李澤倫 張 晨 田姝紅丁 紅張冠初梁新波石書兵*張智猛*

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830052;2.山東省花生研究所,山東 青島 266100;3.中央農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校唐山分校,河北 唐山 063000)

花生是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物,2018年全國種植面積 474 萬hm2,總產(chǎn)量2127 萬t,其中70%的花生種植面積分布于干旱半干旱地區(qū),重茬連作障礙凸顯,成為制約花生產(chǎn)量品質(zhì)提高的瓶頸。為適應(yīng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展和資源稟賦發(fā)揮,亟需優(yōu)化生態(tài)高效的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和增加植物食用油供給。然而,受土地、溫光等自然資源和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)及耕種方式等人為因素的制約,花生主產(chǎn)區(qū)連作現(xiàn)象十分嚴(yán)重,有的甚至連作10～20年之久[1]?；ㄉ鸀檫B作敏感型作物,連作使其減產(chǎn)8%～32%,連作年限愈長,減產(chǎn)愈嚴(yán)重。連作對花生的影響主要表現(xiàn)在花生植株生長發(fā)育受限,光能利用率降低,干物質(zhì)累積異常,花生營養(yǎng)水平降低,莢果數(shù)與飽果率降低,籽仁品質(zhì)下降等[2]。研究認(rèn)為,土壤理化性質(zhì)改變[3]、土壤微生物種群失衡[4]、土壤酶活性降低[5]、養(yǎng)分比例失調(diào)[6]、病蟲害加重[7]、根系分泌物引起的自毒作用等因素是花生連作障礙的主要因素[8]。

近年來,緩解花生連作障礙,保持持續(xù)增產(chǎn)是花生產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要途徑,采取的主要農(nóng)藝措施包括輪作倒茬、深翻消毒、選育耐連作品種、合理間作等。小麥―花生間套作和輪作的種植方式可以有效解除花生連作障礙[9],在充分利用溫光熱等資源和提高土地利用效率的同時,還可增加根瘤菌與土壤微生物間的互作效應(yīng),培肥地力,調(diào)整與改善土壤微生態(tài)環(huán)境[10]。本試驗采用冬小麥適期壓青還田與春花生輪作的種植模式,研究冬小麥壓青對花生田年際間和0～60 cm土層土壤養(yǎng)分含量與運移狀況的影響,旨在為防除春花生連作障礙、提高土地資源利用率及提高花生產(chǎn)量與品質(zhì)提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗設(shè)置在山東省聊城市高唐縣梁村,選取已連作3年的地塊,于2018年開始進(jìn)行適期壓青冬小麥、春花生連作試驗。供試花生品種為花育22號,由山東省花生研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

采用大田種植方式,選取連作3年的地塊,面積0.57 hm2,南北方向一分為二分別進(jìn)行春花生連作與冬小麥壓青試驗。2017-2019年,均于10月15-20日進(jìn)行冬小麥播種,播種量240 kg/hm2,于翌年4月中下旬花生播種前15～20日進(jìn)行刈割壓青處理。采用機械化秸稈粉碎機將小麥秸稈粉碎至2～4 cm,然后旋耕翻壓,翻耕深度25～30 cm。適時進(jìn)行蓄墑播種或造墑播種。

1.3 樣品的采集與測定

土壤樣品的采集:采用多點混合取樣法,2018-2019年,花生播種前和收獲期分別采集0～60 cm土壤剖面樣本,每20 cm 土層土樣多點混合為同層混合樣本。2020年分別于苗期、盛花期、結(jié)莢期和成熟期采集0～60 cm 土壤剖面樣本。

土壤全碳含量的測定:采用水合熱重鉻酸鉀氧化—滴定法,土壤堿解氮含量的測定采用堿解擴(kuò)散法,土壤速效磷含量的測定采用Na2CO3浸提—鉬藍(lán)比色法[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel軟件繪圖,SPSS 16.0統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果分析

