吳傳美,何 季,*,吳文珊,蔡 俊,向仰州

(1.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,貴州 貴陽 550025; 2.貴州師范學(xué)院 地理與資源學(xué)院,貴州 貴陽 550018)

刺梨(RosaroxbunghiiTratt.)是我國云貴高原特有的藥食兩用植物。目前,關(guān)于刺梨的研究主要集中在其品質(zhì)營養(yǎng)[1-3]、藥用價(jià)值[4-5]、病蟲害防治[6]、加工工藝[7]、育種栽培、資源開發(fā)[8]等方面。刺梨是貴州省目前大力發(fā)展的12個(gè)重點(diǎn)特色產(chǎn)業(yè)之一,其產(chǎn)業(yè)化種植已有一定規(guī)模,但在種植方面仍以傳統(tǒng)的單作為主,易導(dǎo)致土地質(zhì)量的嚴(yán)重退化,不僅不利于土地資源的可持續(xù)利用,而且會(huì)降低刺梨的產(chǎn)量和品質(zhì)[9]。

間作能夠充分挖掘土壤、氣象等農(nóng)業(yè)資源的潛力。合理的間作可通過時(shí)間、空間等方面的互補(bǔ),在增加土壤營養(yǎng)元素含量的同時(shí),增加作物產(chǎn)量,改善作物品質(zhì)[10-11]。研究表明:與玉米單作相比,玉米和苜蓿間作能夠降低土壤全磷、全氮的損失量;與馬鈴薯單作相比,馬鈴薯與蠶豆間作能顯著提升土壤全磷、全氮含量;與茶樹單作相比,茶樹和板栗間作可有效提升土壤pH值和有機(jī)質(zhì)、氮(N)、磷(P)、鉀(K)含量[12-14]。但也有研究發(fā)現(xiàn):油茶間作時(shí),土壤中的有機(jī)碳、堿解氮、有效磷含量均低于單作;棉花和蘿卜、大豆、花生、辣椒等間作時(shí),其對(duì)養(yǎng)分的競爭能力不同[15-16]。這說明,有些作物在進(jìn)行間作時(shí)會(huì)存在養(yǎng)分競爭的情況。目前,關(guān)于間作在刺梨種植中的應(yīng)用研究主要集中在刺梨園土壤養(yǎng)分[17]、土壤微生物特征和酶活性[18]、團(tuán)聚體穩(wěn)定性[19]等方面,而關(guān)于間作對(duì)刺梨園土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳和養(yǎng)分特征影響的研究還鮮見報(bào)道。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是一門研究生態(tài)過程中多重化學(xué)元素平衡關(guān)系的學(xué)科[20]。碳(C)、N、P是養(yǎng)分元素循環(huán)和轉(zhuǎn)化的核心,研究土壤C、N、P的化學(xué)計(jì)量特征,對(duì)揭示土壤養(yǎng)分的限制情況及其循環(huán)和平衡機(jī)制具有積極意義[21-22]。不同粒級(jí)的團(tuán)聚體因其物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)的差異,會(huì)導(dǎo)致土壤C、N、P養(yǎng)分庫及其化學(xué)計(jì)量特征產(chǎn)生差異[23]。為此,本文特開展不同間作模式下刺梨園土壤團(tuán)聚體生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征及其與土壤養(yǎng)分關(guān)系的研究,旨在揭示間作模式下刺梨園土壤團(tuán)聚體中C、N、P的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征及其對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率,為調(diào)節(jié)刺梨園土壤肥力狀況、配置合理的種植模式等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省黔南布依族苗族自治州龍里縣(26°10′19″～26°49′33″N,106°45′18″～107°15′1″E)。該區(qū)海拔在1 280～1 500 m,年平均氣溫13.9 ℃,年均無霜期280 d,年均降水量1 088 mm,年均日照時(shí)數(shù)1 060～1 265 h,屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。其土壤質(zhì)地較黏,類型為黃壤。

本試驗(yàn)所在的刺梨園,其土壤容重為1.42 g·cm-3,總孔隙度46.33%,pH值5.24,有機(jī)碳含量18.20 g·kg-1,全氮含量1.79 g·kg-1,全磷含量0.42 g·kg-1,全鉀含量16.34 g·kg-1,堿解氮含量101.46 mg·kg-1,有效磷含量16.16 mg·kg-1,速效鉀含量153.23 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)置2個(gè)間作處理:M1,玉米與刺梨間作;M2,辣椒與刺梨間作。試驗(yàn)另設(shè)刺梨單作作為對(duì)照(CK)。每個(gè)處理均設(shè)置3個(gè)重復(fù),共劃分9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。刺梨種植的行株距統(tǒng)一為2 m×3 m,辣椒和玉米的行株距統(tǒng)一為0.4 m×0.3 m。

