套种平托花生对剑麻园不同层次土壤水分和氮磷钾的影响

刘芳，江家泉，黄标，张立丹，孙少龙，樊小林*

（1.华南农业大学资源环境学院，广东 广州510642；2.湛江农垦东方红农场，广东雷州524251）

剑麻（Agave sisalana）是重要的硬质纤维作物，广泛应用于渔业、航海、工矿、运输、油田等领域。广东农垦湛江垦区剑麻种植面积曾居世界前列，纤维总产量位居我国之首，曾被誉为“亚洲剑麻王国”［1］。但广东农垦湛江垦区属热带地区，呈现高温多雨的气候特点，土壤有机质分解快，水土流失严重，同时，剑麻连续多年种植，土壤板结、酸化、有机质含量低的问题已经突显。大量研究表明，绿肥特别是豆科绿肥具有改良土壤［2-4］、保持水土、减少养分损失［4-9］、增加生物多样性［10，11］等功效。然而，目前我国剑麻的研究大多集中在营养特性［12-14］、病虫害防治［15-17］、新品种选育［18］等方面，麻园套作绿肥保持水土、防止养分流失等相关研究鲜有报道。平托花生（Arachis pintoi）为热带型多年生豆科落花生属牧草，是匍匐型、蔓生性的草本植物，须根多，能节节生根，贴地生长，叶柄基部有潜伏芽，分枝多，多年栽培能形成草层。同时，平托花生具有耐酸、耐瘠、耐旱、耐荫等特性，能在强酸性红壤上生长［19］。红壤区果园间套种植平托花生进行水土保持、增肥地力等研究报道较多［4，19-21］，但是剑麻园套种平托花生对土壤水肥保持和养分在土壤剖面的分布影响研究鲜有报道，而这恰恰是利用平托花生改良和培育剑麻园土壤亟需解决的问题。为此，本研究在广东农垦湛江垦区东方红农场选取2个地块，以不套种平托花生、套种平托花生4个月和9个月的土壤为研究对象，探讨套种平托花生对剑麻园耕层保水效果、土壤氮磷钾速效养分垂直分布的影响，以期为剑麻的高产高效栽培和以平托花生培肥剑麻园土壤提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 剑麻园概况

试验剑麻园位于广东农垦湛江垦区东方红农场。大田地势平缓，土壤为玄武岩发育的砖红壤。供试剑麻品种为龙舌兰杂种 H.11648，2龄麻，种植密度270株/667m2，大小行距分别为4、1 m，株距0.9 m。每年4月施用剑麻有机无机专用配方肥（N-P2O5-K2O为5-4-9，总养分≥20%）3750 kg/hm2。

试验选取2个地块的剑麻园，第一个是东方红农场五队99号地块剑麻园，种植模式为无套种平托花生（T0）和套种9个月平托花生（T9），面积分别为0.33、2.33 hm2；第二个是六队25号地块剑麻园，种植模式为套种4个月（F4）和9个月平托花生（F9），面积分别为0.33、2.00 hm2。平托花生种植密度为40 cm×60 cm，T9和F9平托花生播种时间为2018年6月，F4平托花生播种时间为2018年11月。无套种平托花生的地表无覆盖，套种平托花生4个月和9个月的地表覆盖度分别为30%～40%和80%～90%。

1.2 样品采集

1.2.1 土壤样品采集

2019年3月28日分别在2个地块剑麻园依据“梅花点法”多点采集0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个层次土壤样品，现场混合成一个样品，每种种植模式取3个重复，鲜土用密封袋封装，放入冰盒保存。采样位置避开2018年的施肥点。

1.2 测定方法

土壤含水量：重量含水量，采用经典烘干法测定。

土壤速效养分：铵态氮和硝态氮采用0.01 mol/L氯化钙浸提，连续流动分析仪测定，速效磷采用0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用NH4OAC浸提-火焰光度法。

1.3 数据处理

采用Excel 2010和SPSS.V13.0进行数据分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 套种平托花生对剑麻园土壤保水性的影响

