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摘 要 研究成龄胶园条件下间作不同禾本科作物对胶园土壤养分和土壤酶的影响,为成龄胶园禾本科作物间作合理施肥和土壤培肥提供理论依据。本研究以间作3种禾本科作物的胶园为处理,以单作胶园土壤为对照,采用土壤常规分析方法分别测定土壤养分和土壤酶。结果表明:间作的3种禾本科作物对胶园土壤的有机质、全氮、全钾含量、酸性磷酸酶活性、过氧化氢酶活性的影响不显著;显著降低了全磷、速效磷含量、pH值、土壤脲酶活性;显著增加了铵态氮、硝态氮(除坚尼草外)、速效钾及土壤蔗糖酶活性(除旱稻外)。这些结果说明,间作禾本科作物能提高土壤的土壤硝态氮、铵态氮及速效钾含量,短时期内能提高土壤的供氮、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,必须加强间作物施肥,以实现土壤养分收支平衡,维持土壤肥力、提高土壤质量。
关键词 成龄胶园间作 ;禾本科作物 ;土壤养分 ;土壤酶
分类号 S794.1
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发挥着重要作用[1-7]。
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[8-9]。也有相反的结果,间作增加了土壤养分含量[10-11]。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对土壤养分含量变化情况,了解其养分需求状况。
土壤酶来自微生物、植物和动物的活体或残体,是生态系统的物质循环和能量流动等生态过程中最活跃的生物活性物质,在一定程度上反映了土壤养分转化动态。有研究表明,土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性可作为考察土壤肥力的生物学指标[12-15]。因此,研究土壤酶活性的变化,将有助于了解间作后土壤肥力的现状。
滕维超[9]研究发现:在油茶林中间作红薯后,土壤蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性高于油茶单作模式,但其脲酶活性低于油茶单作模式;间作大豆后,其测定土壤的3种酶变化趋势与间作红薯后相似;但间作辣椒后,其土壤蔗糖酶活性、土壤过氧化氢酶活性和土壤脲酶活性均高于油茶单作模式。吴志祥等[11]研究表明,幼龄胶园间种香蕉、葛藤均能提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性,间作香蕉后降低了过氧化氢酶活性,而间种葛藤后则增加土壤过氧化氢酶活性。说明不同间作物、不同间作时期、不同林种均能影响土壤脲酶活性,而成龄胶园间作禾本科作物后对土壤酶活性的影响不清楚。
禾本科植物是世界上最重要的农作物,其中包括对人类经济有重要作用的禾谷类作物、家畜饲草。禾本科作物有庞大的根系,分布较浅,能较好地利用表层的养分。为了了解成龄胶园间作不同耐阴性禾本科作物后对土壤养分和土壤酶的影响,本文选择3种不同耐阴性的禾本科作物作为间作对象,即耐阴的坚尼草、较耐阴的旱稻和不耐阴的玉米。以无间作胶园为对照,以间作玉米、旱稻、坚尼草的胶园为处理,探讨了成龄胶园条件下间作禾本科作物后对土壤的养分和土壤酶的影响,以期为成龄胶园合理间作禾本科作物提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料
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。供试禾本科作物分别为不耐阴的玉米、较耐阴的旱稻和耐阴的坚尼草。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
试验设4个处理:处理1为对照即单作胶园;处理2至处理4为间作胶园,分别间作玉米、旱稻和坚尼草。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12个试验小区,小区随机排列,每个处理重复3次。种植密度:玉米为25 cm ×40 cm;旱稻为18 cm×28 cm;坚尼草为60 cm× 80 cm。
1.2.2 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和各间作胶园的土壤样品。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。
土壤养分分析方法[16]: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(型号:HTC200)测定。 土壤酶分析方法:土壤脲酶活性采用苯酚钠比色法测定[17],单位以1 g土壤在37℃恒温培养箱中培养3 h释放出的NH4+- N毫克数表示;蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定[17],单位以1 g土壤在37℃ 24 h内释放出的葡萄糖毫克数表示;磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定[18],单位以1 g土壤的酚毫克数表示;过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定[17],单位以1 g土壤1 h内消耗0.1 mol/L KMnO4毫升数表示。
