成龄胶园间作不同豆科作物对土壤养分的影响

李娟++林位夫++周立军++郑定华++陈俊明++黄坚雄++潘剑

摘 要 以间作胶园的土壤为材料，以单作胶园土壤为对照，采用土壤常规分析方法分别测定其中的主要营养成分。结果表明，间作的9种豆科作物均不同程度的降低了胶园土壤的有机质、全氮（除间作凉薯和黎豆的土壤全氮含量略高于不间作土壤外）、全磷、速效磷含量及pH值，不同程度的增加了铵态氮、硝态氮、全钾及速效钾含量。说明成龄胶园间作豆科作物能改善土壤的硝态氮、铵态氮、全钾及速效钾含量，短时期内提高了土壤的供氮、供钾能力，但降低了土壤磷含量和土壤磷的供应能力。由此可见，在成龄胶园内进行间作，必须加强作物施肥，以实现土壤养分的收支平衡，维护土壤功能、保护土壤质量。

关键词 土壤 ；养分 ；胶园间作 ；豆科作物

分类号 S158.1

橡胶树（Hevea brasiliensis）原产于巴西亚马逊河流域的热带丛林，其生产的天然橡胶与钢铁、煤矿、石油并列称为世界四大重要工业原料。它既是事关国计民生和国防安全的重要战略物资，也是推进我国热区社会主义新农村建设的重要资源，是我国热带地区的主要经济树种。橡胶树1904年引种到中国，1951年8月起大规模种植。目前，中国植胶面积已达100万hm2[1]。

胶园间作通过利用主间作物间的生态互补功能，成为胶园防治水土流失、充分利用水肥光热资源、提高系统生产力的重要生产方式。同时，间作在提高橡胶园产出率、胶园抗灾稳产能力，充分利用有限土地资源和解决富余劳动力就业等方面中发挥着重要作用[2-8]。

胶园间作国外始于上世纪初[9-10]，在50 年代后发展较快[11-12]。国内自上世纪50年代迅速发展，至80年代中期，胶园间作生产在规模、技术和经济效益上都达到空前水平[13-14]。

不同间作物之间生理生化特征千差万别，对养分的需求量、形态、种类及养分的需求时期也各不相同。养分供应不足时，必然会导致过度竞争利用土壤中的养分，造成土壤养分耗竭、地力衰退。有研究表明，林农间作后降低了土壤养分含量[15-16]。也有相反的结果，间作增加了土壤养分含量[17-18]。这些研究结果表明，不同种类的树林，间作不同种类的作物，对土壤养分的影响均不相同。

因此，要充分了解胶园不同作物的间种优势，实现种间养分低竞争吸收，平衡养分利用状况，提高肥料利用率，达到培肥土壤、增加产量的目的，就有必要探讨不同成龄胶园间作模式土壤养分含量变化情况，了解其养分需求状况。有研究表明豆科作物在遮阴条件下其固氮能力降低了[19-21]，而成龄胶园具有一定的荫蔽度，间作豆科作物，能否加强对成龄胶园土壤氮的竞争作用？本文探讨成龄胶园不同结实部位的豆科作物对土壤养分的影响，为成龄胶园合理间作和土壤培肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在中国热带农业科学院橡胶研究所二队成龄胶园进行，该胶园于2000年定植，品种为8-79，株行距为3 m×7 m，2006年开割，试验当年为第6割龄。供试土壤耕层0～20 cm，土壤含有机质13.0 g/kg，全氮 0.76 g/kg，全磷 0.43 g/kg，全钾 40.8 g/kg，速效磷 18.9 mg/kg，速效钾 24.9 mg/kg，硝态氮 6.8 mg/kg，铵态氮19.4 mg/kg，pH 4.7。供试豆科分别为：地上部结果实的赤豆、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、大翼豆；地下结果实的花生、平托花生、凉薯。

