小麥豌豆套作對土壤養分含量及小麥產量的影響

馬 壯，牛 帥，李丹丹，董 琦，王愛萍

（山西農業大學農學院，山西太谷030801）

小麥是我國的主要糧食作物之一，總產量和消費量均居世界首位[1]。然而，目前的生產現狀不足以滿足人們的消費需求。探索小麥高效栽培技術、提高產量，對保證糧食安全以及滿足人們對糧食的需求都具有非常重要的意義。合理間套作能夠利用不同作物品種混合搭配，構成復合群體，提高對空間的利用效率以及土地和光能的利用率；減少作物病蟲草害，增強抗逆性[2-5]。汪建來等[6]對小麥不同品種（高稈和矮稈）的混播試驗結果顯示，混播比單作可增加穗數和穗粒數，達到增產效果。鄭偉等[7]研究指出，套作比單作能夠顯著增產的主要原因是由于套作改善了土壤的養分狀況，能充分利用陽光和土地，培養了地力。禾本科和豆科作物間套作能根據豆科作物根瘤菌固氮的特點，促進禾本科作物更大程度地吸收和利用氮素，從而達到高產高效[8-9]。周湘泉[10]研究發現，豆類可以提高土壤全氮含量。雍太文等[11]試驗發現，玉米和小麥套作能夠提高產量。目前，關于小麥和豌豆套作對土壤養分含量的影響研究還相對較少。

本試驗通過對比小麥豌豆套作和小麥單作對土壤養分含量以及產量構成因素的影響，分析各指標間的相關性，以期為提高小麥產量和小麥可持續生產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試冬小麥為長6990，來自山西省農業科學院谷子研究所；供試豌豆為晉豌豆4號，來自山西省農業科學院右玉農業試驗站。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，冬小麥于2018年9月20日播種，豌豆于2019年3月28日播種。共分為8個處理，包括小麥單作（WT）2個和小麥豌豆（WP）套作6個（表1）。分別在小麥的播前、越冬期、拔節期、開花期、成熟期采集0～20 cm土層土樣，裝入自封袋內，3次重復；將土樣于實驗室風干、碾碎、晾干、過2 mm篩、裝袋，置于冰箱待測。

表1 試驗處理粒

1.3 測定項目及方法

采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量[12]；采用硫酸-高氯酸消煮法測定土壤全磷含量[13]；采用氫氧化鈉熔融法測定土壤全鉀含量[14]；采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量[15]。

于小麥的成熟期，每個處理中選取5株測定穗數、千粒質量、穗粒數，并且計算產量。

1.4 數據處理

數據處理與分析利用Excel 2010軟件完成，采用SPSS軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 小麥豌豆套作對土壤養分含量的影響

2.1.1 小麥豌豆套作對土壤全氮含量的影響 從圖1可以看出，各個處理對土壤全氮含量影響不同，拔節期，W2P3處理土壤全氮含量明顯高于其他處理，此時W2P1全氮含量急劇下降，而在開花期，W2P1處理土壤全氮含量又急劇上升；開花期，W1P3、W2T和W1T處理土壤全氮含量較低；成熟期，W2P3處理土壤全氮含量提高最大，而小麥單作的2個處理全氮含量有所降低，其中，W1T處理相比W1P1處理降低了3.89%，W2T處理相比W2P2處理降低了10.89%，說明小麥和豌豆套作增加了土壤全氮含量，可供小麥吸收利用。成熟期，小麥豌豆套作的6個處理相比小麥單作的2個處理都提高了土壤全氮含量；且此時W1P1、W1P2、W1P3、W2P1、W2P2、W2P3處理中的土壤全氮含量相比播前分別提高了1.00%、5.54%、3.85%、4.80%、2.84%、12.26%，可能是由豌豆根瘤菌固氮作用所致。

2.1.2 小麥豌豆套作對土壤全磷含量的影響 由圖2可知，小麥豌豆套作的6個處理中，不同處理在各個時期的土壤全磷含量不同，越冬期，W1P1和W1T處理的土壤全磷含量較低；拔節期，W1P1和W1T處理的土壤全磷含量急劇增長，其余處理土壤全磷含量均下降；開花期，W2P1和W2P3處理土壤全磷含量最高，W1P1處理土壤全磷含量最低，其余處理差異不大；成熟期，W2P3處理的土壤全磷含量最高，為0.827 g/kg，此時W2P3處理分別比W1P1、W1P2、W1P3、W2P1、W2P2、W1T 和 W2T 處理的土壤全磷含量提高了30.42%、14.39%、3.46%、34.17%、13.88%、42.12%、27.34%。因此，W2P3處理較其他處理更有利于提高土壤全磷含量。

2.1.3 小麥豌豆套作對土壤全鉀含量的影響 從圖3可以看出，不同處理下土壤全鉀含量的拔節期前增加，拔節期到開花期W1P1、W2P2、W2P3處理的土壤全鉀含量增加，其余處理均有不同程度的下降；成熟期，W2P3處理土壤全鉀含量最高，相比播前提高了35.19%，其他處理土壤全鉀含量由高到低依次是 W2P2、W1P3、W1P2、W1T、W2T、W2P1、W1P1，且相比播前土壤全鉀含量分別增加了28.72%、27.43%、26.19%、26.14%、20.96%、18.38%、14.50%。

