間作黃豆、花生對核桃幼苗及土壤化學性質的影響

劉 凱，李津津，趙星哲，王 芳，王紅霞，張俊佩，馬慶國，張志華

（1.河北農業大學 園藝學院，河北 保定 071001；2. 河北農業大學 山區研究所/河北省山區農業工程技術研究中心/國家北方山區農業工程技術研究中心，河北 保定 071001；3. 中國林業科學研究院 林業研究所/國家林業和草原局 林木培育重點實驗室 北京 100091）

核桃(Juglans regiaL.)，又名胡桃，為胡桃科胡桃屬的落葉喬木，分布和栽培遍及世界多個國家和地區，是重要的用材樹種、生態樹種、經濟樹種和生物能源樹種，其堅果由硬殼和種仁組成，具有較高的營養價值和保健功能［1］。

核桃屬于高大喬木，當進行實生播種時，砧木、嫁接到結果至少需要3 年的時間，在此時間內，核桃園一直處于入不敷出的狀態。而最近幾年農林間作已經成為熱點，在太行山區也頗為流行，并取得了很大的經濟效益。農林間作可以提高林地利用效率，改善土壤理化性質［2-3］。間作模式下林木與農作物存在著緊密的關系，相互影響，有促進，也有抑制［4-5］。已有核桃-綠豆間作、核桃-小麥間作等研究，結果表明：間作綠豆改善了核桃苗的生長環境，有益于增加核桃苗的根系吸收面積、水分運輸以及光合代謝;間作小麥相比相應單作模式有較高土地利用效率［6-8］。已有對核桃間作后光合作用及特性、對間作后根系運動方向等的研究［9-12］，也有研究指出，豆科作物通過生物固定的氮肥比化學氮肥效果好［13-14］等。

核桃間作相關的研究有很多，但是很少有對間作后土壤理化性質及核桃直播幼苗生長的影響。因此，本研究以改善土壤肥力、提高經濟效益為目的，以河北省順平縣大悲鄉山區當年播種核桃園為對象，將間作花生、間作黃豆與無間作核桃園作對比，通過田間調查與實驗室檢測方法，對間作后核桃幼苗生長特征與間作后土壤理化性質變化進行分析，對間作模式與土壤理化性質關系，間作模式與核桃幼苗生長之間關系做出綜合評價，為山區核桃的農林間作提供生產指導建議。

1 材料與方法

1.1 試驗園情況

該試驗時間是2017 年3—9 月；試驗田位于保定市大悲鄉富有村（114.91°E，38.94°N），屬于太行山東麓淺山丘陵地區，海拔高程一般在500 m 以上。順平縣屬暖溫帶半干旱季風區大陸性氣候，四季分明，春旱多風，夏熱多雨，秋高氣爽，冬寒少雪。其年平均氣溫12.2 ℃，最熱月為7 月，月平均氣溫為26.5 ℃；最冷月為1 月，平均氣溫-4.5 ℃。年平均降水量為578 mm，大于0 ℃期間的降水量為554 mm，占全年總量的96%，大于10 ℃期間的降水量為528 mm，占全年總量的91%。

1.2 試驗材料與方法

核桃播種處理：供試材料為贊皇縣2016 年采收種子，品種為‘贊美’。選擇成熟飽滿、果大殼薄的核桃去青皮，挑選果型一致、重量大致相同的同類種進行預處理，每組 36 粒，冷水浸泡，每天換1次水，浸種7 d（生產上浸種天數），使其吸水膨脹，待大部分種子吸水膨脹、隔膜變軟后，暴曬2 h，開口后即可播種。播種時間為2017 年3 月29 日，核桃栽植株行距為6 m×8 m，溝播，縫合線向上，深度為5 cm，播種后進行調查。

3 種間作模式：核桃—黃豆間作；核桃—花生間作；無間作做空白對照。各間作作物用種發芽率95%以上，對照為清耕的無間作核桃幼苗地塊。3種間作模式各占地300 m2，設3 個間作帶，距離幼苗0.5 m，待核桃播種發芽后種植間作作物黃豆和花生，灌溉方式為簡易噴灌，進行修剪、噴藥等常規管理，不進行施肥處理。

于間作物采收后測量統計核桃幼苗株高、干莖直徑、根長及葉片的生長特征數據，并且進行土壤采樣。葉片采樣方法為，3 種間作模式各隨機選取10 株核桃植株，采集植株東南西北4 個方向中部無病蟲害核桃葉片，進行葉片指標測量，取其均值。土壤采樣方法為，使用5 點采樣法隨機采集0 ～20和20 ～40 cm 2 個土層的土壤樣品，同一樣地混合取樣 2 kg，放于土盒內帶回實驗室進行處理以測定其各項數據。將土樣篩除雜質，混合均勻，采用四分法將土樣分成4 份，作為4 次重復，采用烘干法測量其含水率，后進行各指標含量測定，取其均值作為試驗數據，采用 Excel 和 SPSS 軟件進行數據分析。

