花生玉米間作對土壤酶活性、養分及作物產量的影響

詹柳琪，郭陞垚，黃佳華，龍 安，陳劍洪

（泉州市農業科學研究所，福建 泉州 362212）

0 引言

【研究意義】間作套種是一種常見的農業耕作方式，通過集合光、水、肥、氣、熱等資源，引起土壤物理、化學和生物學性狀的變化，改善土壤養分及酶活性，從而提高養分利用效率，對作物生長有著積極促進作用，可提高農作物產量和經濟效益[1-3]?！厩叭搜芯窟M展】間作能夠使土壤的酶活性及養分得到改善[4-5]。在玉米與大豆間作體系中，間作根際土壤的有效性養分、酶活性均能明顯高于相應的單作[6]。劉均霞等[7-9]通過玉米-大豆進行間作，表明間作作物的土壤酶活性可顯著高于相應單作作物，根際土壤養分有效性在相同環境下高于單作。Tang等[10]通過甘蔗/花生間作試驗，發現間作能夠提高總氮、速效磷、總鉀、有機質、pH值和細菌含量，提高酸性磷酸酶活性。福建省人多地少，花生玉米間作是較為常見的種植栽培模式，兩作物之間通過地上植株部分和地下土壤部分兩種相互作用同時進行，地上植株部分主要是包括光熱環境相互競爭及補償作用，通過錯落高低層次，增加邊際效用，提高光合作用；地下部則是通過種間土壤根際競爭和促進作用，使二者間作取得生產優勢[11-14]。Inal等[15]研究結果表明，在花生玉米間作中，根際土壤的酸性磷酸酶活性和根系分泌的酸性磷酸酶顯著高于單作花生和玉米。研究表明[16-18]，花生玉米間作模式能夠改良土壤微生物、土壤養分狀況及土壤微生態環境，提高耕層土壤水分含量?！颈狙芯壳腥朦c】目前關于花生玉米研究主要是探討一個時期兩種作物之間的養分及活性，而對兩種間作作物不同生長期的養分及酶活性的研究較少?！緮M解決的關鍵問題】通過大田試驗，以花生玉米間作模式為基礎，測定不同生長期根際土壤的酶活性及養分，以期對花生玉米間作生產技術奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗地選在惠安縣莊上村坤德農場試驗地（25°08'N，118°81'E ）進行，該地屬于亞熱帶季風氣候，年均氣溫16～21 ℃，冬季盛行東北風，夏季盛行西南風。降水主要集中在春夏季，降水量約在1 000 mm，夏長冬短。試驗地土壤為砂壤土，堿解氮 45 mg·kg-1，有效磷34 mg·kg-1，速效鉀67.5 mg·kg-1，土壤pH值6.57。供試花生品種為泉花557，由泉州市農業科學研究所選育；玉米品種為雪甜7401，由福州金苗種業有限公司提供。

1.2 試驗設計

2021年3 月，選擇地力相對均一的田塊進行，共分為花生單作、玉米單作、花生玉米間作3種植模式?；ㄉ鷨巫?，采用0.8 m 包溝起畦，畦植2縱行，行距30 cm，穴距為16.5 cm，每穴種植2粒，折合288 000 株·hm-2；玉米單作，采用育苗移栽方式定距種植，行距30 cm，穴距為19.8 cm，折合160 000株·hm-2；花生玉米間作，采用6∶6的花生玉米行距配比進行間作帶狀種植，種植方式如圖1所示，種植方法、規格及密度同花生單作及玉米單作。每個處理重復3次，共9個小區，小區面積5 m×6 m，四周設置保護行，采用完全隨機區組排列。試驗肥料全部作為基肥施入，各處理均施用阿康復合肥[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O） =15∶15∶15]，每公頃施用375 kg，生育期內不追肥。其他栽培管理措施同當地大田生產，3種種植模式的管理方式一致。

圖1 花生玉米間作種植示意圖Fig.1 Schematic diagram of peanut/maize intercropping

1.3 取樣方法

在花生的4個生育期，包括花生苗期、開花下針期、結莢期及成熟期采樣，采用抖土法將兩種作物整個根系從土壤中挖出，并抖掉與根系相連松散大塊土壤，后將根系緊密的根表土壤刷下作為根際土樣。將田間取得的根際土樣帶回，挑出石塊和植物殘根等雜質，風干后過篩，進行土壤酶活性及養分測定。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 土壤酶活性測定 土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤酸性磷酸酶及土壤過氧化氫酶活性分別采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法、3,5-二硝基水楊酸比色法、磷酸苯二鈉比色法及高錳酸鉀滴定法進行測定[19]。