同一个剑麻园，土壤的容重变化不大，故土壤含水量可以体现土壤的保水性能。剑麻大行间套种平托花生对剑麻园不同层次土壤含水量的影响见图1。结果表明，无论剑麻园土壤肥力高低、有无套种平托花生、套种时间长短，剑麻园土壤含水量均随土壤深度的增加而增加。无套种平托花生剑麻园0～20 cm土壤含水量最小，仅为18.44%。

图1 套种平托花生对剑麻园土壤含水量的影响Fig.1 Effects of interplanting Arachis pintoi on soilmoisture in sisal field

从图1（A）可以看出，套种平托花生增加了不同层次土壤的含水量（F0～20cm＝34.52*，F20～40cm＝5.21，F40～60cm＝9.16*），且对0～20 cm的土壤保水效果最好，相较于无套种平托花生土壤含水量提高了3.29个百分点，20～40 cm和40～60 cm土层土壤含水量分别提高了2.08个百分点和2.27个百分点。图1（B）表明平托花生套种时间长短同样影响土壤的保水性，且对0～20 cm土壤的保水性影响明显。套种平托花生9个月的0～20 cm土层含水量显著高于套种4个月的（F0～20cm＝15.33*），增加了8.44%，但是对 20～40 cm、40～60 cm土层含水量无显著影响（F20～40cm＝0.09，F40～60cm＝1.06）。可见，剑麻大行间套种平托花生可以提高土壤的保水性，且种植时间越长、地表覆盖度越高，对耕层（0～20 cm）土壤的保水性越好。对季节性干旱严重的东方红农场剑麻园而言，大行套种平托花生，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，有利于剑麻生长。

2.2 套种平托花生对剑麻园土壤矿质氮（Nmin）含量的影响

套种平托花生对剑麻园不同土层土壤矿质态氮（Nmin）含量的影响见图2。数据表明，无套种平托花生剑麻园，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层Nmin含量随土层深度增加而依次降低，相对于上一个土层降幅分别达到48.16%和47.39%；套种平托花生的剑麻园Nmin主要分布在表层0～20 cm，中下层20～40 cm和40～60 cm Nmin含量较低，且二者间没有明显差异，20～40 cm土层Nmin含量较0～20 cm的下降了61.91%～67.27%。

图2（A）表明，剑麻园套种平托花生后，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层Nmin含量降低，分别下降了59.78%、70.45%和30.02%，0～20 cm和20～40 cm土层 Nmin差异达到显著水平（F0～20cm＝99.29*，F20～40cm＝56.38*）。忽略0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层容重差异，剑麻园套种平托花生后0～60 cm土层Nmin含量显著降低（F0～60cm＝70.14*），达到13.37 mg/kg，而无套种的为32.10 mg/kg。图2（B）表明，平托花生套种时间对土壤Nmin含量有显著影响，套种9个月的0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层Nmin含量均显著低于套种4个月的（F0～20cm＝286.01*，F20～40cm＝46.35*，F40～60cm＝24.99*），分别下降了 8.23、3.13、2.95 mg/kg。套种平托花生后，除40～60 cm土层外，土壤Nmin含量显著降低，且套种时间9个月的显著低于4个月的。在0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层容重差异不计时，套种平托花生9个月的0～60 cm土层Nmin含量显著低于套种4个月的（F0～60cm＝846.91*）。套种平托花生土壤矿质氮下降的原因可能为：平托花生虽然是豆科作物，可以生物固氮，但生长快，且套种并没有额外增加肥料用量，所以平托花生和剑麻争夺氮素，导致土壤Nmin含量降低。

图2 套种平托花生对剑麻园土壤无机氮Nmin含量的影响Fig.2 Effects of interplanting Arachis pintoi on soilmineral nitrogen in sisal field

2.3 套种平托花生对剑麻园土壤速效磷含量的影响

套种平托花生剑麻园不同土层速效磷含量变化见图3。从图3可以看出，未套种平托花生的剑麻园，土壤速效磷含量均随着土壤深度的增加而降低，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层的速效磷含量差异显著，依次降低了76.19%和90.47%。套种平托花生后，20～40 cm土壤速效磷含量显著低于0～20 cm的，下降了94.43%～95.48%；40～60 cm和20～40 cm土壤速效磷含量无显著差异。

