套種平托花生對(duì)劍麻園不同層次土壤水分和氮磷鉀的影響

劉芳，江家泉，黃標(biāo)，張立丹，孫少龍，樊小林*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州510642；2.湛江農(nóng)墾東方紅農(nóng)場(chǎng)，廣東雷州524251）

劍麻（Agave sisalana）是重要的硬質(zhì)纖維作物，廣泛應(yīng)用于漁業(yè)、航海、工礦、運(yùn)輸、油田等領(lǐng)域。廣東農(nóng)墾湛江墾區(qū)劍麻種植面積曾居世界前列，纖維總產(chǎn)量位居我國之首，曾被譽(yù)為“亞洲劍麻王國”［1］。但廣東農(nóng)墾湛江墾區(qū)屬熱帶地區(qū)，呈現(xiàn)高溫多雨的氣候特點(diǎn)，土壤有機(jī)質(zhì)分解快，水土流失嚴(yán)重，同時(shí)，劍麻連續(xù)多年種植，土壤板結(jié)、酸化、有機(jī)質(zhì)含量低的問題已經(jīng)突顯。大量研究表明，綠肥特別是豆科綠肥具有改良土壤［2-4］、保持水土、減少養(yǎng)分損失［4-9］、增加生物多樣性［10，11］等功效。然而，目前我國劍麻的研究大多集中在營養(yǎng)特性［12-14］、病蟲害防治［15-17］、新品種選育［18］等方面，麻園套作綠肥保持水土、防止養(yǎng)分流失等相關(guān)研究鮮有報(bào)道。平托花生（Arachis pintoi）為熱帶型多年生豆科落花生屬牧草，是匍匐型、蔓生性的草本植物，須根多，能節(jié)節(jié)生根，貼地生長，葉柄基部有潛伏芽，分枝多，多年栽培能形成草層。同時(shí)，平托花生具有耐酸、耐瘠、耐旱、耐蔭等特性，能在強(qiáng)酸性紅壤上生長［19］。紅壤區(qū)果園間套種植平托花生進(jìn)行水土保持、增肥地力等研究報(bào)道較多［4，19-21］，但是劍麻園套種平托花生對(duì)土壤水肥保持和養(yǎng)分在土壤剖面的分布影響研究鮮有報(bào)道，而這恰恰是利用平托花生改良和培育劍麻園土壤亟需解決的問題。為此，本研究在廣東農(nóng)墾湛江墾區(qū)東方紅農(nóng)場(chǎng)選取2個(gè)地塊，以不套種平托花生、套種平托花生4個(gè)月和9個(gè)月的土壤為研究對(duì)象，探討套種平托花生對(duì)劍麻園耕層保水效果、土壤氮磷鉀速效養(yǎng)分垂直分布的影響，以期為劍麻的高產(chǎn)高效栽培和以平托花生培肥劍麻園土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 劍麻園概況

試驗(yàn)劍麻園位于廣東農(nóng)墾湛江墾區(qū)東方紅農(nóng)場(chǎng)。大田地勢(shì)平緩，土壤為玄武巖發(fā)育的磚紅壤。供試劍麻品種為龍舌蘭雜種 H.11648，2齡麻，種植密度270株/667m2，大小行距分別為4、1 m，株距0.9 m。每年4月施用劍麻有機(jī)無機(jī)專用配方肥（N-P2O5-K2O為5-4-9，總養(yǎng)分≥20%）3750 kg/hm2。

試驗(yàn)選取2個(gè)地塊的劍麻園，第一個(gè)是東方紅農(nóng)場(chǎng)五隊(duì)99號(hào)地塊劍麻園，種植模式為無套種平托花生（T0）和套種9個(gè)月平托花生（T9），面積分別為0.33、2.33 hm2；第二個(gè)是六隊(duì)25號(hào)地塊劍麻園，種植模式為套種4個(gè)月（F4）和9個(gè)月平托花生（F9），面積分別為0.33、2.00 hm2。平托花生種植密度為40 cm×60 cm，T9和F9平托花生播種時(shí)間為2018年6月，F(xiàn)4平托花生播種時(shí)間為2018年11月。無套種平托花生的地表無覆蓋，套種平托花生4個(gè)月和9個(gè)月的地表覆蓋度分別為30%～40%和80%～90%。