2.1 花生生育期內(nèi)土壤主要養(yǎng)分變化

2.1.1 花生生育期內(nèi)土壤全碳含量變化

如表1所示,隨花生生育時期的推移,兩處理0～60 cm 土層土壤全碳含量變化趨勢均呈“V”字型變化,但谷底值出現(xiàn)的時期不同,冬小麥壓青處理土壤全碳含量谷底值出現(xiàn)在結(jié)莢期,而春花生連作處理則提前至盛花期。冬小麥壓青處理和連作處理苗期0～40 cm 土層全碳含量分別為20.78、19.25 g/kg和13.87、11.44 g/kg,較其谷底值分別高出9.08、8.45 g/kg與8.65、7.22 g/kg。全生育期內(nèi),0～60 cm 土層兩處理土壤全碳含量間僅于苗期表現(xiàn)顯著差異。

其三，從其所處的“位置”來看，他們直接面對老師與學(xué)生，他們是學(xué)校教學(xué)、科研和育人的排頭兵，他們的能力如何，德性怎樣，最受師生關(guān)注。在高校，尤其是“教學(xué)型”或者是“教學(xué)科研型”的地方大學(xué)，其“主業(yè)”就在于培養(yǎng)人才。何況就任何大學(xué)來說，大學(xué)的競爭就等于學(xué)生的競爭；大學(xué)的競爭力，最直接的表現(xiàn)就是學(xué)生的競爭力。從這個角度看，說“學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量是大學(xué)核心競爭力”是恰到好處的[3]。作為育人基本“單元”的院(系)，它的教學(xué)、科研以及管理和學(xué)生工作的“終極目的”就是人才培養(yǎng)，而院(系)和其他部門的中層管理者，正是人才培養(yǎng)一線的“排頭兵”，他們的優(yōu)劣，一定程度上決定著一所高校的“成敗”。

表1 2020年花生生育期內(nèi)0～60cm 土層土壤全碳含量變化Table 1 Changes of soil total carbon content in 0～60cm soil layer during peanut growth period in 2020

全生育期內(nèi),兩處理相同土層間土壤全碳含量間差異分析表明,0～20 cm 土層全碳含量于結(jié)莢期和成熟期兩處理間均無顯著差異20～40 cm 全生育期兩處理間差異均顯著,至40～60 cm 土層土壤,全碳含量間在盛花期和成熟期表現(xiàn)顯著差異。表明土壤碳含量因土層深度、壓青和花生生長時期不同而不同。壓青處理使0～20 cm 表層土壤全碳含量在花生生長至結(jié)莢期后與連作處理相近而無顯著差異,而20～40 cm 根系分布密集層則于全生育期內(nèi)均受連作與壓青處理的影響。

2.1.2 花生生育期內(nèi)土壤堿解氮含量變化

表2所示,全生育期內(nèi),土壤堿解氮含量隨花生生育時期的推移逐漸降低,0～20 cm 土層兩處理各生育期間均表現(xiàn)顯著降低,20～60 cm 土層兩處理堿解氮含量均表現(xiàn)出以盛花期為轉(zhuǎn)折點,生育前期顯著高于生育后期。盛花期至結(jié)莢期兩處理土壤堿解氮含量均表現(xiàn)降低,壓青處理各土層降幅分別為16.39%、31.74%、37.04%,連作處理則為21.36%、22.70%、43.99%,而結(jié)莢期至成熟期土壤堿解氮含量逐漸趨于平穩(wěn),降幅最小。

表2 2020年花生生育期內(nèi)0～60cm 土層土壤堿解氮含量變化Table 2 Change of soil alkali hydrolyzable nitrogen content in 0～60 cm soil layer during peanut growing period in 2020

全生育期內(nèi),0～40 cm 土層壓青和連作兩處理的土壤堿解氮含量間均無顯著差異,而至40～60 cm 土層,于盛花期和成熟期兩處理土壤堿解氮含量間表現(xiàn)顯著性差異。冬小麥壓青處理使0～60 cm 土層土壤堿解氮含量顯著提高。