图3（A）表明，剑麻园套种平托花生后，0～20 cm和20～40 cm土壤速效磷含量显著降低（F0～20cm＝14.79*，F20～40cm＝13.13*），40～60 cm土壤速效磷含量没有明显改变（F40～60cm＝0.52）。忽略0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层容重差异，剑麻园套种平托花生后，0～60 cm土层速效磷显著降低（F0～60cm＝20.79*），达到11.84mg/kg，而无套种的为19.14mg/kg。图3（B）表明，平托花生的套种时间对0～20 cm土壤速效磷含量产生了影响，套种9个月的土壤速效磷含量显著高于套种4个月的（F0～20cm＝8.47*），但套种时间对20～40 cm和40～60 cm层次土壤速效磷含量无显著影响（F20～40cm＝0.30，F40～60cm＝0.71）。在0～20 cm、20～40 cm和 40～60 cm 3个土层容重差异不计时，套种时间也未改变0～60 cm速效磷含量，套种9个月和套种4个月的土壤速效磷含量无差异（F0～60cm＝6.59）。套种平托花生后，土壤速效磷含量降低与土壤Nmin含量降低的原因相类似，套种的平托花生吸收了土壤中的磷素。

图3 套种平托花生对剑麻园土壤速效磷含量的影响Fig.3 Effects of interplanting Arachis pintoi on soil available phosphorus in sisal field

2.4 套种平托花生对剑麻园土壤速效钾含量的影响

土壤速效钾水平反应了土壤的供钾强度和能力，套种平托花生剑麻园土壤速效钾含量见图4。从图4可以看出，无套种平托花生剑麻园，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个层次土壤速效钾含量依次降低，分别降低了15.37%和11.50%；套种平托花生剑麻园速效钾土壤剖面分布规律同Nmin，主要分布在表层0～20 cm，中下层速效钾含量较低，且无明显差异，3个土层间依次下降了16.22%～56.75%和0.46%～9.19%。

图4 套种平托花生对剑麻园土壤速效钾含量的影响Fig.4 Effects of interplanting Arachis pintoi on soil available potassium in sisal field

从图4（A）可以看出，套种平托花生后，0～20 cm土壤速效钾含量无明显改变（F0～20cm＝0.03），但 20～40 cm和40～60 cm速效钾含量较无套种的显著降低（F20～40cm＝73.87*，F40～60cm＝30.50*），分别降低了42.93%和35.81%。忽略0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层容重差异，剑麻园套种平托花生后0～60 cm土层速效钾含量显著降低（F0～60cm＝11.21*），为122.80 mg/kg，而无套种的为160.73mg/kg。由图4（B）可知，套种9个月0～20 cm土壤速效钾含量显著高于套种4个月的（F0～20cm＝51.41*），达后者的1.79倍；20～40 cm和40～60 cm土壤速效钾含量无显著差异（F20～40cm＝0.98，F40～60cm＝3.48）。忽略0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层容重差异，套种时间显著影响0～60 cm土层速效钾含量，套种平托花生9个月的显著高于套种4个月的（F0～60cm＝12.21*），套种 9个月的速效钾含量为 148.09 mg/kg，4个月的为 120.58 mg/kg。

3 讨论

3.1 套种平托花生和土壤保水性能

湛江农垦剑麻种植密度为270株/667m2，大行行距为3.8～4.0m，裸露地表面积大。研究［22］表明，种植绿肥能有效减少裸露地表面积，减小地表径流速度，缓冲雨水对地表的冲击，大幅度减少种植区的水土流失。平托花生通过匍匐茎地上水平枝扩展，由匍匐茎上斜生出的大量枝条形成致密的坪面，能减少地表径流，防止表土流失，具有优良的保土、保水性能［19］。

本研究结果也证明剑麻园套种平托花生明显增加了土壤含水量，即套种平托花生有优良的保水性能。套种平托花生，不同深度的土壤含水量均增加，0～20 cm层次土壤的含水量提高了3.29个百分点，20～40 cm和40～60 cm土层分别提高了2.08个百分点和2.27个百分点，相当于666.7 m2的0～20 cm土层蓄水量增加了6.14、3.88、4.24 m3。套种平托花生时间越长，平托花生覆盖度越大，其保水性能也就越好。套种平托花生4个月的地表覆盖度为30%～40%，9个月的已达80%～90%，相应的套种9个月的0～20 cm土层保水性能优于套种4个月的。

