薛乃雯，劉建霞，高晶波，楊珍平

（1.山西大同大學(xué) 農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山西 大同 037009；2.山西大同大學(xué) 設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，山西 大同 037009；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

藜麥（Chenopodium quinoaWilld.）是一年生的藜科自交雙子葉草本植物，俗名為灰灰菜，是在灰灰菜中選育出的穗部發(fā)達(dá)、籽粒高產(chǎn)的品種［1］。藜麥?zhǔn)俏ㄒ灰环N單體植物即可滿足人體所有基本營養(yǎng)需求的食物，具有極高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值［2-3］。藜麥主要分布于南美洲的安第斯山區(qū)［4］，大多分布在高海拔的冷涼地區(qū)，在0～4000 m 的海拔范圍內(nèi)均有生長，并且具有耐寒、耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄等生物特性［5］。自2008 年起，藜麥在我國的西北、華北、西南和東北等十余?。ㄊ校┚胁煌?guī)模種植。截至2020 年，我國藜麥種植面積超過了2 萬hm2，種植面積和總產(chǎn)量已經(jīng)躍居至世界第三位［6］。但是，目前我國關(guān)于藜麥栽培的研究才剛剛起步。在河北、山西、甘肅等地，藜麥栽培主要采用大規(guī)模機械化單作種植［7-8］。

合理的間作種植模式比傳統(tǒng)單作具有增產(chǎn)優(yōu)勢。Rao 等［9］曾對94 個高粱品種與木豆間作的試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)非生物脅迫使傳統(tǒng)單作高粱與單作木豆分別在8 年與5 年內(nèi)有1 年作物產(chǎn)量會降低，而在間作系統(tǒng)下，36 年的研究結(jié)果中僅有1 年的產(chǎn)量會減少。在與豆科植物間作的種植模式中，豆科植物可以提高非豆科植物根際的營養(yǎng)狀況，這種根際營養(yǎng)的改善是產(chǎn)生間作優(yōu)勢的關(guān)鍵［10］。禾豆間作模式不僅提高了土壤氮素的含量，土壤的磷鉀含量和肥料利用效率也增加顯著［11］。李隆等［12］研究發(fā)現(xiàn)，間作小麥與大豆的氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收總量分別高出各自單作的24%～39%、6%～27% 和24%～64%，養(yǎng)分利用效率增加顯著。土壤酶活性是土壤有機質(zhì)合成與分解的重要指標(biāo)，對平衡土壤質(zhì)量具有重要的參考價值［13］。喬月靜等［14］的研究發(fā)現(xiàn)，在不施肥的情況下，燕麥與豆科作物間作可以顯著提高土壤酶活性，土壤酶相對活性綜合指數(shù)也會增加，說明禾/豆間作模式能夠使土壤向健康的“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變，有利于改善土壤的微生態(tài)環(huán)境。

藜麥連作栽培時易出現(xiàn)病害嚴(yán)重，雜草眾多，土壤養(yǎng)分消耗量大，減產(chǎn)劇烈的問題［15］。針對以上的栽培生產(chǎn)問題，本研究設(shè)置藜麥與3 種豆科作物（紅豆、綠豆、黑豆）進(jìn)行間作栽培，探討不同間作模式對藜麥產(chǎn)量、植株養(yǎng)分含量、土壤養(yǎng)分含量及土壤酶活性的影響，通過分析植株養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分的相關(guān)性，產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分以及酶活性的相關(guān)性，旨在探明提高藜麥產(chǎn)量并改善土壤肥力的最佳間作模式，為豐富藜麥種植模式提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于山西省大同市天鎮(zhèn)縣卅里鋪鄉(xiāng)孫家店村（N 40°18′47″，E 113°57′58″），屬于平川中溫半干旱地區(qū)，多年平均降水量為410 mm，年平均氣溫6.8 ℃，無霜期128 d，年日照時數(shù)2836 h。土壤類型是栗褐土，0～20 cm 土壤pH 為8.34，堿解氮63.35 mg·kg-1，有效磷13.80 mg·kg-1，速效鉀79.04 mg·kg-1，全氮0.62 g·kg-1，全磷0.67 g·kg-1，有機質(zhì)11.72 g·kg-1。

1.2 供試作物

藜麥（Chenopodium quinoaWilld.）：晉藜1 號，生育期130 d，抗倒伏、抗穗發(fā)芽，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所提供。

紅豆（Abrus precatoriusL.）：紅小豆6 號，生育期112 d，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高寒區(qū)作物研究所提供。

綠豆（Vigna radiata（Linn.） Wilczek）：晉綠9號，生育期98 d，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高寒區(qū)作物研究所提供。

