李秀平，李 穆，年 海，牟英輝*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/國(guó)家大豆品種改良中心廣東分中心，廣州 510642；2.中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004）

甘蔗（Saccharum sinensis Roxb）是我國(guó)熱帶、亞熱帶主要糖料作物，其產(chǎn)糖量占全國(guó)總量90%以上。我國(guó)是世界上第3大甘蔗種植國(guó)，種植面積為160萬(wàn)hm2[1-2]。甘蔗有100 d左右的幼苗期，種植行距較寬（1.0～1.2 m），前期生長(zhǎng)緩慢，葉面積系數(shù)小，光能利用率低，容易滋生雜草[3]。豆科與禾本科作物間作時(shí)，禾本科植物氮素營(yíng)養(yǎng)狀況改善是豆科植物中氮素轉(zhuǎn)移的結(jié)果[4]。

豆科與禾本科間套混作，可以通過(guò)豆科作物根瘤生物固氮提供給禾本科氮源進(jìn)而提高禾本科作物產(chǎn)量[5-7]。小麥蠶豆間作系統(tǒng)中，間作小麥葉片葉綠素含量顯著高于單作小區(qū)葉綠素含量。葉綠素含量影響光合作用速率和光合產(chǎn)物形成，最終影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)提高[8-9]。間作大豆對(duì)甘蔗品質(zhì)影響的分析表明，間作甘蔗的蔗糖分和純度均優(yōu)于單作甘蔗，甘蔗與多種豆科牧草具有良好共生性[10]。吳才文等研究表明甘蔗/大豆間作不影響后期甘蔗生長(zhǎng)和田間糖錘度[11]。本試驗(yàn)通過(guò)研究甘蔗/大豆間作模式對(duì)甘蔗和大豆生物量、產(chǎn)量及品質(zhì)影響，旨在為甘蔗/大豆間作高產(chǎn)栽培模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試甘蔗品種為臺(tái)糖22號(hào)（Saccharum sinensis Roxb）；供試大豆品種為華春5號(hào)（Glycine max L.），系華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院培育的早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)大豆新品種。試驗(yàn)用塑料盆，盆缽長(zhǎng)150 cm，寬50 cm，高50 cm。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)采用盆栽法

設(shè)3種種植模式：甘蔗/大豆間作、單作甘蔗、單作大豆。每處理重復(fù)4次。供試土壤為紅壤，pH 5.0，氮含量為65.60 mg·kg-1土，磷含量為10.06 mg·kg-1土，試驗(yàn)前將風(fēng)干土壤過(guò)篩，裝入盆中，每盆裝土30 kg,澆水至田間持水量的50%～60%。2011年3月18日上午開始播種，單作每盆播種甘蔗2株，大豆3粒；間作甘蔗2株，大豆3粒（見(jiàn)圖1）。播種后用薄層土覆蓋。播種15 d后每周用無(wú)氮Arnon-Hoagland溶液澆灌1次[12]。在大豆花期、成熟期分別對(duì)甘蔗/大豆間作、單作甘蔗、單作大豆取樣測(cè)定。

圖1 甘蔗/大豆間種栽培裝置Fig.1 Culture container of the sugarcane/soybean inter cropping

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

植株生物量：大豆盛花期及成熟期采集大豆、甘蔗地上部分及根系樣品，洗凈，用吸水紙吸干。先于90℃下烘15 min，再于65℃下烘干至恒重，稱重。

葉綠素含量測(cè)定：采用酒精浸提分光光度法測(cè)定，在樣品葉片中部取一定葉面積，稱出0.2 g，剪碎，放入一定體積96%酒精中研磨充分浸泡、提取、搖勻，用分光光度計(jì)在649 nm、665 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度A649、A665，重復(fù)測(cè)定3次。通過(guò)以下公式計(jì)算：

總?cè)~綠素含量（μg·mL-1）=20.04A649+6.1A665

糖分測(cè)定：采用蒽酮法測(cè)定。稱取剪碎混勻的新鮮葉片1 g（干樣粉末100 mg），放入大試管中，加入15 mL蒸餾水，在沸水浴中煮沸20 min，取出冷卻，過(guò)濾入100 mL容量瓶中，用蒸餾水沖洗殘?jiān)鼣?shù)次，定容至刻度。將各管搖勻后在沸水中煮10 min，取出冷卻，加入蒽酮在620 nm波長(zhǎng)下重復(fù)3次測(cè)定。通過(guò)以下公式計(jì)算：

