農業間作模式對土壤酶活性和土壤養分的影響

四川樂山職業技術學院 周靜賢 余杰

前言

近年來，隨著我國農業科技水平的提升，農業發展取得了許多可觀的成就。尤其是農業間作方式的改進，有利于充分利用種植空間、提高資源利用率。此外，對土壤酶活性和養分的研究，直接關系著農作物的收成和土地利用率，其重要性不可小覷?；诖?，本文對樂山地區農業間作模式對土壤酶活性和土壤養分的影響加以研究，旨在通過二者關系的研究，進一步提升當地農業發展水平，在可持續發展背景下，為提高農業土地資源利用率提供借鑒。

1 農業間作模式

1.1 農業間作模式概念

農業間作一般是指在同一田地上同一生長期內播種幾種作物，分行或分帶相間種植兩種或兩種以上作物的種植方式，間作作物的共生期至少要占一種作物全生育期的1/2。間作主要是利用不同作物的高度和透光程度，最大限度利用光能和種植空間繁育農作物，以在相對固定的時期內獲取更多的農產品產出或修復、改善土壤肥力為目的。

1.2 農業間作模式發展

農業間作模式歷史悠久，且國內外對農業間作模式都十分關注。不過，由于氣候、地理環境和科技發展差異，不同國家和地區的間作模式有許多不同之處。我國側重糧食作物間作，國外側重農林間作模式。在土地資源缺失、光照充足的中西部地區間作模式較為常見，例如我國旱地、地產地和畜牧區等，豆科、蔬菜類作物間作模式豐富。

1.2.1 我國間作模式發展

農業間作模式在我國古已有之。早在西漢晚期即公元前1世紀，氾勝之匯錄的一部農學著作——《氾勝之書》，是我國現存最早的一部農書。書中就已經有了關于瓜豆間作的記載。北魏末年即公元6世紀，我國杰出的農學家賈思勰所著的《齊民要術》中敘述了桑與綠豆或小豆間作、蔥與胡荽間作的經驗。明代以后，麥豆間作、棉薯間作等已經較為普遍，其他作物的間作也取得了一定程度的發展[1]。20世紀60年代以來，隨著我國對農業的重視以及科技水平的提升，我國間作面積迅速擴大，間作類型也有了更加多樣，常見的有高、矮稈作物間作和不同作物種類間作，如糧食作物與經濟作物、綠肥作物、飼料作物的間作等多種類型，尤以玉米與豆類作物間作最為普遍。這種間作方式廣泛分布于我國東北、華北、西北和西南各地。此外，還有玉米與花生間作，小麥與蠶豆間作，甘蔗與花生、大豆間作，高粱與粟間作等也十分常見[2]。林糧間作中以桑樹、果樹或泡桐等與一年生作物間作較多。

1.2.2 國外間作模式

國外較為顯著的是農林間作，在印度和許多非洲國家，豆類、玉米、高粱、粟、木薯等采用間作的方式較為普遍。農林間作對于土地資源不足的國家提高土地資源利用率和提升作物產量有十分重要的作用。這種模式對于改善農田生產條件、提升糧食產量有顯著作用。如巴基斯坦采用農林間作模式，除收獲農作物糧食外還能生產一定數量的優質木材，該國34.8%的木材和90%的薪材來源于這種間作模式。國外較為常見的農林間作模式有散生狀林木間作、綠籬型間作、行狀間作等。在熱帶國家，膠園內作物間作較為廣泛，例如國外膠園一般會選擇蓖麻、旱稻、玉米、豆科作物、木薯、廣藿香、可可、香蕉、馬來藤等的間作模式。幼齡澳洲堅果園間作套種也非常具有代表性[3]。

1.3 間作管理現狀

從以上研究可以看出，間作對土壤有極大的影響。依據不同特性的間作作物，以土壤酶活性和養分為參考依據，科學選取間作作物，能對農作物產品產量和品質有極大提升，靈活利用種植空間。在重金屬污染較為嚴重的地區，可嘗試將玉米和瓜果間作。玉米生長和結果受重金屬污染較小，農產品食用安全能得到保障；番茄吸附重金屬的特性決定其可作為豆科植物的間作伴侶，修復污染土壤。豆科和蔬菜間作，能極大地提高豆類和蔬菜的產量，提高土地農作物產出率。

