作，能产出安全可食用的农产品。青菜和甘蓝不适用于修复土壤的重金属污染，也不适合在重金属污染土壤中作为食品产出植物。安玲瑶的研究排除了青菜和甘蓝的土壤修复作用，为修复重金属污染土壤、产出可安全食用的农作物提供了研究思路。

3.3 增加土壤腐殖质和微生物，提升土壤养分

间作有多种目的，有些在于吸附重金属，修复污染土壤；有些是为提升种植空间利用率，有些是为增加土壤肥力，改变土壤性质。万家悦等研究探讨了不同磷水平下，玉米/大豆间作根际土壤无机磷组分、土壤有效磷含量及作物磷吸收的差异，明确了土壤无机磷组分、土壤有效磷与作物磷吸收之间的相互关系。乔月静[6]等在《燕麦与豆科作物间作对土壤酶活和微生物量的影响》中提出，间作模式下，土壤的细菌数量明显比单作高，而真菌情况则相反，此外，细菌的数量与土壤酶活相关性更高。与单作相比，燕麦/大豆间作、燕麦/豌豆间作的优势明显，土地当量比（LER）分别为1.43和1.51。乔月静等得出的结论是燕麦与豆科作物间作在不施肥的条件下，能显著提高土壤的酶活性，使土壤转为健康的“细菌型”土壤，对于改善土壤微生态环境有明显效果，且燕麦和豌豆间作优势明显。

4 结语

我国农业间作历史悠久，间作的益处众多。本文主要阐释了间作分类和间作对土壤酶活性和养分的益处，说明了间作未来的发展前景。同时，由于科技水平的限制，我国具体的间作模式仍值得进一步探索。工业发展的大背景下，土地资源越来越紧张，农业间作只是提高土地利用率的其中一种方法，未来如何解决人地矛盾仍需要科技相关人员的进一步探索。