全 文 ：中国生态农业学报 2015年 12月 第 23卷 第 12期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Dec. 2015, 23(12): 15021510


* 国家自然科学基金项目(31201169)资助
** 通讯作者: 宋春, 主要研究方向为农田生态系统养分循环, E-mail: songchun@sicau.edu.cn; 杨文钰 , 主要研究方向为作物高产栽培,
E-mail: mssiyangwy@sicau.edu.cn
毛璐, 主要研究方向为间套作系统养分有效性。E-mail: Mluu25@163.com
收稿日期: 20150508 接受日期: 20151009
* Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 31201169)
** Corresponding author: SONG Chun, E-mail: songchun@sicau.edu.cn; YANG Wenyu, E-mail: mssiyangwy@sicau.edu.cn
Received May 8, 2015; accepted Oct. 9, 2015
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150533
栽培模式及施肥对玉米和大豆根际土壤
磷素有效性的影响*
毛 璐1 宋 春2,3** 徐 敏1 雍太文3 王小春3 杨文钰3**
(1. 四川农业大学资源学院 成都 611130; 2. 四川农业大学环境学院生态环境研究所 成都 611130;
3. 农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室 成都 611130)
摘 要 栽培模式及施肥管理对作物吸收利用土壤磷素的影响较大, 本研究为探明玉米/大豆套作系统作物根
系交互作用下根际土壤无机磷组分动态变化特征, 利用盆栽试验测定了玉米/大豆套作(M/S)、玉米单作(MM)
和大豆单作(SS)3 种栽培模式以及不施肥(CK)、施氮钾肥(NK)和施氮磷钾肥(NPK)3 种施肥处理下玉米和大豆
地上部生物量及吸磷量和根际与非根际土壤速效磷、无机磷组分含量, 以期为优化玉米/大豆套作系统磷素管
理提供理论依据。研究结果表明同一施肥水平下, 套作玉米的籽粒产量显著高于单作玉米; 施磷显著提高了单
作玉米籽粒产量, 而对套作玉米籽粒产量影响不大。无论施肥与否, 套作大豆秸秆及籽粒产量均高于单作大
豆。所有施肥处理均表现为套作模式下单株作物地上部磷积累量显著高于单作模式。玉米成熟期, CK、NK处
理下套作玉米根际土壤速效磷含量分别比单作玉米高 54.2%和 71.8%; 大豆始花期, NPK处理下套作大豆根际
土壤速效磷含量比单作大豆高 19.8%。大豆成熟期, NK、NPK处理下套作大豆根际土壤速效磷含量分别比单
作大豆高 23.8%和 108.0%。无论是单作还是套作模式, 玉米根际土壤 Al-P含量在 3个施肥处理下均低于非根
际土壤。CK和 NK处理下单作玉米根际土壤 Al-P含量分别是套作玉米的 1.19倍和 1.22倍; NPK处理下单作
玉米根际土壤 Fe-P含量是套作玉米的 1.21倍。在 CK、NK和 NPK施肥处理下, 单作大豆根际土 Al-P含量分
别是套作大豆 1.12 倍、1.30 倍和 1.25 倍, 单作大豆非根际土 Al-P 含量分别是套作大豆的 1.22 倍、1.30 倍和
1.06倍。CK、NK处理下单作大豆根际土壤 Fe-P含量分别是套作大豆的 1.47倍和 1.12倍。研究得出结论, 低
磷条件下, 与单作相比, 玉米/大豆套作更有利于作物对土壤 Al-P、Fe-P的活化吸收。
关键词 套作 玉米 大豆 根际 生物量 土壤无机磷组分 磷素有效性
中图分类号: S153.6+1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)12-1502-09
Effects of cropping patterns and fertilization on rhizosphere soil phosphorus
availability of maize/soybean relay intercropping system*
MAO Lu1, SONG Chun2,3**, XU Min1, YONG Taiwen3, WANG Xiaochun3, YANG Wenyu3**
(1. College of Resources, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2. Institute of Ecological and Environmental
Sciences, College of Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 3. Key Laboratory of Crop Physiology,
Ecology and Cultivation in Southwest, Ministry of Agriculture, Chengdu 611130, China)
Abstract Cropping patterns and fertilizer management are critical for soil phosphorus (P) use efficiency. In order to explore
the dynamic changes of inorganic P fractions in crop rhizosphere soils and to establish theoretical basis for optimal P
management in maize/soybean relay intercropping, we designed a pot experiment where aboveground biomass and P uptake of
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maize and soybean, and available P and inorganic P fraction concentrations in rhizosphere and non-rhizosphere soils were
determined. The experiment included three cropping patterns of maize/soybean relay intercropping (M/S), maize monoculture
(MM) and soybean monoculture (SS). There were also three fertilization treatments, including non-fertilization (CK), nitrogen
and potassium fertilization (NK) and then nitrogen, phosphorus and potassium fertilization (NPK). The results showed that