1.2 樣品采集

1.2.1 土壤樣品采集

2019年3月28日分別在2個(gè)地塊劍麻園依據(jù)“梅花點(diǎn)法”多點(diǎn)采集0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)層次土壤樣品，現(xiàn)場(chǎng)混合成一個(gè)樣品，每種種植模式取3個(gè)重復(fù)，鮮土用密封袋封裝，放入冰盒保存。采樣位置避開2018年的施肥點(diǎn)。

1.2 測(cè)定方法

土壤含水量：重量含水量，采用經(jīng)典烘干法測(cè)定。

土壤速效養(yǎng)分：銨態(tài)氮和硝態(tài)氮采用0.01 mol/L氯化鈣浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定，速效磷采用0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4OAC浸提-火焰光度法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS.V13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 套種平托花生對(duì)劍麻園土壤保水性的影響

同一個(gè)劍麻園，土壤的容重變化不大，故土壤含水量可以體現(xiàn)土壤的保水性能。劍麻大行間套種平托花生對(duì)劍麻園不同層次土壤含水量的影響見圖1。結(jié)果表明，無論劍麻園土壤肥力高低、有無套種平托花生、套種時(shí)間長短，劍麻園土壤含水量均隨土壤深度的增加而增加。無套種平托花生劍麻園0～20 cm土壤含水量最小，僅為18.44%。

圖1 套種平托花生對(duì)劍麻園土壤含水量的影響Fig.1 Effects of interplanting Arachis pintoi on soilmoisture in sisal field

從圖1（A）可以看出，套種平托花生增加了不同層次土壤的含水量（F0～20cm＝34.52*，F(xiàn)20～40cm＝5.21，F(xiàn)40～60cm＝9.16*），且對(duì)0～20 cm的土壤保水效果最好，相較于無套種平托花生土壤含水量提高了3.29個(gè)百分點(diǎn)，20～40 cm和40～60 cm土層土壤含水量分別提高了2.08個(gè)百分點(diǎn)和2.27個(gè)百分點(diǎn)。圖1（B）表明平托花生套種時(shí)間長短同樣影響土壤的保水性，且對(duì)0～20 cm土壤的保水性影響明顯。套種平托花生9個(gè)月的0～20 cm土層含水量顯著高于套種4個(gè)月的（F0～20cm＝15.33*），增加了8.44%，但是對(duì) 20～40 cm、40～60 cm土層含水量無顯著影響（F20～40cm＝0.09，F(xiàn)40～60cm＝1.06）。可見，劍麻大行間套種平托花生可以提高土壤的保水性，且種植時(shí)間越長、地表覆蓋度越高，對(duì)耕層（0～20 cm）土壤的保水性越好。對(duì)季節(jié)性干旱嚴(yán)重的東方紅農(nóng)場(chǎng)劍麻園而言，大行套種平托花生，干旱期能提高土壤含水量，保持土壤水分；降雨期可防治水土流失，有利于劍麻生長。

2.2 套種平托花生對(duì)劍麻園土壤礦質(zhì)氮（Nmin）含量的影響

套種平托花生對(duì)劍麻園不同土層土壤礦質(zhì)態(tài)氮（Nmin）含量的影響見圖2。數(shù)據(jù)表明，無套種平托花生劍麻園，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層Nmin含量隨土層深度增加而依次降低，相對(duì)于上一個(gè)土層降幅分別達(dá)到48.16%和47.39%；套種平托花生的劍麻園Nmin主要分布在表層0～20 cm，中下層20～40 cm和40～60 cm Nmin含量較低，且二者間沒有明顯差異，20～40 cm土層Nmin含量較0～20 cm的下降了61.91%～67.27%。

