甘蔗花生间作体系中红壤地根际pH值与有效磷含量的关系

秦昌鲜，彭 崇，郭 强，马文清，陈海生，唐利球，莫周美，覃潇敏

（广西南亚热带农业科学研究所，广西 崇左 532415）

0 引言

磷是植物生长发育必需的大量营养元素之一，参与植物体内的光合作用、呼吸作用、能量代谢、糖代谢反应及信号转导等许多生理生化过程，对植物的生长有着至关重要的作用，是限制作物产量提高的重要因子之一［1-4］。然而，磷在土壤中扩散速率低，移动性差，且极易被土壤固定，导致磷在土壤中的有效性大大降低［5-7］。特别是在我国南方酸性红壤中，土壤中活性铁、铝含量较高，可溶性磷极易与铁、铝相结合转化为难溶态磷而被固定，其有效磷含量相对较低，从而使得能被植物吸收利用的有效磷较低［8-10］。因此，对南方酸性红壤磷的高效利用已成为当今国内外植物营养学研究的热点之一。

间套作是我国精耕细作传统农业的精髓，不仅可以明显提高水分、养分资源的利用效率［11-12］，提高作物产量［13-14］，而且也能增加农田生物多样性［15-16］，明显控制病虫害［17-18］等。已有研究表明，玉米/蚕豆［19］、小麦/蚕豆［20］、小麦/大豆［21］等间作体系均能提高根际土壤速效磷的含量及作物磷的吸收利用，这主要是由于在豆科/禾本科间作体系中，豆科作物固氮过程中释放H+或者根际分泌有机酸都会导致根际土壤酸化，活化利用土壤中难溶性磷，提高作物对磷的吸收［22-23］。

甘蔗是我国乃至世界最重要的糖料及能源作物，也是广西的主要经济作物之一［24］。目前，关于甘蔗与不同作物间作能提高作物产量质量［25］、土壤微生物多样性［26］以及控制病害［27］等方面的研究已有不少报道。但是，关于甘蔗/豆科作物间作体系对红壤地区根际土壤速效磷含量的影响及其与根际pH值的相互关系的研究相对较少。因此，本试验通过研究甘蔗/花生间作体系不同生育期作物根际土壤磷有效性以及根际土壤pH值的动态变化，探讨甘蔗花生间作体系根际pH值与红壤有效磷含量的相互关系，以期为利用农作物的多样性种植提高红壤磷有效性和养分资源的高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2016年10月在广西南亚热带农业科学研究所甘蔗示范基地进行，该区属典型的南亚热带季风气候，海拔125m左右，年平均温度22℃以上，年降雨量1273.6mm以上。土壤为酸性红壤，土层深厚，地势平坦，排灌良好，是甘蔗较适宜的生长的地区，其土壤农化性状为pH5.53，有机质12.44g·kg-1，碱解氮100.5mg·kg-1，速效磷15.6mg·kg-1，速效钾125.5mg·kg-1。

供试作物品种：甘蔗（桂糖46号）；花生（当地农民主栽品种），是广西区的主栽品种。

供试肥料为：尿素、普通过磷酸钙、复合肥（N：P：K=15：15：15）。

1.2 试验设计

间试验采用随机区组排列，设甘蔗单作、花生单作和甘蔗/花生间作3种种植模式，每个处理重复3次，共9个小区（小区面积6m×5m）。甘蔗花生间作规格采用 2：2型种植（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，带状种植。

试验于 2016年 1月10日开始整地，1月14日种植甘蔗，2月20日播种花生。播前施基肥复合肥（N：P：K=15：15：15）750kg/hm2，磷肥450kg/hm2；5月15日培土施肥施复合肥（N：P：K=15：15：15）750kg/hm2，尿素450kg/hm2。田间采用常规管理。花生于7月10日收获，甘蔗于11月20日收获。

1.3 样品的采集

按甘蔗、花生生育期取样，苗期、分蘖期/开花期、伸长期/结荚期和成熟期分别进行4次采样，先将植株根系从土壤中整体挖出，采用抖土法抖掉与根系松散结合的土，然后将与根系紧密结合的土壤刷下来作为根际土样品。单作处理每个小区随机取作物4株，间作处理每个小区两种作物随机分别取4株，先把每种作物的根际土壤混合为1个样品，再将两种作物根际土壤混合为1个样品，并过1mm筛，用于测定土壤有效磷含量及pH值。

植株用水清洗干净，然后称其鲜重，再放入110℃烘箱杀青30min，接着调至75℃烘至恒重，再将植株样粉碎，过1mm筛，备测。

1.4 测定方法

土壤有效磷采用0.5mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定含量；植株磷采用H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法测定含量；pH值采用电位法测定［28］。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2016进行数据整理、作图；用SPSS19.0软件对数据进行方差分析（LSD法）及Pearson相关性分析，显著性水平设定为α=0.05。图表数据为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 甘蔗花生间作对不同生育期地上部磷吸收量的影响

由图1和图2可以看出，不同种植方式下作物（甘蔗、花生）地上部磷吸收量均呈先增加后降低的趋势，甘蔗花生间作对甘蔗地上部磷的吸收具有明显的促进作用，如图1所示，而对在生长旺盛期的花生也有显著的间作促进效应，如图2所示，甘蔗地上部磷的吸收量明显大于花生。与单作处理相比，间作甘蔗地上部磷的吸收量在苗期、分蘖期、伸长期及成熟期分别显著提高了38.60%、30.24%、21.51%和13.01%，其中以甘蔗生长前中期的增幅最为明显；间作花生地上部磷的吸收量在开花期、结荚期也分别显著增加了30.23%、31.31%，而在苗期、成熟期相对较低但差异不显著。

