苜蓿、绿豆与玉米间作对土壤养分的影响

张佳宁，杜 君，郭 孝

（1. 河南牧业经济学院，河南 郑州 450046；2. 河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002）

0 引言

间作是一种能够合理配置作物群体的种植模式，有利于作物高矮分层，改善作物的通风透光条件，提高光能利用率，充分发挥边际效应的增产作用［1］。长期以来，玉米与豆科作物间作很受重视，可改善土壤肥力，借助豆科作物根瘤菌的固氮作用，固定土壤中的游离氮，供植物吸收利用［2］。目前关于豆科与禾本科作物的间作研究较多，特别是以大豆与玉米间作、玉米与苜蓿间作等［3-5］。但春凤等［6］和刘忠宽等［7］研究发现玉米与紫花苜蓿间作可以显著提高土壤肥力、产量及经济效益。唐劲驰等［8］认为，玉米与大豆间作模式下玉米能从豆类作物的根际中获得部分氮，这种对氮竞争的结果，可刺激豆类作物的固氮作用。有关豆科作物与禾本科作物的间作研究，对大豆以外的其他豆科作物如绿豆与玉米间作模式研究较少，并且多集中在间作模式效应分析［9］。因此，为有效推动豆科与玉米间作模式，笔者以苜蓿/绿豆与玉米间作为研究对象，评价不同间作模式对土壤养分的影响，为豆科与玉米间作的生产实践和稳定优质饲草来源提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试土壤概况

试验在2021 年6 月—10 月于河南省许昌市建安区进行。该地区属北暖温带季风气候，热量资源丰富，雨量充沛，阳光充足，无霜期长，年降水量为579 mm，平均气温为27 ℃。供试土壤属壤质潮土，0 ～20 cm土壤的基本理化性质为：w（有机质）20.26 g/kg，w（全氮）0.99 g/kg，w（碱解氮）99.80 mg/kg，w（有效磷） 15.42 mg/kg，w（速效钾）129.42 mg/kg，pH为8.04。

1.2 试验设计

试验设5个处理，分别为玉米单作处理、苜蓿单作处理、苜蓿与玉米4:8间作处理、绿豆单作处理和绿豆与玉米4:8 间作处理。每个处理100 m2，每个处理3次重复。夏玉米种植密度为67 500株/hm2，绿豆和苜蓿为推荐用量。施肥量为N 210 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2；施肥方式为玉米五叶期开沟条施，一次性施肥，成熟期采样。玉米品种为浚单29，绿豆品种为毛绿一号，苜蓿品种为中苜一号。

1.3 测定指标

玉米成熟期采集0 ～20 cm 土壤样品，阴凉处风干，研磨过筛备用。测定方法［10］：用电极法测定pH；重铬酸钾容量法-外加热法测定土壤有机质；碱解扩散法测定碱解氮；NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定速效磷；NH4OAc浸提-火焰光度法测定速效钾。

1.4 数据分析与处理

文中数据为3 次重复的平均值，使用DPS7.05软件处理数据，采用Duncan 新复极差法比较不同处理间各种指标之间的差异。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤有机质的影响

各处理对土壤有机质含量的影响见图1。从图1可以看出，与玉米单作相比，苜蓿单作和绿豆单作土壤有机质质量分数分别提高了6.51%和13.09%，其中绿豆单作达到了显著水平；苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作则差异不显著。与苜蓿单作相比，苜蓿与玉米间作土壤w（有机质）为23.78 g/kg，下降了6.29%，但差异未达到显著水平。与绿豆单作相比，绿豆与玉米间作土壤w（有机质）为23.03 g/kg，下降了14.56%，达到显著性差异。研究结果表明，豆科作物单作可以不同程度提高土壤有机质含量，豆科与玉米间作的土壤有机质含量与玉米单作相比变化不显著，绿豆单作和与玉米间作中土壤有机质含量的变幅较大。

图1 不同处理对土壤w（有机质）的影响

2.2 不同处理对土壤碱解氮的影响

各处理对土壤碱解氮含量的影响见图2。从图2 可以看出，与玉米单作相比，苜蓿单作和绿豆单作的土壤w（碱解氮）分别提高了28.51%和24.13%，其中苜蓿单作提高土壤碱解氮含量达到了显著水平，说明豆科作物可以有效提升土壤碱解氮，尤其是苜蓿效果更好；苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作的土壤碱解氮含量变化不显著。与豆科单作相比，苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作的土壤碱解氮显著下降，w（碱解氮）分别下降了23.88%和24.67%。研究结果表明，苜蓿单作和绿豆单作可以不同程度提高土壤碱解氮含量，其中苜蓿单作提升达到显著水平；豆科与玉米间作则不同程度降低土壤碱解氮含量，其中绿豆与玉米间作下降达到显著水平。

图2 不同处理对土壤w（碱解氮）的影响

2.3 不同处理对土壤有效磷的影响

各处理对土壤有效磷含量的影响见图3。从图3可以看出，与玉米单作相比，苜蓿单作和绿豆单作的土壤w（有效磷）分别提高了12.96%和6.95%，均未达到显著水平，说明豆科作物可以不同程度增加土壤有效磷，其中苜蓿效果更好；与玉米单作相比，苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作的土壤有效磷含量变化不显著。研究结果表明，单作和间作的土壤有效磷含量有所变化，但均未达到显著水平。