2.1.4 小麥豌豆套作對土壤有機質含量的影響從圖4可以看出，不同處理下土壤有機質含量在小麥拔節期和成熟期時差異不明顯，在開花期時差異較大，表現為小麥豌豆套作的6個處理土壤有機質的含量明顯高于小麥單作的2個處理，其中，W2P2處理土壤有機質含量最高，為22.12 g/kg，W2P3處理次之，為20.52 g/kg，W2T處理最低，為15.35 g/kg。可能是由于豌豆生長會促進腐殖質形成，加快其更新速率，從而增加土壤有機質含量。8個處理成熟期的土壤有機質含量相比拔節期時都有所降低，可能是由小麥吸收利用所致。所以，小麥豌豆套作可以提高土壤有機質含量，促進作物對其的吸收利用，從而促進生長。

2.2 小麥豌豆套作對小麥產量構成因素的影響

從表2可以看出，對穗數來說，W2P3處理顯著大于除W2P1處理外的其他6個處理；對穗粒數來說，W2P3處理顯著高于其他7個處理，而這7個處理之間差異不顯著；對千粒質量來說，8個處理間均無顯著差異；對理論產量來說，小麥豌豆套作的6個處理小麥理論產量均高于小麥單作處理，其中最高的處理是W2P3，產量為3 181.38 kg/hm2，且顯著高于除W1P3處理外的其他6個處理。因此，小麥豌豆套作可以提高作物產量。

表2 小麥豌豆套作對小麥產量構成因素的影響

2.3 不同時期養分指標與理論產量的相關性分析

從表3可以看出，小麥越冬期和拔節期的土壤全氮含量、成熟期的土壤全磷含量均與理論產量呈顯著正相關；開花期和成熟期的土壤全氮含量與產量間相關性不顯著；越冬期到成熟期的土壤全鉀含量、有機質含量與理論產量間均無顯著相關性。

表3 不同時期養分指標與理論產量的相關性分析

2.4 產量正相關生育時期養分與產量構成因素的相關性分析

表4 產量正相關生育時期養分與產量構成因素的相關性分析

由表4可知，小麥穗數和越冬期土壤全氮含量呈顯著正相關關系；而穗數和拔節期的全氮含量和成熟期的土壤全磷含量無顯著相關性；穗粒數和土壤拔節期全氮含量呈顯著正相關；千粒質量與土壤成熟期全磷含量呈顯著正相關。

3 結論與討論

李淑敏等[16]研究指出，根瘤菌固氮作用可減少豌豆從土壤中吸收氮素，從而一定程度上增加了土壤中的氮素含量，這與本試驗得到的結論相似。劉文國等[17]研究秸稈等農作物的廢棄物等還田對土壤中的養分含量以及玉米產量的試驗指出，土壤有機質含量與玉米產量存在顯著相關關系，這與本試驗得出的土壤有機質含量與小麥產量無顯著性關系的結論相反，原因可能是由于本試驗采用的是盆栽，作物播種量較小，難以形成田間氣候，相比大田試驗來說存在一定的缺陷；還有可能是由于試驗過程中環境因素如水分、溫度、通氣狀況等難以控制，對土壤有機質的含量及其轉化造成一定的影響，測得的理論產量存在一定的誤差。具體原因還有待進一步研究。

李玉英等[18]研究指出，土壤養分含量的提高和作物產量提高與玉米和蠶豆間作有著不可分割的關系，這與本試驗中小麥豌豆套作可提高土壤全氮和小麥產量的結論相一致。本研究表明，對于土壤全磷含量來說，成熟期，除了W2P3和W1P3處理外，其余的4個套作處理及2個單作處理相較于播前都有所降低。原因可能是由于W2P3和W1P3處理下作物生長發育同時對土壤有一定的培肥作用，導致土壤中生成全磷含量大于作物可以吸收并且可以利用的磷素含量。具體機制仍有待進一步研究。

本試驗中，土壤有機質含量和小麥產量無顯著相關性。這與高菊生等[19]在研究水稻和綠肥輪作對水稻產量及土壤有機質的影響試驗中得出的結論不一致，可能是因為本試驗小麥生長發育過程中有土壤微生物以及蚜蟲等的存在，導致土壤中有機質有所礦化，從而影響小麥的穗數和穗粒數。

本試驗研究的是小麥豌豆套作體系下不同處理對土壤養分全量和小麥產量的影響以及各指標間的相關性分析，而對于不同處理下土壤有效態養分的轉化效率和對光合速率以及產量的影響仍需繼續深入研究。

本研究結果表明，小麥豌豆套作可以提高土壤中的全氮、全磷、全鉀和有機質含量，提高小麥的穗數和穗粒數，從而進一步提高產量。且綜合考慮，W2P3處理下效果最佳。