2.1.3 花生生育期內(nèi)土壤速效磷含量變化

表3所見,全生育期內(nèi),土壤速效磷含量因土層深度不同表現(xiàn)不同的變化趨勢。0～40 cm 土層內(nèi),壓青處理土壤速效磷含量變化均較為平穩(wěn),分別在17.643～19.003 mg/kg和9.503～11.026 mg/kg變動,而連作處理則隨生育期推進(jìn)均表現(xiàn)單峰曲線變化趨勢,其峰值均出現(xiàn)在結(jié)莢期,分別為16.603 mg/kg和12.386 mg/kg,0～20 cm 連作處理峰值時低于壓青處理最小值17.643 mg/kg。40～60 cm 土層,兩處理土壤速效磷含量均較低,并隨生育期推進(jìn)表現(xiàn)漸增的趨勢,在成熟期達(dá)最大值時僅分別為3.896 mg/kg與2.910 mg/kg。

表3 2020年花生生育期內(nèi)0～60cm土層土壤速效磷含量變化Table 3 Changes of soil available phosphorus content in 0～60cm soil layer during peanut growth period in 2020

0～60 cm 土層間,壓青處理在不同花生生育期與不同土層間速效磷含量無顯著性差異,0～40 cm 土層內(nèi)除結(jié)莢期時,均顯著高于連作處理,花生全生育時期40～60 cm 土層內(nèi),壓青處理速效磷含量均顯著高于連作處理。

2.2 土壤速效磷、全碳、水解氮含量年際間變化

2.2.1 土壤速效磷含量年際間變化

由圖1可看出,隨壓青時間的延長,壓青處理0～40 cm 土層內(nèi)年際間土壤速效磷含量均高于連作處理,0～20 cm 土層均顯著高于連作處理,20～40 cm 土層于連作第1年兩處理間無顯著性差異,連作2年后壓青處理顯著高于連作。40～60 cm土層內(nèi)土壤速效磷含量極低,且有壓青處理顯著高于連作處理的趨勢。第1年(2018年)壓青與第2、3年(2019年后)連續(xù)壓青處理土壤速效磷含量隨壓青年份延長而增加,具體表現(xiàn)在0～40 cm 土層第1年壓青與連續(xù)壓青年際間存在顯著差異。

圖1 0～60 cm 土層土壤速效磷含量年際間變化Fig.1 Inter annual variation of soil available phosphorus content in 0～60 cm soil layer

2.2.2 土壤全碳含量年際間變化

由圖2可看出,0～60 cm 土層土壤全碳含量隨壓青年限的增長呈略有提高的趨勢,第3年壓青處理0～60 cm 各層土壤全碳含量均顯著高于第2年,而第1年與第2年間無顯著差異。連作處理的0～40 cm 土層土壤全碳含量在年際間均無顯著差異,但在40～60 cm 土層表現(xiàn)出第1年含量顯著高于第2年和第3年。表明壓青處理對表層土壤全碳含量變化有即時性,而較深(40～60 cm)土層全碳含量提高則存在滯后性。

圖2 0～60 cm 土層土壤全碳含量年際間變化Fig.2 Inter annual variation of soil total carbon content in 0～60 cm soil layer

2.2.3 土壤堿解氮含量年際變化

圖3所示,土壤堿解氮含量年際變化受土層深度、壓青與否和年限的影響,連續(xù)3年壓青處理并未使0～20 cm土層土壤堿解氮含量明顯提高,且20～40 cm土層土壤堿解氮含量有隨壓青年限延長顯著降低的趨勢,壓青第2年顯著低于第1年,但第2年與第3年間無顯著差異。花生連作第2年,0～20 cm土層土壤堿解氮含量明顯提高,之后的2年間無顯著差異;連作處理20～40 cm 土層土壤堿解氮含量隨連作年限增加年際間變化表現(xiàn)與壓青處理相同。

圖3 0～60 cm 土層土壤堿解氮含量年際間變化Fig.3 Interannual variation of soil alkali-hydr nitrogen content in 0～60 cm soil layer

