張 德, 龍會英
(云南省農業(yè)科學院熱區(qū)生態(tài)農業(yè)研究所, 云南 元謀 651300)
隨著干熱河谷畜牧業(yè)的發(fā)展,種草養(yǎng)畜日益成為解決“三農”問題和實施產(chǎn)業(yè)結構調整的重要措施,選擇適合農區(qū)種植的優(yōu)良牧草顯得非常重要。干熱河谷山地多,優(yōu)質地少,耕地資源嚴重不足,水土流失嚴重,土壤肥力低[1-3],不少地區(qū)土壤肥力出現(xiàn)重度退化。在干旱季節(jié),區(qū)域農牧果業(yè)生產(chǎn)的主要問題是供水不足,影響區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展,因而應該發(fā)展新型種植模式,多層次種植利用,達到農牧果業(yè)的發(fā)展與生態(tài)保護功能并重。豆科牧草具有飼養(yǎng)牲畜、覆蓋保濕、改良土壤等功能,在果園行間種植豆科牧草,一方面通過生物固氮和養(yǎng)分富集起到改善土壤結構,提高土壤肥力等培肥地力的作用;另一方面,果園行間種植牧草,覆蓋地表,可抑制雜草滋生、固土保水,防止水土流失,減少水分蒸發(fā)與消耗,提高水分利用效率[4-5]。另外,豆科牧草具有較高的營養(yǎng)成分和飼用價值,是重要的飼草飼料,可以直接刈割飼喂牲畜或加工為優(yōu)質飼料,在果樹行帶間種植牧草可有效地提高果園單位面積的生產(chǎn)力。干熱河谷偶遇霜凍或其他自然災害,間作可降低園區(qū)單作風險,豆科牧草的利用將有效推動區(qū)域生態(tài)和草牧業(yè)的發(fā)展。本試驗開展4個豆科牧草在干熱河谷生態(tài)芒果園的應用研究,旨在為區(qū)域果業(yè)與草牧業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展及幼齡果園間種牧草的選擇提供依據(jù)。
試驗地位于元謀干熱河谷金雷小流域羊開窩基地(E 101°49′54″~N 25°51′09″,海拔高度為1 016 m),屬典型金沙江干熱河谷氣候,試驗區(qū)月平均氣溫23.5℃,極端最高氣溫35.9℃,極端最低氣溫-0.1~6.6℃,平均地表溫度27.6℃,最高地表溫度63.3℃,最低地表溫度4.9℃,日照時數(shù)3 469.2 h,月均相對濕度53.9%,降雨量897.0 mm,蒸發(fā)量2 319.9 mm,是降雨量的2.59 倍。種植牧草前試驗地0~30 cm 土層有機質含量為1.495%,土層全氮含量為0.020%,有機碳含量為0.087%[6]。芒果(Mangiferaindica)品種為三年芒,采用育苗移植的方法,于2008年7月定植,株行距4 m×5 m,每公頃種植500株,定植穴規(guī)格長×寬×深=0.8 m×0.8 m×0.8 m,穴內施有機肥100~150 kg為底肥,定植后采用常規(guī)方法管理[7]。試驗地0~30 cm土層有機質含量為1.495%,土層全氮含量為0.020%,有機碳含量為0.087%。
提那羅爪哇大豆[Glycinewightii(Wight and Arn.) Verdcourt‘Tinaroo']引自云南省草地動物科學研究院;熱研5號柱花草(Stylosanthesguianensis‘Reyan No.5')引自中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所牧草研究中心;大翼豆[Macroptiliumatropurpureum(DC)Urb]引自國家林業(yè)局;鋪地木藍(IndigoferaendecaphyllaJacq.)引自云南省農業(yè)科學院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所。
本試驗設計有牧草種類與翻壓方式兩因素,牧草種類為A因素,翻壓方式為B因素。A因素包含4個牧草和1個無種植小區(qū)(CK: 及時清除雜草),6次重復。即在芒果園行帶間,種植提那羅爪哇大豆、大翼豆、熱研5號柱花草和鋪地木藍,播種量,提那羅爪哇大豆7~9 kg·hm-2,大翼豆7~10 kg·hm-2,熱研5號柱花草6~9 kg·hm-2,鋪地木藍8~10 kg·hm-2,小區(qū)面積為2 m×2.5 m=5 m2,每小區(qū)播5行(行距 40 cm)。于2011年8月16日播種,牧草按常規(guī)方法直播與管理[8-9]。重復1、重復5和重復6作為凋落物物產(chǎn)量測定及草被覆蓋下的地表溫濕度及土壤濕度和土壤理化性狀測定。重復2、重復3和重復4作為小區(qū)產(chǎn)量測定。
2011年12月,在另一行芒果行帶間裸地上,每隔50 cm挖寬20 cm,深30 cm的溝,刈割牧草剪成5~10 cm長,每種牧草稱重2 kg翻壓于挖好的溝穴中,3次重復,于2012年7月(翻壓8個月后)取樣地10~30 cm腐熟的牧草和土壤混合樣待分析,翻壓牧草后小區(qū)需清除雜草。
1.4.1干草產(chǎn)量及枯落物產(chǎn)量測定 分別于2011年12月、2012年8月和10月、2013年8月和10月刈割測定小區(qū)牧草產(chǎn)量。測產(chǎn)時從各定點小區(qū)(重復2、重復3和重復4)留茬20~30 cm刈割測定鮮草重,再取樣0.4 kg鮮草風干后稱重,計算出每公頃牧草干重乘以3/4,為生態(tài)果園牧草實際產(chǎn)量,3次重復[11-13]。于2014年2月在四個牧草的重復1、重復5和重復6樣地各選3個1 m2樣方,測定地表層枯落物的厚度,收集1 m2樣方內牧草枯落物,風干稱重。