供試刺梨品種為貴農(nóng)5號(hào)。試驗(yàn)期間對(duì)所有小區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1.3 樣品采集

于2019年10月采集樣品。在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū),按“S”形布點(diǎn)法選取5個(gè)采樣點(diǎn),分層取0～20、20～40 cm深的土壤。用小鏟子除去地表物質(zhì)后,將5個(gè)采樣點(diǎn)的樣品混合后,用四分法取1.5 kg左右土樣帶回實(shí)驗(yàn)室。揀出碎石與根系殘茬等,在陰涼處自然風(fēng)干,備用。

1.4 測定方法

采用濕篩法[19]測定土壤團(tuán)聚體組成。將烘干后的各粒級(jí)的土樣研磨過篩,用于測定不同粒級(jí)團(tuán)聚體的有機(jī)碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)、堿解氮(AN)、有效磷(AP)、速效鉀(AK)含量。其中,有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定,全氮含量采用凱氏消煮-半微量法測定,全磷含量采用鉬銻抗比色法測定,堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定,有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定,速效鉀含量采用乙酸銨浸提-原子吸收法[24]測定。參照鄭子成等[25]的方法計(jì)算各粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和單因素方差分析(one-way ANOVA),對(duì)有顯著(P<0.05)差異的,采用LSD法進(jìn)行多重比較。文中出現(xiàn)的碳氮比(C/N)、碳磷比(C/P)、氮磷比(N/P),均系相應(yīng)元素的質(zhì)量比。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間作模式下刺梨園土壤的團(tuán)聚體組成

間作對(duì)刺梨園土壤的團(tuán)聚體分布有顯著影響(圖1)。在0～20 cm土層,各處理下的土壤團(tuán)聚體均主要集中在<0.25 mm粒級(jí),占團(tuán)聚體總量的52.49%～62.38%。M1處理下,>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5 mm的團(tuán)聚體含量分別比CK顯著高出60.42%、68.79%、22.64%、17.72%、23.40%;M2處理下,>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5 mm團(tuán)聚體含量分別比CK顯著高出17.08%、18.90%、47.06%、9.73%。在20～40 cm土層,M1和CK處理下的土壤團(tuán)聚體同樣主要集中在<0.25 mm粒級(jí),分別占團(tuán)聚體總量的61.32%和71.44%;M2處理下≥0.25 mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體增多,占團(tuán)聚體總量的46.46%。M1處理下,>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5 mm的團(tuán)聚體含量分別比CK顯著高出99.29%、47.13%、36.20%、25.25%、17.52%;M2處理下,>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5 mm的團(tuán)聚體含量分別比CK顯著高出46.01%、117.95%、154.88%、91.18%、22.51%。

柱上無相同字母的表示同一粒級(jí)下不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same letters indicate significant difference at P<0.05 within treatments under the same particle size. The same as below.圖1 不同間作模式下刺梨園土壤的團(tuán)聚體組成Fig.1 Aggregate composition of soil in Rosa roxbunghii Tratt. orchard under different intercropping modes

2.2 不同間作模式下刺梨園土壤團(tuán)聚體的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

與CK相比,適宜的間作模式可顯著提高刺梨園不同土層土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體的OC含量(圖2)?？偟膩砜?在同一土層同一粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體中,OC含量從高到低依次為M1>M2>CK,且土壤團(tuán)聚體的粒徑越大,OC含量越高。在0～20 cm土層,M1和M2處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的OC含量分別比CK顯著高出140.7%和100.1%、125.3%和95.6%、133.6%和74.5%、90.7%和72.1%、94.2%和66.7%;在20～40 cm土層,M1處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的OC含量分別比CK顯著高出62.5%、63.7%、79.8%、78.9%、79.1%、100.1%。

圖2 不同處理下土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量Fig.2 Organic carbon content in soil aggregates under different treatments

與OC相似,適宜的間作模式同樣可較CK處理顯著提高刺梨園不同土層各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體的TN含量(圖3)?？偟膩砜?在同一土層同一粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體中,TN含量從高到低依次為M2>M1>CK。在0～20 cm土層,M2處理下>5、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的TN含量分別比CK顯著高出27.0%、18.0%、18.3%和20.9%;M1處理下,僅>5 mm和>0.5～1 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的TN含量顯著高于CK。在20～40 cm土層,M2處理下,>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的TN含量分別比CK顯著高出55.2%、74.8%、95.5%、108.9%、114.9%、133.3%;M1處理下,>5、>2～5、0.25～0.5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的TN含量顯著高于CK。

