檳榔—平托花生間作對土壤養分和土壤酶活性的影響①

顏彩繽 胡福初 王彩霞 趙 亞 馮學杰 李少卡 王祥和陳 哲 郭利軍 范鴻雁

(海南省農業科學院熱帶果樹研究所/農業農村部?？跓釒Ч麡淇茖W觀測實驗站/海南省熱帶果樹生物學重點實驗室/海南省熱帶果樹育種工程技術研究中心 海南海口571100)

檳榔是棕櫚科檳榔屬常綠喬木，原產馬來西亞，在熱帶、亞洲熱帶地區廣泛栽培［1]。我國檳榔主要分布于海南、云南及臺灣等省區［2]。檳榔是五大南藥之一，也是一種廣受歡迎的咀嚼嗜好品，具有非常高的經濟價值［1]。‘熱研1 號’檳榔是中國選育的第一個檳榔新品種，屬長橢圓果型檳榔品種，10年樹齡株高10 m 左右，莖干較粗，成年樹干胸徑10～20 cm，基部膨大不明顯。平托花生別名滿地黃金、假花生，是多年生豆科落花生屬熱帶牧草，原產巴西，廣泛運用于觀賞草坪、生物覆蓋和果園生草栽培?！疅嵫?2號’平托花生是適宜中國熱區栽培的品種之一，于1991年從哥倫比亞引進［3]，具有耐酸、耐瘠、耐旱等特性，是荔枝、芒果等生態果園優良的套種植物，在培肥地力、改善果園小氣候和抑制雜草生長等方面發揮重要作用［4]。印度南部等地區，普遍將檳榔與小豆蔻、菠蘿、生姜、姜黃、香蕉、可可和黑胡椒等作物混合種植。中國海南等地區檳榔園主要間作香草蘭、胡椒和糯米香茶等單一作物［5]。檳榔間作香草蘭可有效提高土壤養分含量和pH值，改善土壤微生物環境以及增強香草蘭光合作用［6-10]。檳榔間作胡椒提高了胡椒對土壤養分的吸收利用，同時胡椒產生的特殊揮發性物質可有效減少檳榔園病蟲害的發生［11-12]。在檳榔園間作具有藥用價值的小豆蔻、糯米香茶改善了二者自身品質［13-14]。檳榔間作金花生具有良好的化感作用，可改善土壤肥力，促進檳榔苗生長［15]。印度等國家研究發現，檳榔間作可可，或多種作物混種比檳榔單作模式獲利多［16-17]。其他作物間作同樣具有良好的生態和經濟效益，如辣椒小麥套種，再間作芝麻，可有效改善辣椒品質，降低辣椒“日灼病”的發生率［18]；馮曉敏［19]研究發現，燕麥間作豆科作物對燕麥根部土壤微生物環境產生一定的影響，可提高土地利用率，增加燕麥產量；橡膠間作豆科作物增加了土壤硝態氮、銨態氮、全鉀和速效鉀的含量［20]；木薯間作花生，提高了土壤的氮含量［21]；劍麻園內種植平托花生不僅提高土壤養分，還能提高土壤保水性能，尤其是0～20 cm 土層，時間越長，效果越顯著［22]。不同酶活性在土壤中有著不同的作用，而且與土壤養分密切相關，土壤過氧化氫酶活性對土壤有機質和土壤微生物生命活動進程等的變化起著重要作用［23]；土壤脲酶活性能夠反映土壤有機養分向土壤無機有效養分轉化的過程［24]；蔗糖酶活性對增加土壤中易溶性營養物質具有重要作用［25]。有學者發現，間作可有效增加土壤中的酶活性。莫晶等［26]研究發現，油茶間作花生增強土壤過氧化氫酶、脲酶的活性；唐秀梅等［27]研究發現，玉米間作花生顯著提高了脲酶和酸性磷酸酶的活性；間作玉米、辣椒對刺梨園土壤微生物和酶活性具有良好的促進作用［28]。目前中國尚未見成齡檳榔林下間作平托花生對土壤酶活性的影響以及土壤酶活性與土壤養分相關關系的研究。本試驗通過研究檳榔間作平托花生后土壤酶活性和土壤養分含量的變化趨勢，以及分析檳榔單作、檳榔—平托花生間作2種種植模式下0～10（不含上限，后同）、10～20、20～30 cm 土層中土壤酶活性和土壤養分含量的差異及其相關關系，對土壤養分和土壤酶活性進行研究，為檳榔規范化栽培、改善土壤環境及可持續耕作等提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

