何亚男　丁亨　周正霄

摘要：采用大田试验的方法，测定了小麦、苜蓿单播与小麦/苜蓿间套种植3种处理方式下土壤有机质、pH值和氮、磷、钾养分的2 m深度的分层含量及剖面分布特征。各处理土壤有机质剖面分布均呈“S”形，表层0～20 cm土壤有机质含量XD（20 g/kg）略高于其他2个处理，0～60 cm土壤有机质含量XD>XMT>MD，而深层XMT有机质含量却超过了XD（60～100 cm）和 MD（150～200 cm），而这可能是小麦与苜蓿间套后进一步促进了深根作物苜蓿深層根系向下分布的有力说明。土壤pH值随深度而增加，通体呈碱性，处理间无显著差异。表层0～20 cm各处理全氮含量间没有显著差异，20～60 cm土层深度内MD和XMT全氮含量极显著高于XD；底层XD速效氮含量占比达全剖面的1/4。小麦套种苜蓿不仅有利于提高20～150 cm深度土壤氮素肥力，同时还可在底层使常规麦田深层土壤氮素流失问题得以减免。经过1个麦季的消耗，XMT和XD处理表层土壤速效磷含量接近10 mg/kg，MD只有6.421 0 mg/kg，无论是对小麦来说还是对苜蓿来说都表现为缺磷状态，说明在这3种处理模式生产实践中磷肥的使用都具有必要性和增产的巨大可能性。小麦/苜蓿间套体系中会使全剖面土壤钾素的消耗比例得以优化，故可以少施甚至不施钾肥。

关键词：小麦；苜蓿；间套种；土壤养分

中图分类号： S512.104.7；S158.3文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）15-0064-05

素有“牧草之王”的紫花苜蓿在改善农作物茬口，病虫害的克制[1]，改善土壤物理性状，提高土壤保水、保肥及供肥能力[2-3]，保护生态环境，提供优质牧草[4-7]，促进农畜和谐发展方面发挥着重大作用，因此将苜蓿与冬小麦套种，将有利于缓解粮草争田，促成农畜双赢，具有十分远大的前景[8]。我国曾有过小麦间套作苜蓿获得显著经济效益的研究报道[9-10]；马克争在小麦苜蓿间套种研究中的结果也表明小麦-苜蓿间作通过优化卵形异绒螨、瓢虫和寄生蜂共同组成的天敌组合提高了对小麦主要害虫麦长管蚜的控制效果，从而显著提高了小麦产量[11]。张晓斌等通过小麦/苜蓿套作生物盆栽试验研究了植物修复PAHs 污染土壤的效果、修复风险评估与修复后土壤的农业利用[12]，但是目前我国乃至世界范围内对于小麦间套苜蓿的研究还是很少，而且主要侧重于间套种作物的产量、经济效益和植物修复分析[13-15]，而对间套种过程中对土壤养分的研究更是少见。本研究在以小麦种植为主的山西省临汾市尧都区进行的小麦与苜蓿间套种植大田实验基础上，系统探讨大田生产条件下小麦间套苜蓿对主要土壤养分产生的影响，以期能够对小麦间套苜蓿的种植技术进步和推广提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验区位于山西省临汾市尧都区东杜村，地处35°55′N、111°34′E，海拔484 m，属暖温带大陆性半干旱季风气候，年均降水量550 mm，平均气温9～13 ℃，无霜期约203 d，属于旱作农业区。土壤类型为褐土。试验田土壤基本性质为：pH值8.05，有机质含量21.51 g/kg，全氮含量1.18 g/kg，全磷含量0.60 g/kg，全钾含量20.85 g/kg，碱解氮含量53.82 mg/kg，有效磷含量10.59 mg/kg和速效钾含量235.55 mg/kg（基本土样取于2014年秋小麦播种之前）。

1.2试验材料与试验设计

试验种植小麦品种为晋麦95，苜蓿为当地品种，均在县底镇种子公司购买。其中苜蓿千粒质量2.255 g，发芽率75%；晋麦95为半冬性品种，千粒质量40 g，发芽率65%。