圖3 不同處理下土壤團(tuán)聚體的全氮含量Fig.3 Total nitrogen content in soil aggregates under different treatments

適宜的間作模式同樣可較CK處理顯著提高刺梨園不同土層土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體的TP含量(圖4)。整體來看,隨著土層加深,同一處理下相同粒徑土壤團(tuán)聚體中的TP含量呈下降趨勢。在0～20 cm土層,M2處理下,>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的TP含量分別比CK顯著高出72.3%、62.6%、66.7%、54.7%、52.5%、82.1%;M1處理下,>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm 粒級(jí)團(tuán)聚體的TP含量分別比CK顯著高出41.1%、43.6%、81.3%。在20～40 cm土層,M1和M2處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的TP含量分別比CK顯著高出55.2%和60.0%、94.2%和90.8%、137.2%和126.2%、141.4%和119.5%、166.6%和118.3%、180.1%和100.8%。

圖4 不同處理下土壤團(tuán)聚體的全磷含量Fig.4 Total phosphorus content in soil aggregates under different treatments

間作對(duì)刺梨園土壤團(tuán)聚體的C/N有顯著影響(表1)。在0～20 cm土層,相同粒徑土壤團(tuán)聚體的C/N在各處理間總體表現(xiàn)為M1>M2>CK。M1處理下,>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的C/N分別比CK顯著高出116.6%、143.2%、112.3%、73.1%、80.1%、74.0%;M2處理下,僅>5 mm和0.25～0.5 mm團(tuán)聚體的C/N分別比CK顯著高出58.2%和39.8%。在20～40 cm土層,M1處理下,僅<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的C/N顯著高于CK;M2處理下,0.25～0.5 mm和<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的C/N顯著低于CK。

表1 不同處理下土壤團(tuán)聚體的碳氮比(C/N)Table 1 C/N ratio (C/N)of soil aggregates under different treatments

間作對(duì)刺梨園土壤團(tuán)聚體的C/P有顯著影響(表2)。在0～20 cm土層,M1處理下,>5、>1～2、>0.5～1 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的C/P分別比CK顯著高出68.9%、66.1%、37.3%。在20～40 cm土層,M1和M2處理下,>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的C/P顯著低于CK。

表2 不同處理下土壤團(tuán)聚體的碳磷比(C/P)Table 2 C/P ratio (C/P) of soil aggregates under different treatments

間作對(duì)刺梨園土壤團(tuán)聚體的N/P有顯著影響(表3)。在0～20 cm土層,M1和M2處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的N/P分別比CK顯著低21.7%和25.1%、28.0%和23.7%、20.7%和23.8%、20.0%和21.9%、25.5%和21.5%、40.3%和36.4%。在20～40 cm土層,M1處理下>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的N/P顯著低于CK。

表3 不同處理下土壤團(tuán)聚體的氮磷比(N/P)Table 3 N/P ratio (N/P) of soil aggregates under different treatments

2.3 不同間作模式下刺梨園土壤團(tuán)聚體的AN、AP、AK含量

在0～20 cm土層,隨著團(tuán)聚體粒徑的增加,AN含量總體呈上升趨勢(圖5)。與CK相比,2種間作模式下0～20 cm土層各粒級(jí)團(tuán)聚體的AN含量均較CK顯著增加,M1和M2處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的AN含量分別比CK顯著高出54.5%和64.5%、39.6%和62.5%、45.9%和76.5%、72.3%和106.7%、78.3%和137.3%、110.8%和172.9%。在20～40 cm土層,僅M2處理下0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的AN含量顯著高于CK。

圖5 不同處理下土壤團(tuán)聚體的堿解氮含量Fig.5 Alkali-hydrolyzable nitrogen content in soil aggregates under different treatments

總的來看,隨土層加深,相同處理同一土層同一粒徑團(tuán)聚體的AP含量降低(圖6)。在0～20 cm土層,隨著團(tuán)聚體粒徑的增加,AP含量總體呈上升趨勢,且相同粒徑土壤團(tuán)聚體的AP含量在各處理間總體表現(xiàn)為M2>M1>CK,M1處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、>0.25～0.5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的AP含量分別比CK顯著高出208.3%、193.1%、164.4%、127.9%、92.7%,M2處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5、<0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的AP含量分別比CK顯著高出302.9%、277.8%、248.5%、223.6%、217.5%、175.8%。在20～40 cm土層,僅M1和M2處理>5 mm和>2～5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的AP含量顯著高于CK。