土壤pH 值采用酸度計法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；全氮、全磷、鉀含量采用濃硫酸-高氯酸消煮，全氮含量采用連續流動分析儀測定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測定，全鉀用原子吸收分光光度計法測定，鈣和鎂用原子吸收分光光度計法測定，銅、鋅和錳用 AAS 法測定（錳在土樣烘干前測定），鐵用原子吸收光譜法測定［15］。

1.3 數據處理及分析

采用Microsoft Excel 2007 進行基本數據處理；SPSS 17.0 軟件進行顯著性、相關性與主成分分析。

2 結果與分析

2.1 間作對核桃幼苗生長特征的影響

由表1 可以看出間作黃豆、花生后，間作黃豆的核桃株高較對照增大顯著，增大了27.66%，間作花生的核桃株高減小，減小了16.88%，最高值與最低值相差 1.53 倍。間作黃豆與間作花生的核桃干莖都較對照增大顯著，間作黃豆的核桃干莖增大了49.84%，間作花生的核桃干莖增大了46.07%，且間作黃豆與間作黃豆的核桃干莖之間差異不顯著。間作花生的核桃主根較對照差異不顯著，間作黃豆的核桃主根較對照增長顯著。間作黃豆、間作花生的核桃幼苗葉綠素含量較對照都有減少，差異不顯著。間作黃豆的核桃復葉面積增大顯著，是對照的 1.83倍。3 種間作模式的核桃葉片長寬比差異不顯著。間作黃豆、間作花生的核桃葉片含水量顯著高于對照，但葉片鮮干物質比值顯著小于對照。數據表明間作黃豆、花生可增大核桃幼苗期植株相同時間內地上生長量。

表1 不同間作模式對核桃植株特性的影響Table 1 Effects of different intercropping patterns on plant characteristics of walnut

2.2 間作對核桃幼苗葉片礦質元素含量的影響

由表2 可以看出不同間作模式對核桃幼苗葉片的影響。間作黃豆的核桃幼苗葉片中氮元素含量降低，比對照降低了 18.02%，但間作花生的比對照增加了 24.01%，間作花生的核桃幼苗葉片中氮元素含量是間作黃豆中的含量的 1.54 倍。間作黃豆與間作花生的核桃幼苗葉片中全磷含量有顯著增加，間作黃豆的增加最顯著，增加了104.76%，間作花生的增加了 48.74%，間作黃豆的含量是間作花生的 1.37倍。間作黃豆與間作花生的核桃幼苗葉片中全鉀含量有顯著增加，間作花生的增加最顯著，增加了92.31%；間作黃豆的比對照增加了61.78%，間作花生的是間作黃豆的含量的 1.18 倍。間作黃豆幼苗葉片中鈣元素含量與對照沒有顯著差異，但間作花生的幼苗葉片鈣元素有增加，增加了 16.83%，增加顯著。間作黃豆的幼苗葉片中鎂元素含量與對照差異不顯著，間作花生鎂元素的含量最大，比對照增加了32.23%，是間作黃豆的含量的 1.32 倍。間作黃豆、間作花生的核桃幼苗葉片中鐵元素含量比對照都有降低，間作黃豆的降低最顯著，降低了46.14%，間作花生的含量降低了36.05%。間作黃豆、間作花生的核桃幼苗中銅元素含量都有降低，間作黃豆的降低了33.57%，間作花生的降低幅度較大，降低了44.52%。間作黃豆的核桃幼苗葉片中鋅元素含量比對照降低，降低了11.89%；間作花生的與對照差異不顯著。間作黃豆、間作花生的與對照幼苗葉片中鈉元素含量差異不顯著。間作黃豆、間作花生的核桃幼苗葉片中錳元素含量比對照降低，降低了 29%和 13.60%。數據表明間作黃豆、花生會影響核桃幼苗葉片營養元素含量。

表2 不同間作模式對核桃幼苗葉片營養元素含量的影響Table 2 Effects of different intercropping patterns on nutrient contents in leaves of walnut seedlings