圖2（A）表明，劍麻園套種平托花生后，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層Nmin含量降低，分別下降了59.78%、70.45%和30.02%，0～20 cm和20～40 cm土層 Nmin差異達(dá)到顯著水平（F0～20cm＝99.29*，F(xiàn)20～40cm＝56.38*）。忽略0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層容重差異，劍麻園套種平托花生后0～60 cm土層Nmin含量顯著降低（F0～60cm＝70.14*），達(dá)到13.37 mg/kg，而無套種的為32.10 mg/kg。圖2（B）表明，平托花生套種時(shí)間對(duì)土壤Nmin含量有顯著影響，套種9個(gè)月的0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層Nmin含量均顯著低于套種4個(gè)月的（F0～20cm＝286.01*，F(xiàn)20～40cm＝46.35*，F(xiàn)40～60cm＝24.99*），分別下降了 8.23、3.13、2.95 mg/kg。套種平托花生后，除40～60 cm土層外，土壤Nmin含量顯著降低，且套種時(shí)間9個(gè)月的顯著低于4個(gè)月的。在0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層容重差異不計(jì)時(shí)，套種平托花生9個(gè)月的0～60 cm土層Nmin含量顯著低于套種4個(gè)月的（F0～60cm＝846.91*）。套種平托花生土壤礦質(zhì)氮下降的原因可能為：平托花生雖然是豆科作物，可以生物固氮，但生長快，且套種并沒有額外增加肥料用量，所以平托花生和劍麻爭(zhēng)奪氮素，導(dǎo)致土壤Nmin含量降低。

圖2 套種平托花生對(duì)劍麻園土壤無機(jī)氮Nmin含量的影響Fig.2 Effects of interplanting Arachis pintoi on soilmineral nitrogen in sisal field

2.3 套種平托花生對(duì)劍麻園土壤速效磷含量的影響

套種平托花生劍麻園不同土層速效磷含量變化見圖3。從圖3可以看出，未套種平托花生的劍麻園，土壤速效磷含量均隨著土壤深度的增加而降低，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層的速效磷含量差異顯著，依次降低了76.19%和90.47%。套種平托花生后，20～40 cm土壤速效磷含量顯著低于0～20 cm的，下降了94.43%～95.48%；40～60 cm和20～40 cm土壤速效磷含量無顯著差異。

圖3（A）表明，劍麻園套種平托花生后，0～20 cm和20～40 cm土壤速效磷含量顯著降低（F0～20cm＝14.79*，F(xiàn)20～40cm＝13.13*），40～60 cm土壤速效磷含量沒有明顯改變（F40～60cm＝0.52）。忽略0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層容重差異，劍麻園套種平托花生后，0～60 cm土層速效磷顯著降低（F0～60cm＝20.79*），達(dá)到11.84mg/kg，而無套種的為19.14mg/kg。圖3（B）表明，平托花生的套種時(shí)間對(duì)0～20 cm土壤速效磷含量產(chǎn)生了影響，套種9個(gè)月的土壤速效磷含量顯著高于套種4個(gè)月的（F0～20cm＝8.47*），但套種時(shí)間對(duì)20～40 cm和40～60 cm層次土壤速效磷含量無顯著影響（F20～40cm＝0.30，F(xiàn)40～60cm＝0.71）。在0～20 cm、20～40 cm和 40～60 cm 3個(gè)土層容重差異不計(jì)時(shí)，套種時(shí)間也未改變0～60 cm速效磷含量，套種9個(gè)月和套種4個(gè)月的土壤速效磷含量無差異（F0～60cm＝6.59）。套種平托花生后，土壤速效磷含量降低與土壤Nmin含量降低的原因相類似，套種的平托花生吸收了土壤中的磷素。

圖3 套種平托花生對(duì)劍麻園土壤速效磷含量的影響Fig.3 Effects of interplanting Arachis pintoi on soil available phosphorus in sisal field

2.4 套種平托花生對(duì)劍麻園土壤速效鉀含量的影響

土壤速效鉀水平反應(yīng)了土壤的供鉀強(qiáng)度和能力，套種平托花生劍麻園土壤速效鉀含量見圖4。從圖4可以看出，無套種平托花生劍麻園，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)層次土壤速效鉀含量依次降低，分別降低了15.37%和11.50%；套種平托花生劍麻園速效鉀土壤剖面分布規(guī)律同Nmin，主要分布在表層0～20 cm，中下層速效鉀含量較低，且無明顯差異，3個(gè)土層間依次下降了16.22%～56.75%和0.46%～9.19%。