grain yield of intercropped maize was significantly higher than that of mono-cropped maize under the same fertilization
treatment. P fertilization significantly increased grain yield of mono-cropped maize whereas it had no significant effect on
grain yield of intercropped maize. Stalk biomass and grain yield of intercropped soybean were all higher than those of
mono-cropped soybean, regardless of fertilization application. Shoot P accumulation of intercropped maize and soybean per
plant was significantly higher than that of mono-cropped system under all fertilization treatments. At maturity stage of maize,
rhizosphere soil available P concentrations under intercropped maize were respectively 54.2% and 71.8% higher than those of
mono-cropped maize under CK and NK treatments. At the start of blooming stage of soybean, rhizosphere soil available P
concentration under intercropped soybean was 19.8% higher than that of mono-cropped soybean under NPK treatment. At
maturity stage of soybean, rhizosphere soil available P concentrations of intercropped soybean were respectively 23.8% and
108.0% higher than that of mono-cropped soybean under NK and NPK treatments. Al-P concentrations in rhizosphere soils
were lower than those of non-rhizosphere soils under both intercropped and monocultured maize for all the three fertilization
treatments. Al-P concentrations in rhizosphere soils under monoculture maize were respectively 1.19 and 1.22 times those
under intercropped maize for both CK and NK treatments. Fe-P concentration in rhizosphere soils under monoculture maize
was 1.21 times that under intercropped maize for NPK treatment. Under the CK, NK and NPK fertilization treatments, Al-P
concentrations in rhizosphere soils under monoculture soybean were respectively 1.12, 1.30 and 1.25 times those under
intercropped soybean. Also Al-P concentrations in non-rhizosphere soils of monoculture soybean were respectively 1.22, 1.30
and 1.06 times those under intercropped soybean for CK, NK and NPK treatments. Similarly, Fe-P concentrations in
rhizosphere soils under monoculture soybean were respectively 1.47 and 1.12 times those under intercropped soybean for CK
and NK treatments. In conclusion, maize/soybean relay intercropping was favorable for soil Al-P and Fe-P dissolution and
uptake under low P dose, compared with monoculture systems.
Keywords Relay intercropping; Maize; Soybean; Rhizosphere; Biomass; Soil inorganic phosphorus fractions; Phosphorus
availability
磷是植物生长发育所必需的重要营养元素, 但
是土壤缺乏有效磷是农作物生产中普遍存在的主要
限制因素之一[1]。一方面磷肥施入土壤后易被酸性
土壤中铁铝氧化物及石灰性土壤中碳酸钙化合物所
固定, 导致磷肥利用率低[23]; 另一方面, 磷在土壤
中的扩散系数低, 因此根系周围土壤的磷素形态及
有效性高低对于植物生长发育尤为重要[4]。影响磷
素利用率的因素较多, 可通过合理的栽培措施、适
宜的作物品种及优化的施肥方式等途径来提高土壤
磷素利用率[56]。
间套作是中国传统精耕细作农业的重要组成部
分, 对农业可持续发展具有重要作用。Li等[6]研究表
明, 蚕豆(Vicia faba)和玉米(Zea mays)间作时, 蚕豆
相对于玉米具有更强的释放质子和有机酸的能力 ,
能够显著地酸化根际土壤, 活化难溶性磷, 促进两
种作物对磷吸收 ; 柴博等 [7]研究表明 , 玉米和鹰嘴
豆(Cicer arietinum)间作时, 鹰嘴豆根系分泌的有机
酸增大了最易被植物吸收的 Ca2-P 浓度, 利于玉米
对磷的吸收。研究表明我国北方间作系统特别是禾
本科和豆科作物间作能提高作物对根际磷的吸收 ,
进而提高整个系统的作物产量[89]。
玉米/大豆(Glycine max)套作模式是中国南方近
几年发展的一种旱地新型高效多熟种植模式, 能有
效实现土地的用养结合和养分互补[1011], 是一种基
于生物多样性的生态农业。有研究表明低磷土壤上
禾本科和豆科作物间作可提高作物根际土壤磷素有
效性 [6,12], 我们假设在玉米/大豆套作这样一种生态
农业中, 高秆作物和矮秆作物、C3作物与 C4作物套
作会通过根系的交互作用对土壤养分有效性产生较
大影响, 尤其是移动性较小的土壤磷素。然而目前
对我国西南地区玉米 /大豆套作模式下的根际土壤
磷素形态转化和有效性研究尚鲜有报道。因此, 本