黑豆（Glycine max（L.）merr）：大同地區(qū)普遍種植的品種，于大同市陽高縣購買。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，以藜麥、紅豆、綠豆、黑豆4 種作物單作為對照，設(shè)置藜麥/紅豆間作、藜麥/綠豆間作、藜麥/黑豆間作，共計7 個處理，重復(fù)3 次，合計21 個小區(qū)，小區(qū)面積為5 m×6 m。藜麥單作行距60 cm，株距40 cm；豆科作物單作行距33 cm，株距33 cm；間作體系中種植比例為1∶1，即1 行藜麥和1 行豆科作物間作，行距為30 cm。藜麥、紅豆、綠豆、黑豆的播量分別為3、30、22.5、45 kg·hm-2。

試驗于2021 年5 月9 日播種，9 月27 日收獲。播前澆水，施入750 kg·hm-2的復(fù)合肥作為基肥，其中（N∶P2O5∶K2O 占比=40%∶40%∶20%）。6 月10日進(jìn)行藜麥間苗，7 月10 日進(jìn)行人工除草以及藜麥根部培土，其它管理同常規(guī)。

1.4 樣品采集

1.4.1 植株樣品

于藜麥苗期（6 月10 日）和收獲期（9 月27 日），每小區(qū)選取代表性植株10 株，裝入紙袋，105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，用粉樣機粉碎后裝入自封袋。

1.4.2 土壤樣品

于藜麥苗期（6 月10 日）和收獲期（9 月27 日），每小區(qū)隨機選取5 個點，采集0～20 cm 土層的土壤，混合后裝入自封袋帶回實驗室，自然風(fēng)干并過篩。

1.5 試驗方法測定指標(biāo)

植株養(yǎng)分含量的測定：苗期藜麥全株進(jìn)行殺青和粉碎，成熟期藜麥用剪刀分解成莖稈、葉片、穗后，進(jìn)行殺青和粉碎。粉碎后的樣品經(jīng)過H2SO4-H2O2的浸提后，全氮含量采用奈氏比色法測定，全磷含量采用釩鉬酸氨比色法測定，全鉀含量采用火焰光度計法測定［16］。

土壤相對含水量采用烘干法測定；土壤pH 值采用酸度計法測定，水土比為2.5∶1；土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定；土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提，鉬銻鈧顯色劑顯色后比色法測定；土壤速效鉀含量采用NH4OAc 浸提后火焰光度法測定；全氮含量采用濃硫酸消煮，連續(xù)流動分析儀測定，全磷含量采用濃硫酸-高氯酸消煮，鉬銻抗比色法測定；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測定［19］。

脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定，結(jié)果以NH3-N μg·g-1（37 ℃，24 h）表示；蔗糖酶活性采用水楊酸比色法測定，結(jié)果以葡萄糖mg·g-1（37 ℃，24 h）表示；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，結(jié)果以酚mg·g-1（37 ℃，24 h）表示［17］。

籽粒產(chǎn)量的測定：在藜麥、紅豆、綠豆、黑豆成熟期，取每小區(qū)1 m2面積采收，重復(fù)3 次，風(fēng)干后測籽粒產(chǎn)量。

土地當(dāng)量比（land equivalent ratio，LER）用于衡量間作優(yōu)勢。通過下式計算。

式中，Yqi和Yli分別指在間作總面積上藜麥和豆科作物的籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）；Yqm和Ylm分別指單作藜麥和豆科作物的籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）；當(dāng)LER＞1 時，表示有間作優(yōu)勢；當(dāng)LER＜1 則無間作優(yōu)勢。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及圖表制作。用SAS9.2 統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析（Duncan法）、Pearson 相關(guān)性分析、以及逐步回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間作模式下作物籽粒產(chǎn)量

由表1 可見，單作藜麥、紅豆、綠豆和黑豆的產(chǎn)量均顯著高于間作的產(chǎn)量。3 種間作方式下，藜麥產(chǎn)量為單作的60%～65%，豆類產(chǎn)量為單作的80%～87%，土地當(dāng)量比為1.40～1.52，表明單位面積下3 種間作方式都具有產(chǎn)量優(yōu)勢，且以藜麥/紅豆間作的LER 最高，為1.52。

表1 不同種植模式下作物籽粒產(chǎn)量的比較Table 1 Comparison of quinoa grain yield under different planting modes