可溶性糖含量（%）=CVT/106WV1×100%

式中，C-從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得葡萄糖量（μg）；VT-樣品提取液總體積（mL）；V1-顯色時(shí)取樣品液量（mL）；W-樣品重（g）。

根瘤數(shù)量和重量：大豆盛花期采集根系，摘下根瘤，洗凈，用吸水紙吸干，統(tǒng)計(jì)根瘤數(shù)量并稱重。粉紅色和淺粉紅色根瘤記為有效根瘤。固氮酶活性測(cè)定：采用乙炔還原法測(cè)定[13]。

用FOSS近紅外谷物品質(zhì)分析儀（Infratec TM1241，F(xiàn)OSS）測(cè)定大豆蛋白質(zhì)和油分含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用 Excel 2003和 Student's t-test（Stat View 5.0，SAS Institute Inc.）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物生物學(xué)產(chǎn)量

甘蔗/大豆間作中甘蔗表現(xiàn)出增產(chǎn)效應(yīng)，在花期，地上部和地下部生物量干重較單作分別增加35.92%（見(jiàn)圖2a）和34.13%（見(jiàn)圖2b），總生物量干重增加35.44%（見(jiàn)圖2）；在成熟期，甘蔗產(chǎn)量明顯提高，間作甘蔗與單作相比可提高鮮重產(chǎn)量20.99%，干重產(chǎn)量增加30.57%（見(jiàn)表1），增產(chǎn)顯著，說(shuō)明間作體系中甘蔗表現(xiàn)出間作優(yōu)勢(shì)。間作體系中大豆地上部和地下部生物量干重較單作分別減少15.31%（見(jiàn)圖2a）和13.76%（見(jiàn)圖2b），總生物量干重下降16.12%（見(jiàn)圖2）；成熟期百粒重降低9.53%（見(jiàn)表1），大豆表現(xiàn)出一定程度的間作弱勢(shì)。以兩種作物單作與間作的地上生物學(xué)產(chǎn)量之和相比，在花期，間作體系總生物量較單作增加21.5%，成熟期總產(chǎn)量增加10.49%，增產(chǎn)顯著，整個(gè)間作體系表現(xiàn)出一定的間作優(yōu)勢(shì)。

圖2 甘蔗/大豆間種對(duì)兩種作物地上部（a）和地下部（b）干重的影響Fig.2 Effects of sugarcane/soybean intercropping on dry weight of shoots(a)and roots(b)of two crops

表1 甘蔗/大豆間作對(duì)產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of sugarcane/soybean intercropping on yield of mature period

2.2 生長(zhǎng)期葉綠素含量的變化

葉綠素含量的多少是光合能力的重要指標(biāo)。葉綠素作為光合色素參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，在植物光合作用中起著關(guān)鍵性作用。間作對(duì)葉綠素含量的影響較大。如圖3所示，在生長(zhǎng)期，間作體系中的甘蔗和大豆葉綠素含量分別高于相應(yīng)單作甘蔗、單作大豆的39.7%和6.38%，間作可以明顯提高甘蔗葉片的葉綠素含量。主要原因可能是在間套作系統(tǒng)中，大豆是豆科作物，能固定空氣中的氮，在甘蔗、大豆養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)利用過(guò)程中，為甘蔗提供了氮源。

圖3 甘蔗/大豆間作對(duì)葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of sugarcane/soybean intercropping on chlorophyll content

2.3 間作對(duì)大豆根瘤固氮酶活性的影響

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，甘蔗/大豆間作明顯增加了單株大豆的根瘤數(shù)和根瘤重。如表2所示，在生長(zhǎng)期，間作體系中大豆單株根瘤數(shù)量和根瘤量分別高于相應(yīng)單作大豆的13.52%和23.35%。甘蔗/大豆間作根瘤數(shù)大于大豆單作，表明甘蔗根際能促進(jìn)土壤根瘤菌侵染，進(jìn)而促進(jìn)大豆結(jié)瘤能力。

表2 甘蔗/大豆間作對(duì)根瘤的影響Table 2 Effects of sugarcane/soybean intercropping on root nodulation

生物固氮測(cè)定方法主要是乙炔還原法，根據(jù)固氮酶具有還原分子氮或利用其他底物的能力，使乙炔還原為乙烯，作為固氮酶活性間接測(cè)定。由圖4可知，甘蔗/大豆間作顯著增加大豆根瘤固氮活性，間作體系中大豆固氮活性高于相應(yīng)單作大豆61.87%，表明甘蔗間作能改善大豆結(jié)瘤狀況，間作作物甘蔗的生長(zhǎng)對(duì)大豆根瘤固氮能力有顯著提高作用。