1.2.3 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 间作不同禾本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,但它在土壤肥力上起的作用却是显著的。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:间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤有机质含量与不间作的土壤差异不显著(P>0.05),不同间作物之间的土壤有机质含量也无显著差异(P>0.05),间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤有机质含量较不间作土壤分别降低了5.05%、6.05%、0.78%。说明成龄胶园间作玉米、旱稻、坚尼草等作物有降低土壤有机质的趋势。见表1。
除豆科作物根瘤菌固定空气中的氮素外,作物的氮素大多数来自土壤[19],全氮量通常用于衡量土壤氮素的基础肥力。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤全氮含量与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤全氮含量也无显著差异(P>0.05)。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤全氮含量较不间作土壤分别降低了17.65%、5.88%、16.18%。说明成龄胶园间作玉米、旱稻、坚尼草等作物略降低了土壤氮素含量。滕维超[9]研究发现,油茶间作油菜、大豆后全氮含量高于油茶单作模式,而间作辣椒和红薯后全氮含量低于油茶单作模式。说明间作物对土壤的全氮的影响依据间作本身的特性而定。
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,旱稻、玉米>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤铵态氮含量较不间作土壤分别增加了272.16%、302.84%、120.74%。
间作玉米、旱稻的土壤硝态氮含量均显著高于不间作的土壤(P<0.05),而间作坚尼草的硝态氮含量略高于不间作土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间,玉米、旱稻>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤硝态氮含量较不间作土壤分别增加了101.03%、97.30%、3.57%。
说明成龄胶园间作玉米、旱稻、坚尼草后,土壤短期内土壤的供氮能力增强。滕维超[9]研究发现,油茶间作油菜、辣椒和红薯后水解氮含量低于油茶单作模式,而间作大豆后水解氮含量高于油茶单作模式。说明间作不同作物对土壤的有效氮的影响不一样。
2.2 间作不同禾本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):间作物的土壤全磷含量均显著低于不间作土壤(P<0.05)。不同间作物之间,间作玉米、旱稻的土壤全磷含量>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤全磷含量较不间作土壤分别降低了17.65%、26.47%、32.35%。
间作物的土壤速效磷含量均显著低于不间作的土壤(P<0.05)。不同间作物之间的土壤速效磷含量差异显著(P<0.05),间作玉米的土壤速效磷含量>旱稻>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤速效磷含量较不间作土壤分别降低了19.08%、74.90%、82.90%。
说明间玉米、旱稻、坚尼草等作物后土壤磷的贮量和磷的供应能力降低。这与滕维超[9]研究结果一致,油茶间作油菜、大豆、辣椒和红薯后土壤中的全磷和速效磷含量均低于油茶单作模式。
2.3 间作不同禾本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。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤全钾含量与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤全钾含量也无显著差异(P>0.05)。间作玉米、旱稻的土壤全钾含量较不间作土壤分别增加了4.50%、1.38%,而间作坚尼草的土壤全钾含量则降低了0.78%,可能原因是坚尼草的生长旺盛,生物量大,导致从土壤中带走的钾素多,导致土壤全钾含量降低。
间作的土壤速效钾含量均显著高于不间作的土壤(P<0.05)。不同间作物之间的土壤速效钾含量差异显著(P<0.05),间作旱稻的土壤速效钾含量>玉米>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤速效钾含量较不间作土壤分别增加了58.60%、83.74%、43.53%。
说明成龄胶园间作禾本科作物后增加了土壤钾的贮量(除坚尼草外)和供钾能力。可能原因是间作禾本科作物后,土壤的pH降低,导致土壤溶液的钾不易被土壤吸附,原因是由于土壤 pH 影响离子选择性,在 pH<5.5时,A13+和 A1(OH)x占优势,与钾竞争吸附位点,使溶液中的钾不易被土壤吸附[20-21]。滕维超[9]研究发现,油茶间作红薯、辣椒后土壤中的全钾和速效钾含量及间作油菜后速效钾含量均低于油茶单作模式,而间作大豆后全钾和速效钾含量及间作油菜后全钾含量均高于油茶单作模式。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。