2.2 不同間作模式下藜麥生育期植株養(yǎng)分含量

從圖1 可以看出，在植株氮含量方面，與藜麥單作相比，藜麥/紅豆對苗期全株氮含量和成熟期莖葉氮含量有提高的趨勢，但是藜麥/綠豆和藜麥/黑豆對苗期全株氮含量和成熟期莖葉氮含量有降低的趨勢（P＜0.05）。在植株鉀含量方面，與藜麥單作相比，藜麥/紅豆對成熟期莖葉和穗的鉀含量有提高的趨勢，而藜麥/綠豆、藜麥黑豆對成熟期莖葉和穗的鉀含量有降低的趨勢（P＜0.05）。在植株磷含量方面，藜麥/紅豆與藜麥單作相比，對成熟期莖葉和穗的磷含量有提高的趨勢，但是藜麥/綠豆、藜麥黑豆對成熟期莖葉和穗的磷含量有降低的趨勢（P＜0.05）。

圖1 不同種植模式下藜麥生育期植株養(yǎng)分含量Fig.1 Nutrient content of quinoa plants at different growth stages under different planting modes

2.3 不同間作模式下土壤pH 值和含水量

從圖2 可以看出，在土壤pH 值方面，與藜麥單作相比，紅豆單作、藜麥/紅豆、藜麥/黑豆顯著降低了苗期土壤的pH 值（P＜0.05）。黑豆單作與藜麥單作相比，顯著降低了成熟期土壤的pH 值，而藜麥/黑豆對成熟期土壤的pH 值有提高的趨勢（P＜0.05）。在苗期土壤含水量方面，與藜麥單作相比，紅豆單作、綠豆單作、藜麥/綠豆對土壤含水量有提高的趨勢，而黑豆單作、藜麥/紅豆、藜麥/黑豆對土壤含水量有降低的趨勢（P＜0.05）。在成熟期土壤含水量方面，與藜麥單作相比，紅豆單作、藜麥/綠豆對土壤含水量有增加的趨勢，但是藜麥/黑豆顯著減少了土壤含水量（P＜0.05）。

圖2 不同種植模式下土壤pH 和含水量Fig.2 Soil pH and relative water content under different planting modes

2.4 不同間作模式下土壤養(yǎng)分

從圖3 可以看出，在土壤堿解氮含量方面，所有處理與藜麥單作相比，顯著提高了苗期和成熟期的土壤堿解氮含量；其中藜麥/紅豆的苗期土壤堿解氮含量顯著最高，紅豆單作的成熟期土壤堿解氮含量顯著最高（P＜0.05）。在苗期土壤有效磷含量方面，藜麥/紅豆、藜麥/黑豆相對于藜麥單作顯著增加了土壤有效磷含量（P＜0.05）。在成熟期土壤有效磷含量方面，與藜麥單作相比，所有處理顯著增加了有效磷含量，其中藜麥/紅豆的有效磷含量顯著最高（P＜0.05）。在土壤速效鉀含量方面，與藜麥單作相比，所有處理對苗期土壤速效鉀的含量都有顯著提升，藜麥/紅豆的提升顯著最高（P＜0.05）。除了藜麥/黑豆處理，其余處理與藜麥單作相比，顯著增加了成熟期土壤的速效鉀含量，間作處理中藜麥/紅豆的增加顯著最高（P＜0.05）。在土壤有機質(zhì)含量方面，除了藜麥/綠豆處理，其余處理與藜麥單作相比，顯著提高了苗期土壤有機質(zhì)的含量，藜麥/紅豆的提高顯著最高（P＜0.05）。在藜麥成熟期，與藜麥單作相比，綠豆單作對土壤有機質(zhì)含量的增加顯著最高，藜麥/紅豆、藜麥/綠豆對土壤有機質(zhì)僅有增加的趨勢（P＜0.05）。在土壤全氮含量方面，與藜麥單作相比，在間作處理中藜麥/紅豆、藜麥綠豆顯著提高了苗期土壤全氮含量，藜麥/綠豆顯著提高了成熟期土壤全氮含量（P＜0.05）。在土壤全磷含量方面，與藜麥單作相比，綠豆單作、藜麥/綠豆、藜麥/紅豆、藜麥/黑豆對苗期土壤全磷含量的提升顯著；所有處理對成熟期土壤全磷含量提升顯著，間作處理中藜麥/紅豆的提升顯著最高。