圖4 甘蔗/大豆間作對(duì)根瘤固氮酶活性的影響Fig.4 Effects of sugarcane/soybean intercropping on acetylene reducing activity of soybean nodulation

2.4 甘蔗/大豆間作對(duì)兩種作物品質(zhì)的影響

甘蔗大豆間作對(duì)品質(zhì)有不同的影響。如表3所示，在開花期，間作體系對(duì)甘蔗和大豆葉片糖分含量和蛋白質(zhì)含量影響較大。間作甘蔗葉片的含糖量提高48.72%，而間種大豆葉的含糖量卻降低40.05%，兩種作物間作總含糖量之和與單作相比增加2.39%，差異不顯著。間作體系條件下葉片中蛋白質(zhì)含量也有明顯變化，間作甘蔗葉片蛋白質(zhì)含量提高3.07%，間作大豆葉片蛋白質(zhì)含量提高21.65%，兩種作物間作葉片的總蛋白之和與單作相比顯著增加16.56%。

表3 甘蔗/大豆間作對(duì)生長(zhǎng)期品質(zhì)的影響Table 3 Effects of sugarcane/soybean intercropping on quality of growth period

如表4所示，在成熟期，間作體系中甘蔗和大豆糖分、蛋白質(zhì)、脂肪含量均高于相應(yīng)單作。其中，甘蔗、大豆糖分含量分別高于相應(yīng)單作甘蔗、單作大豆5.26%和27.23%。間作體系中的甘蔗蛋白含量顯著高于單作40.2%，大豆蛋白和脂肪含量分別高于相應(yīng)單作大豆4.27%和1.73%。因此，甘蔗大豆間作對(duì)甘蔗含糖量、大豆脂肪和蛋白質(zhì)含量具有一定影響。

表4 甘蔗/大豆間作對(duì)成熟期品質(zhì)的影響Table 4 Effects of sugarcane/soybean intercropping on quality of mature period

3 討論與結(jié)論

禾本科/豆科間作體系研究表明，小麥/紫云英（蠶豆）[14-15]、大豆（蠶豆）/玉米[16-17]、旱稻/花生[18]等構(gòu)成的多作系統(tǒng)中，間作體系對(duì)其中一種組分作物或兩種組分作物的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。本試驗(yàn)表明，間作體系中甘蔗產(chǎn)量均明顯高于單作，而間作體系中大豆生物量和成熟期百粒重均低于單作，大豆表現(xiàn)出一定程度的間作弱勢(shì)，但整個(gè)間作體系表現(xiàn)出一定的間作優(yōu)勢(shì)。

本研究結(jié)果表明，間作體系中甘蔗葉片葉綠素含量明顯高于相應(yīng)單作甘蔗，間作中甘蔗和大豆總產(chǎn)量得到明顯提高，生長(zhǎng)期甘蔗葉片中糖含量也明顯提高，盡管間種大豆葉片含糖量顯著降低，但成熟期的甘蔗和大豆籽粒中含糖量分別顯著高于單作?？赡苁且?yàn)楦收?、大豆光能和養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)利用過(guò)程中，大豆為甘蔗提供養(yǎng)分，促進(jìn)甘蔗光合作用增強(qiáng)，積累的糖分更高一些，然后轉(zhuǎn)移給大豆，具體機(jī)制還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

大豆種子蛋白質(zhì)含量與根瘤固氮酶活性呈顯著正相關(guān)[19]，本研究也進(jìn)一步證實(shí)，間作體系下促進(jìn)大豆結(jié)瘤能力，間作甘蔗明顯增加單株大豆根瘤數(shù)和根瘤重。間作作物甘蔗的生長(zhǎng)對(duì)大豆根瘤固氮能力有顯著提高作用。間作甘蔗植株體內(nèi)蛋白質(zhì)含量高于單作，可能是因?yàn)楦收釋?duì)氮營(yíng)養(yǎng)需求大，而大豆對(duì)氮營(yíng)養(yǎng)需求小，在甘蔗、大豆間作體系中，甘蔗根系進(jìn)入大豆根區(qū)吸收氮，降低大豆根際土壤氮水平，從而刺激大豆根瘤固氮能力。但甘蔗和大豆之間養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。甘蔗/大豆間作，在甘蔗不減產(chǎn)的條件下，可以生產(chǎn)一季大豆，是華南地區(qū)重要的旱地種植方式。間作體系增加甘蔗葉片葉綠素含量，提高大豆根瘤固氮酶活性，增加甘蔗含糖量，提高大豆蛋白質(zhì)和油分含量。

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