1.3.1 間作的優缺點

間作由于需要分行分列種植不同特性的作物，在種植作物時相對復雜，并且由于不同作物習性不同，在種植之前和種植過程中，都需要調研許多因素，耗費的時間和精力較多。間作的優點是由于能極好地改善土壤中酶活性或修復土壤，增加土壤養分，是工業現代化土地發展策略的重要內容，未來其發展空間廣闊，在我國農業乃至世界農業中所占份額將越來越高。

1.3.2 單作優缺點

單作的優勢是便于種植和管理，但會對土地和光能造成極大的浪費，在我國許多地區，由于農業設備和科技采收普及率不高，勞動者目前仍然以單作為主。盡管如此，隨著農林科技的發展，我國間作率將越來越高，農產品產出量也日益增大，能為我國土地利用和農業發展提供有效借鑒。

1.4 間作作物種類

選擇何種間作模式，受作物特性、種植目的、種植空間、土壤類型和地形因素影響，其中，不同的作物特點和種植環境是深刻影響間作模式實際應用的兩大重點。例如，熱帶地區間作模式可選擇的種類較多，與作物較長的生長期有很大關系。在放牧型農業區，可供選擇的間作類型較少。

1.4.1 豆科植物

豆科植物是常見的間作作物。豆科植物的根系生有大量的根瘤菌，可以固定土壤中的游離態氮元素，為植株的生長保存肥力。人們常用豆科植物來改善土壤肥力，如黃豆、蠶豆、花生等都是較為適合間作的豆科植物。我國古代較早的間作模式也多選用黃豆、綠豆、花生等豆科植物，原因正是這類作物可以改善土壤養分，增加農作物產量，提升農產品品質。

1.4.2 瓜類作物

瓜類作物是淺根系作物，生長周期一般較短，在氣候濕熱地區，可以反復種植，多次收獲。此外，瓜類作物吸肥能力較強，產量高，常見的間作瓜類有西瓜、南瓜等。澳洲果園間作瓜類作物十分常見，可以增加收益。

1.4.3 蔬菜作物

蔬菜作物同瓜類作物相似，生長周期短，收獲次數多，某些蔬菜可以吸收表層土壤中的肥力，有助于固定土壤；部分蔬菜作物如番茄，吸附重金屬的能力較強，可以用于修復重金屬污染土壤，改善土壤肥力，產生較大的經濟效益。除了番茄外，常見的間作蔬菜種類還有青菜、辣椒和茄子等作物。

1.4.4 禾類作物

燕麥、小麥、水稻等禾類作物植株矮、生長期短，對光能需求高，間作這類作物要注意合理劃分行間距。豆禾類間作比較適合我國當前的農業發展現狀。

1.4.5 林果間作

關于林果間作，目前研究相對較少，在樹勢樹形有所差異情況下，獼猴桃柑橘間作，能夠滿足作物生長基本需求，根系間不產生拮抗作用，作物病害發生率下降，可以充分利用土地資源。

2 土壤酶活性和養分

2.1 土壤酶

土壤酶是土壤中產生專一化學反應的生物催化劑，其一般會參與土壤中各種生物化學過程，如腐殖質的分解與合成；動植殘體和微生物殘體的分解，乃至合成有機化合物的水解與轉化；某些無機化合物的氧化、還原反應[4]。

2.2 土壤酶和微生物的作用

土壤酶活性和養分對作物生長、開花、結果有極大的影響。通常人們在種植某一類作物時，會重點考慮土壤的類型。土壤酶的活性可以反映在某一種土壤生態狀況下，生物發生化學反應的相對強度；測定相應酶的活性，可以間接了解某種物質在土壤中的轉化情況。大多數的土壤酶來源于微生物分解和其他有機組織，例如動植物殘骸腐化物以及其他生物和殘留物，土壤中的微生物數量和土壤酶活性關聯密切。尤其是堿性磷酸酶與土壤細菌、真菌等均呈現顯著的負相關關系?；诖?，在確定選取間作作物時，農業技術人員必須考慮土壤中磷酸酶、脲酶的質量分數。

3 間作植物對土壤的影響實證研究

3.1 吸附重金屬，修復污染土壤

現代工業的發展，產生了大量重金屬廢水，這些廢水如果未經妥善處理就排入土地之中，會嚴重污染土壤，改變土壤的酸堿度，影響作物的生長和收獲。由于部分植物對土壤中的重金屬有吸附作用，使用植物吸附方式可以有效減少土壤中的有害重金屬，增加土壤養分，修復受到污染的土壤。當前，這也是一種較為環保且成本較低的修復方式。