圖3 不同種植模式下土壤養(yǎng)分Fig.3 Soil nutrients under different planting modes

2.5 不同間作模式下土壤酶活性

從圖4 可以看出，在土壤蔗糖酶活性方面，與藜麥單作相比，綠豆單作、黑豆單作、藜麥/紅豆、藜麥/黑豆顯著提高了苗期和成熟期土壤蔗糖酶活性，其中藜麥/紅豆的苗期和成熟期土壤蔗糖酶活性顯著最高（P＜0.05）。在土壤磷酸酶活性方面，與藜麥單作相比，藜麥/紅豆、藜麥/綠豆顯著增加了苗期土壤磷酸酶的活性，其中藜麥/紅豆苗期土壤磷酸酶活性顯著最高（P＜0.05）。與藜麥單作相比，所有處理顯著提高了成熟期土壤磷酸酶活性，間作處理中藜麥/綠豆的磷酸酶活性顯著最高。在土壤脲酶活性方面，所有間作處理、紅豆單作與藜麥單作相比，顯著增加了土壤苗期的脲酶活性，其中藜麥/紅豆的苗期脲酶活性顯著最高；與藜麥單作相比，藜麥/紅豆的成熟期土壤脲酶活性顯著最高。

圖4 不同種植模式下土壤酶活性Fig.4 Soil enzyme activities under different planting modes

2.6 不同間作模式下藜麥產(chǎn)量與苗期植株養(yǎng)分、土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性的回歸分析

對藜麥產(chǎn)量（Y）、苗期植株養(yǎng)分［全株氮含量（X1）、全株磷含量（X2）、全株鉀含量（X3）］、苗期土壤理化性狀［pH 值（X4）、含水量（X5）、堿解氮（X6）、有效磷（X7）、速效鉀（X8）、全氮（X9）、全磷（X10）、有機質(zhì)（X11）］及土壤酶活性［蔗糖酶（X12）、堿性磷酸酶（X13）、脲酶（X14）］進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，并剔除其中不顯著的變量。由表2 可見，最優(yōu)回歸模型的P值小于0.000 1，決定系數(shù)達(dá)0.948 4，說明最優(yōu)回歸模型極其顯著并有較高的擬合精度。由表3 可見，回歸系數(shù)的顯著性P值都小于0.000 1，在0.05水平上檢驗顯著，求得最優(yōu)回歸方程為：

表2 逐步回歸方差分析表Table 2 Stepwise regression table

表3 逐步回歸的參數(shù)估計和檢驗Table 3 Parameter estimation and testing using stepwise regression

可見，苗期土壤堿解氮含量和堿性磷酸酶活性對產(chǎn)量的影響最大，并且堿性磷酸酶的活性與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。

2.7 不同間作模式下藜麥植株養(yǎng)分與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

在藜麥成熟期，莖葉氮含量與土壤含水量、有效磷含量、有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與土壤全氮含量呈極顯著正相關(guān)，與土壤pH 值呈極顯著負(fù)相關(guān)。穗鉀含量與土壤含水量、速效鉀含量、有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)（表4）。

表4 藜麥成熟期植株養(yǎng)分與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients between plant nutrient contents and soil physicochemical properties at mature stage of quinoa

3 討論

3.1 不同間作模式對作物產(chǎn)量的影響

高硯亮等［18］的研究發(fā)現(xiàn)，玉米/花生間作可以通過提高單位面積的土地利用效率，顯著提升系統(tǒng)的生產(chǎn)力，土地當(dāng)量比（LER）能夠高達(dá)1.2 以上；馮曉敏等［19］的研究發(fā)現(xiàn)，燕麥與豆科植物間作系統(tǒng)的LER 為1.31～1.63。本研究發(fā)現(xiàn)，藜麥與紅豆、綠豆和黑豆間作的LER 分別為1.52、1.45 和1.40，表現(xiàn)出了一定的間作優(yōu)勢，與前人的研究結(jié)果一致。合理的間作模式比傳統(tǒng)單作具有增產(chǎn)優(yōu)勢，首先可能是由于間作系統(tǒng)具有明顯的邊行效應(yīng)，通過這種效應(yīng)的累加使整個系統(tǒng)的生產(chǎn)力得到顯著提高，同時降低了生產(chǎn)成本［20］；其次可能是由于不同作物間生物學(xué)特性的差異，形成了空間上的合理互補，能夠充分利用生態(tài)資源，從而提高了單位面積的產(chǎn)量［21］。

