張夢瑤，肖靖秀，湯 利，鄭 毅,2*

（1 云南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，昆明 650201；2 云南省教育廳，昆明 650223）

磷是限制植物生長發(fā)育的營養(yǎng)元素之一[1]，施磷肥是保證植物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施之一[2]。當前我國部分土壤由于長期施磷，磷素已經(jīng)盈余過多，農(nóng)田成為了巨大的潛在磷庫[3]，加上磷的不可再生性導致全球磷儲量不斷減少，磷資源匱乏已引起人們的關注[4]。

合理間作在提高養(yǎng)分資源利用效率方面發(fā)揮著重要作用[5]。在小麥-白羽扇豆[6]、玉米-花生[7]、玉米-蠶豆[8]等間作體系中，種間促進作用顯著提高了磷的吸收。Li等[9]在低磷土壤上的研究還發(fā)現(xiàn)，蠶豆分泌的質子和有機酸活化了土壤難溶性磷，提高了與之間作玉米的磷吸收。這些現(xiàn)象表明合理的間作能顯著改善作物的磷營養(yǎng)狀況。但前人的研究大多關注石灰性土壤及低磷脅迫下間作對土壤磷的活化效應，不同施磷條件下，間作對紅壤根際有效磷含量影響的研究尚少；間作條件下作物磷吸收響應磷肥施用的研究尚未見深入報道。

小麥-蠶豆間作是西南地區(qū)主要的小春作物種植模式之一，具有顯著的增產(chǎn)、控病優(yōu)勢[10-12]。已有研究表明，小麥-蠶豆間作的根際分泌物可以促進根際紅壤中磷的活化，也可使小麥根際土壤有效磷較單作有所增加[13-15]，且在較低的肥力水平下，間作具有更明顯的資源利用優(yōu)勢[16]。但在不同磷水平下，小麥-蠶豆間作對根際土壤有效磷含量及作物磷吸收量的影響尚不明確。因此，本研究以小麥-蠶豆間作為研究對象，通過兩年田間試驗，明確不同磷水平下單、間作作物根際有效磷含量的動態(tài)變化及間作對作物磷吸收量的影響，為進一步揭示小麥蠶豆間作促進紅壤磷的高效利用及磷肥合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點設在云南農(nóng)業(yè)大學尋甸大河橋試驗基地 (N23°32′、E103°13′，海拔 1953 m)，地處昆明市東北部，供試土壤為長期熟化的耕作紅壤。氣候條件屬亞熱帶季風氣候，年均溫為14.7℃，年降雨量為1040 mm。2015—2016和2016—2017小麥、蠶豆種植季的平均氣溫如圖1所示。

供試土壤的基本農(nóng)化性狀為：有機質35.05 g/kg、全氮1.40 g/kg、堿解氮80.31 mg/kg、速效鉀146.42 mg/kg、有效磷17.09 mg/kg、pH值7.18。

小麥、蠶豆單作及間作田間試驗布置于2014年10月，前茬作物為玉米。供試小麥品種為云麥-52，蠶豆品種為玉溪大粒豆。小麥-蠶豆間作田間試驗建立后，小麥、蠶豆于每年的10月25—27日播種、次年4月底收獲。5—9月土壤休閑。本試驗研究在田間試驗建立后第二年開始采集數(shù)據(jù)并進行相關研究分析。

圖1 大河橋試驗地2016和2017年度氣溫和降水量Fig. 1 Monthly average air temperature and precipitation during the field experiments in 2016 and 2017

1.2 試驗設計

試驗處理含磷水平和種植制度兩因素，施磷水平設P2O5施用量0、45和90 kg/hm2，記為P0、P45、P90。P90為常規(guī)用量，P45為減施50%用量。種植方式包括小麥單作 (MW)、蠶豆單作 (MF) 和小麥-蠶豆間作 (I)。試驗設3個磷水平、3種種植模式，共9個處理，每個處理重復三次，小區(qū)面積32.4 m2(5.4 m ×6 m)。單作小麥條播種植，行距0.2 m；單作蠶豆行距0.3 m，株距0.1 m。小麥-蠶豆間作種植密度與單作相同，均為6行小麥間2行蠶豆，每個間作小區(qū)內(nèi)有3個小麥種植帶和3個蠶豆種植帶。間作小區(qū)小麥-蠶豆間作行距為0.2 m。