在間作時，適當間作且能吸附重金屬的作物，能有效改變土壤的酶活性，修復土壤污染狀況，增加土壤養分；同時，間作使不同生長期的作物腐葉和根莖也可作為養料，滋養土壤，增強土壤的酶活性，改善土壤質量，提升作物產量。

安玲瑤[5]在《作物間作對重金屬吸收的影響及其機制的研究》中通過選取4種Cd吸收能力存在顯著差異的作物：青菜（杭州油冬兒）、番茄（中蔬4號）、甘藍（京豐一號）和玉米（金珠蜜甜玉米），在Cd污染土壤中進行間作試驗，得出以下幾點結論。

（1）在Cd為2.62 mg/kg的污染水平下，間作青菜和甘藍條件與單作相比，青菜中的Cd積累濃度提高，甘藍中的Cd積累濃度下降。在Cd為3.70 mg/kg的污染水平下，番茄和玉米間作及限制性條件與單作相比，Cd在番茄中的積累濃度提升了。具體而言，葉部從13.52 mg/kg分別升高至24.94 mg/kg和27.30 mg/kg。安玲瑤的試驗數據表明采用間作方式兼具減少金屬污染的植物修復效率和在污染土壤中產出可安全食用農產品的作用。

（2）同沒有種植作物的對照組比較，發現種植甘藍和青菜后的土壤pH稍有下降，酸性磷酸酶活性有所上升，脲酶活性下降。其中，青菜單作組的土壤pH下降幅度最大，而脲酶活性下降幅度最小。間作番茄和玉米后，番茄根系周圍土壤的pH有一定程度的下降，酸性磷酸酶的活性上升，脲酶活性下降，且間作組土壤pH下降幅度最顯著。該實驗說明土壤中酶活性變化會顯著影響土壤中Cd的存在形式和質量分數，進而引發作物對Cd吸收能力的變化。

（3）間作可以豐富對重金屬吸收有促進作用的微生物種群封堵，降低對重金屬吸收有抑制作用的微生物種群封堵，提高番茄吸收Cd的能力。

3.2 產出安全可食用的農產品，提高土地利用率

此外，在低濃度復合污染大田單作條件下，該實驗得出番茄對土壤中重金屬尤其是Cd吸收能力較強，同其他作物間作時，番茄吸附重金屬能力還可提升，由此可見，番茄是一種可用于修復土壤重金屬污染的植物。玉米由于對重金屬如Cr、Cu和Fe的積累較多，當與其他植物間作時，吸附重金屬的能力有所下降，在重金屬污染土壤可以采用玉米間作，能產出安全可食用的農產品。青菜和甘藍不適用于修復土壤的重金屬污染，也不適合在重金屬污染土壤中作為食品產出植物。安玲瑤的研究排除了青菜和甘藍的土壤修復作用，為修復重金屬污染土壤、產出可安全食用的農作物提供了研究思路。

3.3 增加土壤腐殖質和微生物，提升土壤養分

間作有多種目的，有些在于吸附重金屬，修復污染土壤；有些是為提升種植空間利用率，有些是為增加土壤肥力，改變土壤性質。萬家悅等研究探討了不同磷水平下，玉米/大豆間作根際土壤無機磷組分、土壤有效磷含量及作物磷吸收的差異，明確了土壤無機磷組分、土壤有效磷與作物磷吸收之間的相互關系。喬月靜[6]等在《燕麥與豆科作物間作對土壤酶活和微生物量的影響》中提出，間作模式下，土壤的細菌數量明顯比單作高，而真菌情況則相反，此外，細菌的數量與土壤酶活相關性更高。與單作相比，燕麥/大豆間作、燕麥/豌豆間作的優勢明顯，土地當量比（LER）分別為1.43和1.51。喬月靜等得出的結論是燕麥與豆科作物間作在不施肥的條件下，能顯著提高土壤的酶活性，使土壤轉為健康的“細菌型”土壤，對于改善土壤微生態環境有明顯效果，且燕麥和豌豆間作優勢明顯。

4 結語

我國農業間作歷史悠久，間作的益處眾多。本文主要闡釋了間作分類和間作對土壤酶活性和養分的益處，說明了間作未來的發展前景。同時，由于科技水平的限制，我國具體的間作模式仍值得進一步探索。工業發展的大背景下，土地資源越來越緊張，農業間作只是提高土地利用率的其中一種方法，未來如何解決人地矛盾仍需要科技相關人員的進一步探索。