试验设10个处理：处理1为对照，单作胶园，不种作物，处理2至处理10为间作胶园处理，分别种植：花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆。基肥使用有机肥，每穴250 g，有机肥全氮 6.62 g/kg，全磷6.37 g/kg，全钾13.22 g/kg。

试验时隔一胶行种植一行，种植胶行的肥坑填平，整行种植，离橡胶树2 m远的地方开始种植，小区宽3 m，长10 m，小区面积30 m2，小区之间的间隔距离为3 m，共计30个试验小区，小区随机排列，每个处理重复3次。种植密度：花生为20 cm × 40 cm；赤豆、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆均为13 cm × 40 cm；平托花生为20 cm × 30 cm；大翼豆为20 cm × 40 cm；凉薯为30 cm × 50 cm。

1.2 采样与样品测定

分别于种植前（2012年6月下旬）和收获后（2013年1月下旬）采集作为对照的单作胶园土壤和各间作小区的土壤样品。为了保证土壤样品的代表性，采用多点采集混合样品，以“S”型采样法在采样单元随机选取6～15个取样点得到混合样，取样时避开施肥区。设置3个采样重复，在各点上取0～20 cm 的土壤样品，现场均匀混合后采用四分法弃去多余土壤，保留1 kg 土壤装于塑料袋中，贴好标签，带回实验室。将取回的土样摊放在铺有洁净报纸的台面上，剔除石块残根等杂物，让其自然风干，磨碎并过0.1 mm的尼龙筛，保存在密封塑料袋中供分析测定用。

土壤分析方法[22]：有机质-重铬酸钾外加热法；全氮-硫酸重铬酸钾消化，半微量定氮法；全磷-氢氧化钠碱熔，钼锑抗比色法；全钾-氢氧化钠碱熔，火焰光度法测定；硝态氮、铵态氮-流动分析仪法测定；速效磷-NH4F-HCl法；速效钾-乙酸铵浸提，火焰光度法测定；pH值-水土比为1∶5，便携式pH仪测定。

1.3 数据分析

使用SPSS 17.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 间作不同豆科作物对土壤有机质及氮素的影响

土壤有机质的含量与土壤肥力水平是密切相关的。虽然有机质仅占土壤总量的很小一部分，但它在土壤肥力上的作用却是显著的。通常在其他条件相同或相近的情况下，在一定含量范围内，有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关。结果表明（表1）：仅间作花生的土壤有机质含量显著低于不间作的土壤（P<0.05），其他间作物的土壤有机质含量也比不间作的土壤低，但是差异不显著（P>0.05）。不同间作物之间，除了间种花生的土壤有机质含量显著低于其他间作外，其余间作物的土壤有机质含量差异显著。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤有机质含量较不间作土壤分别降低了14.30%、1.00%、7.04%、9.03%、9.17%、3.70%、7.97%、5.41%、10.74%，说明成龄胶园间作豆科作物降低了土壤肥力。

全氮量通常用于衡量土壤氮素的基础肥力。间作黄豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤全氮含量显著低于不间作的土壤（P<0.05），其他间作物的土壤全氮含量与不间作的土壤差异不显著（P>0.05），间作凉薯和黎豆的土壤略高于不间作土壤，其他间作物的土壤略低于不间作的土壤。不同间作物之间，花生、平托花生、黑豆、黄豆、赤豆之间土壤中全氮含量差异显著，凉薯和黎豆则显著高于其他间作物，而扁豆和大翼豆则显著低于其他间作物。间作花生、平托花生、黑豆、黄豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤全氮含量较不间作土壤分别降低了4.41%、5.88%、5.88%、8.82%、17.65%、7.35%、36.76%。间作凉薯和黎豆的土壤全氮含量较不间作土壤分别增加了1.47%、4.41%，说明成龄胶园间作花生、平托花生、黑豆、黄豆、扁豆、赤豆、大翼豆等作物降低了土壤氮素的基础肥力，而间作凉薯和黎豆则增加了土壤氮素的基础肥力。