田间试验设小麦单播（XD）、苜蓿单播（MD）和小麦/苜蓿间套种（XMT）3个处理，各3次重复，共9个试验小区，小区面积50 m2，随机排列。苜蓿于2014年4月份种植，南北方向条播，行距40 cm，播种量18 kg/hm2；冬小麦于9月下旬在已建植苜蓿地上同向机械条播，行距18 cm，播种量 225 kg/hm2，并于秋季小麦播种前地面撒播形式统一施用复合肥（用量N 187.5 kg/hm2，P2O5 97.5 kg/hm2，K2O 52.5 kg/hm2）；春季小麦起身期地表撒施追肥（N 225 kg/hm2，K2O 37.5 kg/hm2）后人工松土覆盖。

1.3土壤样品采集与测定

1.3.1土壤样品采集2015年6月上旬小麦收获后在各试验小区内，“S”形布点，用土钻分取5钻点0～20、20～60、60～100、100～150、150～200 cm共5个层次的土壤样品，分层充分混合后四分之一法留样。采集的样品置于室内自然风干，剔除大石块、植物根系等杂质，磨碎分别过20目和60目尼龙筛，装袋密封用于土壤全量和速效养分等的分析测定。

1.3.2土壤养分测定方法[16]土壤有机质：油浴加热重铬酸钾氧化-容量法；土壤全氮：凯氏蒸馏法；土壤全磷：氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法；土壤全钾：碱熔-火焰光度计或原子吸收分光光度计法；土壤碱解氮：碱解扩散法；土壤有效磷：碳酸氢钠提取-钼锑抗比色；土壤速效钾：乙酸铵浸提-火焰光度计或原子吸收分光光度计法；土壤pH值：电位法（水土比2.5 ∶1）。

1.4数据统计分析

试验所得数据采用SPSS 17.0统计分析软件中的方差分析和显著性分析，结合Excel 2013进行分析处理。

2结果与分析

2.1小麦/苜蓿间套种植对土壤有机质和pH值的影响

从不同深度土壤有机质测定结果（图1-A）来看，无论是小麦、苜蓿单播还是间套作，都是表层（0～20 cm）土壤有机质含量最高，平均为18.87 g/kg，根据全国第二次土壤普查分级标准[17]属于有机质四级，而深层土壤有机质含量最低（平均8.07 g/kg）也达五级标准。60 cm以上小麦单播处理（XD）土壤有机质含量显著高于苜蓿单播处理（MD），但随着深度增加这种趋势逆反，这与小麦和苜蓿的生物量分布密切相关。从根系分布特点来看，小麦根系85%分布在100 cm土体深度内，50cm以上占60%[18]，而苜蓿属深根作物，种植第二年根系下扎深度可达2 m，50 cm以上根系只占一半，150 cm 深度根系量高达15%[19]。地上生物量的分配是影响表层有机质含量的主要因素。由于试验执行小麦秸秆还田，而苜蓿则是适时收割，因此小麦间套苜蓿以后，地上小麦秸秆生产和还田数量减少，而苜蓿又增加了深层地下生物量的比例，从而导致0～60 cm土壤有机质含量XD>XMT>MD，而深层XMT有机质含量却超过了XD（60～100 cm）和 MD（150～200 cm）。endprint

土壤pH值随深度变化趋势与有机质相反（图1-B），随深度而增加，通体呈碱性；表层平均8.2，比试验初期略微下降；深层平均8.7～8.8，3个处理间没有显著差异。

2.2小麦/苜蓿间套种植对土壤速效养分含量的影响

土壤碱解氮也叫有效氮，包括无机态氮（铵态氮、硝态氮）及易水解的有机态氮（氨基酸、酰胺和易水解蛋白质），与作物生长关系密切，能反映土壤近期内氮素供应情况。从不同深度土壤速效養分测定结果（图2）来看，表层（0～20 cm） XD和MD处理碱解氮含量均处于中下水平，但与小麦播种前测定值相比不但没有减少，反而分别增加了18% 和38%；而XMT处理碱解氮含量（25 mg/kg）却降低了53%。XD、MD表层速效氮增加一方面与春季追肥有关，也与苜蓿固氮有关，而XMD速效氮含量减少则可能表明小麦和苜蓿间套种植后加强了表层根系对氮素的吸收利用能力。向下20～100 cm深度情况相反，小麦/苜蓿间套处理的碱解氮含量达到五级水平（50 mg/kg左右），小麦和苜蓿单播处理的却降为六级。深层100～150 cm的3个处理均达到五级水平，排序为MD>XMT>XD；150～200 cm深度排序为XD >MD>XMT，小麦/苜蓿间套处理的碱解氮含量又降到最低水平。