1.4.2 土壤養分測定 堿解氮含量用堿解擴散法測定；有效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用NH4OAc浸提火焰光度計測定；pH 值采用酸度計、電位法測定[20]。

1.4.3 產量測定 收獲期測產，花生產量待花生曬干后測定；玉米產量為鮮重。

1.5 數據統計分析

采用WPS Office 軟件進行數據整理，采用DPS 7.05進行數據統計分析，運用LSD法進行處理差異性分析。

2 結果與分析

2.1 花生玉米間作對土壤酶活性的影響

2.1.1 不同時期花生玉米間作對土壤脲酶活性影響 土壤脲酶是土壤中能酶促土中尿素水解成氨的酶，且與土壤肥力及有機質含量密切關系，可靈敏反映土壤肥力水平狀況，是土壤酶活性中重要的一部分[21]。由圖2可看出，從花生整個生育期來看，各個種植模式的土壤脲酶含量表現為先增加后下降的趨勢，在花生開花下針期，各個種植模式的脲酶值含量均達到最高值。在花生開花下針期和結莢期，間作處理作物根際土壤脲酶活性分別比花生單作提高了4.7%和5.0%，分別比玉米單作提高了2.6%和4.3%，其中在花生結莢期，間作處理的脲酶活性值顯著高于花生單作及玉米單作?？梢?，花生玉米間作系統下，由于作物間的相互作用，改變了土壤的環境，建立新的物質交換。

圖2 不同時期花生玉米間作對土壤脲酶活性影響Fig.2 Effect of peanut/maize intercropping at different stages of plant growth on soil urease activity

2.1.2 不同時期花生玉米間作對土壤酸性磷酸酶活性影響 土壤磷酸酶來源于土壤微生物和植物根系，是催化土壤中磷酸單酯和磷酸二酯水解的酶，為植物提供可靠的磷素營養；可以評價土壤磷素生物轉化強度及表征土壤的肥力狀況[22]。從圖3可以看出，間作處理和玉米單作的酸性磷酸酶含量在整個生育期呈上升趨勢，并在花生成熟期達到最高值，而花生單作的酸性磷酸酶含量表現為先增加后下降的趨勢，在花生結莢期達到最高值?；ㄉ诮Y莢期時磷素的需求量較大[23]，到成熟期需求量較低，可能對酸性磷酸酶活性的刺激較少，因此造成后期活性下降。在花生苗期、開花下針期及花生成熟期，間作處理作物根際土壤酸性磷酸酶活性分別比花生單作提高了8.0%、13.0%和34.7%，分別比玉米單作提高了11.1%、19.6%和6.4%，其中在花生開花下針期及花生成熟期，間作處理的酸性磷酸酶活性值極顯著高于花生單作及玉米單作。

圖3 不同時期花生玉米間作對土壤酸性磷酸酶活性影響Fig.3 Effect of peanut/maize intercropping at different stages of plant growth on soil acid phosphatase activity

2.1.3 不同時期花生玉米間作對土壤蔗糖酶活性影響土壤蔗糖酶是一種水解酶，可催化土壤中的蔗糖水解為單糖，是土壤中的微生物的能量來源，改善土壤的物理化學性狀和微生物狀態，提供良好的土壤環境促進作物生長[24]。由圖4可知，從花生整個生育期來看，各個種植模式的蔗糖酶含量表現為先增加后下降的趨勢，至開花下針期達到最高值。間作處理的根際土壤蔗糖酶活性在花生整個生育期均高于花生單作處理和玉米單作處理，在花生苗期、開花下針期、結莢期及花生成熟期，花生玉米間作處理作物根際土壤蔗糖酶活性分別比花生單作提高了1.5%、21.5%、11.2%和6.4%，分別比玉米單作提高了46.4%、33.8%、27.3%和11.1%。其中在花生開花下針期及花生結莢期，間作處理的蔗糖酶活性值極顯著高于花生單作及玉米單作。

圖4 不同時期花生玉米間作對土壤蔗糖酶活性影響Fig.4 Effect of peanut/maize intercropping at different stages of plant growth on soil invertase activity