圖4 套種平托花生對(duì)劍麻園土壤速效鉀含量的影響Fig.4 Effects of interplanting Arachis pintoi on soil available potassium in sisal field

從圖4（A）可以看出，套種平托花生后，0～20 cm土壤速效鉀含量無明顯改變（F0～20cm＝0.03），但 20～40 cm和40～60 cm速效鉀含量較無套種的顯著降低（F20～40cm＝73.87*，F(xiàn)40～60cm＝30.50*），分別降低了42.93%和35.81%。忽略0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層容重差異，劍麻園套種平托花生后0～60 cm土層速效鉀含量顯著降低（F0～60cm＝11.21*），為122.80 mg/kg，而無套種的為160.73mg/kg。由圖4（B）可知，套種9個(gè)月0～20 cm土壤速效鉀含量顯著高于套種4個(gè)月的（F0～20cm＝51.41*），達(dá)后者的1.79倍；20～40 cm和40～60 cm土壤速效鉀含量無顯著差異（F20～40cm＝0.98，F(xiàn)40～60cm＝3.48）。忽略0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層容重差異，套種時(shí)間顯著影響0～60 cm土層速效鉀含量，套種平托花生9個(gè)月的顯著高于套種4個(gè)月的（F0～60cm＝12.21*），套種 9個(gè)月的速效鉀含量為 148.09 mg/kg，4個(gè)月的為 120.58 mg/kg。

3 討論

3.1 套種平托花生和土壤保水性能

湛江農(nóng)墾劍麻種植密度為270株/667m2，大行行距為3.8～4.0m，裸露地表面積大。研究［22］表明，種植綠肥能有效減少裸露地表面積，減小地表徑流速度，緩沖雨水對(duì)地表的沖擊，大幅度減少種植區(qū)的水土流失。平托花生通過匍匐莖地上水平枝擴(kuò)展，由匍匐莖上斜生出的大量枝條形成致密的坪面，能減少地表徑流，防止表土流失，具有優(yōu)良的保土、保水性能［19］。

本研究結(jié)果也證明劍麻園套種平托花生明顯增加了土壤含水量，即套種平托花生有優(yōu)良的保水性能。套種平托花生，不同深度的土壤含水量均增加，0～20 cm層次土壤的含水量提高了3.29個(gè)百分點(diǎn)，20～40 cm和40～60 cm土層分別提高了2.08個(gè)百分點(diǎn)和2.27個(gè)百分點(diǎn)，相當(dāng)于666.7 m2的0～20 cm土層蓄水量增加了6.14、3.88、4.24 m3。套種平托花生時(shí)間越長，平托花生覆蓋度越大，其保水性能也就越好。套種平托花生4個(gè)月的地表覆蓋度為30%～40%，9個(gè)月的已達(dá)80%～90%，相應(yīng)的套種9個(gè)月的0～20 cm土層保水性能優(yōu)于套種4個(gè)月的。

3.2 套種平托花生對(duì)土壤速效氮磷鉀含量的影響

地表植被覆蓋有保水保肥的作用。模擬徑流小區(qū)降雨試驗(yàn)表明，植被覆蓋坡地氮流失量比裸地減少了0.91～4.60倍，磷流失量減少了6.25～63.9倍，且不同植被的控制效果不同，控制效果依次為草灌＞草本＞灌木＞裸地［8］。植被覆蓋面積越大，對(duì)徑流養(yǎng)分流失的削減作用越強(qiáng)［5，23-24］。套種平托花生，紅壤果園地表徑流數(shù)顯著降低，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的含量增加，但全鉀量降低［4］；山地茶園土壤堿解氮、速效鉀含量提高［26］；果園土壤的銨吸附能力增強(qiáng)，對(duì)氨離子的吸附量增加［27］。