2.3 土壤C、N、P含量間的相關(guān)性

土壤碳氮比可表示土壤中有機質(zhì)分解速度[12],是表征土壤磷素礦化能力的重要指標(biāo)[13],氮磷比則為土壤氮飽和指標(biāo)[14]。表4可見,兩處理土壤全碳、堿解氮、速效磷各養(yǎng)分含量間均呈極顯著相關(guān)性,冬小麥壓青處理的土壤全碳含量與碳氮比間呈顯著相關(guān),與氮磷比間呈極顯著負(fù)相關(guān),表明壓青處理在促進(jìn)土壤微生物活動的同時,加快了冬小麥秸稈的腐熟分解而供給花生根系可吸收利用的氮素養(yǎng)分。而連作處理的碳氮比和氮磷比與土壤全碳含量間的相關(guān)關(guān)系剛好與之相反,均無顯著的相關(guān)關(guān)系。連作和壓青處理二者的堿解氮含量與其C∶N、C∶P、N∶P間均呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系,而兩處理的速效磷含量與其C∶N 間均無顯著相關(guān)關(guān)系。壓青處理的C∶N 與其C∶P間相關(guān)關(guān)系不顯著,但連作處理二者間則表現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系。說明連作土壤有機質(zhì)分解速度與土壤磷礦化作用存在密切關(guān)系,土壤氮沉降會導(dǎo)致土壤碳氮比發(fā)生變化,同時也反作用于土壤磷礦化作用[14-15],使土壤中部分以核酸、磷脂形式存在的有機態(tài)磷,在微生物作用下分解為能被植物吸收的無機態(tài)磷化合物。

表4 土壤C、N、P及其比值間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis on soil C,N,P and their ratios

3 討論與結(jié)論

冬小麥壓青處理使其耕層土壤C、N、P含量顯著增加,20～40 cm 土層N素的含量隨壓青年限的延長而逐漸增加。受根系吸收和淋失作用的影響,土壤N元素含量變化受年際間影響較大,連年壓青顯著增加0～20 cm 土層土壤C、N、P含量,并使得20～60 cm 土層養(yǎng)分含量保持在較高水平且變化平穩(wěn)。相較于連作處理,0～40 cm 土層保持土壤C、N、P養(yǎng)分的連續(xù)供給[16-18],尤其土壤C、N 養(yǎng)分在40～60 cm 土層有較好的銜接性,構(gòu)成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)間C、N 循環(huán)的良性閉環(huán),這與田想等[19]的研究結(jié)果一致。壓青處理0～40 cm 土層速效磷含量明顯升高,且連續(xù)壓青0～60 cm 土層速效磷含量均表現(xiàn)上升趨勢并顯著高于連作處理,連續(xù)壓青3年與第1年間呈顯著性差異。表明冬小麥壓青可持續(xù)供給土壤有效性氮素和磷素營養(yǎng)。

土壤養(yǎng)分運移與花生生長特性有密切關(guān)系,花生植株對不同養(yǎng)分吸收表現(xiàn)出差異性,苗期至盛花期,植株對氮元素的吸收隨土層深度不同而存在差異,由于此階段花生植株旺盛生長,根系快速發(fā)育,對土壤養(yǎng)分的需求較大,多以吸收表層土壤氮素為主,至結(jié)莢期后,植株根系生長對較深層土層氮素吸收利用增加,而表層則利用上部根系產(chǎn)生的根瘤菌來對氮元素進(jìn)行轉(zhuǎn)化吸收[20],在時間上體現(xiàn)出了對較深層養(yǎng)分利用的滯后性,而花生對磷素的吸收相對平緩,兩處理磷素供應(yīng)在20～40 cm 土層變化不同,常年連作可能導(dǎo)致土壤磷元素含量降低,但農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的正反饋調(diào)節(jié)被激活,磷元素的有效性提高,土壤速效磷含量保持低水平穩(wěn)定,這與張運紅研究結(jié)果一致[21]。

冬小麥壓青還田能有效補充0～40 cm 土壤養(yǎng)分供給,但三種養(yǎng)分補給效果不同,壓青使土壤C、N補給響應(yīng)迅速,而P素補充則隨壓青年限增加而增加。壓青還田對土壤有機質(zhì)分解、磷素礦化與氮素利用等方面起積極響應(yīng)效果,從而達(dá)到提高花生對養(yǎng)分的吸收與利用,實現(xiàn)減肥增產(chǎn)的目的。