試驗所用磷肥、氮肥、鉀肥分別為普通過磷酸鈣、尿素和硫酸鉀，過磷酸鈣180 kg/hm2和硫酸鉀100 kg/hm2作為基肥在小麥、蠶豆播種前一次性施入。蠶豆尿素90 kg/hm2作基肥在播種前一次施用，小麥尿素90 kg/hm2做基肥，90 kg/hm2在小麥拔節(jié)期追施。單作和間作處理的小麥和蠶豆的肥料用量、種植密度、灌溉方式在等面積下都是相同的。施肥灌溉等方法和當?shù)馗弋a(chǎn)農(nóng)田管理模式一致。

1.3 取樣與分析

每年田間試驗，在小麥分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期，蠶豆分枝期、開花期、結莢期、籽粒膨大期、收獲期采取根際土樣，根際土采用“抖土法”，隨機多點混合采樣。所采取的土樣風干研磨以后測定有效磷含量，測定采用Olsen法。

在小麥蠶豆收獲期測定單、間作小麥、蠶豆產(chǎn)量，測定作物地上部磷含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)處理使用Excel，統(tǒng)計分析采用SPSS17.0軟件進行Two-way Anova多重比較分析。

用土地當量比 (LER) 來衡量間作優(yōu)勢，LER =(Yiw/Ysw) × 2/3 + (Yif/Ysf) × 1/3。式中：Yiw和 Ysw分別表示間作小麥和單作小麥的產(chǎn)量；Yif和Ysf分別表示間作蠶豆和單作蠶豆的產(chǎn)量，2/3和1/3指的是田間試驗間作小麥蠶豆和單作小麥蠶豆種植面積的比例。當LER (土地當量比) 值大于1時，表明此間作體系具有產(chǎn)量優(yōu)勢；若LER小于1，則表明間作體系沒有優(yōu)勢[17]。

磷吸收量 = 磷濃度 × 生物量。用磷肥農(nóng)學利用率來反映磷肥的吸收效率，磷肥農(nóng)學利用率 = (施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量 - 不施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施磷量。

2 結果與分析

2.1 不同磷水平下小麥蠶豆間作對作物產(chǎn)量的影響

2016年P0、P45、P90水平下LER分別為1.12、1.13和1.09，2017分別為0.95、1.18和1.05。從兩年的結果來看，間作產(chǎn)量優(yōu)勢 (LER數(shù)值的大小) 受磷水平的調控，從LER數(shù)值大小來看，總體表現(xiàn)為P45〉 P90，2016 年差異達顯著水平 (圖 2)。

間作對作物產(chǎn)量的影響年際間變化較大，2016年小麥單作和間作產(chǎn)量總體顯著高于2017年，蠶豆產(chǎn)量單作和間作兩年差異較小 (圖3)。2016年間作小麥產(chǎn)量三個磷水平下均顯著高于單作，P0、P45、P90水平下分別增加了12.5%、21.7%和17.3%。而2017年P0和P45水平下較單作分別增加了14.4%和18.8%。

2017年，單作蠶豆產(chǎn)量總體顯著高于間作產(chǎn)量，P0、P45、P90水平下間作蠶豆產(chǎn)量較單作分別降低了16.8%、11.7%和8.2% (圖3)。