图1 不同生育期地上部磷吸收量的动态变化（一）

图2 不同生育期地上部磷吸收量的动态变化（二）

2.2 甘蔗花生间作对不同生育期根际土壤有效磷含量的影响

图3 不同生育期土壤有效磷的动态变化（一）

图4 不同生育期土壤有效磷的动态变化（二）

如图3和图4所示，甘蔗花生间作对生长中后期作物（甘蔗、花生）根际土壤有效磷含量亦呈现较明显的促进效应，呈先增加后降低的趋势，在甘蔗伸长期及花生开花期根际土壤有效磷含量最高，以甘蔗的明显高于花生的。与单作处理相比，间作甘蔗根际土壤有效磷的吸收量在分蘖期、伸长期及成熟期分别显著增加了51.39%、84.87%、87.62%，如图3所示；间作花生地上部磷的吸收量在开花期、结荚期及成熟期也分别显著提高了23.04%、19.83%、28.50%，如图4所示，其中生长前中期的增幅较为明显。

2.3 甘蔗花生间作对不同生育期根际pH值的影响

从图5和图6可以看出，甘蔗花生间作对不同生育期作物根际pH值均具有降低作用，尤其是在作物生长旺盛期时的效应最为显著，即甘蔗在伸长期及花生在开花期根际pH值最低。与单作处理相比，间作甘蔗根际pH值在分蘖期、伸长期及成熟期分别降低了0.16、0.21及0.12个单位，如图5所示；间作花生根际pH值在开花期、结荚期及成熟期亦分别降低了0.18、0.13及0.11个单位，如图6所示，均在生长中期下降的增幅最大。

2.4 根际土壤有效磷含量与pH值的关系

土壤的pH值会影响土壤养分的有效性，尤其是影响土壤对磷的吸附固定。如图7所示，通过对根际土壤有效磷含量与pH值进行相关分析，结果表明在单作和间作两种种植模式下，作物（甘蔗、花生）根际土壤有效磷含量与pH值均具有显著的负相关关系，即作物根际有效磷含量随根际土壤pH值的降低而增加，其中在间作种植条件下两者间的负相关关系更为显著。显然，甘蔗根际土壤有效磷含量与pH值之间的相关系数大于花生的。

3 讨论

图5 不同生育期根际pH值的动态变化（一）

图6 不同生育期根际pH值的动态变化（二）

图7 不同种植模式根际有效磷和pH值的相关分析

磷是仅次于氮的第二大限制作物生长的元素，对作物的生长发育有着至关重要的作用，而磷在土壤中极易被固定，有效性很低，导致大量的磷在土壤中积累。因此，如何通过适宜的调控手段提高土壤中磷的有效性及利用率成为当前国内外的研究热点。其中，间套作作为中国传统精耕细作农业的精髓之一，具有提高光、水和养分等资源利用的效应。Li等［19］研究表明，与单作处理相比，玉米和蚕豆间作能提高了根际土壤有效磷含量。王宇蕴等［29］研究亦发现，小麦与蚕豆间作后根际土壤有效磷含量均高于单作处理。本试验发现甘蔗花生间作后，根际土壤有效磷含量显著高于单作处理，这可能是因为间作促进了作物根系分泌物的释放，有利于活化了土壤中存在的难容态的磷［30］。

在甘蔗花生间作体系中，间作处理的甘蔗和花生根际土壤pH值均低于单作处理，尤其是在作物生长旺盛期时的效应最为显著，这可能是因为两种不同的作物间作之后，由于根系的相互作用，诱导根系H+、OH-的分泌发生了变化，进而导致根际土壤pH值与单作作物的不同。Li等［31］研究发现，与单作处理相比，菜豆与硬小麦间作可以显著降低作物根际土壤pH值。张德闪等［32］研究亦发现，在小麦蚕豆间作体系中，间作小麦根际土壤pH值显著低于单作小麦。

在本试验中，无论在单作还是间作条件下，作物（甘蔗、花生）根际土壤有效磷含量与根际pH值均呈显著的负相关关系，即根际pH值降低，根际土壤磷的有效性增加，但是在间作种植条件下两者间的负相关关系更为显著，说明多样性种植模式会改变作物根际土壤的酸碱性，从而改变根际土壤磷的有效性，影响作物对磷的吸收。小麦与鹰嘴豆间作种植后，小麦根际土壤pH值下降，有利于小麦对磷素的吸收利用［33］。同样地，玉米与蚕豆间作种植后，由于根际土壤的酸化促进了土壤磷有效性的增加，提高了间作体系作物磷的吸收利用［34］。本研究亦发现，与单作处理相比，甘蔗/花生间作能显著提高作物地上部的磷含量，尤其在生长旺盛期效应更为显著，这可能与本试验中间作降低根际土壤的pH值，活化了根际难利用态磷，增加根际土壤磷有效性，进而促进作物磷的吸收有关。然而，甘蔗/花生间作体系中低分子量有机酸、酸性磷酸酶、根系形态、微生物活动等根际过程也是提高根际磷有效性的主要机制，其效应还有待进一步深入研究。

4 结论

本研究发现，与单作处理相比，甘蔗/花生间作显著提高了作物根际土壤有效磷含量，而降低了根际土壤pH值。相关分析结果显示，甘蔗和花生根际土壤有效磷含量与根际pH值之间存在着显著的负相关关系。综上结果说明，甘蔗/花生间作体系能显著提高作物地上部磷的吸收，可能与间作作物根际土壤的酸化促进土壤磷有效性的增加有密切关系。