2.3 不同間作模式對土壤化學性質的影響

由表3 可以看出間作后，間作黃豆、間作花生的 pH 顯著增大：在 0 ～20 cm 土層間作黃豆、間作花生的分別增加 0.37、0.60，在20 ～40 cm 土層間作黃豆、間作花生的分別增加 0.48、0.37。間作黃豆、間作花生的含水量顯著減少：在 0 ～20 cm土層間作黃豆、間作花生的分別減少 4.91%、2.82%，在 20 ～40 cm 土層間作黃豆、間作花生的分別減少4.03%、2.00%。間作黃豆的有機質含量比對照有增加，在 20 ～40 cm 土層增加最顯著，增加了 65%；間作花生的在 0 ～20 cm 土層有顯著增加，增加了16.75%；在 20 ～40 cm 中有減少，但差異不顯著，減少了 4.4%。數據分析表明，間作黃豆、花生對土壤化學性質產生了影響。

表3 不同間作模式對土壤化學性質的影響Table 3 Effects of different intercropping patterns on soil chemical properties

2.4 不同間作模式對土壤礦質元素含量的影響

由表4 可以看出間作以后土壤中礦物質元素變化。間作黃豆、間作花生的在 0 ～20 cm 土層全氮含量有顯著增加，間作花生的在 0 ～20 cm 中增加最顯著，增加了 64.40%；間作黃豆的增加不顯著，增加了 9.2%；在 20 ～40 cm 土層中，間作黃豆、間作花生的比對照有增加，間作黃豆的增加了 32.97%，間作花生的增加了 8.41%。間作黃豆、間作花生的全磷含量較對照有增加，且間作花生的增加顯著。間作花生的全鉀含量有顯著增加，0 ～20 cm 增加了 18.71%，20 ～40 cm 增加了 31.16%，可見間作花生對土壤 20 ～40 cm 影響較大，間作黃豆較對照差異不顯著。間作黃豆對土壤中鈣元素含量有顯著影響，0 ～20 cm 中增加了26.43%，20 ～40 cm增加了 116.54%，但間作花生對土壤中鈣元素影響不大，反而在 20 ～40 cm 中減少了 2.3%。間作黃豆、間作花生對土壤中鎂含量有顯著影響，間作黃豆的 0 ～20 cm 比對照減少了 58.00%，20 ～40 cm卻增加了 40.32%；間作花生的 0 ～20 cm 比對照增加了 16.45%，20 ～40 cm 中增加了 30.13%。間作黃豆、間作花生對土壤中鋅元素含量有顯著影響，間作黃豆的 0 ～20 cm 變化不大，20 ～40 cm 增加了 29.09%；間作花生的 0 ～20 cm 增加了 58.88%，20 ～40 cm 增加了 44.39%。間作黃豆、間作花生對土壤中鐵元素含量、銅元素含量與錳元素含量影響不大，沒有顯著差異。數據分析表明間作黃豆、花生能夠提高土壤特定礦物質含量。

表4 不同間作模式對土壤礦質元素含量的影響Table 4 Effects of different intercropping patterns on soil mineral elements

2.5 間作土壤因子與葉片營養物質相關性分析

由表5、6 可以看出土壤中各個因子與幼苗葉片中營養物質的相關性。

表5 間作土壤因子與葉片營養物質相關性分析Table 5 Correlation analysis of intercropping soil factors and leaf nutrients

pH 與含水量、全氮含量呈極顯著負相關，與有機質含量呈顯著正相關；與氮元素含量、鈣元素含量、鎂元素含呈極顯著正相關，與鋅元素含量呈顯著正相關。含水量與全氮呈極顯著正相關，與有機質呈顯著負相關；與鈣元素含量、鎂元素含量呈極顯著負相關。有機質含量與磷元素呈顯著負相關，與鎂元素呈極顯著正相關，與鋅元素呈顯著正相關。全氮與鉀元素呈極顯著正相關，與銅元素呈極顯著正相關，與鈣元素含量呈顯著負相關，與鐵元素含量呈顯著正相關。全磷與氮元素含量、鎂元素含量呈極顯著正相關，與鈣元素含量、鋅元素含量呈顯著正相關。土壤中鉀元素含量與葉片中磷元素含量呈極顯著負相關，與錳元素含量、鋅元素含量呈極顯著正相關。土壤中鈣元素含量與葉片中鎂元素呈極顯著正相關，與鈣元素含量、鋅元素含量呈顯著正相關。土壤中鎂元素含量與葉片中鉀元素、鈣元素、鎂元素含量呈極顯著正相關，與銅元素呈顯著正相關。土壤中鋅元素含量與磷元素呈極顯著負相關，與鋅元素呈極顯著正相關，與鎂元素、錳元素含量呈顯著正相關。以上數據可從土壤因子改良方面為生產中葉片營養物質調控提供指導意見。

表6 間作土壤營養元素與葉片營養元素相關性分析Table 6 Correlation analysis of intercropping soil nutrient elements and leaf nutrient elements

