论文标题：Optimizing soil fertility in southern China: a review of sugarcane intercropping strategies

期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者：Wenlong ZHANG, Jinhua SHAO, Kai HUANG, Limin CHEN, Guanghui NIU,Benhui WEI, Guoqin HUANG

发表时间：15 Sept 2025

DOI：10.15302/J-FASE-2025612

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Sept 2025, Volume 12 Issue 3

· 第十三篇 ·

▎论文ID

Optimizing soil fertility in southern China: a review of sugarcane intercropping strategies

华南地区土壤肥力优化：甘蔗间作模式研究综述

文章类型：Review

发表年份：2025年

第一作者：张文龙¹，邵金华^1,2

通讯作者：黄凯²，黄国勤¹

Email: gxhuangkai@126.com, hgqmail441@sohu.com

作者单位：1. 江西农业大学农学院；2. 广西壮族自治区水利科学研究院。

Cite this article :

Wenlong ZHANG,Jinhua SHAO,Kai HUANG,Limin CHEN,Guanghui NIU,Benhui WEI,Guoqin HUANG. Optimizing soil fertility in southern China: a review of sugarcane intercropping strategies. Front. Agr. Sci. Eng., 2025, 12(3): 583-595 DOI:10.15302/J-FASE-2025612

· 文 章 摘 要 ·

间作已成为现代生态农业中的关键策略，对提升生物多样性、增强生态系统服务功能及改善土壤质量具有重要作用。鉴于全球粮食安全面临的挑战与耕地资源的稀缺性，间作有望在我国农田质量提升与粮食安全保障中发挥日益重要的作用。当前研究主要聚焦于间作在改善农田质量和提高作物生产力方面的效益，同时部分关注其在促进生物多样性与生态系统服务功能中的作用。然而，间作通过何种机制特异性改善土壤物理、化学及生物学性质，进而维持土壤长期健康并提升农田质量，仍需进一步研究。本综述阐述了甘蔗间作的内涵及其在促进土壤健康、增强生态系统服务功能中的作用，系统整合了近年来我国华南地区甘蔗间作对土壤物理、化学及生物学性质影响的相关研究成果。此外，本文还明确了以农田质量提升为核心的间作系统未来研究方向与重点，旨在为间作在我国农田质量提升战略中的广泛应用提供理论参考。

· 文 章 亮 点 ·

1. 甘蔗间作改善土壤质量：间作系统可显著优化土壤结构、孔隙度、团聚体稳定性等物理性状，助力提升土壤健康水平与保水能力。

2. 作物互作提升土壤肥力：甘蔗与豆科作物、绿肥作物通过协同互作，可提高土壤氮、磷、钾及有机质等关键养分含量，进而增强土壤肥力。

3. 微生物群落多样化助力土壤健康：甘蔗间作能促进根际微生物多样性，增加土壤微生物生物量，对提升土壤肥力与农业生产力具有关键作用。

4. 可持续农业实践应对土壤退化：通过减少对单一连作和化肥的依赖，甘蔗间作可减缓土壤退化，提升作物产量稳定性，并降低病虫草害发生风险。

5. 未来聚焦技术融合实现可持续发展：未来研究应着力优化间作模式、整合水肥管理技术，并评估不同气候条件下间作对土壤健康的长期影响。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎引言

耕地是粮食生产的基础，其可持续管理对长期粮食安全至关重要。我国经济增长和人均收入提高增加了对粮食和农产品的需求，促使土地、水和能源在农业生产中大量投入，但过度开发导致资源短缺和生态破坏。在我国南方旱地农业区，土壤侵蚀、养分失衡和生物多样性下降威胁着土地可持续利用。

甘蔗是我国重要的经济作物，在热带和亚热带地区广泛种植。然而，甘蔗产业面临规模化生产不足、机械化水平低、基础设施薄弱等挑战，加之劳动力成本上升，农民种植积极性降低。间作作为传统农业智慧与现代生态农业的结合，通过优化资源利用和物种互作，为解决这些问题提供了新思路。研究表明，甘蔗与豆类、蔬菜等作物间作可提升土壤肥力、减少病虫害，同时稳定产量。

▎甘蔗间作的理论基础与意义

间作的本质：间作通过在同一农田时空配置两种或多种作物，优化光、水、养分等资源利用，提升土地生产力。与单作相比，间作能够增强物种多样性，促进作物间协同作用，减少病虫害，改善土壤结构，是应对生态环境挑战的重要手段。