3.2 不同間作模式對藜麥養(yǎng)分含量的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，與藜麥單作相比，在藜麥苗期，藜麥/紅豆對全株氮素含量有提高的趨勢；在藜麥成熟期，藜麥/紅豆對藜麥莖葉的氮素、磷素和鉀素含量以及穗部的磷素和鉀素含量有提高的趨勢。此研究結(jié)果與Stern［22］和李隆等［12］的研究結(jié)果一致，在禾豆間作體系中，豆科植物促進(jìn)作物對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收，顯著提高了養(yǎng)分利用效率。劉凱等［23］的研究也發(fā)現(xiàn)，核桃/黃豆與核桃/花生兩種間作模式可以提高核桃幼苗葉片中氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的含量。但是在本研究中，藜麥/綠豆和藜麥/黑豆與藜麥單作相比，對苗期全株氮含量和成熟期莖葉氮含量，以及成熟期莖葉和穗的磷鉀含量有降低的趨勢，可能是不同豆科作物對氮磷鉀養(yǎng)分的需求量不同，此原因還有待進(jìn)一步的研究。本研究發(fā)現(xiàn)，藜麥成熟期莖葉氮含量與土壤有效磷含量、有機質(zhì)含量、全氮含量呈顯著正相關(guān)；穗部鉀含量與土壤速效鉀含量、有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。此研究結(jié)果與劉凱等［23］和李金婷等［24］的研究結(jié)果基本一致，在與豆科植物的間作模式中，作物的養(yǎng)分含量與土壤養(yǎng)分的關(guān)系密切，可以通過改良土壤養(yǎng)分來改善作物的養(yǎng)分積累。

3.3 不同間作模式對土壤理化性質(zhì)的影響

在藜麥成熟期，與藜麥單作相比，藜麥/黑豆對土壤pH 值有升高的趨勢。此研究結(jié)果與劉凱等［23］的研究結(jié)果一致，核桃/黃豆與核桃/花生兩種間作模式可以顯著提高土壤的pH 值，使土壤更加優(yōu)質(zhì)，促進(jìn)核桃幼苗的生長。在土壤含水量方面，與藜麥單作相比，間作處理在藜麥苗期和成熟期對土壤含水量的影響不一致，可能與間作地上部不同的生物量有關(guān)。黃高寶等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在與豆科植物間作的種植模式中，豆科植物可以提高非豆科植物根際的營養(yǎng)狀況。李淑敏［11］的研究發(fā)現(xiàn)，禾豆間作模式下土壤的磷鉀含量和肥料利用效率顯著增加。茶樹與大豆的間作種植顯著提高了土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀以及有機質(zhì)的含量，改善了土壤的肥力狀況［24］。本研究表明，藜麥與豆科植物間作尤其是藜麥/紅豆顯著改善了土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)的含量，與以上研究結(jié)果基本一致，這可能與豆科植物的根系分泌物有關(guān)［11］。

3.4 不同間作模式對土壤酶活性的影響

大量研究表明，燕麥和豆科混播能夠顯著改善土壤的酶活性［25］，玉米/大豆間作體系的土壤酶活性顯著高于單作處理［26］，木薯/花生間作能夠提高土壤過氧化氫酶和酸性磷酸酶的活性［27］，甘蔗與花生間作可以改善作物根際土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的活性［28］，棉花與不同的作物進(jìn)行間作后，顯著提高了土壤中堿性磷酸酶和脲酶的活性［29］。本研究發(fā)現(xiàn)，藜麥與豆科作物的間作尤其是藜麥/紅豆顯著改善了藜麥生育期土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶和脲酶的活性，與上述研究結(jié)果基本一致。與豆科作物的間作系統(tǒng)，提高了土壤的氮素含量，因此使土壤脲酶活性顯著增加；可能是因為間作體系的根系密度比較大，分泌的多糖和有機質(zhì)偏多，從而顯著提高了土壤蔗糖酶和磷酸酶的活性［30］。本研究發(fā)現(xiàn)，苗期堿性磷酸酶的活性與藜麥產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，可能是由于豆科植物的根瘤菌以及根系分泌物對土壤養(yǎng)分的分解起到了催化作用，使土壤養(yǎng)分更容易被藜麥吸收，從而提高了產(chǎn)量［30］。

4 結(jié)論

藜麥與3 種豆科作物間作的土地當(dāng)量比LER都大于1，其中藜麥/紅豆的LER 最高為1.52。在藜麥生育期，與藜麥單作相比，藜麥/紅豆對植株氮磷鉀養(yǎng)分的吸收有提高的趨勢。在藜麥苗期，藜麥/紅豆的堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量顯著最高。在藜麥生育期，藜麥/紅豆的蔗糖酶和脲酶活性顯著最高。藜麥苗期土壤堿性磷酸酶的活性與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，成熟期藜麥氮磷鉀養(yǎng)分與大部分土壤養(yǎng)分呈顯著正相關(guān)。在今后的間作栽培體系中，推薦采用藜麥/紅豆間作來提高產(chǎn)量、藜麥養(yǎng)分吸收、土壤養(yǎng)分和土壤酶活性。