土壤的硝态氮与铵态氮属于有效氮，它能反映土壤近期内氮素供应情况，与作物生长关系密切。

间作物的土壤铵态氮含量均显著高于不间作的土壤（P<0.05）。不同间作物之间，间作花生的土壤铵态氮含量显著>平托花生（显著）>大翼豆>黄豆>黎豆>扁豆>黑豆=赤豆>凉薯。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤铵态氮含量较不间作土壤分别增加了332.39%、239.2%、73.30%、100.57%、146.59%、130.97%、104.55%、100.57%、179.26%。

间作物的土壤硝态氮含量均显著高于不间作的土壤（P<0.05）。不同间作物之间，间作花生的土壤硝态氮含量（显著）>大翼豆>黎豆>扁豆>平托花生>赤豆>黄豆>黑豆>凉薯。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤硝态氮含量较不间作土壤分别增加了132.78%、46.03%、16.67%、27.70%、42.06%、56.59%、49.76%、43.10%、62.86%。说明间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆后，土壤短期内土壤的供氮能力增强。

2.2 间作不同豆科作物对土壤磷素的影响

土壤全磷量即磷的总贮量，土壤有效磷是土壤磷素养分供应水平高低的指标。土壤全磷的测定结果显示（表1）：间作凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆与大翼豆的土壤全磷含量均显著低于不间作土壤（P<0.05），而间作花生和平托花生的全磷含量与不间作土壤差异不显著（P>0.05）。不同间作物之间，间作花生的土壤全磷含量=平托花生>大翼豆>黄豆>黎豆=凉薯=赤豆>黑豆>扁豆。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤全磷含量较不间作土壤分别降低了5.88%、5.88%、26.47%、29.41%、17.65%、26.47%、38.24%、26.47%、11.76%。

间作平托花生、凉薯、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤速效磷含量均显著低于不间作的土壤（P<0.05），花生和黑豆的土壤速效磷含量也低于不间作的土壤，但差异不显著（P>0.05）。不同间作物之间，间作黑豆的土壤速效磷含量>花生（显著）>黎豆>黄豆（显著）>大翼豆（显著）>扁豆（显著）>平托花生>赤豆>凉薯。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤速效磷含量较不间作土壤分别降低了4.01%、81.72%、85.31%、3.05%、34.04%、32.99%、76.44%、83.77%、63.44%。说明间作豆科作物后土壤磷的贮量和磷的供应能力降低。

2.3 间作不同豆科作物对土壤钾素的影响

土壤钾素的贮量状况一般通过土壤全钾含量高低反映。土壤速效钾是指易被作物吸收利用的钾，其含量高低是判断土壤钾素丰缺的重要指标。间作物的土壤全钾含量均高于不间作的土壤，但是差异不显著（P>0.05）。不同间作物之间，土壤全钾含量差异也不显著（P>0.05）。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤全钾含量较不间作土壤分别增加了4.97%、6.57%、5.67%、4.24%、4.58%、4.93%、6.62%、7.05%、1.25%。

间作物的土壤速效钾含量均显著高于不间作的土壤（P<0.05）。不同间作物之间，除赤豆和大翼豆土壤速效钾含量无差异外，其他间作物土壤中均存在显著差异，数值从大到小为：花生>平托花生>黑豆>凉薯>黎豆>黄豆>扁豆。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤速效钾含量较不间作土壤分别增加了244.28%、108.36%、62.16%、80.29%、27.15%、50.66%、16.88%、91.14%、84.15%。说明成龄胶园间作豆科作物后增加了土壤钾的贮量和供钾能力。可能原因是间作豆科作物后，土壤的pH降低，导致土壤中固定的钾释放出来了。