圖6 不同處理下土壤團(tuán)聚體的有效磷含量Fig.6 Available phosphorus content in soil aggregates under different treatments

整體來看,隨團(tuán)聚體粒徑增加,AK含量呈上升趨勢(圖7)。在0～20 cm土層,M1處理下>5 mm和>2～5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的AK含量顯著高于CK,M2處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的AK含量顯著高于CK。在20～40 cm土層,M1和M2處理下>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、0.25～0.5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的AK含量均顯著高于CK。

圖7 不同處理下土壤團(tuán)聚體的速效鉀含量Fig.7 Available potassium content in soil aggregates under different treatments

2.4 不同間作模式下刺梨園土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率

在0～20 cm土層,M1和M2處理大團(tuán)聚體(粒徑>0.25 mm)OC對(duì)土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率分別為54.7%和56.8%(圖8),而CK處理大團(tuán)聚體OC對(duì)土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率為31.1%,與M1和M2相比,分別下降了23.6和25.7百分點(diǎn)。在20～40 cm土層,大團(tuán)聚體OC對(duì)土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率從高到低依次為M2(46.0%)>M1(41.2%)>CK(31.6%),與CK相比,M2和M1處理分別增加了14.4和9.6百分點(diǎn)。

圖8 不同處理下土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率Fig.8 Contribution rate of nutrients in aggregates to soil under different treatments

在0～20 cm土層,M1和M2處理大團(tuán)聚體TN對(duì)土壤TN的貢獻(xiàn)率分別為48.7%和48.1%,而CK處理大團(tuán)聚體TN對(duì)土壤總氮的貢獻(xiàn)率為38.7%,與M1和M2相比分別降低了10.0和9.4百分點(diǎn)。在20～40 cm土層,大團(tuán)聚體TN對(duì)土壤TN的貢獻(xiàn)率從高到低依次為M2(58.2%)>M1(44.8%)>CK(30.6%),與CK相比,M2和M1處理分別增加了27.6和14.2百分點(diǎn)。

在0～20 cm土層,M1和M2處理大團(tuán)聚體TP對(duì)土壤TP的貢獻(xiàn)率分別為50.8%和51.8%,CK處理大團(tuán)聚體TP對(duì)土壤TP的貢獻(xiàn)率為46.4%,與M1和M2相比分別降低了4.4和5.4百分點(diǎn)。在20～40 cm土層,大團(tuán)聚體TP對(duì)土壤TP的貢獻(xiàn)率從高到低依次為M2(60.0%)>M1(46.3%)>CK(30.6%),與CK相比,M2和M1處理分別增加了29.4和15.7百分點(diǎn)。

在0～20 cm土層,M1、M2、CK處理大團(tuán)聚體AN對(duì)土壤AN的貢獻(xiàn)率分別為57.6%、52.7%和52.8%。在20～40 cm土層,M1、M2、CK處理大團(tuán)聚體AN對(duì)土壤AN的貢獻(xiàn)率分別為51.9%、62.3%和37.9%,與CK相比,M1和M2處理分別增加了14.0和24.4百分點(diǎn)。

在0～20 cm土層,M1和M2處理大團(tuán)聚體AP對(duì)土壤AP的貢獻(xiàn)率分別為59.4%和54.2%,CK處理大團(tuán)聚體AP對(duì)土壤AP的貢獻(xiàn)率為38.9%,與M1和M2相比分別降低了10.5和15.3百分點(diǎn)。在20～40 cm土層,M1、M2、CK處理大團(tuán)聚體AP對(duì)土壤AP的貢獻(xiàn)率分別為52.4%、66.3%、30.8%,與CK相比,M1和M2處理分別增加了21.6和35.5百分點(diǎn)。

在0～20 cm土層,大團(tuán)聚體AK對(duì)土壤AK的貢獻(xiàn)率從高到低依次為M1(55.0%)>M2(47.9%)>CK(38.6%),與M1和M2相比,CK處理分別降低了16.4和9.3百分點(diǎn)。在20～40 cm土層,大團(tuán)聚體AK對(duì)土壤AK的貢獻(xiàn)率從高到低依次為M2(58.9%)>M1(43.5%)>CK(27.2%),與CK相比,M2和M1處理分別增加了31.7和16.3百分點(diǎn)。