于海南省瓊海市大路鎮禮合村委會檳榔種植園（110.47026°E，19.449614°N）進行試驗。該地海拔31 m，屬熱帶季風及海洋濕潤氣候，年平均氣溫為24℃，年平均降雨量2072 mm，年平均日照2155 h，年平均輻射量為118.99 kJ/m2。土壤為磚紅壤，多為砂質粘壤土，土層厚度約90 cm。

1.1.2 試驗材料

供試檳榔品種為‘熱研1 號’，2010年定植，株行距為2 m×2.5 m；平托花生品種為‘熱研12號’，2019年初定植。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗設2個處理，即檳榔單作、檳榔—平托花生間作，每個處理設置3 個重復。檳榔單作模式：選擇長勢較一致的連片檳榔3 行，每5 株為一個小區，重復3次，田間采用人工除草；檳榔—平托花生間作模式：選擇長勢較一致的連片檳榔3行，每5 株為一個小區，重復3 次，平托花生林下全覆蓋種植，無需采用人工除草。

1.2.2 土壤樣品采集

土壤樣品于2019年12月采集，采集方法和樣品的前處理參考雷紅霞等［29]方法：分別于2 種種植模式內沿“S”形設置5個采樣點，在0～10、10～20和20～30 cm 土層使用土鉆分別于距檳榔樹頭30 cm 處采集土樣，將相同層次土壤混合，不同處理的各個土層采集1 kg 土樣（已用四分法將多余土壤棄去）裝于寫好編號的自封袋中，帶回實驗室。編號說明如下：檳榔單作0～10 cm 土層（B0），檳榔間作0～10 cm 土層（BP0）；檳榔單作10～20 cm 土層（B1），檳榔間作10～20 cm 土層（BP1）；檳榔單作20～30 cm 土層（B2）；檳榔間作20～30 cm 土層（BP2）。將采集的土樣攤開，除去雜物后置于陰涼地風干；處理后的土樣分成2份過篩，1 份過1 mm 篩，用于測定土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶、脫氫酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶活性；另一份過0.25 mm篩，用于測定土壤有機碳、全氮、全磷、速效氮、酸性土壤速效磷的，過篩后放置于常溫保存。

1.2.3 測定方法

土壤酶活性參考《土壤酶及其研究法》［30]，土壤養分參考《土壤理化分析》［31]。土壤酶活性測定：蔗糖酶（3，5-二硝基水楊酸比色法）；脲酶（苯酚鈉—次氯酸鈉比色法）；過氧化氫酶（高錳酸鉀滴定法）；多酚氧化酶（鄰苯三酚比色法）；脫氫酶（三苯基四氮銼比色法）；蛋白酶（茚三酮比色法）。土壤養分測定：土壤有機碳（水合熱重鉻酸鉀氧化法）；全氮（半微量凱氏定氮法）；全磷（王水酸溶鉬銻抗比色法）；速效氮（蒸餾法）；酸性土壤速效磷（雙酸浸提分光光度比色法）。

1.2.4 數據分析

采用SPSS 21.0 數據統計分析軟件對試驗數據進行處理和相關性分析，用Excel 2007 作圖。用Duncan's 新復極差法分析2種模式3個不同土層中土壤養分和土壤酶活性的差異顯著性，t檢驗分析2 種模式同一土層土壤養分和土壤酶活性的差異顯著性，Spearman'srho test分析土壤養分和土壤酶活性相關性。

2 結果與分析

2.1 土壤酶活性

由圖1可知，間作模式較單作模式在不同程度上提高了土壤酶活性。在0～10 cm 土層中，檳榔—平托花生間作模式中的脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶分別比檳榔單 作 模 式 提 高 了35.51%、 14.18%、 5.08%、86.49%、830.77%，其中過氧化氫酶達顯著性差異水平，其余均達極顯著性差異水平；但土壤蔗糖酶、脫氫酶和酸性蛋白酶活性比檳榔單作模式分別降低了6.57%、288.06%、266.67%，差異達極顯著水平。在10～20 cm 土層中，檳榔—平托花生間作模式下土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、中性蛋白酶和堿性蛋白酶分別比檳榔單作模式提高了108.39%、16.77%、23.73%、39.17%，差異達極顯著或顯著水平；酸性蛋白酶活性比檳榔單作模式降低了100.00%，差異達顯著水平；脫氫酶、脲酶無顯著差異。在20～30 cm 土層中，檳榔—平托花生間作模式下蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、脫氫酶、酸性蛋白酶分別比檳榔單作模式提高了79.38%、87.99%、20.65%、23.18%、400.00%，差異達極顯著或顯著水平。多酚氧化酶降低了5.32%，差異達顯著水平；中性蛋白酶、堿性蛋白酶較單作模式無顯著差異。