2.4 间作不同豆科作物对土壤pH值的影响

土壤酸碱度对土壤肥力及植物生长影响很大。土壤pH值的测定结果显示（表1）：间作物的土壤pH值均低于不间作的土壤，但是差异不显著（P>0.05）。不同间作物之间，除间作扁豆的土壤pH值显著低于其他间作外，其他间作物之间差异也不显著（P>0.05）。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆、扁豆、赤豆、大翼豆的土壤pH值较不间作土壤分别降低了4.42%、4.42%、4.21%、4.84%、1.26%、3.79%、8.00%、7.37%、6.74%。说明成龄胶园间作豆科作物后降低了土壤的pH值。

3 讨论与结论

本研究结果显示，成龄胶园间作豆科作物后有机质、全氮（除间作凉薯和黎豆的土壤全氮含量略高于不间作土壤外）、全磷、速效磷、pH均有不同程度的下降，有机质降低1.00%～14.30%，全氮降低4.41%～36.76%，全磷降低5.88%～38.24%，速效磷降低4.01%～85.31%，pH降低1.26%～8.00%。而间作后土壤中硝态氮和铵态氮、全钾、速效钾均不同程度的增加，硝态氮增加27.70%～132.78%，铵态氮增加73.30%～332.39%，全钾增加1.25%～7.05%，速效钾增加16.88%～244.28%。降低或增加的值依据作物不同而不同，并没有依据地上部结实和地下部结实的作物的规律而分。

土壤有机质、全氮含量降低原因可能是由于试验过程中没有及时施肥对土壤营养进行补充，间作后，主间作物的生长需要不断的从土壤中吸收各种养分，期间间作物的产量收获也带走了土壤中大量的养分。闫德仁等[17]研究表明，在杨树林间作豆科作物能增加土壤有机质含量。梁玉斯[15]研究表明，胶园间作后降低了土壤有机质、全氮含量。另有研究表明，在油茶林间作油菜、大豆、辣椒、红薯等作物，间作模式土壤中有机碳含量及营养元素含量普遍低于油茶单作模式（油茶-大豆间作模式例外，其N、K元素含量高于油茶单作模式）[16]。这些研究结果表明不同间作物对土壤养分的影响不一致，这种不一致可能还跟树林种类有关。尽管豆科作物具有固氮作用，但是本实验的结果发现，豆科作物还是与橡胶树竞争土壤中的养分，导致土壤有机质和全氮降低。这可能与成龄胶园具有一定的荫蔽度有关，遮阴条件下降低了豆科作物的固氮能力，导致豆科作物主要从土壤中吸收氮素。相关研究表明，遮阴能降低作物的固氮能力，比如玉米/豇豆间作，由于玉米对豇豆遮阴而抑制了豇豆结实期的潜在固氮能力[19-20]。Jensen[21]在大麦/豌豆间作中也有同样的发现，豌豆单作时的固氮能力比间作时高2.48倍，也可能是大麦对豌豆的遮阴引起的。

因此，在成龄胶园间作豆科作物的时候要及时补充养分，特别是土壤养分含量低的时候，否则就会耗竭土壤养分，减退地力。

本试验结果表明，间作土壤硝态氮、铵态氮含量显著高于不间作的土壤。原因可能有两点：第一，间作豆科不施肥，短期内能加快土壤有机质矿化，增加土壤中硝态氮和铵态氮含量，提高土壤供氮能力，为作物生长提供养分。这与闫德仁[23]在杨树林中间作豆科作物的结果一致，也表明间作后能提高土壤速效性氮含量；第二，豆科作物具有固氮能力，能利用大气中的氮素。不同树林中间作豆科作物都能提高土壤有效氮含量，更多的解释可能依赖于豆科作物有固氮能力的原因。有研究表明，在豆科/非豆科间作体系中，非豆科作物竞争吸收豆科作物根区的土壤氮和肥料氮，刺激豆科作物固氮活性，提高了间作豆科作物对大气氮的依赖程度[24-25]。豌豆、蚕豆、羽扇豆与大麦的间作中，豆科作物体内来自大气中的氮平均比单作时要增加10%～15%[26]。大麦/豌豆间作，大麦对土壤和肥料氮的竞争是豌豆的30倍，间作豌豆的吸氮量82%来源于大气，而单作豌豆仅有62%的氮来源于大气[27]。花生/旱稻间作能提高花生固氮效率，在225和300 kg/hm2氮素水平下，单作与间作花生固氮量分别为38.11%、40.97%和14.81%、20.49%[28]。生长条件会影响豆科植物的固氮能力，比如施肥能引起固氮能力的改变，施氮量增加，固氮能力降低[28-30]；遮阴也降低作物的固氮能力[19-21]。