2.2 不同磷水平下小麥蠶豆間作對根際有效磷含量的影響

兩年的田間試驗表明，除2016年間作降低了小麥成熟期根際有效磷含量外，間作種植對小麥根際有效磷含量均無影響 (表1)。與P0和P45水平相比，P90水平僅在小麥拔節(jié)期顯著提高了根際有效磷含量，在其他生育期不同施磷水平間根際有效磷含量無差異。但是，由于種植模式和磷肥施用水平交互作用顯著，2016年在小麥抽穗期，P90水平下間作較單作顯著提高了小麥根際有效磷含量28.4%；在小麥灌漿期，P0水平下，間作有效磷含量顯著高于單作30.9%。同樣，在2017年小麥成熟期，P45水平下，間作有效磷含量低于單作，達到顯著差異。說明不同磷肥施用水平下小麥-蠶豆間作改變了特定生育期小麥根際有效磷含量，但是年際之間變異較大。

圖2 不同磷肥施用水平下小麥蠶豆間作體系土地當量比Fig. 2 Land equivalent ratio (LER) of wheat and faba bean intercropping system under different phosphate application levels

圖3 不同磷肥施用水平下單、間作小麥和蠶豆的籽粒產(chǎn)量Fig. 3 Yields of inter- and mono-cropped wheat and faba bean under different P rates

與小麥不同，間作種植改變了不同生育期蠶豆根際有效磷含量。2016年，間作顯著提高了蠶豆分枝期根際有效磷含量10%；2017年，在蠶豆分枝期、開花期、結莢期，間作則分別降低蠶豆根際有效磷含量20.8%、44.5%和18%。與P0和P45水平相比，P90水平顯著提高了蠶豆根際有效磷含量，尤其是在蠶豆分枝期和蠶豆開花期。同樣，由于磷肥施用水平和種植模式交互作用顯著，2016年P90水平下，蠶豆分枝期和開花期，間作顯著提高了蠶豆根際有效磷36.9%和25.4%；而2017年，P45水平下，間作分別降低蠶豆分枝期及開花期根際有效磷37.7%和45.0%；P90水平下間作降低開花期蠶豆根際有效磷含量56.5% (表2)。

2.3 不同磷水平下小麥蠶豆間作對磷吸收量的影響

由表3可以看出，在小麥產(chǎn)量較高的2016年，施磷增加了小麥的吸磷量，但沒有達到顯著水平，在產(chǎn)量較低的2017年，施磷沒有增加小麥的吸磷量。2016年，施磷顯著增加了蠶豆的磷素吸收量，但P45、P90水平間差異不顯著。2017年施磷處理蠶豆的磷吸收量不僅沒有增加，反而有所降低，P90水平的間作蠶豆吸磷量顯著低于P0水平 (表3)。綜合比較2016、2017兩年的田間試驗結果，施磷顯著提高了作物的磷吸收量，但種植模式對小麥磷吸收量沒有影響，施磷水平和種植模式交互作用顯著。

表1 小麥不同生育期根際土壤有效磷含量 (mg/kg)Table 1 Available phosphorus contents in rhizosphere soil of wheat at different growing stages

2.4 不同磷水平下間作對小麥磷肥農(nóng)學利用率的影響

不同施磷量對磷肥農(nóng)學利用率影響顯著，但不同種植模式對磷肥農(nóng)學利用率無顯著影響 (表4)。2016年減磷1/2 (P45) 較常規(guī)施磷 (P90) 提高磷肥農(nóng)學利用率54.8%，2017年減磷1/2處理下較P90水平則降低磷肥農(nóng)學利用率38.9%。