3 討論

3.1 間作對(duì)刺梨園土壤團(tuán)聚體生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征和速效養(yǎng)分的影響

團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元,也是養(yǎng)分存儲(chǔ)的主要載體[26]。團(tuán)聚體大小不同,其對(duì)土壤養(yǎng)分元素的保持和供應(yīng)能力也不同[27]。本研究中,刺梨園土壤團(tuán)聚體大多以粒徑<0.25 mm的微團(tuán)聚體為主,但間作后土壤微團(tuán)聚體數(shù)量降低。分析其原因可能是,間作模式下,植物根系與微生物生物量等增多,大量的有機(jī)物輸入土壤,使得土壤中的膠結(jié)物質(zhì)增加,因而形成了更多的粒徑≥0.25 mm的大團(tuán)聚體[28]。

有研究表明,油茶和花生間作下,土壤的全磷、全氮、全鉀含量均高于油茶單作,但與花生單作之間沒有顯著差異[29]。也有研究表明,茶園間作會(huì)降低茶樹對(duì)養(yǎng)分的利用能力[30]。由此可見,間作對(duì)土壤碳、氮、磷的影響具有不確定性,主要取決于間作農(nóng)作物的種類及其特性。本研究中,適宜的間作模式能增加刺梨園土壤團(tuán)聚體的碳、氮、磷含量,其中,間作玉米對(duì)增加刺梨園土壤有機(jī)碳的作用更明顯,而間作辣椒對(duì)增加刺梨園土壤全氮的作用更明顯。產(chǎn)生這一區(qū)別的原因可能是,玉米秸稈和根系主要以難溶性有機(jī)物為主,分解較慢,而辣椒的C/N相對(duì)較低,其凋落物殘?bào)w和根系等有機(jī)體進(jìn)入土壤后更易經(jīng)分解、礦化釋放氮等養(yǎng)分[31-32]。

整體而言,間作下0～20 cm土層各粒級(jí)團(tuán)聚體的速效養(yǎng)分含量均明顯提高,這與代會(huì)會(huì)等[11]、王慧敏等[30]、劉鵬飛等[33]的研究結(jié)果基本一致;而在20～40 cm土層,>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的有效磷含量顯著提升,≥0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的速效鉀含量顯著提升。這說明,間作對(duì)表層土壤和大團(tuán)聚體速效養(yǎng)分含量的促進(jìn)作用更明顯。間作辣椒處理的團(tuán)聚體中堿解氮、有效磷含量高于玉米間作,這可能與辣椒根際土壤微生物活性更強(qiáng)有關(guān)[34],但具體原因還有待進(jìn)一步分析驗(yàn)證。本研究中,隨著粒徑的增加,團(tuán)聚體中速效養(yǎng)分的含量整體呈增加趨勢,推測與大粒徑團(tuán)聚體中養(yǎng)分礦化速率較快有關(guān)[35]。

土壤C/N與有機(jī)質(zhì)分解速率、團(tuán)聚體穩(wěn)定程度密切相關(guān),一般來說,C/N越低,有機(jī)質(zhì)的礦化速率越高[36-37],C/N越高,土壤團(tuán)聚體越穩(wěn)定[38]。本研究中,0～20 cm土層的C/N總體表現(xiàn)為M1>M2>CK,說明間作模式下,尤其是玉米間作下,土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性較好,碳源豐富,但有機(jī)質(zhì)分解和礦化速度相對(duì)較慢,有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)出積累特征。在20～40 cm土層,M2處理部分粒徑團(tuán)聚體的C/N低于CK,這可能是因?yàn)槔苯犯捣植驾^淺,深層土壤有機(jī)質(zhì)積累相對(duì)較少,且礦化速度較高。本研究還發(fā)現(xiàn),各處理不同粒徑團(tuán)聚體的土壤C/N差異較大,這可能與碳、氮元素在不同粒級(jí)上的分布,以及各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率的差異有關(guān),具體原因還有待進(jìn)一步分析。

土壤C/P是反映磷素礦化能力的指標(biāo)之一,可用于衡量土壤釋放和吸收固持磷的潛力。本研究中,刺梨園0～20 cm土層大團(tuán)聚體的C/P表現(xiàn)為M1>M2>CK,說明間作模式下表層土壤有機(jī)質(zhì)的積累量大于磷的積累量,而刺梨單作模式下土壤磷表現(xiàn)出較高的礦化率和釋放潛力。在20～40 cm土層,≤1 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的C/P表現(xiàn)為刺梨單作顯著高于間作,說明刺梨單作下深層土壤中的微生物在分解有機(jī)質(zhì)時(shí)磷素釋放受限,磷的有效性降低。