研究设置不同栽培模式及施肥水平, 探讨玉米/大豆
套作根际土壤无机磷形态的转化机制, 以期为发展
西南地区生态农业及提高土壤磷素利用率提供理论
依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试玉米品种为‘登海 605’, 大豆品种为‘南豆
12’。供试土壤采自四川农业大学雅安教学科研农场, 土
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壤质地为紫色黏壤土, 其基本理化性质为 pH 6.71, 有机
质 28.6 gkg1, 全氮 1.60 gkg1, 碱解氮 117 mgkg1, 全
磷 0.910 gkg1, 速效磷 31.3 mgkg1, 全钾 11.5 gkg1,
速效钾 68.2 mgkg1, 缓效钾 172 mgkg1。
1.2 试验设计及取样
试验于 2013年 3月至 2013年 10月在四川农业
大学雅安教学农场进行, 采用盆栽试验, 圆柱形塑
料桶高 33 cm, 顶面直径 36 cm, 底面直径 32 cm, 每
桶装风干土 27 kg。双因素随机区组设计: 因素一为
栽培模式, 包括玉米/大豆套作(M/S)、玉米单作(MM)
和大豆单作(SS); 因素二为施肥水平, 包括CK(不施
肥)、NK(氮钾肥)、NPK(氮磷钾肥)3 个施肥模式。
共 9 个处理, 每个处理重复 9 次。玉米/大豆套作每
盆种 1 株玉米 2 株大豆, 玉米单作每盆种 2 株玉米,
大豆单作每盆种 4 株大豆。依据前期定位试验的作
物种植密度及施肥量[10], 折算出单株作物的肥料施用
量。由于盆栽装土量较少, 盆栽施肥量设为大田施肥
量的 2.5倍, 以满足作物整个生育期对养分的需求。因
此本试验中玉米氮、磷、钾施肥量分别为 7.70 g(N)株1
(基肥︰追肥=4︰6)、4.49 g(P2O5)株1、4.81 g(K2O)株1,
大豆氮、磷、钾施肥量为1.28 g(N)株1、1.35 g(P2O5)株1、
1.12 g(K2O)株1。玉米播种时施基肥, 将 CO(NH2)2、
KH2PO4、K2SO4的分析纯试剂与表层 3 cm土壤混
匀 ; 大豆播种时 , 施玉米追肥和大豆种肥 , 分别将
CO(NH2)2、KH2PO4、K2SO4的分析纯试剂以水溶液
的形式施入塑料桶中央。
玉米于 2013 年 3 月 26 日播种, 大豆于 6 月 13
日播种。分别于 2013年 7月 31日(玉米成熟期、大
豆始花期)和 10 月 26 日(大豆成熟期)采取玉米和大
豆植株样、作物根际土样和非根际土样。本试验采
取破坏性采样, 每次采样每个处理挑选长势较为一
致的 3 次重复采取植物样和土样。采样时将整桶土
倒出, 取出玉米或大豆植株, 先轻轻抖动去掉松散
附着在根系上的土壤作为非根际土壤, 然后用小毛
刷将不能抖落的黏附在根上的土轻轻刷下(<10 mm)
作为根际土壤[13]。土样风干、研磨过筛后备用。植
株用自来水冲洗干净, 再用蒸馏水润洗、擦干, 装入
纸袋, 在 105 ℃下杀青 30 min, 再将温度降至 75 ℃
烘干至恒重, 称重后粉碎测定。
1.3 测定项目及方法
植株样品磷含量采用 H2SO4-H2O2消化钼锑抗
比色法测定, 将不同部位干物质量与磷浓度(gkg1)
之积的总和计算植株磷累积量 ; 土壤全磷含量用
HClO4-H2SO4 消化钼锑抗比色法测定 [14]; 速效磷
用 0.5 molL1碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定[15];
土壤无机磷分级采用张守敬和 Jackson 的中性和酸
性土壤无机磷分级方法[16]。
1.4 数据处理
采用 Microsoft Excel 2007 软件进行简单数据
处理。用 SPSS 17.0和 Origin 8进行数据分析和图
表制作。
2 结果与分析
2.1 栽培模式和施肥对套作玉米、大豆成熟期秸秆
和籽粒产量的影响
由表 1 可知, 不施肥处理下套作玉米秸秆产量
与单作玉米相比无显著差异, 而 NK、NPK施肥水平
下, 套作玉米秸秆产量显著高于单作; 同一种栽培
表 1 不同栽培模式及施肥处理下玉米、大豆秸秆生物量和籽粒产量
Table 1 Stalk biomass and grain yield of maize and soybean under different planting patterns and fertilization treatments gplant1
玉米产量 Maize yield 大豆产量 Soybean yield 栽培模式
Planting pattern
施肥处理
Fertilization treatment 秸秆 Stalk 籽粒 Grain 秸秆 Stalk 籽粒 Grain
CK 57.0±4.30e 29.5±2.35d 9.05±0.21a 5.71±0.10a
NK 219.0±3.71b 130.0±4.13a 7.33±0.59b 3.89±0.06b
M/S
NPK 272.0±9.43a 136.0±4.20a 7.48±0.43b 5.74±0.34a
CK 42.0±2.91e 16.6±1.66e — —
NK 162.0±7.13d 84.5±5.37c — —
MM
NPK 184.0±2.27c 99.8±3.94b — —
CK — — 5.77±0.12c 2.30±0.003c
NK — — 5.80±0.27c 2.46±0.06c
SS
NPK — — 6.98±0.29bc 2.64±0.29c
M/S: 玉米 /大豆套作 ; MM: 玉米单作 ; SS: 大豆单作。CK: 不施肥 ; NK: 施氮钾肥 ; NPK: 施氮磷钾肥 ; 氮、磷、钾施肥量玉米分
别为 7.70 g(N)株 1(基肥︰追肥=4︰6)、4.49 g(P2O5)株1、4.81 g(K2O)株1, 大豆分别为 1.28 g(N)株1、1.35 g(P2O5)株1、1.12 g(K2O)株1。
同列不同小写字母表示处理间差异达 0.05 显著水平。下同。M/S: maize/soybean relay intercropping; MM: maize monoculture; SS: soybean
monoculture. CK: control, no fertilization; NK: nitrogen and potassium fertilization; NPK: nitrogen, phosphorus and potassium fertilization; the
application rates of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers are 7.70 g(N)plant1 (base fertilizer︰topdressing = 4︰6), 4.49 g(P2O5)plant1 and
4.81 g(K2O)plant1 for maize, 1.28 g(N)plant1, 1.35 g(P2O5)plant1 and 1.12 g(K2O)plant1 for soybean. Different lowercase letters in the same
column mean significant difference among treatments at 0.05 level. The same below.