3 討論

3.1 不同磷水平下小麥蠶豆間作對作物產(chǎn)量的影響

本研究表明，在有效磷含量中等 (Olsen-P 17 mg/kg)的土壤上，小麥蠶豆間作產(chǎn)量同時受施磷水平和種植模式的影響。間作主要是提高小麥產(chǎn)量而顯示間作產(chǎn)量優(yōu)勢，這與前人在小麥蠶豆間作試驗的研究結果一致[13-14,18]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著施磷量的增加，小麥產(chǎn)量也隨之增加，這與胡雨彤等[19]試驗結果一致。但P45、P90水平下，蠶豆產(chǎn)量則無顯著差異。說明在有效磷含量中等的土壤上，小麥較蠶豆而言對磷肥用量更為敏感。并不需要當?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)用量90 kg/hm2施磷量即可滿足蠶豆的生長需要。適當增施磷肥可以促進豆科作物根瘤的形成、提高豆科作物產(chǎn)量[20-21]。但是本試驗條件下，并未發(fā)現(xiàn)磷肥減施顯著降低了單間作蠶豆的產(chǎn)量，磷肥減施是否改變了單間作蠶豆根瘤的形成，它們兩者之間的關聯(lián)如何？尚需進一步深入探討。

本研究表明在減磷1/2處理下，LER值最大。在當前磷肥用量下，P45水平下間作小麥蠶豆產(chǎn)量與P90水平下單作相比，并未降低產(chǎn)量，反而有增產(chǎn)的趨勢，說明間作在減磷的情況下具有維持作物產(chǎn)量的潛力，這為深入研究間作系統(tǒng)磷肥減施、提高磷肥利用效率提供了有力的證據(jù)。但具體小麥蠶豆間作系統(tǒng)中，磷肥減施量及其最佳磷肥用量推薦，還需深入研究。

表2 蠶豆不同生育期根際土壤有效磷含量 (mg/kg)Table 2 Available phosphorus contents in rhizosphere soil of faba bean at different growing stages

兩年的試驗結果均表明，小麥蠶豆間作具有間作產(chǎn)量優(yōu)勢。但是，年際之間產(chǎn)量及間作增產(chǎn)效應差異較大 (圖3)。從兩年的田間氣象數(shù)據(jù)來看 (圖1)，2015—2016年小麥蠶豆種植季，前期氣溫低，后期高；而2016—2017年則正好相反。這可能是造成年際差異的主要原因。因此，小麥蠶豆間作的產(chǎn)量特征及間作效應還需要多年的田間試驗進一步加以驗證。

3.2 不同磷水平下小麥蠶豆間作對根際有效磷含量的影響

王宇蘊等[13]、張德閃等[14]的研究表明，小麥蠶豆間作顯著地提高了小麥根際土壤有效磷含量，但本研究結果表明 (表1)，間作幾乎對小麥根際有效磷含量無影響。張麗等[22]在玉米大豆間作系統(tǒng)中的研究表明，間作能夠促進玉米植株對土壤有效磷的吸收，導致根際有效磷的耗竭。而本試驗條件下，小麥蠶豆間作對小麥地上部磷吸收也沒有影響。這可能與土壤條件、試驗環(huán)境不同有關。與小麥不同的是，2017年的結果表明，間作種植顯著降低了蠶豆根際有效磷含量，但是地上部磷的吸收也沒有差異。總之，從本研究來看，小麥蠶豆間作確實是改變了根際有效磷含量，但是年際之間變異較大。

禾本科作物和豆科作物的根際過程差異較大，因此，豆科-禾本科作物間作會顯著改變根際有效磷含量及磷的循環(huán)[23]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，不同磷水平下，種植模式和磷肥施用水平顯著改變了蠶豆根際有效磷含量。但值得關注的是，雖然間作改變了蠶豆根際有效磷含量，但間作對蠶豆地上部磷吸收量并沒有影響，說明間作種植改變了土壤磷的轉化過程，但是不同磷水平下間作如何調控豆科作物磷的吸收，仍需要深入分析。兩年田間試驗均證實，由于磷素的吸收主要集中在生育前期，后期的磷素營養(yǎng)主要依靠磷在作物體內(nèi)的周轉來完成。因此，磷肥施用水平主要影響小麥、蠶豆生長前期根際有效磷含量；當小麥蠶豆進入生殖生長階段后，根際有效磷含量并不受磷肥施用水平的調控 (除2017年收獲期)；同時，小麥蠶豆間作也主要是改變了蠶豆生長前期根際有效磷的含量 (表2)。然而，不同磷水平下，小麥蠶豆間作系統(tǒng)中，根際有效磷含量的改變與作物地上部磷的吸收有怎樣的關系，其對間作產(chǎn)量優(yōu)勢的形成貢獻如何，目前尚不清楚。