2.1.4 不同時期花生玉米間作對土壤過氧化氫酶活性影響 土壤過氧化氫酶活性與根系呼吸強度密切相關，在一定程度上也反映了土壤微生物學過程的強度，根系呼吸強度高是導致過氧化氫酶活性增加的重要原因[25-26]。從圖5可以看出，在花生開花下針期，各個種植模式的過氧化氫酶含量均達到最高值，其后呈下降趨勢。間作處理根際土壤過氧化氫酶含量在花生整個生育期均高于花生單作和玉米單作處理，但只在花生成熟期，間作處理的過氧化氫酶活性值顯著高于花生單作，其余時期均未有顯著性差異。

圖5 不同時期花生玉米間作對土壤過氧化氫酶活性影響Fig.5 Effect of peanut/maize intercropping at different stages of plant growth on soil catalase activity

2.2 花生玉米間作對土壤養分的影響

由圖6可知，除花生苗期外，花生玉米間作根區土壤的堿解氮含量在其他3個生育期均高于花生單作處理和玉米單作處理，且在開花下針期達到最高值。在花生成熟期時，間作根區土壤的堿解氮含量比玉米單作提高了15.11%，呈極顯著差異；比花生單作提高了3.42%；說明花生玉米間作對作物根際土壤的氮素營養有一定的提高作用，間作作物的土壤根際效應有利于作物從土壤中吸取更多的養分。

圖6 不同時期花生玉米間作對土壤堿解氮影響Fig.6 Effect of peanut/maize intercropping at different stages of plant growth on soil alkali hydrolyzable nitrogen

花生玉米間作根區土壤的有效磷含量在花生苗期、花生開花下針期、花生結莢期，均高于花生單作處理和玉米單作處理（圖7）。由于玉米的生長期對磷素需求量比較大[27]，造成玉米單作的土壤有效磷含量較低。在花生成熟期，間作根區土壤的有效磷含量比花生單作提高了13.17%，呈極顯著差異；與玉米單作含量差異不顯著。

圖7 不同時期花生玉米間作對土壤有效磷影響Fig.7 Effect of peanut/maize intercropping at different stages of plant growth on soil available phosphorus

在花生成熟期，間作根區土壤的速效鉀含量比花生單作提高了11.39%，呈極顯著差異；比玉米單作提高了5.66%，呈極顯著差異（圖8）。說明花生玉米間作可改善作物根際的鉀素營養狀況。

圖8 不同時期花生玉米間作對土壤速效鉀影響Fig.8 Effect of peanut/maize intercropping at different stages of plant growth on soil available potassium

2.3 不同時期土壤養分與酶活性的相關性分析

將花生玉米間作的不同時期土壤養分與土壤酶活性含量進行相關性分析，結果（表1）表明，在花生苗期土壤養分與土壤酶活性相關性弱。在花生開花下針期，堿解氮與酸性磷酸酶、蔗糖酶存在顯著正相關關系（P＜0.05）；有效磷與酸性磷酸酶、蔗糖酶存在顯著正相關關系（P＜0.05）。在花生結莢期，堿解氮與蔗糖酶存在顯著正相關關系（P＜0.05）；速效鉀與酸性磷酸酶存在顯著正相關關系（P＜0.05）。在花生成熟期，速效鉀與過氧化氫酶存在顯著正相關關系（P＜0.05）。由此可見，在花生的不同生育期，土壤中養分含量與酶活性存在著一定的聯系。

表1 不同時期土壤養分與酶活性的相關性分析Table 1 Correlation between soil nutrients and enzyme activities at different stages of plant growth

2.4 花生玉米間作對產量及經濟效益的影響

花生玉米間作對產量及經濟效益的影響見表2，花生玉米間作的經濟收益最高，為48 217.50 元·hm-2，每公頃比花生單作收益增加8 842.50 元，增收22.45%；每公頃比玉米單作收益增加3 157.50 元，增收7.0%。說明花生玉米間作能夠明顯提高經濟效益。

表2 花生玉米間作對產量及經濟效益的影響Table 2 Effects of peanut/maize intercropping on crop yield and economic benefits

3 討論

土壤酶活性是生態物質循環中最活躍的物質，同時也參與生物能量流動過程，對土壤的代謝起重要作用。土壤酶直接參與了土壤的營養元素有效化過程，一定程度上動態地反映土壤養分轉化的過程，因此通過觀察（檢測）土壤酶的變化也能直接了解短期內的土壤變化狀況[28]。土壤酶對提高土壤肥力及改良土壤質量具有積極作用[29]。本研究結果表明，花生玉米間作系統下，在一定的生長周期內，能不同程度地提高土壤中的脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性；對過氧化氫酶的提升并不明顯。通過分析認為，脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶的提升，可能是由于間作系統中不同根系分泌物的相互作用，使得土壤中加速釋放酶。