2.4 间作不同禾本科作物对土壤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,间作的土壤pH值均显著低于不间作的土壤(P<0.05),不同间作物之间的土壤pH值差异不显著(P>0.05)。间作玉米、旱稻、坚尼草的的土壤pH值较不间作土壤分别降低了7.37%、8.00%、8.63%。说明成龄胶园间作禾本科作物后降低了土壤的pH值。见表2。 2.5 间作不同禾本科作物对土壤酶活性的影响
脲酶是一种重要的土壤酶,对土壤环境的变化非常敏感。脲酶是土壤中最为活跃的水解酶类之一,由于它对土壤有机物质中碳-氮键(CO-NH)的水解作用,即酶促尿素水解生成氨和二氧化碳,因此在土壤氮素循环中具有重要的作用,脲酶活性的提高有利于稳定性较高的土壤有机氮向有效氮的转化,为植物生长提供氮源[22-25],它的活性可以用来表示土壤供氮能力[26]。间作物的土壤脲酶活性均显著低于不间作的土壤的(P<0.05)。不同间作物之间的土壤也差异显著(P<0.05)。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤脲酶活性较不间作土壤分别降低了71.74%、39.43%、54.33%。成龄胶园间作禾本科作物后,土壤的有机质和全氮含量均低于不间作的土壤,间作土壤有机质、全氮含量的降低导致了其土壤的脲酶活性的降低。这与肖德荣等[27]研究结果相似:湿地土壤有机质、全氮含量减少导致脲酶活性降低。
蔗糖酶能催化蔗糖水解成葡萄糖和果糖,对土壤的碳、氮等循环极为重要。一般土壤肥力愈高,土壤蔗糖酶的活性愈强[28-29]。间作玉米和坚尼草的土壤蔗糖酶活性均显著高于不间作的土壤的(P<0.05),而间作旱稻的土壤与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤蔗糖酶活性差异不显著(P>0.05)。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤蔗糖酶活性较不间作土壤分别增加了49.33%、31.11%、72.89%。成龄胶园间作后土壤蔗糖酶活性的增加导致土壤的速效养分增加。有相似研究结果表明,蔗糖酶活性对增加土壤中易溶性营养物质起着重要的作用[26]。土壤酶活性的增强能促进土壤的代谢作用,从而使土壤养分的形态发生变化,提高土壤肥力,改善土壤性质,有利于保持生产力水平的可持续性[30]。
磷酸酶是土壤中最活跃的酶类之一,是表征土壤生物学活性的重要酶,在土壤磷循环中起重要作用[31-32]。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤酸性磷酸酶活性与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤酸性磷酸酶活性也无显著差异(P>0.05)。间作玉米、坚尼草的土壤酸性磷酸酶活性较不间作土壤分别增加了12.97%、18.91%,而间作旱稻的则降低了0.17%。
土壤过氧化氢酶可以用来表示土壤氧化过程的强度,与有机质分解密切相关[33]。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤过氧化氢酶活性与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤过氧化氢酶活性也无显著差异(P>0.05)。间作坚尼草的土壤过氧化氢酶活性较不间作土壤分别增加了9.16%,而间作玉米、旱稻的则分别降低了3.05%、1.53%。成龄胶园间作玉米、旱稻等作物后土壤有机质降低,导致了土壤过氧化氢酶活性的降低。
滕维超[9]研究发现,油茶间作油菜、辣椒、大豆和红薯后土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性及间作油菜和辣椒的土壤脲酶活性均高于油茶单作模式,而间作大豆和红薯后则降级了土壤脲酶的活性。吴志祥等[8]研究表明,幼龄胶园间种香蕉、葛藤均能提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性,间作香蕉后降低了过氧化氢酶活性,而间种葛藤后则增加土壤过氧化氢酶活性。说明不同间作物、不同间作时期、不同林种均能影响土壤脲酶活性。
3 小结
本研究结果显示,成龄胶园间作禾本科作物后对胶园土壤的有机质、全氮、全钾含量、酸性磷酸酶活性、过氧化氢酶活性的影响不显著;显著降低了全磷、速效磷含量、pH值、土壤脲酶活性;显著增加了铵态氮、硝态氮(除坚尼草外)、速效钾及土壤蔗糖酶活性(除旱稻外)。降低或增加的值依据作物不同而不同,并没有依据作物的耐阴性程度的规律而分。
这些结果说明,间作禾本科作物能增加土壤的土壤硝态氮、铵态氮及速效钾含量,短时期内能提高土壤的供氮、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,必须加强间作物施肥,以实现土壤养分收支平衡,维持土壤肥力、提高土壤质量。
参考文献
[1] Rodrigo V H L, Stirling C M, Teklehaimanot Z, et al. Intercropping with banana to improve fractional interception and radiation-use efficiency of immature rubber plantations[J]. Field Crops Research,2001, 69: 237-249.