由表1 可知，2 種模式下不同土層的土壤酶活性表現存在差異。檳榔單作模式下：脲酶活性B1＞B0＞B2，B0、B1 顯著高于B2（p＜0.05，下同）；中性蛋白酶、堿性蛋白酶活性B1＞B2＞B0，差異均達極顯著水平（p＜0.01，下同）；蔗糖酶、過氧化氫酶、酸性蛋白酶和多酚氧化酶活性均為B0＞B1＞B2，即各土層中的酶活大小，從上往下總體呈遞減的趨勢。檳榔—平托花生間作模式下：脲酶活性BP0＞BP2＞BP1，BP0顯著高于BP1；多酚氧化酶活性BP0＞BP1＞BP2，差異均達極顯著水平；脫氫酶、中性蛋白酶活性BP1＞BP2＞BP0；酸性蛋白酶活性BP2＞BP1＞BP0，差異均達顯著水平；蔗糖酶、過氧化氫酶、堿性蛋白酶活性在不同土層中均為BP1＞BP0＞BP2，BP1 均顯著高于BP0、BP2?？偟膩碚f，檳榔林下間作平托花生后，10～20 cm 土層的脫氫酶、中性蛋白酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、堿性蛋白酶活性均為最高。由此可見，檳榔—平托花生間作對于不同土層中的土壤酶活大小具有一定影響。

表1 兩種種植模式下不同土層的土壤酶活性

2.2 土壤養分

由表2可知，檳榔—平托花生間作模式有效提高了土壤養分含量。在0～10 cm 土層中，間作模式下有機碳、速效氮和速效磷含量較單作模式分別提高了19.58%、15.08%、22.87%，差異達極顯著水平；全氮、全磷提高了14.28%、10.34%，差異達顯著水平。在10～20 cm 土層中，間作模式下有機碳較單作模式提高了30.43%，差異達顯著水平；全氮、全磷、速效氮和速效磷含量分別提高了14.28%、16.98%、14.13%、180.38%，差異達極顯著水平。在20～30 cm 土層中，除了有機碳、速效氮無顯著性差異，全氮、全磷和速效磷分別提高了7.69%、8.33%、23.00%，差異達極顯著水平。

由圖2可知，單作模式和間作模式不同土層的土壤養分含量存在差異。單作模式下，有機碳含量B2＞B0＞B1，但均無顯著差異；全氮、全磷、速效磷含量B0＞B1＞B2，按土層從上往下依次降低，均達到極顯著差異水平；速效氮含量B1＞B2＞B0，B1、B2 極顯著高于B0。檳榔—平托花生間作模式下，全磷含量為BP0＞BP1＞BP2，但無顯著差異；有機碳、全氮、速效氮和酸性速效磷含量均為BP1＞BP0＞BP2，即10～20 cm 土層中含量均為最高，BP1均顯著高于BP0、BP2?？偟膩碚f，檳榔林下間作平托花生后，除了全磷含量在0～10 cm土層中最高，其余養分含量在10～20 cm 土層最高。

表2 兩種種植模式下同土層的土壤養分

2.3 土壤酶活性與土壤養分相關性分析

土壤酶活性和土壤養分相關性分析結果詳見表3。由表3 可知，蔗糖酶與全氮、全磷、酸性土壤速效磷均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.751、0.841、0.867，與有機碳、速效氮無顯著相關；脲酶、過氧化氫酶與全氮、全磷、速效氮和酸性土壤速效磷呈極顯著正相關或顯著正相關，相關系數分別為0.706、0.684、0.525、0.545和0.798、0.663、0.664、0.577，與有機碳均無顯著相關；多酚氧化酶與全磷、酸性土壤速效磷呈極顯著正相關；脫氫酶與速效氮呈顯著負相關；酸性蛋白酶與速效氮呈顯著負相關；中性蛋白酶與有機碳呈極顯著負相關，相關系數為-0.850；堿性蛋白酶與全氮、速效氮呈顯著正相關、極顯著正相關。