我国南方的甘蔗间作：我国南方甘蔗间作模式从早期的豆类 (大豆、花生等) 扩展到谷物 (玉米)、蔬菜 (马铃薯、西瓜) 和绿肥作物。常见策略包括宽窄行交替种植和垄沟种植，通过精细管理 (如覆膜、水肥一体化) 实现高产。

生态系统服务价值：健康土壤是农业可持续发展的基础。甘蔗间作通过增加地上生物多样性支持地下生物活动，提升土壤肥力和生态系统稳定性 (图1)。例如，豆类固氮作用和绿肥还田可增加土壤有机质，减少化肥依赖，缓解土壤退化。

图1 甘蔗间作改善土壤质量、生态系统稳定性和系统生产力。

▎甘蔗间作改善土壤物理性质

土壤物理性质直接影响根系生长和水分养分供应 (图2)。研究表明，甘蔗与绿豆间作两年后，土壤机械稳定性团聚体 (1–2 mm) 和水稳性团聚体 (0.25–5 mm) 含量显著增加，容重降低2.86%–10.8%，总孔隙度提高3.65%–13.5%。甘蔗-马铃薯间作也能降低容重、增加含水量。

图2 甘蔗间作系统改善土壤物理性质。

深根作物 (如豆类) 形成的生物孔隙可改善土壤通气性和水分渗透，减少坡耕地水土流失。间作系统产生的高生物量还田后，能够进一步提升土壤有机质含量，增强抗侵蚀能力。

▎甘蔗间作改善土壤化学性质

土壤化学性质决定养分有效性。甘蔗-花生间作中，甘蔗根际土壤碱解氮、有效磷、钾和有机质含量显著高于单作，而花生根际有效磷、钾含量降低，表明养分在间作系统中发生了重分配。甘蔗-马铃薯间作则提升了根际与非根际土壤的有机质和水解氮含量。

绿豆绿肥还田 (16–18 t·ha–1) 可使土壤有效氮、磷、钾分别增加8.84%–32.1%、1.3%–35.6%和17.1%–37.1%，有机质提升14.0%–23.2%，表明间作结合绿肥是提升土壤肥力的有效途径。

▎甘蔗间作改善土壤生物多样性(图3)

微生物多样性：长期单作导致土壤微生物量下降，而间作可逆转这一趋势。甘蔗-花生间作能够增加根际细菌、真菌和放线菌数量，甘蔗-玉米间作可使土壤微生物代谢功能多样性指数 (如Shannon指数) 提高10.6%–48.4%。大豆间作则改变了甘蔗根际固氮菌的群落结构，提升了其多样性。

酶活性：土壤酶是生物功能的关键指标。甘蔗-花生间作能够提高根际脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性，且微生物数量与酶活性呈正相关。大豆间作在甘蔗苗期和分蘖期显著提升了蔗糖酶的活性，促进了碳循环。

土壤动物：间作能够增加土壤动物多样性，如玉米-大豆间作提高了捕食性和腐食性大型动物的数量，燕麦-豆类间作减少了植物寄生线虫。蚯蚓和白蚁的活动通过生物孔隙改善了土壤结构，原生动物摄食调控微生物群落，间接促进了养分循环。

图3 甘蔗间作系统提高土壤生物多样性和生物功能。

▎未来研究方向与展望

多功能间作系统设计：需优化作物组合 (如甘蔗-大豆、甘蔗-绿肥)，平衡产量与土壤改良，探索低碳高效模式。

理论框架完善：结合土壤学、生态学，阐明间作系统中土壤-作物-环境互作机制，建立区域特异性技术体系。

农机农艺融合：开发适用于间作的机械化设备 (如覆膜机、收割机)，整合水肥一体化技术，提升管理效率。

政策与推广：加强政策支持，建立示范基地，提高农民对间作生态效益的认知，推动技术落地。

· 结 论 ·

甘蔗间作在我国南方丘陵农业区提升土壤健康和生态系统服务方面具有巨大潜力。通过战略性选择间作作物种类和种植方式，间作改善了土壤物理性质 (如结构和孔隙度)，增强了土壤肥力和微生物多样性，提高了农业生产力和稳定性，减少了病虫害发生，缓解了长期单作导致的土壤退化。本研究强调了甘蔗间作作为可持续农业实践的有效性，为我国南方农业土壤健康管理提供了科学依据和实践指导。未来研究应聚焦优化间作模式、整合水肥一体化等技术、研究不同气候条件下的适应性，以及评估间作对土壤健康的长期影响，以完善和扩大该技术的适用性。

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