續表

2.7 主成分分析

通過軟件spss 17.0 對不同間作模式核桃幼苗生長各因子進行主成分分析，提取出2 個主成分，并計算各主成分的系數、特征值、貢獻率和累計貢獻率，見表7。

表7 各主成分的系數、特征值、貢獻率和累計貢獻率Table 7 Coefficient, eigenvalue, variance contribution rate and accumulated contribution rate of principal components

其中，第一主成分對總方差的貢獻率為76.541%，第二主成分對總方差的貢獻率為23.459%。對2 個主成分進行加權平均求得不同播種密度綜合得分評價。主成分的得分是相應的因子得分乘以相應的方差的算術平方根。將各指標的數據帶入主成分得分表達式中，分別計算出2 個主成分得分（F1、F2）。綜合得分以主成分的貢獻率對主成分得分進行加權平均，計算綜合得分并進行排序。由表8 可以看出，成分1 得分第一名的為核桃-黃豆間作，主成分2 得分排名第一位的為核桃-花生間作。通過加權得到綜合得分，綜合評價后間作黃豆得分最高，其次是花生，最后是不間作對照。因此，在核桃建園幼苗期間可以間作黃豆或者花生，改善土壤營養元素，為核桃幼苗生長提供一個營養豐富的生長環境，為提高其經濟效益打好基礎。

表8 間作模式主成分分析Table 8 Principal component analysis

3 結論與討論

本研究結果表明，核桃—黃豆間作與核桃—花生間作2 種間作模式皆可提高土壤中氮、磷、鉀、鈣、鎂、鋅等營養元素含量。結果顯示，間作播種方式對土壤營養元素含量增加有積極影響。張翠萍等［7］研究發現豆科作物在間作中有替代氮肥的作用，土壤中氮素含量的多少將直接影響根系的生理代謝和生長過程，并制約根系導水能力。且根系對水分吸收、運輸傳導能力的高低一定程度上決定植株水分狀況平衡，制約植物光合能力，影響核桃幼苗生長。本試驗與上述結論基本一致，間作黃豆增高了土壤的氮元素含量，且核桃幼苗主根長度較對照組大幅增長，但葉片中氮素及水分含量有所下降，因此間作豆科與植株葉片氮素及水分狀況的關系有待進一步研究。張皓等［9］研究中指出土壤的酸性太強會造成可溶性鐵、鋁增加，有效磷易被固定而降低其有效性。同時，酸性環境便于真菌類病原微生物的滋生繁衍，降低地力。試驗結果表明，2 種間作模式都使土壤pH 值顯著增大，使土壤更加優質，利于核桃幼苗生長。本試驗與王元研究一致，進行豆科作物間作，可以提高土壤中氮素養分，其成分也有顯著改善，有助于培肥地力［2］。吳榮蘭等［16-18］通過間種作物得出，間種能夠提高土壤肥力，增加土壤全氮、全磷和有效磷等養分含量，改變土壤的化學性質，本試驗結果與前述結論比較一致。土壤化學性質影響土壤肥力，山核桃林地土壤綜合肥力決定了土壤生產性能，二者的綜合指數呈極顯著的線性關系［19］,即間作模式有利于提高土壤肥力。核桃林地合理間種是非常必要的，有利于核桃林地土壤的可持續利用及增加農民收入［20］。

開展核桃林糧間作，改善土壤理化條件，提高核桃種植管理水平，可以在核桃幼苗期間增加經濟收入，促進核桃種植產業的發展。但在核桃林下間作栽培模式中，要堅持以核桃生長為主、間作物生長為輔的原則。在間作物選擇時既要考慮到利于核桃樹體生長、經濟價值高，又要兼顧與核桃樹體沒有共同的病蟲害、不影響核桃樹體的生長發育［21］。

本試驗研究了核桃—黃豆間作與核桃—花生間作2 種模式對核桃間作土壤化學性質及幼苗生長發育的影響。結果表明，與對照相比，核桃—黃豆間作與核桃—花生間作2 種間作模式皆可增大核桃幼苗期植株地上生長量，提高核桃幼苗葉片中氮、磷、鉀、鈣、鎂、鋅等營養元素含量，間作播種方式對核桃幼苗生長有積極影響，因此，在核桃建園初期，可以間作黃豆或花生，以改善核桃園區土壤營養狀況，促進幼苗良好生長，提高經濟生態效益。

本研究僅分析了核桃幼苗2 種間作模式對核桃幼苗生長發育及園區土壤化學性質，但是對核桃間作模式的具體生產操作指導，以及獲得更大的經濟效益等還需要進一步的研究。