[2] Rodrigo V H L, Stirling C M, Naranpanawa R M A K B, et al. Intercropping of immature rubber in Sri Lanka: present status and financial analysis of intercrops planted at three densities of banana[J]. Agroforestry systems, 2001b, 51(1): 35-48.
[3] Rodrigo V H L, Stirling C M, Teklehaimanot Z, et al. The effect of planting density on growth and development of component crops in rubber/banana intercropping systems[J]. Field Crops Research, 1997, 52: (1-2): 95-108.
[4] Rodrigo V H L, Stirling C M, Silva T U K, et al. The growth and yield of rubber at maturity is improved by intercropping with banana during the early stage of rubber cultivation[J]. Field Crops Research, 2005,91(1):23-33. [5] Guo Z M, Zhang Y Q, Deegen P, et al. Economic analyses of rubber and tea plantations and rubber-tea intercropping in Hainan, China[J]. Agroforestry Systems, 2006, 66: 117-127.
[6] Pathiratna L S S, Perera M K P. Effect of plant density on bark yield of cinnamon intercropped under mature rubber[J]. Agroforestry Systems, 2006, 68: 123-131.
[7] 刘永华,农卫东,陈世勇,等. 立足资源特色推进橡胶园下经济持续发展[J]. 中国热带农业,2011(4):25-26.
[8] 梁玉斯. 橡胶园农林复合生态系统评价研究[D]. 儋州:华南热带农业大学,2007.
[9] 滕维超. 油茶—农作物间作系统生理生态及经济效益评价[D]. 南京:南京林业大学, 2013.
[10] 闫德仁,刘永军,冯立岭,等. 农林复合经营土壤养分的变化[J]. 东北林业大学学报, 2001,29(1):53-56.
[11] 吴志祥,谢贵水,杨 川,等. 幼龄胶园间种土壤肥力及土壤酶活性特征研究[J]. 南方农业学报,2011,42(1):58-64.
[12] 万淑婉. 双季稻高产田的土壤微生物及土壤酶生物学指标[J]. 江西农业大学学报,1993,15(4):351-355.
[13] 曹 慧,孙 辉,杨 浩,等. 土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究进展[J]. 应用与环境生物学报,2003,9(1):105-109.
[14] María de la Paz Jimenez, Ana de la Horra, Laura Pruzzo,et al. Soil quality: a new index based on microbiological and biochemical parameters. Biology and Fertility of Soils, 2002,35(4):302-306.
[15] Dick R P. Soil enzyme activities as integrative indicators of soil health [M]//Pnkrst C, Dube B M, Gupta V.V.S.R.(Eds). Biological Indicators of Soil Health. CAB International, Wallingford, Oxon, UK. 1997:121-157.
[16] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京:中国农业科技出版社, 2000.
[17] 许光辉,郑洪元. 土壤微生物分析方法手册[M]. 北京:中国农业出版社, 1986:256-290.
[18] 赵兰坡,姜 岩. 土壤磷酸酶活性测定方法的探讨[J]. 土壤通报,1986,17(3):138-141.
[19] 黄国弟. 植物氮磷钾营养的土壤化学原理及应用[J]. 广西热带农业, 2005(4):20-22.
[20] Thomas G W. Forms of Aluminum in Cation Exchangers: Transactions of the 7th Internal Congress of Soil Science. Madison, Wisconsin: American Statistical Association Publishing centre, 1960(2):364-369.
[21] Coleman N T, Harward M E. The heats of neutralization of acid clays and cation-exchange resins. Journal of the American Chemical Society. 1953,75:6 045-6 046.
[22] 关松荫,张德生,张志明. 土壤酶及其研究法[M]. 北京:中国农业出版社,1986:294-302.
[23] 李东坡,武志杰,陈利军,等. 长期培肥黑土脲酶活性动态变化及其影响因素[J]. 应用生态学报, 2003,14(12):2 208-2 212.
[24] 庞学勇,刘 庆,刘世全,等. 川西亚高山针叶林植物群落演替对生物学特性的影响[J]. 水土保持学报, 2004,18(3):45-48.
[25] 孙冰玉,于方玲,元 野,等.烤烟连作对耕层土壤理化性质和土壤脲酶的影响[J].安徽农业科学, 2010,38(4):1 826-1 827.