第 12期 毛 璐等: 栽培模式及施肥对玉米和大豆根际土壤磷素有效性的影响 1505


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模式下, 施氮(NK和 CK相比)和施磷(NPK和 NK相
比)均显著提高了玉米秸秆产量。同一施肥水平下,
套作玉米的单株籽粒产量显著高于单作玉米; 单作
模式下施磷显著提高了玉米籽粒产量, 而套作模式
NPK 与 NK 处理的玉米籽粒产量差异不显著。除
NPK 施肥处理的秸秆产量外, 套作大豆的秸秆产量
和籽粒产量显著高于单作大豆; 套作模式下, 不施
肥处理(CK)大豆秸秆产量显著高于施肥处理(NK、
NPK), 缺失磷肥处理(NK)的大豆籽粒产量显著低于
CK 和 NPK 处理; 单作条件下, 施肥与否对大豆秸
秆和籽粒产量影响不大。
2.2 栽培模式和施肥对套作玉米、大豆成熟期地上
部磷积累量的影响
如表 2 所示, 在同一施肥水平, 套作玉米地上
部磷积累量显著高于单作, 其中 CK、NK、NPK 分
别比单作玉米提高 71.1%、51.7%和 55.3%。同一栽
培模式下玉米地上部磷积累量表现为 NPK>NK>CK,
且 NPK显著高于其他施肥模式。同一施肥模式下, 套
作大豆地上部磷积累量显著高于单作大豆。套作模式
下 NK 处理的大豆磷积累量显著低于 CK 和 NPK 处
理。单作大豆缺失磷肥处理 NK显著低于 NPK处理。
2.3 栽培模式和施肥对套作玉米和大豆根际土与
非根际土速效磷含量的影响
由表 3可知, CK、NK处理下套作玉米成熟期根
际土壤速效磷含量显著高于非根际土壤, 且分别比
单作玉米高 54.2%、71.8%; 与 CK及 NK处理相比,
施磷处理提高了套作和单作系统玉米根际与非根际
土壤速效磷含量, 然而 NPK处理下栽培模式对根际
表 2 不同栽培模式及施肥处理下玉米、大豆成熟期地上
部磷素积累量
Table 2 Phosphorus accumulation of maize and soybean
shoots at maturity stage under different planting patterns and
fertilization treatments mgplant1
栽培模式
Planting
pattern
施肥处理
Fertilization
treatment
玉米磷积累量
P accumulation
of maize
大豆磷积累量
P accumulation
of soybean
CK 414±13.3c 71.0±1.00a
NK 781±58.9b 57.9±2.53b
M/S
NPK 1 211±32.5a 68.2±4.02a
CK 242±27.5d —
NK 515±5.04c —
MM
NPK 780±61.2b —
CK — 44.0±0.41cd
NK — 38.1±0.85d
SS
NPK — 47.9±2.86c

及非根际土壤速效磷的影响不显著。
玉米成熟期, 大豆处于始花期, 套作和单作大
豆在相同施肥模式下均表现出根际土壤速效磷含量
显著高于非根际土壤; 大豆成熟期, 套作大豆在 3
种施肥模式下均表现出根际土壤速效磷含量显著高
于非根际土壤, 而单作大豆除 CK 处理的根际土速
效磷含量显著高于非根际土之外, 其余施肥处理差
异不显著。始花期大豆根际土速效磷含量在 NPK处
理下套作比单作高 19.8%, 非根际土速效磷含量在
NK 处理下表现为单作显著高于套作; 成熟期大豆
根际土速效磷含量在 NK和 NPK处理表现为套作比
单作高 23.8%和 108%, 非根际土速效磷含量在 CK、
NPK处理下单作显著高于套作。
表 3 不同栽培模式及施肥处理下作物根际土与非根际土速效磷(Olsen-P)含量
Table 3 Olsen-P concentrations of crop rhizosphere and non-rhizosphere soil under different planting patterns and fertilization
treatments mgkg1
玉米 Maize 大豆 Soybean 采样时期
Sampling
stage
栽培模式
Planting
pattern
土样采集部位
Soil sampling site CK NK NPK CK NK NPK
R 17.7±0.51b 18.1±0.86b 55.2±1.66a — — — MM
NR 13.9±0.69b 12.5±0.26c 34.4±11.33ab — — —
R 27.3±5.05a 31.1±1.61a 43.2±1.14ab 30.2±2.24a 28.2±5.79ab 80.0±3.66aM/S
NR 14.9±1.32b 10.7±0.05c 27.6±2.66b 14.9±1.32b 10.7±0.05c 27.6±2.66c
R — — — 30.6±1.87a 34.7±0.22a 66.8±5.44b
玉米成熟期
(大豆始花期)
Maturing stage of
maize (early bloom
stage of soybean)
SS
NR — — — 15.9±0.19b 21.4±0.19b 29.9±0.34c
R — — — 20.0±0.57b 23.4±1.84a 60.0±4.42aM/S
NR — — — 12.6±0.38c 12.4±0.86c 14.5±1.80c
R — — — 22.9±0.17a 18.9±0.78b 28.8±1.54b
大豆成熟期
Maturing stage of
soybean
SS
NR — — — 18.2±0.94b 15.9±0.38bc 27.6±0.83b
R: 根际; NR: 非根际。R: rhizosphere soil; NR: non-rhizosphere soil.