有研究表明，間作系統可不同程度提高作物根際土壤養分的含量，能有效改善間作系統中土壤養分供應能力[30-31]。劉亞軍等[32]研究表明，間作能顯著增加土壤全氮，堿解氮、有效磷和有機質含量。王鵬等[33]研究表明，間作提高了土壤有效氮 、有效磷含量，提高土壤肥力和土壤有效養分供給量。Tang等[34]研究表明木薯/花生間作系統顯著提高了速效氮、速效鉀、pH值和脲酶活性。間作通過增加根際微生物的數量來提高土壤的有效氮含量。本研究結果表明，花生玉米間作模式能夠一定程度提高土壤堿解氮和速效鉀的含量，可能是間作系統中，玉米根際對氮素的吸收能夠刺激花生根際的固氮作用。而在花生苗期、開花下針期和結莢期，間作土壤的有效磷含量均高于花生單作和玉米單作，說明在一定的生長周期內，花生玉米間作能促進植物對養分的吸收。在花生玉米間作系統中，花生除了維持自己的營養需求之外，能通過根系作用，為玉米提供養分。

莫晶等[35]在茶油-花生間作中發現土壤蔗糖酶活性與速效氮存在顯著負相關；脲酶活性與速效磷和速效鉀呈顯著正相關，酸性磷酸酶活性與速效磷及速效鉀均存在極顯著正相關關系；過氧化氫酶活性與速效鉀存在顯著正相關。張艷等[36]發現在甘薯-玉米間作中磷酸酶與速效磷呈極顯著正相關；過氧化氫酶與堿解氮、速效鉀呈極顯著負相關；脲酶與堿解氮呈極顯著負相關，與速效鉀呈顯著負相關。本研究結果部分結論與前人研究有相似之處。本研究中花生玉米間作系統下，在花生開花下針期，堿解氮與酸性磷酸酶和蔗糖酶存在顯著正相關關系（P＜0.05），可能是因為蔗糖酶分解土壤中蔗糖，提供能量，改善土壤微生物狀態，從而使得堿解氮有所提升。有效磷與酸性磷酸酶和蔗糖酶存在顯著正相關（P＜0.05），酸性磷酸酶可催化土壤中磷酸單脂和磷酸二酯，從而提高土壤中磷素含量。速效鉀與酸性磷酸酶和過氧化氫酶在花生結莢期和花生成熟期存在顯著正相關（P＜0.05），可能速效鉀的提升有利于改善過氧化氫酶的活性，從而減輕土壤受到毒害影響，保證作物的生長。土壤養分與土壤酶活性的顯著相關，反映了種植環境作用下對土壤肥力細小的變化，因此土壤酶活性可用來判斷土壤肥力的高低，是反映土壤質量的一項指標。

Tian等[37]在對大豆-甘蔗間作中發現，土壤根際酸性磷酸酶活性的提升，消耗了有機磷，使得作物能更好地吸收磷素，增加磷素利用效率。Ehrmann等[38]對多作（間作）的研究中發現，植物-土壤系統之間相互作用通過植物種間競爭、病蟲害衰減、土壤群落組成和結構、養分循環和土壤結構動力學表現出來。根際土壤酶活性的作用可以促進土壤養分的增加以及作物對養分的吸收。結合本研究，在作物生產系統中，植物-土壤養分-土壤酶之間存在相互促進、互利共贏的關系。植物通過光合作用及根系分泌物給土壤提供能量和創造適宜的土壤酶活性生存的環境；土壤酶活性與土壤養分之間又有著密切關系，土壤酶活性能促進養分循環利用的影響；土壤養分的提升有利于植物的生長。因此，間作模式有利于改善作物生產系統的生態環境，并提高作物產量。

從經濟效益來看，花生玉米間作的經濟收益最高，為48 217.50元·hm-2，每公頃比花生單作收益增加8 842.50元，增收22.45%；每公頃比玉米單作收益增加3 157.50元，增收7.0%。說明花生玉米間作能夠明顯提高經濟效益。

4 結論

通過測定花生玉米間作不同生長期根際土壤的酶活性及養分，結果表明花生玉米間作能夠改善土壤有效養分和轉化能力，且在不同生長期能夠一定程度提高土壤酶活性，同時花生玉米間作能夠提高經濟效益。由于本研究為大田試驗，存在很多不可控制的因素，對各內在作用與機理不能進一步的研究，需在更系統且可控的條件下，進行深入研究；對于土壤中的微生物群組在花生玉米間作中發揮的作用有待進一步的研究。