经过1个麦季的消耗，XMT和XD处理表层土壤速效磷含量接近（10 mg/kg），无论是对小麦来说还是对苜蓿来说都表现为缺磷状态[20-21]，而且在各处理深层土壤中速效磷含量基本处在6～8 mg/kg之间，MD更是通体低于7 mg/kg。60～100 cm和150～200 cm 2个深度层次上XMT处理土壤速效磷含量显著低于XD，但与MD处理相比，只在前一个深度层次上差异显著，后一个层次上差异并不显著（图2）。结果说明在这3种处理模式生产实践中磷肥的使用都具有必要性和增产的巨大可能性。

XD表层0～20 cm 速效钾含量（104 mg/kg）显著低于MD和XMT，但后两者间几乎相等（136 mg/kg），虽然3个处理都比麦季开始前的基本土样速效钾含量大幅（40%～50%）降低，但对小麦和苜蓿生长需求来说都属中上水平。向下20～150 cm土层深度内3个处理速效钾含量间差异不大，大致在120～150 mg/kg，均处于钾素富余状态，底层 150～200 cm XMT和XD处理更是达到了极高水平（191 mg/kg 和153 mg/kg），即使是含量相对较低的MD也高达111 mg/kg（图2）。

2.3小麦/苜蓿间套种植对土壤全量养分含量的影响

3个处理不同深度土壤全量养分测定结果如表2所示。表层0～20 cm各处理全氮含量间没有显著差异；全磷含量差异显著，排序为XMT>XD>MD；全钾含量MD>XMT>XD，但后两者间差异并不显著。20～60 cm土层深度内MD和XMT全氮含量极显著高于XD，全磷含量却是XD和XMT极显著高于MD，但全钾含量三者间无显著差异。在60～100 cm 深度层次上，XMT全氮含量显著高于XD，极显著高于MD；全磷含量MD>XMT>XD，且差异极显著；MD与XMT全钾含量无显著差异，但两者均极显著高于XD。100～150 cm深度内3个处理全量养分差异极显著，全氮含量排序为XMT>XD>MD，全磷含量为MD>XMT>XD，全钾含量为MD>XD>XMT。底层各处理不同养分间差异也达到显著水平，部分达到极显著水平，全氮为MD>XD>XM，全磷MD>XMT>XD，全钾MD>XMT>XD。

2.4小麦/苜蓿间套种植对土壤养分剖面分布的影响

为了更形象地表达不同处理间土壤养分的剖面分布特征差异，根据以上3个处理的速效和全量养分数据结果分别计算了各种养分形态在5个深度层次上的含量占2 m全剖面总量的百分比，以及各个层次上3种养分的活化比（速效养分与全量养分之比），结果如图3所示。

许多研究表明土壤有机质的剖面分布大致呈“S”形[22-23]，与秸秆还田、根系分布、自然气候水分条件以及化肥施用等都着复杂而密切的联系。试验中3种耕作处理模式土壤有机质在2 m深土壤内的剖面分布基本也是呈“S”形，60 cm 深度是第一个拐点，向上越接近表层有机质含量占比越高，表层均在30%之上；向下XD是随深度增加有机质含量占比开始减小，到150 cm深度处减幅加大，但拐点不明显；MD和XMT处理在60～100 cm深度有机质含量占比随深度增加，100 cm成为第二拐点，向下改为随深度增加而减少。这种分布规律表明在60 cm之上， 有机质平衡过程受地上枯落物和还田秸秆输入影响较多，所以均表现为向上的净累积增加趋势。60 cm之下的深层土壤有机质输入主要来自作物根系分布，MD和XMT均在60～100 cm表现出有机质净累积的趋势，说明苜蓿相对于小麦来说除了有固氮功能之外还具有增加土壤有机质的优势。XMT在150～200 cm的底层土壤有机质占比为15.2%，显著高于XD（13.1%）和MD（126%），则可能是小麦与苜蓿间套后进一步促进了深根作物苜蓿深层根系向下分布的有力说明。