3.2 套种平托花生对土壤速效氮磷钾含量的影响

地表植被覆盖有保水保肥的作用。模拟径流小区降雨试验表明，植被覆盖坡地氮流失量比裸地减少了0.91～4.60倍，磷流失量减少了6.25～63.9倍，且不同植被的控制效果不同，控制效果依次为草灌＞草本＞灌木＞裸地［8］。植被覆盖面积越大，对径流养分流失的削减作用越强［5，23-24］。套种平托花生，红壤果园地表径流数显著降低，有机质、全氮、全磷的含量增加，但全钾量降低［4］；山地茶园土壤碱解氮、速效钾含量提高［26］；果园土壤的铵吸附能力增强，对氨离子的吸附量增加［27］。

本研究通过测定剑麻园不同深度土壤速效氮磷钾的变化，间接反映出剑麻套种平托花生后对剑麻园水土流失及氮磷钾养分变化的影响。结果表明，套种平托花生后，除0～20 cm土壤外，其他土层矿质氮、速效磷和速效钾含量均有不同程度的降低，与以往的研究结果不同。原因可能是：虽然套种平托花生可以减少水分流失，提高保水保肥能力，但是，平托花生生长发育需要从土壤中吸收富集大量的磷钾［25］，且吸收量大于套种减少的流失量。在研究中，剑麻大行行距为3.8～4.0 m，套种平托花生4个月的地表覆盖度为30%～40%，9个月的已达80%～90%，可见其生长快，需要大量的氮磷钾，但套种和无套种平托花生的剑麻，年施肥均为专用配方肥（5-4-9）3750 kg/hm2，所以平托花生和剑麻争夺氮磷钾养分，导致土壤矿质氮、速效磷和速效钾含量降低。在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 3个土层容重差异不计的情况下，套种平托花生剑麻园0～60 cm土层的矿质氮、速效磷和速效钾含量明显降低，也进一步证明了剑麻园套种平托花生后，平托花生和剑麻争夺氮磷钾养分。因此，剑麻园套种平托花生时，为了维持土壤氮磷钾水平，避免平托花生和剑麻争夺养分，应适当增加氮磷钾施用量。剑麻园套种平托花生9个月，0～60 cm土层矿质氮显著低于套种平托花生4个月的，但二者速效磷含量无差异，速效钾含量则表现为套种9个月的显著高于套种4个月的，这可能与剑麻园土壤矿质氮、速效磷和速效钾含量和平托花生氮磷钾需求量不同有关，有待进一步验证。

平托花生作为绿肥，可以直接翻压还田，归还土壤氮磷钾养分。山茶地套种平托花生，一年二次割青测产，第一年平均茎叶产量达 20.3 t/hm2，第二年为 30.5 t/hm2，第三年为 35.5 t/hm2［19］。平托花生干物质粗蛋白含量为15.88%，全磷含量为0.19%［25］。剑麻园套种平托花生在覆盖度达90%以上时，部分翻压还田，加上脱落的叶片在土壤中腐解后归还氮磷钾养分，此后不需要额外增加氮磷钾用量。

4 结论

剑麻园套种平托花生可以提高不同层次土壤含水量，有优良的保土、保水性能，其中0～20 cm层次土壤保水效果最好。套种平托花生时间越长，地表覆盖度越大，0～20 cm土壤保水性能越好。剑麻园套种平托花生和不增加施肥量的情况下，0～20 cm、20～40 cm土壤矿质氮和速效磷、20～40 cm、40～60 cm土壤速效钾含量均显著降低；无套种平托花生剑麻园，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层矿质氮、速效磷和速效钾含量随土层深度依次降低，而套种平托花生剑麻园，20～40 cm和40～60 cm土层矿质氮、速效磷和速效钾含量无差异，但显著低于0～20 cm土层的；套种平托花生后0～60 cm土层矿质氮、速效磷和速效钾含量明显降低，平托花生和剑麻争夺氮磷钾养分。剑麻园套种平托花生时，为了维持土壤氮磷钾水平，避免平托花生和剑麻争夺养分，应适当增加氮磷钾施用量。