土壤N/P不但可以反映氮、磷對(duì)植物生長的限制情況[39-41],還會(huì)直接影響植物的養(yǎng)分利用效率[42-43]。較低的N/P反映植物生長受氮限制,較高的N/P反映植物生長受磷限制[36]。本研究中,0～20 cm土層各粒級(jí)團(tuán)聚體的N/P均表現(xiàn)為刺梨單作顯著優(yōu)于間作。這在一方面說明,長期的單作加速了土壤中磷素的消耗,可能會(huì)引起土壤磷素對(duì)刺梨生長的制約;但也在另一方面提示,間作可能會(huì)增強(qiáng)土壤氮素的限制作用。

3.2 間作對(duì)刺梨園土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分貢獻(xiàn)率的影響

土壤養(yǎng)分主要由土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體的養(yǎng)分供應(yīng),研究各粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率,能更全面客觀地反映間作不同農(nóng)作物對(duì)土壤養(yǎng)分的改善作用與效果[44]。不同土地利用方式對(duì)土壤團(tuán)聚體養(yǎng)分含量分布和轉(zhuǎn)化特征的影響不同[25]。不同粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的保持和供應(yīng)能力也不同[45]。本研究中,在0～20 cm土層,間作模式下刺梨園土壤的大團(tuán)聚體OC、TP、AP對(duì)土壤相應(yīng)養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率高于微團(tuán)聚體(粒徑<0.25 mm),但單作模式下則表現(xiàn)為微團(tuán)聚體的貢獻(xiàn)率高于大團(tuán)聚體;間作和單作模式下,團(tuán)聚體TN對(duì)土壤TN的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為微團(tuán)聚體大于大團(tuán)聚體,而團(tuán)聚體AN對(duì)土壤AN的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為微團(tuán)聚體小于大團(tuán)聚體;玉米間作模式下大團(tuán)聚體AK對(duì)土壤AK的貢獻(xiàn)率大于微團(tuán)聚體,而辣椒間作和刺梨單作模式下則表現(xiàn)為微團(tuán)聚體的貢獻(xiàn)率大于大團(tuán)聚體。總體來看,間作下大團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率大于單作,說明間作有利于大團(tuán)聚體的形成,有利于提升大團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率。

大團(tuán)聚體是土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)中較好的結(jié)構(gòu)體。間作模式下刺梨園土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分50%以上的貢獻(xiàn)主要集中在≥0.25 mm粒徑的團(tuán)聚體上,說明間作模式下大團(tuán)聚體是養(yǎng)分供給的主要來源[46]。單作模式下,土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)主要集中在<0.25 mm粒級(jí)。這可能是因?yàn)?團(tuán)聚體的養(yǎng)分貢獻(xiàn)率除了受各粒級(jí)團(tuán)聚體養(yǎng)分含量的影響外,還受到土壤中各粒級(jí)團(tuán)聚體組成的影響[25,45-46]。

4 結(jié)論

(1)間作可有效提高刺梨園表層土壤營養(yǎng)狀況和大團(tuán)聚體中的養(yǎng)分含量,間作玉米對(duì)刺梨園土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳的提升效果優(yōu)于間作辣椒,間作辣椒對(duì)刺梨園土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體全氮和速效養(yǎng)分的提升效果優(yōu)于間作玉米。

(2)間作模式下尤其是玉米間作土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性較好,有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)出積累特征,且有機(jī)質(zhì)的積累量大于磷的積累量;長期刺梨單作可能引起土壤磷素對(duì)刺梨生長的制約,長期間作會(huì)增強(qiáng)土壤氮素的限制作用。

(3)間作模式下刺梨園土壤大團(tuán)聚體對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀的貢獻(xiàn)率分別為41.2%～56.8%、44.8%～58.2%、46.3%～60.0%、51.9%～62.3%、52.4%～66.3%和43.5%～58.9%,刺梨單作的貢獻(xiàn)率分別為31.1%～31.6%、30.6%～38.7%、30.6%～46.4%、37.9%～52.8%、30.8%～38.9%和27.2%～38.6%。刺梨園間作有利于增加大團(tuán)聚體含量及其對(duì)土壤養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率,從而提升刺梨園土壤的養(yǎng)分供給能力。