1506 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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2.4 栽培模式和施肥对套作玉米和大豆根际土与
非根际土无机磷组分的影响
成熟期玉米根际与非根际土无机磷组分如图 1 所
示, 套作玉米在 3种施肥处理下根际土壤 Al-P含量均
显著低于非根际土壤, 单作玉米在 NK和 NPK处理下
根际土壤Al-P含量显著低于非根际土壤; 在 CK、NK、
NPK施肥处理下, 单作玉米根际土壤Al-P含量是套作
的 1.19倍、1.22倍和 1.04倍, 表明玉米/大豆套作可通
过作物的根系交互作用促进玉米根系活化吸收土壤中
的 Al-P。除套作玉米 CK 处理外, 其余处理的根际土
Fe-P 含量均显著低于非根际土。单作玉米根际土壤
Fe-P含量在 CK、NK、NPK施肥模式下分别是套作玉
米的 1.01 倍、1.02 倍和 1.21 倍, 说明 NPK 全量施肥
促进了套作玉米根系对土壤中 Fe-P的吸收利用。

图 1 不同栽培模式及施肥处理下玉米根际(R)与非根际(NR)土壤无机磷组分
Fig. 1 Concentrations of inorganic phosphorus fractions in maize rhizosphere (R) and non-rhizosphere (NR) soil under different
planting patterns and fertilization treatments
不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。下同。Values with different lowercase letters are significantly different at 0.05 level.
The same below.

3个施肥处理中, 仅 CK处理的玉米根际与非根
际土壤 O-P 含量差异显著, 说明不施肥情况下玉米
根系对 O-P 有一定的活化作用。3 种施肥方式及 2
种栽培模式下玉米根际土 Ca-P 含量均低于非根际
土, 其中套作玉米NPK处理根际与非根际土壤 Ca-P
含量差异显著, 单作玉米则在 NK处理下 Ca-P含量
差异显著。
由图 2 可以看出, 至大豆成熟期, 无论是单作
还是套作模式, 大豆根际土和非根际土 Al-P 含量都
表现出 NPK 处理显著高于 CK 和 NK 处理, 而所有
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图 2 不同栽培模式及施肥处理下大豆根际(R)与非根际(NR)土壤无机磷组分
Fig. 2 Concentrations of inorganic phosphorus fractions in soybean rhizosphere (R) and non-rhizosphere (NR) soil under different
planting patterns and fertilization treatments
施肥处理下, 大豆根际土与非根际土 Al-P 含量之间
差异不显著; CK、NK、NPK施肥模式下, 单作大豆
根际土 Al-P 含量分别是套作大豆的 1.12 倍、1.30
倍和 1.25 倍, 单作大豆非根际土分别是套作大豆的
1.22倍、1.30倍和 1.06倍。套作大豆根际土与非根
际土 Fe-P含量差异不显著, 单作大豆 NK和 NPK处
理根际土壤 Fe-P 含量显著低于非根际土壤。CK、
NK 处理下, 单作大豆根际土 Fe-P 含量分别是套作
大豆的 1.47 倍和 1.12 倍, 单作大豆非根际土 Fe-P
含量分别是套作大豆的 1.16倍和 1.28倍, 说明套作
大豆在缺施磷肥的情况下能活化土壤中的 Fe-P, 提
高根系对土壤中 Fe-P的吸收利用。除 CK处理单作
和套作大豆根际与非根际土壤 O-P含量差异显著外,
其余处理差异均不显著。套作大豆 NPK处理根际与
非根际土 Ca-P含量差异显著。
3 讨论与结论
3.1 栽培模式及施肥对作物产量及吸磷量的影响
间套种植能充分利用土地资源, 与单作相比具
有明显的产量优势, 尤其是豆科与禾本科构成的间
套作体系, 可提高作物的籽粒产量和植株地上部生
物量[6,10]。前期研究表明玉米/大豆套作模式比玉米/
甘薯(Dioscorea esculenta)套作模式更有利于玉米磷
素的积累及产量的提高[11]。本研究试验条件下, 同
一施肥水平的套作玉米籽粒产量显著高于单作玉米;
同一栽培模式不同施肥处理相比, NPK 处理比 NK
处理提高了单作玉米籽粒产量, 而对套作玉米籽粒
影响不大。说明玉米/大豆套作种植有利于玉米产量
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的提高, 其原因可能是与玉米单作中 2 株玉米之间
对养分的强烈竞争吸收相比, 玉米/大豆套作系统中
大豆生物量远低于玉米, 因此套作玉米竞争吸收了
部分大豆播种时所施用的肥料以及土壤中原有的养
分, 尤其是磷素养分[2]。除 NPK处理的秸秆产量外,
套作大豆的秸秆和籽粒产量在同一施肥水平均显著
高于单作, 其原因可能有以下几点: 1)在套作玉米的
竞争刺激下, 大豆提高了自身的根瘤固氮能力, 分
泌出更多的有机酸活化土壤无机磷; 2)套作玉米的
肥料残留有利于大豆生育后期的生长发育。套作模
式下, CK 处理玉米生物量及产量远远低于 NK 和
NPK 处理, 因此为大豆的生长发育提供了更好的光
照条件及更大的生长空间, 进而显著提高了 CK 处
理下套作大豆的秸秆产量。缺失磷肥处理(NK)的大
豆籽粒产量显著低于 CK 和 NPK 处理, 说明在套作
玉米对磷的大量消耗下, 缺施磷肥会显著降低大豆
籽粒产量。
研究表明, 蚕豆和玉米间作, 蚕豆的根际效应
在改善自身的磷营养时, 也有利于玉米从土壤中吸
收更多的磷[6,8,17]。玉米与油菜(Brassica campestris)、
蚕豆、鹰嘴豆和大豆间套作, 玉米平均籽粒磷质量
分数比单作玉米分别高出 19.8%、13.0%、17.2%和
12.0%, 间套作和施磷能显著提高玉米籽粒磷质量