全氮在不同层次含量占比与土壤有机质密切相关（r=0899**），速效氮也与有机质显著相关（r=0.557*），尤其是MD处理速效氮含量占比剖面分布与有机质更是高度相关（r=0.995**），速效氮与全氮之间当然极显著相关（r=0569**）。不同处理间进行比较可以看出，表层MD速效氮含量占比最大，高达全剖面的50%，而XMT的只有13%，XD以近30%居中。MD速效氮含量占比随土层深度增加而减少；XD在100 cm深度处降到最低（9%），之后开始向下增加，底层速效氮含量占比达全剖面1/4；XMT在60～150 cm土体内速效氮含量占比处于24%～27%之间，到底层迅速开始降低。氮素活化比剖面分布与速效氮含量占比有正相关关系（r=0.425，P<0.1），表层MD>XD>XMT，结合XD表层速效氮含量的低值占比，可能说明了与苜蓿间套后会促进小麦对氮素的吸收利用。在底层XD的速效氮含量占比和氮素活化比优势可能是麦田生产中速效氮流失的结果，而MD和XMT的相对低值却恰好说明深根作物苜蓿对常规麦田深层土壤氮素流失问题的解决前景。endprint

3个处理不同深度土壤全磷含量占比剖面分布与有机质没有显著相关关系，但速效磷与有机质分布极显著相关（r=0.576**），磷素活化比与有机质极显著相关（r=0.663**）。MD表层全磷含量占比（12.7%）远低于XD（19.1%）和XMT（21.7%），速效磷也偏低，随深度增加其全磷和速效磷含量占比都呈增加趋势，到150 cm深度后开始减少。XMT除表层外其他深度层次全磷和速效磷含量占比剖面分布与MD相似。XD全磷含量占比全剖面分布相对比较均匀（20%～22%），只在表层0～20 cm和60～100 cm 2个深度层次上相对较低（分别为19.1%和16.3%）；速效磷含量占比在20～60 cm深度上最低，比另外2个处理低了3百分点。3个处理全剖面磷素活化比都较低（0.8%～1.6%），XD磷素活化比值除20～60 cm深度外都在1%以上，明显优于MD和XMT。从3个处理磷素养分含量及其剖面分布的结果可以看出，苜蓿在生长过程中对磷素的消耗很大，尤其是表层土壤；而小麦在20～60 cm根系层内对速效磷消耗剧烈，导致磷素肥力降低。小麦和苜蓿间套作在提高根系层土壤磷活性（肥力）的同时也加剧了磷素的消耗，所以在生产实践中磷肥的施用对保障这一系统生产来说很关键。

土壤全钾含量占比剖面分布与有机质呈极显著负相关关系（r=-0.582**），但速效钾与有机质分布相关性不显著；钾素活化比与有机质也极显著相关（r=0.567**）。3個处理钾素含量占比剖面分布差异在表层表现最为突出，MD全钾含量占比值（13.5%）明显低于XD（17.7%）和XMT（192%）处理，但速效钾含量占比却是MD最高（25.4%），XD最低（15.1%），XMT居中（18.9%）。20～100 cm深度范围内XD和XMT处理全钾含量占比与MD相比偏低一些，速效钾MD和XMT比较一致，低于XD。底层速效钾含量占比MD

3结论

3种耕作处理模式土壤有机质在2 m深土壤内的剖面分布呈“S”形。苜蓿相对于小麦来说除了有固氮功能之外还具有增加土壤有机质的优势。小麦间套苜蓿以后，地表有机质含量因地上小麦秸秆还田数量减少而下降，但在深层小麦会促进苜蓿根系向下分布，显著增加深层有机质含量。

全氮和速效氮含量剖面分布与土壤有机质密切相关。小麦/苜蓿间套种植体系中，表层土壤中由于苜蓿的存在促进了小麦对氮素的吸收利用，经过1个麦季的消耗后显著降低了速效氮水平，虽对后期苜蓿生长来说基本足够，但对夏玉米生产来说却处于缺氮的极低水平状态，因此如果接下来要种植夏玉米还是需要补充氮肥。但小麦套种苜蓿有利于提高 20～150 cm深度土壤氮素肥力，同时还可在底层使常规麦田深层土壤氮素流失问题得以避免。

苜蓿在生长过程中对磷素的消耗很大，尤其是表层土壤；小麦和苜蓿间套作在提高根系层土壤磷活性（肥力）的同时也加剧了磷素的消耗，所以在生产实践中磷肥的施用对保障这一系统生产来说很关键。虽然苜蓿对表层土壤钾素消耗也很大，但在小麦/苜蓿间套体系中会使全剖面土壤钾素的消耗比例得以优化，故可以少施甚至不施钾肥。

致谢：试验过程中得到刘飞、赵圆峰等人的帮助，山西省临汾气象局提供气象资料，在此表示诚挚的感谢。

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