表3 檳榔林下土壤酶活性和土壤養分的相關性

3 討論與結論

3.1 討論

土壤酶是土壤中產生的生物催化劑，一般以有機無機復合體的形式存在或吸附于土壤膠體表面，可長期保持活性，其作為土壤肥力重要指標之一，在土壤有機化合物轉化和動植物殘體的分解過程中起重要作用［32-34]。田亞玲等［35]及賈樹海等［36]研究發現，間作可提高0～20 cm 土壤層的蔗糖酶、脲酶、蛋白酶等活性，且自上而下呈遞減的趨勢。由本研究結果可知，檳榔間作平托花生提高了不同土層中土壤蔗糖酶、脲酶等酶的活性，其中10～20 cm 土層表現更為明顯。同時，單作模式下，過氧化氫酶、蔗糖酶等活性在不同土層中表現皆為B0＞B1＞B2，這與田亞玲等［35]的研究結果一致。間作平托花生模式下，蔗糖酶、過氧化氫酶、堿性蛋白酶活性均表現為BP1＞BP0＞BP2，這可能與平托花生根系主要分布于10～20 cm 土層有關。滕維超等［37]研究發現，土壤微環境會受到花生根系分泌物質的影響，土壤的孔隙度和通氣狀況隨根系的穿插而改變，最終提高過氧化氫酶、蔗糖酶和蛋白酶活性，這也進一步驗證了本研究的論點。土壤養分能夠給植株生長及代謝提供所必須營養元素，是綜合評價土壤肥力的一個基礎指標［38]。有研究表明，間作模式可顯著提高0～20 cm 土層的土壤養分，尤其是有效磷、全磷和速效磷含量，可能是因為間作后土壤的pH 降低，土壤溶液中的磷不易被土壤吸附［34，39]。

檳榔—平托花生間作模式較檳榔單作模式的不同土層土壤有機碳、全氮、全磷等元素的含量均有一定程度提高，尤其是速效磷提高顯著，這與前人［34，39]研究結果一致。綜上，檳榔間作平托花生后可有效增加土壤酶活性和土壤養分，從而有效提高土壤肥力；但土壤養分與平托花生根系分布土層的相關性，還有待下一步研究。

土壤酶直接參與土壤營養元素的有效化過程，在一定程度上反映土壤養分轉化的動態，且土壤酶活性的改變能夠影響土壤養分狀況，二者相互影響，密切相關［40]。本研究中，土壤養分隨土壤酶活性的變化而變化，大部分呈正相關，檳榔間作平托花生的土壤中的堿性蛋白酶、脲酶和蔗糖酶活性皆顯著提高，尤其是蔗糖酶，10～20 cm 提高了108.39%，蔗糖酶與全氮、全磷、酸性土壤速效磷均呈極顯著正相關。李勇［41]、袁霞等［42]和田亞玲等［35]研究發現，蔗糖酶與有機碳、全氮、全磷、速效磷呈極顯著正相關；脲酶與土壤氮素狀況有關；脲酶、蛋白酶及過氧化氫酶與速效氮顯著相關。本研究中土壤酶活性與土壤養分相關性較好，與田亞玲等［35]、李勇［41]和袁霞等［42]研究結果基本一致，說明在檳榔與平托花生間作的土壤中，土壤酶活性變化對土壤養分含量具有一定的促進作用，使得土壤肥力狀況趨于良好。

雖然檳榔間作平托花生模式優于檳榔單作模式，但平托花生常見的病蟲害是否會對檳榔造成影響，尤其是對于防治檳榔黃化病是否起到積極作用，其它作物與檳榔間作是否對檳榔根際土壤肥力產生更優的效果，以及土壤養分與平托花生根系分布土層是否密切相關等，仍需進一步深入研究和探討。

3.2 結論

與檳榔單作模式相比，檳榔—平托花生間作模式有效提高不同土層土壤有機質等養分含量以及土壤酶活性，其中10～20 cm 土層表現更為明顯，綜合提高土壤肥力，為檳榔栽培、生產培肥和土壤改良提供了科學的指導方案。