[26] 焦晓光,魏 丹. 长期培肥对农田黑土土壤酶活性动态变化的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2009(5):23-27.
[27] 肖德荣,田 昆,张利权. 滇西北高原纳帕海湿地植物多样性与土壤肥力的关系[J]. 生态学报, 2008,28(7):3 316-3 124.
[28] 田应兵,秦志经,周治安. 无机肥料用量对棉田土壤
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关键词 成龄胶园间作 ;禾本科作物 ;土壤养分 ;土壤酶
分类号 S794.1
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发挥着重要作用[1-7]。
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[8-9]。也有相反的结果,间作增加了土壤养分含量[10-11]。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对土壤养分含量变化情况,了解其养分需求状况。
土壤酶来自微生物、植物和动物的活体或残体,是生态系统的物质循环和能量流动等生态过程中最活跃的生物活性物质,在一定程度上反映了土壤养分转化动态。有研究表明,土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性可作为考察土壤肥力的生物学指标[12-15]。因此,研究土壤酶活性的变化,将有助于了解间作后土壤肥力的现状。
滕维超[9]研究发现:在油茶林中间作红薯后,土壤蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性高于油茶单作模式,但其脲酶活性低于油茶单作模式;间作大豆后,其测定土壤的3种酶变化趋势与间作红薯后相似;但间作辣椒后,其土壤蔗糖酶活性、土壤过氧化氢酶活性和土壤脲酶活性均高于油茶单作模式。吴志祥等[11]研究表明,幼龄胶园间种香蕉、葛藤均能提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性,间作香蕉后降低了过氧化氢酶活性,而间种葛藤后则增加土壤过氧化氢酶活性。说明不同间作物、不同间作时期、不同林种均能影响土壤脲酶活性,而成龄胶园间作禾本科作物后对土壤酶活性的影响不清楚。
禾本科植物是世界上最重要的农作物,其中包括对人类经济有重要作用的禾谷类作物、家畜饲草。禾本科作物有庞大的根系,分布较浅,能较好地利用表层的养分。为了了解成龄胶园间作不同耐阴性禾本科作物后对土壤养分和土壤酶的影响,本文选择3种不同耐阴性的禾本科作物作为间作对象,即耐阴的坚尼草、较耐阴的旱稻和不耐阴的玉米。以无间作胶园为对照,以间作玉米、旱稻、坚尼草的胶园为处理,探讨了成龄胶园条件下间作禾本科作物后对土壤的养分和土壤酶的影响,以期为成龄胶园合理间作禾本科作物提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料
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。供试禾本科作物分别为不耐阴的玉米、较耐阴的旱稻和耐阴的坚尼草。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
试验设4个处理:处理1为对照即单作胶园;处理2至处理4为间作胶园,分别间作玉米、旱稻和坚尼草。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12个试验小区,小区随机排列,每个处理重复3次。种植密度:玉米为25 cm ×40 cm;旱稻为18 cm×28 cm;坚尼草为60 cm× 80 cm。
1.2.2 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和各间作胶园的土壤样品。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。
土壤养分分析方法[16]: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(型号:HTC200)测定。 土壤酶分析方法:土壤脲酶活性采用苯酚钠比色法测定[17],单位以1 g土壤在37℃恒温培养箱中培养3 h释放出的NH4+- N毫克数表示;蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定[17],单位以1 g土壤在37℃ 24 h内释放出的葡萄糖毫克数表示;磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定[18],单位以1 g土壤的酚毫克数表示;过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定[17],单位以1 g土壤1 h内消耗0.1 mol/L KMnO4毫升数表示。
1.2.3 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 间作不同禾本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,但它在土壤肥力上起的作用却是显著的。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:间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤有机质含量与不间作的土壤差异不显著(P>0.05),不同间作物之间的土壤有机质含量也无显著差异(P>0.05),间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤有机质含量较不间作土壤分别降低了5.05%、6.05%、0.78%。说明成龄胶园间作玉米、旱稻、坚尼草等作物有降低土壤有机质的趋势。见表1。