图3 不同处理对土壤w（有效磷）的影响

2.4 不同处理对土壤速效钾的影响

各处理对土壤速效钾含量的影响见图4。从图4可以看出，与玉米单作相比，苜蓿单作和绿豆单作的土壤w（速效钾）分别下降了23.90%和10.60%，苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作的土壤w（速效钾）分别提升了40.94%和34.92%，其中苜蓿在单作和间作中的变幅大于绿豆。与豆科单作相比，苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作均可显著提升土壤速效钾含量。研究结果表明，苜蓿单作和绿豆单作可以不同程度降低土壤速效钾含量，豆科与玉米间作则不同程度增加土壤速效钾含量。

图4 不同处理对土壤w（速效钾）的影响

2.5 不同处理对土壤pH的影响

不同处理对土壤pH的影响见图5。从图5可以看出，与玉米单作的土壤pH 相比，苜蓿单作土壤pH下降0.43%，绿豆单作土壤pH上升2.68%，苜蓿与玉米间作土壤pH上升1.62%，绿豆与玉米间作土壤pH上升0.64%，但均未达到显著性差异。研究结果表明，豆科单作、豆科与玉米间作对土壤pH 变化影响不显著。

图5 不同处理对土壤pH影响

3 讨论

3.1 间作模式对土壤有机质的影响

已有研究结果表明，合理的间作可以改善土壤质量，提高土壤养分持续供应能力［11-12］。土壤有机质是土壤质量的指示性指标之一。但春凤等［6］研究结果表明玉米和紫花苜蓿间作模式下的土壤有机质大致高于单作紫花苜蓿。柳欣茹［13］的研究结果也表明间作能显著提高土壤有机质，其中玉米/蚕豆、玉米与大豆间作较相应单作的土壤w（有机质）分别增加10.3%和16.2%。本研究结果表明，与玉米单作相比，苜蓿单作和绿豆单作土壤w（有机质）提高了6.51%和13.09%，苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作的土壤有机质含量则差异不显著，本研究结果与前任的研究结果有相似性和不一致性。原因可能是，与豆科单作相比，由于凋落物、根际微生物和作物根系发达程度等差异，引起了间作系统内的资源高效利用，从而提高间作模式的吸收效率和养分利用率，促进玉米生育周期内土壤有机质矿化，导致间作模式下土壤有机质有所降低［14］。

3.2 间作模式对土壤碱解氮的影响

土壤氮素是植物吸收利用的主要氮源，研究表明豆科作物可以利用自身根瘤菌等的固氮能力，有效固定氮素，提高土壤氮素含量［15］。本研究表明，与玉米单作相比，苜蓿单作和绿豆单作土壤w（碱解氮）提高28.51%和24.13%，与马超然等［16］的研究结果保持一致。与苜蓿单作和绿豆单作相比，苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作土壤w（碱解氮）则显著降低了23.88%和24.67%，这可能是由于玉米是吸肥强、需肥大的农作物［16］，在间作系统中，由于禾本科和豆科作物形态结构差异，在一定程度上抑制了豆科作物的固氮能力，导致间作模式土壤碱解氮显著低于豆科单作土壤碱解氮［17］；与玉米单作相比，豆科与玉米间作则不同程度降低土壤碱解氮含量，其中绿豆与玉米间作下降达到显著水平。

3.3 间作模式对土壤有效磷的影响

WANG X C等［18］和王家豪［19］研究认为豆科和玉米间作可以增加磷素有效性，苜蓿与玉米间作可以提高土壤全磷和有效磷含量。本研究发现与玉米单作相比，苜蓿单作和绿豆单作的土壤w（有效磷）分别提高了12.96%和6.95%，但差异不显著，说明豆科作物可以不同程度增加土壤有效磷，其中苜蓿效果更好，这可能是由于苜蓿根系分泌物可提高土壤难溶性磷的有效性，根瘤菌固氮作用也可产生铵态氮，进一步增加根系分泌物，提高磷素有效性。王家豪［19］研究表明与紫花苜蓿单作相比，苜蓿与玉米间作降低了土壤全磷和有效磷含量；本研究发现，与苜蓿单作和绿豆单作相比，玉米单作、苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作的土壤有效磷含量均有不同程度降低，但未达到显著水平。

3.4 间作模式对土壤速效钾的影响

关于土壤速效钾，有研究结果认为间作有利于作物吸收并利用钾素，也有研究表明苜蓿与玉米间作体系下，作物之间对于钾素竞争不显著，土壤全钾和速效钾含量变化不同［6］。本研究发现与玉米单作相比，苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作的土壤w（速效钾）下降了23.90%和10.60%，变化不显著；但与豆科单作相比，苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作土壤w（速效钾）显著提高了40.94%和34.92%。这可能是由于间作系统中作物养分吸收存在竞争性［11］，玉米为间作系统中优势作物，豆科为劣势作物，引起间作系统有效养分差异。综合相关研究［20-21］，目前间作对于钾素吸收利用和土壤钾素含量影响有待于进一步研究和探索。

4 结论

本研究结果表明，与玉米单作相比，苜蓿单作和绿豆单作可以不同程度提高土壤有机质、碱解氮和有效磷，其中绿豆单作土壤w（有机质）显著提高了13.09%，苜蓿单作土壤w（碱解氮）显著提高了28.51%；苜蓿单作和绿豆单作土壤w（速效钾）则分别降低了23.90%和10.60%。与玉米单作相比，豆科与玉米间作模式下，土壤有机质、碱解氮和有效磷含量不同程度降低，但不显著；而苜蓿与玉米间作和绿豆与玉米间作的土壤w（速效钾）分别显著提高了40.94%和34.92%。与豆科作物单作相比，豆科与玉米间作不同程度降低了土壤有机质、碱解氮和有效磷含量，显著增加土壤速效钾含量。单作或间作对土壤pH影响不显著。