本研究通過測(cè)定劍麻園不同深度土壤速效氮磷鉀的變化，間接反映出劍麻套種平托花生后對(duì)劍麻園水土流失及氮磷鉀養(yǎng)分變化的影響。結(jié)果表明，套種平托花生后，除0～20 cm土壤外，其他土層礦質(zhì)氮、速效磷和速效鉀含量均有不同程度的降低，與以往的研究結(jié)果不同。原因可能是：雖然套種平托花生可以減少水分流失，提高保水保肥能力，但是，平托花生生長發(fā)育需要從土壤中吸收富集大量的磷鉀［25］，且吸收量大于套種減少的流失量。在研究中，劍麻大行行距為3.8～4.0 m，套種平托花生4個(gè)月的地表覆蓋度為30%～40%，9個(gè)月的已達(dá)80%～90%，可見其生長快，需要大量的氮磷鉀，但套種和無套種平托花生的劍麻，年施肥均為專用配方肥（5-4-9）3750 kg/hm2，所以平托花生和劍麻爭(zhēng)奪氮磷鉀養(yǎng)分，導(dǎo)致土壤礦質(zhì)氮、速效磷和速效鉀含量降低。在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 3個(gè)土層容重差異不計(jì)的情況下，套種平托花生劍麻園0～60 cm土層的礦質(zhì)氮、速效磷和速效鉀含量明顯降低，也進(jìn)一步證明了劍麻園套種平托花生后，平托花生和劍麻爭(zhēng)奪氮磷鉀養(yǎng)分。因此，劍麻園套種平托花生時(shí)，為了維持土壤氮磷鉀水平，避免平托花生和劍麻爭(zhēng)奪養(yǎng)分，應(yīng)適當(dāng)增加氮磷鉀施用量。劍麻園套種平托花生9個(gè)月，0～60 cm土層礦質(zhì)氮顯著低于套種平托花生4個(gè)月的，但二者速效磷含量無差異，速效鉀含量則表現(xiàn)為套種9個(gè)月的顯著高于套種4個(gè)月的，這可能與劍麻園土壤礦質(zhì)氮、速效磷和速效鉀含量和平托花生氮磷鉀需求量不同有關(guān)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

平托花生作為綠肥，可以直接翻壓還田，歸還土壤氮磷鉀養(yǎng)分。山茶地套種平托花生，一年二次割青測(cè)產(chǎn)，第一年平均莖葉產(chǎn)量達(dá) 20.3 t/hm2，第二年為 30.5 t/hm2，第三年為 35.5 t/hm2［19］。平托花生干物質(zhì)粗蛋白含量為15.88%，全磷含量為0.19%［25］。劍麻園套種平托花生在覆蓋度達(dá)90%以上時(shí)，部分翻壓還田，加上脫落的葉片在土壤中腐解后歸還氮磷鉀養(yǎng)分，此后不需要額外增加氮磷鉀用量。

4 結(jié)論

劍麻園套種平托花生可以提高不同層次土壤含水量，有優(yōu)良的保土、保水性能，其中0～20 cm層次土壤保水效果最好。套種平托花生時(shí)間越長，地表覆蓋度越大，0～20 cm土壤保水性能越好。劍麻園套種平托花生和不增加施肥量的情況下，0～20 cm、20～40 cm土壤礦質(zhì)氮和速效磷、20～40 cm、40～60 cm土壤速效鉀含量均顯著降低；無套種平托花生劍麻園，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層礦質(zhì)氮、速效磷和速效鉀含量隨土層深度依次降低，而套種平托花生劍麻園，20～40 cm和40～60 cm土層礦質(zhì)氮、速效磷和速效鉀含量無差異，但顯著低于0～20 cm土層的；套種平托花生后0～60 cm土層礦質(zhì)氮、速效磷和速效鉀含量明顯降低，平托花生和劍麻爭(zhēng)奪氮磷鉀養(yǎng)分。劍麻園套種平托花生時(shí)，為了維持土壤氮磷鉀水平，避免平托花生和劍麻爭(zhēng)奪養(yǎng)分，應(yīng)適當(dāng)增加氮磷鉀施用量。