除豆科作物根瘤菌固定空气中的氮素外,作物的氮素大多数来自土壤[19],全氮量通常用于衡量土壤氮素的基础肥力。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤全氮含量与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤全氮含量也无显著差异(P>0.05)。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤全氮含量较不间作土壤分别降低了17.65%、5.88%、16.18%。说明成龄胶园间作玉米、旱稻、坚尼草等作物略降低了土壤氮素含量。滕维超[9]研究发现,油茶间作油菜、大豆后全氮含量高于油茶单作模式,而间作辣椒和红薯后全氮含量低于油茶单作模式。说明间作物对土壤的全氮的影响依据间作本身的特性而定。
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,旱稻、玉米>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤铵态氮含量较不间作土壤分别增加了272.16%、302.84%、120.74%。
间作玉米、旱稻的土壤硝态氮含量均显著高于不间作的土壤(P<0.05),而间作坚尼草的硝态氮含量略高于不间作土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间,玉米、旱稻>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤硝态氮含量较不间作土壤分别增加了101.03%、97.30%、3.57%。
说明成龄胶园间作玉米、旱稻、坚尼草后,土壤短期内土壤的供氮能力增强。滕维超[9]研究发现,油茶间作油菜、辣椒和红薯后水解氮含量低于油茶单作模式,而间作大豆后水解氮含量高于油茶单作模式。说明间作不同作物对土壤的有效氮的影响不一样。
2.2 间作不同禾本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):间作物的土壤全磷含量均显著低于不间作土壤(P<0.05)。不同间作物之间,间作玉米、旱稻的土壤全磷含量>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤全磷含量较不间作土壤分别降低了17.65%、26.47%、32.35%。
间作物的土壤速效磷含量均显著低于不间作的土壤(P<0.05)。不同间作物之间的土壤速效磷含量差异显著(P<0.05),间作玉米的土壤速效磷含量>旱稻>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤速效磷含量较不间作土壤分别降低了19.08%、74.90%、82.90%。
说明间玉米、旱稻、坚尼草等作物后土壤磷的贮量和磷的供应能力降低。这与滕维超[9]研究结果一致,油茶间作油菜、大豆、辣椒和红薯后土壤中的全磷和速效磷含量均低于油茶单作模式。
2.3 间作不同禾本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。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤全钾含量与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤全钾含量也无显著差异(P>0.05)。间作玉米、旱稻的土壤全钾含量较不间作土壤分别增加了4.50%、1.38%,而间作坚尼草的土壤全钾含量则降低了0.78%,可能原因是坚尼草的生长旺盛,生物量大,导致从土壤中带走的钾素多,导致土壤全钾含量降低。
间作的土壤速效钾含量均显著高于不间作的土壤(P<0.05)。不同间作物之间的土壤速效钾含量差异显著(P<0.05),间作旱稻的土壤速效钾含量>玉米>坚尼草。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤速效钾含量较不间作土壤分别增加了58.60%、83.74%、43.53%。
说明成龄胶园间作禾本科作物后增加了土壤钾的贮量(除坚尼草外)和供钾能力。可能原因是间作禾本科作物后,土壤的pH降低,导致土壤溶液的钾不易被土壤吸附,原因是由于土壤 pH 影响离子选择性,在 pH<5.5时,A13+和 A1(OH)x占优势,与钾竞争吸附位点,使溶液中的钾不易被土壤吸附[20-21]。滕维超[9]研究发现,油茶间作红薯、辣椒后土壤中的全钾和速效钾含量及间作油菜后速效钾含量均低于油茶单作模式,而间作大豆后全钾和速效钾含量及间作油菜后全钾含量均高于油茶单作模式。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。
2.4 间作不同禾本科作物对土壤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,间作的土壤pH值均显著低于不间作的土壤(P<0.05),不同间作物之间的土壤pH值差异不显著(P>0.05)。间作玉米、旱稻、坚尼草的的土壤pH值较不间作土壤分别降低了7.37%、8.00%、8.63%。说明成龄胶园间作禾本科作物后降低了土壤的pH值。见表2。 2.5 间作不同禾本科作物对土壤酶活性的影响