分数[18]。本研究结果表明, CK、NK 和 NPK 施肥
模式均表现出套作玉米的吸磷量显著高于单作玉米;
套作大豆相对于单作大豆而言, 也表现出明显的优
势, 显著提高了植株吸磷量。说明套作模式与单作
相比提高了土壤磷素利用率。
3.2 栽培模式及施肥对作物根际与非根际土壤速
效磷含量的影响
磷素在土壤中主要靠扩散作用移动且速度很慢,
同时由于植物的吸收, 很容易造成根际土壤磷素亏
缺[1920]。前人研究表明, 在不施磷肥的情况下, 作物
的生长大大降低了根际土壤速效磷[21], 这与本试验
CK和NK处理作物种植前后土壤速效磷含量的差异
表现一致。不同作物因其根系生长造成的微环境不
同, 对土壤磷素的利用能力也不同[2223]。有研究表
明, 硬质小麦(Triticum aestivum)和鹰嘴豆间作时能
显著提高两种作物根际土壤磷利用率[12]。本研究发
现, CK 和 NK 施肥模式下, 套作玉米成熟期根际土
壤 Olsen-P 含量均显著高于非根际土壤; 大豆始花
期和成熟期, 3种施肥处理下套作大豆根际土壤速效
磷含量均显著高于非根际土壤。这说明套作模式下
玉米和大豆种间对磷素养分之间的竞争促进大豆根
系分泌更多的质子和有机酸, 从而使更多的难溶磷
活化为有效磷。本研究结果显示玉米成熟期, 不施
磷肥(CK、NK)处理下套作玉米根际土壤速效磷含量
显著高于单作玉米。套作大豆始花期 NPK处理根际
土壤速效磷含量显著高于单作大豆, 套作大豆成熟
期 NK、NPK 处理根际土壤速效磷含量显著高于单
作, 这与刘均霞等[24]的研究结果类似。说明与单作
相比, 套作种植模式因作物种间的根系交互作用能
够提高根际土壤磷素有效性。
3.3 栽培模式及施肥对作物根际与非根际土壤无
机磷组分动态变化的影响
土壤中磷的生物有效性受到诸多因素的影响 ,
如 pH、有机质、水分、微生物以及植物根系分泌的
质子和有机酸等[4,6,19]。土壤有效磷是指能够被植物
吸收利用的那部分土壤磷, 主要包括土壤溶液中的
磷酸盐, 以及能向土壤溶液中释放磷酸根离子的各
种有机和无机磷。而磷在土壤中极易发生化学变化,
容易与土壤中的金属离子(Ca、Mg、Al和 Fe)形成难
溶性磷酸盐。研究发现, 间套作能调动整个体系对
土壤磷素的挖掘利用, 玉米/蚕豆间套作系统中, 由
于蚕豆的根系特性以及较强的质子和有机酸释放能
力 , 能够显著地酸化根际 , 促进难溶性磷的活化 ,
降低对可溶性磷的竞争, 从而有利于两种作物的磷
营养, 鹰嘴豆/小麦间作也有类似的现象[2527]。本研
究采用 Chang 等[16]提出的无机磷分级体系, 将土壤
中的磷素分为 Al-P、Fe-P、O-P 和 Ca-P。研究结果
表明套作玉米根际土壤Al-P含量均显著低于非根际
土壤, 且低于单作玉米根际土壤 Al-P 含量, 这与柴
博等 [7]的研究结果一致, 可能是因为大豆自身根系
分泌的有机酸等物质活化了难溶态铝磷, 促进套作
玉米对铝磷的吸收[28]。套作玉米根际土壤 Fe-P含量
在 NK和 NPK施肥模式显著低于非根际, 且套作玉
米特别在 NPK 处理下根际土和非根际土 Fe-P 含量
低于单作玉米 , 说明全量施肥能促进套作玉米对
Fe-P的吸收。除 CK 处理玉米根际土壤 O-P 含量显
著低于非根际土之外, 其余施肥处理下玉米根际土
与非根际土 O-P 含量差异不显著。其原因可能是在
低磷胁迫下, 大豆自身通过根系分泌有机酸、释放
质子来活化土壤中植物难以利用的磷源。套作玉米
根际土 Ca-P含量在 NPK处理下显著低于非根际土,
单作玉米根际土 Ca-P含量在 NK处理下显著低于非
根际土。上述结果说明套作大豆根系分泌的有机酸
增加了难溶态磷的活性, 使土壤中 Al-P、Fe-P 通过
离子交换反应增加土壤磷的释放, 促进玉米对根际
第 12期 毛 璐等: 栽培模式及施肥对玉米和大豆根际土壤磷素有效性的影响 1509


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土壤 Al-P、Fe-P的吸收, 且土壤磷含量均低于单作。
O-P 由于被氧化铁胶膜所包蔽, 其活性较低, 在低
磷胁迫时可将少量 O-P 转化为能被玉米吸收利用的
磷。而 Ca-P 主要是以 Ca10为主, 其化学活性较低,
无论间作单作其含量均较为稳定。
研究表明, 施磷显著增加了小麦/大豆间套作土
壤中 Ca2-P、Ca8-P、Al-P和 Fe-P的含量, 大豆能减
缓肥料磷在土壤中的转化和固定, 减少磷向无效的
Ca10-P 和 O-P 方向转化[29]。本研究表明, 与 CK 和
NK处理相比, NPK处理显著提高了大豆根际与非根
际土壤 Al-P 含量, 同一施肥处理下, 大豆根际与非
根际土 Al-P 含量之间差异不显著, 但套作大豆根际
与非根际土壤 Al-P含量均低于单作大豆; 除单作大
豆 NK、NPK处理大豆根际土 Fe-P含量显著低于非
根际土外, 其余处理大豆根际土与非根际土 Fe-P 含
量差异不显著; CK和 NK处理套作大豆根际与非根
际土 Fe-P含量均小于单作大豆。大豆根际与非根际
土 O-P含量几乎占无机磷总量的一半, CK处理下大
豆根际土 O-P 含量显著低于非根际土, 说明低磷情
况下大豆根系可活化利用土壤 O-P。套作大豆 NPK
处理根际土 Ca-P含量显著低于非根际土。这些结果
说明套作大豆对土壤磷的活化作用优于单作大豆。
参考文献
[1] 冀宏杰, 张怀志, 张维理, 等. 我国农田磷养分平衡研究进
展[J]. 中国生态农业学报, 2015, 23(1): 1–8
Ji H J, Zhang H Z, Zhang W L, et al. Research progress on
cropland phosphorus balance in China[J]. Chinese Journal of
Eco-Agriculture, 2015, 23(1): 1–8
[2] 宇万太, 姜子绍, 马强, 等. 不同施肥制度对作物产量及土
壤磷素肥力的影响 [J]. 中国生态农业学报 , 2009, 17(5):
885–889
Yu W T, Jiang Z S, Ma Q, et al. Effect of different fertilization
systems on soil phosphorus fertility and crop yield[J].
Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2009, 17(5): 885–889
[3] 宋春 , 韩晓增 . 长期施肥条件下土壤磷素的研究进展 [J].
土壤, 2009, 41(1): 21–26
Song C, Han X Z. Advances in phosphorus in long-term
fertilized soil[J]. Soils, 2009, 41(1): 21–26
[4] Hinsinger P. Bioavailability of soil inorganic P in the
rhizosphere as affected by root-induced chemical changes: A
review[J]. Plant and Soil, 2001, 237(2): 173–195
[5] Song C, Han X Z, Tang C. Changes in phosphorus fractions,
sorption and release in udic mollisols under different
ecosystems[J]. Biology and Fertility of Soils, 2007, 44(1):
37–47
[6] Li L, Li S M, Sun J H, et al. Diversity enhances agricultural
productivity via rhizosphere phosphorus facilitation on
phosphorus-deficient soils[J]. Proceedings of the National
Academy of Sciences of the United States of America, 2007,
104(27): 11192–11196
[7] 柴博 , 李隆 , 杨思存 , 等 . 玉米/鹰嘴豆间作条件下不同施
磷量对灌耕灰钙土无机磷组分的影响[J]. 干旱地区农业研
究, 2015, 33(1): 85–90
Chai B, Li L, Yang S C, et al. Effects of different P
applications on inorganic-P components in irrigated sierozems
under maize/chickpea intercropping[J]. Agricultural Research
in the Arid Areas, 2015, 33(1): 85–90
[8] Li H G, Shen J B, Zhang F S, et al. Phosphorus uptake and
rhizosphere properties of intercropped and monocropped
maize, faba bean, and white lupin in acidic soil[J]. Biology
and Fertility of Soils, 2010, 46(2): 79–91
[9] 张德闪, 王宇蕴, 汤利, 等. 小麦蚕豆间作对红壤有效磷的
影响及其与根际 pH 值的关系[J]. 植物营养与肥料学报 ,
2013, 19(1): 127–133
Zhang D S, Wang Y Y, Tang L, et al. Effects of wheat and
fababean intercropping on available phosphorus of red soils
and its relationship with rhizosphere soil pH[J]. Plant
Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19(1): 127–133
[10] 雍太文 , 刘小明 , 刘文钰 , 等. 减量施氮对玉米大豆套作
体系中作物产量及养分吸收利用的影响[J]. 应用生态学报,
2014, 25(2): 474–482
Yong T W, Liu X M, Liu W Y, et al. Effects of reduced N
application rate on yield and nutrient uptake and utilization in
maize-soybean relay strip intercropping system[J]. Chinese
Journal of Applied Ecology, 2014, 25(2): 474–482
[11] 邓小燕, 王小春, 杨文钰, 等. 玉米/大豆和玉米/甘薯模式
下玉米磷素吸收特征及种间相互作用[J]. 作物学报, 2013,
39(10): 1891–1898
Deng X Y, Wang X C, Yang W Y, et al. Phosphorus uptake
and utilization of maize and interspecies interactions in
maize/soybean and maize/sweet potato relay intercropping
systems[J]. Acta Agronomica Sinica, 2013, 39(10):
1891–1898
[12] Betencourt E, Duputel M, Colomb B, et al. Intercropping
promotes the ability of durum wheat and chickpea to increase
rhizosphere phosphorus availability in a low P soil[J]. Soil
Biology and Biochemistry, 2012, 46: 181–190
[13] Williams M A, Myrold D D, Bottomley P J. Carbon flow from
13C-labeled clover and ryegrass residues into a residue-
associated microbial community under field conditions[J].