表3 小麥和蠶豆磷吸收量 (kg/hm2)Table 3 Total amounts of phosphorus uptake by wheat and faba bean

表4 2016和2017年小麥磷肥農(nóng)學利用率 (kg/kg)Table 4 Phosphorus agronomy efficiency of wheat in 2016 and 2017

3.3 不同磷水平下小麥蠶豆間作對磷吸收的影響

本試驗條件下，種植模式對磷吸收量沒有影響(表3)。但由于種植模式和磷肥施用水平的交互作用，2016和2017年P45水平間作下小麥、蠶豆磷吸收量與P90水平單作相比均未降低，說明間作在適當減磷的情況仍能維持作物磷吸收量，與前人研究一致[24-25]。

總體來看，小麥蠶豆間作在減磷條件下可以維持作物產(chǎn)量和磷吸收量，說明在土壤有效磷含量中等的條件下，小麥-蠶豆間作存在節(jié)約施磷的空間，但具體磷肥減施量還需進一步研究。此外，磷肥施用方式可能也影響磷肥的吸收和利用，因此，今后在間作體系中還應考慮施肥量和施肥方法相結合，以進一步提高磷肥利用效率。

本試驗表明，不同種植模式對磷肥農(nóng)學利用率并無顯著影響，這與孫寶茹[26]研究結果有相似之處。易均等[27]試驗提出，降低10%～20%的磷肥施用量可以提高磷肥農(nóng)學利用率，這與本試驗2016年減磷1/2處理趨勢一致，減磷處理下小麥磷肥農(nóng)學利用率顯著高于當?shù)爻Ｒ?guī)施磷，說明該地區(qū)適當減磷可以提高磷肥的農(nóng)學利用率。2017年小麥磷肥農(nóng)學利用率在減磷1/2水平下低于常規(guī)施磷，這是由于2017年減磷1/2水平與P0水平相比，并沒有顯著提高小麥產(chǎn)量，P90水平下小麥增產(chǎn)更顯著造成的，這或許與兩年的氣候差異有關。關于不同磷水平下豆科-禾本科間作對磷肥農(nóng)學利用率的影響，尚需進一步深入研究，探明具體的作用機制。

本研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)匦←?蠶豆間作條件下，減磷1/2 (P45) 與常規(guī)施磷 (P90) 水平相比，間作可以維持根際有效磷含量及磷吸收量，為間作在減磷下維持產(chǎn)量提供了條件。以往一些文章旨在研究如何提高根際土壤中有效磷的含量，但從本研究來看，在維持作物產(chǎn)量、土壤有效磷含量、作物磷吸收量的前提下，適當降低供磷水平，提高磷肥的利用效率，應作為今后研究的重點。此外，本研究雖然系統(tǒng)分析了小麥-蠶豆間作系統(tǒng)中的根際有效磷-作物磷吸收-作物產(chǎn)量，但是小麥-蠶豆間作系統(tǒng)中三者之間的關系尚不能清楚地解析，需更多地深入研究探討。

4 結論

不同磷肥施用水平下，小麥蠶豆間作具有產(chǎn)量優(yōu)勢，土施利用當量介于0.95～1.18，單位面積的產(chǎn)量高于小麥、蠶豆單作。

小麥蠶豆間作主要是改變了蠶豆生育前期根際有效磷含量，而對小麥根際有效磷含量幾乎沒有影響。小麥的磷吸收及磷肥農(nóng)學利用率主要受不同磷水平的調控，而不受種植模式的影響。小麥-蠶豆間作具有減磷并能維持作物產(chǎn)量和根際土壤有效磷含量的潛力。