脲酶是一种重要的土壤酶,对土壤环境的变化非常敏感。脲酶是土壤中最为活跃的水解酶类之一,由于它对土壤有机物质中碳-氮键(CO-NH)的水解作用,即酶促尿素水解生成氨和二氧化碳,因此在土壤氮素循环中具有重要的作用,脲酶活性的提高有利于稳定性较高的土壤有机氮向有效氮的转化,为植物生长提供氮源[22-25],它的活性可以用来表示土壤供氮能力[26]。间作物的土壤脲酶活性均显著低于不间作的土壤的(P<0.05)。不同间作物之间的土壤也差异显著(P<0.05)。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤脲酶活性较不间作土壤分别降低了71.74%、39.43%、54.33%。成龄胶园间作禾本科作物后,土壤的有机质和全氮含量均低于不间作的土壤,间作土壤有机质、全氮含量的降低导致了其土壤的脲酶活性的降低。这与肖德荣等[27]研究结果相似:湿地土壤有机质、全氮含量减少导致脲酶活性降低。
蔗糖酶能催化蔗糖水解成葡萄糖和果糖,对土壤的碳、氮等循环极为重要。一般土壤肥力愈高,土壤蔗糖酶的活性愈强[28-29]。间作玉米和坚尼草的土壤蔗糖酶活性均显著高于不间作的土壤的(P<0.05),而间作旱稻的土壤与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤蔗糖酶活性差异不显著(P>0.05)。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤蔗糖酶活性较不间作土壤分别增加了49.33%、31.11%、72.89%。成龄胶园间作后土壤蔗糖酶活性的增加导致土壤的速效养分增加。有相似研究结果表明,蔗糖酶活性对增加土壤中易溶性营养物质起着重要的作用[26]。土壤酶活性的增强能促进土壤的代谢作用,从而使土壤养分的形态发生变化,提高土壤肥力,改善土壤性质,有利于保持生产力水平的可持续性[30]。
磷酸酶是土壤中最活跃的酶类之一,是表征土壤生物学活性的重要酶,在土壤磷循环中起重要作用[31-32]。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤酸性磷酸酶活性与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤酸性磷酸酶活性也无显著差异(P>0.05)。间作玉米、坚尼草的土壤酸性磷酸酶活性较不间作土壤分别增加了12.97%、18.91%,而间作旱稻的则降低了0.17%。
土壤过氧化氢酶可以用来表示土壤氧化过程的强度,与有机质分解密切相关[33]。间作玉米、旱稻、坚尼草的土壤过氧化氢酶活性与不间作的土壤差异不显著(P>0.05)。不同间作物之间的土壤过氧化氢酶活性也无显著差异(P>0.05)。间作坚尼草的土壤过氧化氢酶活性较不间作土壤分别增加了9.16%,而间作玉米、旱稻的则分别降低了3.05%、1.53%。成龄胶园间作玉米、旱稻等作物后土壤有机质降低,导致了土壤过氧化氢酶活性的降低。
滕维超[9]研究发现,油茶间作油菜、辣椒、大豆和红薯后土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性及间作油菜和辣椒的土壤脲酶活性均高于油茶单作模式,而间作大豆和红薯后则降级了土壤脲酶的活性。吴志祥等[8]研究表明,幼龄胶园间种香蕉、葛藤均能提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性,间作香蕉后降低了过氧化氢酶活性,而间种葛藤后则增加土壤过氧化氢酶活性。说明不同间作物、不同间作时期、不同林种均能影响土壤脲酶活性。
3 小结
本研究结果显示,成龄胶园间作禾本科作物后对胶园土壤的有机质、全氮、全钾含量、酸性磷酸酶活性、过氧化氢酶活性的影响不显著;显著降低了全磷、速效磷含量、pH值、土壤脲酶活性;显著增加了铵态氮、硝态氮(除坚尼草外)、速效钾及土壤蔗糖酶活性(除旱稻外)。降低或增加的值依据作物不同而不同,并没有依据作物的耐阴性程度的规律而分。
这些结果说明,间作禾本科作物能增加土壤的土壤硝态氮、铵态氮及速效钾含量,短时期内能提高土壤的供氮、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,必须加强间作物施肥,以实现土壤养分收支平衡,维持土壤肥力、提高土壤质量。
参考文献
[1] Rodrigo V H L, Stirling C M, Teklehaimanot Z, et al. Intercropping with banana to improve fractional interception and radiation-use efficiency of immature rubber plantations[J]. Field Crops Research,2001, 69: 237-249.
[2] Rodrigo V H L, Stirling C M, Naranpanawa R M A K B, et al. Intercropping of immature rubber in Sri Lanka: present status and financial analysis of intercrops planted at three densities of banana[J]. Agroforestry systems, 2001b, 51(1): 35-48.