土壤向植物提供磷素的能力并不直接决定于土壤中磷素的贮量，而是决定于磷素有效性的高低。由于土壤溶液中各营养元素的浓度均较低，它们被植物吸收以后，必须迅速地得到补充，方能使其在土壤溶液中的浓度即强度因素维持在一个必要的水平上。间作后导致土壤pH降低，随着土壤pH值的降低，磷的有效性也降低，加之，磷的移动性差，作物消耗带走的磷得不到及时的补充，导致土壤中全磷和有效磷均降低。赵其国[31]研究也表明，红壤对磷素有强大的固定能力，而且当pH 值低于6 时，其固定值随pH 值的下降而线性增大，使磷在土壤溶液中的浓度下降，有效性降。闫德仁等[23]在杨树林中间作豆科作物的结果也表明，间作后降低土壤磷含量。说明豆科作物生长消耗的磷素较大，间作豆科作物要适当多补充一些磷肥。

间作豆科作物前土壤中钾含量达到高肥力水平状态，意味着即使不施钾肥，间作豆科作物也能满足其生长需要。另外由于间作豆科后，土壤矿化能力加强，腐熟有机基肥也带进去一部分钾肥，导致土壤中全钾，特别是速效钾含量增加。吴志祥等[18]研究表明，幼龄胶园间种香蕉、葛藤均有提高胶园土壤速效钾含量的效应，但间种葛藤的效应没有间种香蕉明显。这些结果说明不同间作物、不同间作时间等因素对土壤全钾和速效钾的影响是不一致的。梁玉斯[15]研究表明，胶园间作后降低了土壤速效钾的含量。滕维超[16]研究发现，间作模式土壤中有机碳含量及营养元素含量普遍低于油茶单作模式（油茶-大豆间作模式例外，其N、K元素含量高于油茶单作模式）。说明间作的作物不同对土壤的钾含量影响也是不同的。

间作豆科作物后，土壤中pH值均降低，但差异基本不显著。间作花生、平托花生、凉薯、黑豆、黄豆、黎豆的土壤pH值下降后仍在适宜橡胶树生长的范围内（pH 4.5～5.5），间作扁豆、赤豆、大翼豆后土壤pH值下降后低于适应橡胶生长的pH值范围。吴志祥等[18]研究表明，幼龄胶园间种葛藤能提高胶园土壤pH值，而间种香蕉则降低土壤pH值。杨曾奖等[32-33]在胶园中间作砂仁后，土壤中pH值持平，而间作咖啡后，土壤中pH降低。孙增富等[34]在杨树林中间作间作留兰香、小麦和红薯后林地的pH 值分别比不间作的林地降低了0.12%、0.94% 和6.26%。这些结果说明不同间作物、不同间作时间等因素对土壤pH的影响是不一致的。

由上分析可知，在成龄胶园间作豆科作物能改善土壤的硝态氮和铵态氮含量，降低有机质、全氮、全磷、速效磷含量及 pH值，增加全钾和速效钾含量，不同豆科作物的增加或者降低的程度不一样，但是规律是一样的。间作物会带走部分土壤养分，如果不及时补充肥料就会耗竭土壤养分，降低地力。特别是比较贫瘠的土壤，间作过程中如果施肥不充足时，种间养分竞争更加严重，会加速土壤养分耗竭。因此在间作过程中，应该根据间作土地和间作物的实际情况，间作过程中适当、及时的补充肥料，来减少种间养分竞争，从而提高经济产量和效益，达到长期成功间作的目的。

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