Soil Biology and Biochemistry, 2007, 39(3): 819–822
[14] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技
出版社, 2000: 168–314
Lu R K. Analytical Methods of Soil and Agrochemistry[M].
Beijing: China Agricultural Science and Technology Press,
2000: 168–314
[15] Olsen S R, Cole C V, Dean L A. Estimation of available
phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate[J].
Circular, 1954, 939: 1–19
[16] Chang S C, Jackson M L. Fractionation of soil phosphorus[J].
Soil Science, 1957, 84(2): 133–144
[17] 张义凯, 陈范骏, 李隆, 等. 不同类型的玉米根系对间作体
系磷高效吸收以及生产力的影响[J]. 中国科学: 生命科学,
1510 中国生态农业学报 2015 第 23卷


http://www.ecoagri.ac.cn
2012, 42(10): 841–849
Zhang Y K, Chen F J, Li L, et al. The role of maize root size
in phosphorus uptake and productivity of maize/faba bean and
maize/wheat intercropping systems[J]. Scientia Sinica Vitae,
2012, 42(10): 841–849
[18] 夏海勇, 赵建华, 王志刚, 等. 间套作和施磷对玉米籽粒磷
质量分数和体内磷素分配及利用效率的影响[J]. 中国农业
大学学报, 2015, 20(2): 67–76
Xia H Y, Zhao J H, Wang Z G, et al. Grain P concentrations, P
allocation and internal use efficiency of maize affected by P
application and intercropping[J]. Journal of China Agricul-
tural University, 2015, 20(2): 67–76
[19] Hinsinger P, Betencourt E, Bernard L, et al. P for two, sharing
a scarce resource: Soil phosphorus acquisition in the
rhizosphere of intercropped species[J]. Plant Physiology, 2011,
156(3): 1078–1086
[20] 张立花, 张辉, 黄玉芳, 等. 施磷对玉米吸磷量、产量和土
壤磷含量的影响及其相关性[J]. 中国生态农业学报, 2013,
21(7): 801–809
Zhang L H, Zhang H, Huang Y F, et al. Effect of phosphorus
application on soil available phosphorus and maize
phosphorus uptake and yield[J]. Chinese Journal of Eco-
Agriculture, 2013, 21(7): 801–809
[21] Devau N, Hinsinger P, Le Cadre E, et al. Root-induced
processes controlling phosphate availability in soils with
contrasted P-fertilized treatments[J]. Plant and Soil, 2011,
348(1/2): 203–218
[22] Vu D T, Tang C, Amstrong R D. Changes and availability of P
fractions following 65 years of P application to a calcareous
soil in a Mediterranean climate[J]. Plant and Soil, 2008,
304(1/2): 21–33
[23] Geelhoed J S, Van Riemsdijk W H, Findenegg G R.
Simulation of the effect of citrate exudation from roots on the
plant availability of phosphate adsorbed on goethite[J].
European Journal of Soil Science, 1999, 50(3): 379–390
[24] 刘均霞, 陆引罡, 远红伟, 等. 玉米大豆间作条件下磷素的
吸收利用[J]. 山地农业生物学报, 2007, 26(4): 288–291
Liu J X, Lu Y G, Yuan H W, et al. Study on phosphorus being
absorbed and utilized under the condition of soybean and
maize intercropping[J]. Journal of Mountain Agriculture and
Biology, 2007, 26(4): 288–291
[25] Xia H Y, Wang Z G, Zhao J H, et al. Contribution of
interspecific interactions and phosphorus application to
sustainable and productive intercropping systems[J]. Field
Crops Research, 2013, 154: 53–64
[26] 李淑敏. 间作作物吸收磷的种间促进作用机制研究[D]. 北
京: 中国农业大学, 2004
Li S M. The mechanisms of interspecific interactions and
phosphorus uptake under intercropping[D]. Beijing: China
Agricultural University, 2004
[27] Li L, Tang C X, Rengel Z, et al. Chickpea facilitates
phosphorus uptake by intercropped wheat from an organic
phosphorus source[J]. Plant and Soil, 2003, 248(1/2):
297–303
[28] 沈宏, 菊井森士, 严小龙, 等. 大豆根分泌物活化难溶性铝
磷的研究[J]. 水土保持学报, 2005, 19(1): 68–70
Shen H, Kikui S, Yan X L, et al. Mobilization of insoluble
aluminum bound phosphate by soybean root exudates[J].
Journal of Soil and Water Conservation, 2005, 19(1): 68–70
[29] 张恩和 , 张福锁 , 黄鹏 . 小麦大豆间套种植对磷素在土壤
中的转化及有效性的影响 [J]. 土壤通报 , 2000, 31(3):
130–131
Zhang E H, Zhang F S, Huang P. Influences of intercropping
of wheat and soybean on the transformation and availability
of P in soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2000, 31(3):
130–131