[3] Rodrigo V H L, Stirling C M, Teklehaimanot Z, et al. The effect of planting density on growth and development of component crops in rubber/banana intercropping systems[J]. Field Crops Research, 1997, 52: (1-2): 95-108.
[4] Rodrigo V H L, Stirling C M, Silva T U K, et al. The growth and yield of rubber at maturity is improved by intercropping with banana during the early stage of rubber cultivation[J]. Field Crops Research, 2005,91(1):23-33. [5] Guo Z M, Zhang Y Q, Deegen P, et al. Economic analyses of rubber and tea plantations and rubber-tea intercropping in Hainan, China[J]. Agroforestry Systems, 2006, 66: 117-127.
[6] Pathiratna L S S, Perera M K P. Effect of plant density on bark yield of cinnamon intercropped under mature rubber[J]. Agroforestry Systems, 2006, 68: 123-131.
[7] 刘永华,农卫东,陈世勇,等. 立足资源特色推进橡胶园下经济持续发展[J]. 中国热带农业,2011(4):25-26.
[8] 梁玉斯. 橡胶园农林复合生态系统评价研究[D]. 儋州:华南热带农业大学,2007.
[9] 滕维超. 油茶—农作物间作系统生理生态及经济效益评价[D]. 南京:南京林业大学, 2013.
[10] 闫德仁,刘永军,冯立岭,等. 农林复合经营土壤养分的变化[J]. 东北林业大学学报, 2001,29(1):53-56.
[11] 吴志祥,谢贵水,杨 川,等. 幼龄胶园间种土壤肥力及土壤酶活性特征研究[J]. 南方农业学报,2011,42(1):58-64.
[12] 万淑婉. 双季稻高产田的土壤微生物及土壤酶生物学指标[J]. 江西农业大学学报,1993,15(4):351-355.
[13] 曹 慧,孙 辉,杨 浩,等. 土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究进展[J]. 应用与环境生物学报,2003,9(1):105-109.
[14] María de la Paz Jimenez, Ana de la Horra, Laura Pruzzo,et al. Soil quality: a new index based on microbiological and biochemical parameters. Biology and Fertility of Soils, 2002,35(4):302-306.
[15] Dick R P. Soil enzyme activities as integrative indicators of soil health [M]//Pnkrst C, Dube B M, Gupta V.V.S.R.(Eds). Biological Indicators of Soil Health. CAB International, Wallingford, Oxon, UK. 1997:121-157.
[16] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京:中国农业科技出版社, 2000.
[17] 许光辉,郑洪元. 土壤微生物分析方法手册[M]. 北京:中国农业出版社, 1986:256-290.
[18] 赵兰坡,姜 岩. 土壤磷酸酶活性测定方法的探讨[J]. 土壤通报,1986,17(3):138-141.
[19] 黄国弟. 植物氮磷钾营养的土壤化学原理及应用[J]. 广西热带农业, 2005(4):20-22.
[20] Thomas G W. Forms of Aluminum in Cation Exchangers: Transactions of the 7th Internal Congress of Soil Science. Madison, Wisconsin: American Statistical Association Publishing centre, 1960(2):364-369.
[21] Coleman N T, Harward M E. The heats of neutralization of acid clays and cation-exchange resins. Journal of the American Chemical Society. 1953,75:6 045-6 046.
[22] 关松荫,张德生,张志明. 土壤酶及其研究法[M]. 北京:中国农业出版社,1986:294-302.
[23] 李东坡,武志杰,陈利军,等. 长期培肥黑土脲酶活性动态变化及其影响因素[J]. 应用生态学报, 2003,14(12):2 208-2 212.
[24] 庞学勇,刘 庆,刘世全,等. 川西亚高山针叶林植物群落演替对生物学特性的影响[J]. 水土保持学报, 2004,18(3):45-48.
[25] 孙冰玉,于方玲,元 野,等.烤烟连作对耕层土壤理化性质和土壤脲酶的影响[J].安徽农业科学, 2010,38(4):1 826-1 827.
[26] 焦晓光,魏 丹. 长期培肥对农田黑土土壤酶活性动态变化的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2009(5):23-27.
[27] 肖德荣,田 昆,张利权. 滇西北高原纳帕海湿地植物多样性与土壤肥力的关系[J]. 生态学报, 2008,28(7):3 316-3 124.
[28] 田应兵,秦志经,周治安. 无机肥料用量对棉田土壤
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