1.4.2種植及翻壓牧草前后土壤養(yǎng)分 播種前(2011年8月),在芒果行帶間S型取樣作為測定種植牧草前土壤養(yǎng)分,種植牧草17個月后,在牧草種植重復1、重復5、重復6區(qū)挖剖面取樣測定播種牧草后土壤營養(yǎng)成分,采樣土層深0~30 cm,每小區(qū)取3個樣后混合為1個樣。2011年12月,在另一行芒果行帶間裸地上清除雜草,S型取樣作為測定翻壓牧草前土壤養(yǎng)分,翻壓8個月后取塘穴10~30 cm腐熟的牧草和土壤混合樣待分析。土壤養(yǎng)分由云南悅分環(huán)境檢測有限公司測試。小區(qū)面積5 m2,3次重復,翻壓后的小區(qū)無雜草。
1.4.3改善微氣候效應測定 于2011年11月,在種植牧草重復1、重復5和重復6小區(qū)及無種植牧草小區(qū),采用溫濕度計(JTC0113/E)置于地表0 cm 處直接觀測樣地地表溫濕度。同時采集0~30 cm深土樣,烘干法測定土壤含水量,3次重復。
1.4.4種植及翻壓牧草效益分析 牧草經(jīng)濟效益(萬元·hm-2)=每公頃牧草產(chǎn)量(kg·hm-2)×牧草價格(統(tǒng)一按3 元·hm-2計)/10 000[6];
采用Microsoft Excel整理數(shù)據(jù),SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析,土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)由云南悅分環(huán)境檢測有限公司測定,氣象要素由元謀縣氣象局提供。
由表1可知,4個參試牧草產(chǎn)量及枯落物產(chǎn)量無差異。大翼豆產(chǎn)量最高,3年平均為7 470.463 kg·hm-2,其次是柱花草,3年平均為7 459.038 kg·hm-2,鋪地木藍產(chǎn)量最低。熱研5號柱花草枯落物產(chǎn)量最高,為3 183.000 kg·hm-2,鋪地木藍產(chǎn)量最低,為1 637.003 kg·hm-2。4個豆科牧草枯落物厚度存在顯著差異,提那羅爪哇大豆枯落物厚度顯著高于鋪地木藍(P<0.05),與大翼豆和熱研5號柱花草無顯著差異。
表1 豆科牧草地上部生物量Table 1 Aboveground biomass of four leguminous forages
注:同列不同字母表示物種間差異顯著(P< 0.05),下同
Note: Different letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level. The same as below
由表2可知,種植和翻壓4個豆科牧草后土壤全氮、有機質、有機碳和土壤比重均得到提高,直接翻壓牧草改良果園土壤養(yǎng)分效果顯著高于牧草種植樣地。種植和翻壓4個豆科牧草前后土壤營養(yǎng)成分變化不顯著。翻壓提那羅爪哇大豆改良土壤效應高于其他3個品種,種植提那羅爪哇大豆前后土壤全氮、有機質、有機碳和土壤比重的增加量分別是0.004%,0.189%,0.110%和0.317 g·cm-3,翻壓提那羅爪哇大豆土壤全氮量、有機質、有機碳和土壤比重增加量分別是0.126%,2.579%,1.496%和0.063 g·cm-3。
表2 種植和翻壓4個豆科牧草前后土壤營養(yǎng)成分Table 2 Soil nutrients of four leguminous forages before and after planting and turn-covered ploughing
由表3可知,種植牧草在調節(jié)地表溫濕度和保持土壤水分的效果優(yōu)于未種植樣地。參試牧草中,種植柱花草調節(jié)地表溫濕度和保持土壤水分效果好于其他牧草,種植提那羅爪哇大豆保持地表濕度的效果好于其他牧草。在生態(tài)芒果園種植豆科牧草可有效調節(jié)地表溫度,與未種植牧草樣地對比,11月清晨8時,種植牧草樣地由于牧草覆蓋地表溫度高于未種植樣地,對種植樣地起保溫作用;14時和18時,牧草覆蓋地表溫度低于未種植樣地,起降溫作用。除了清晨8時有露水導致未種植樣地地表濕度高于種植樣地外,14時和18時,牧草覆蓋地表濕度高于未種植樣地,對種植樣地起保濕作用。同理,種植4個牧草樣地土壤濕度高于未種植樣地。
表3 種植4個豆科牧草改善小環(huán)境效應Table 3 Microenvironment effect of planting four leguminous pastures
注:同行不同字母表示物種間差異顯著(P< 0.05)
Note: Different letters in the same row indicate significant difference between varieties at the 0.05 level
由表4可知,在幼齡果園種植的4個牧草中,經(jīng)濟效益較高的是大翼豆,為2.241 萬元·hm-2,其次是柱花草,為2.238 萬元·hm-2。鋪地木藍由于生長量小,經(jīng)濟效益最低,為0.841 萬元·hm-2。
表4 種植4個豆科牧草經(jīng)濟效益分析Table 4 Benefits analysis of four leguminous pastures
注:3年平均效益
Note: Average economic benefits of 3 years
多年研究表明,適應干熱河谷種植的牧草種類很多[14],但在生態(tài)果園種植豆科牧草應用與評價研究不多,因此本文在前期工作基礎上開展生態(tài)芒果園種植4個豆科牧草的應用研究,旨在為篩選區(qū)域果園行間種植豆科牧草提供依據(jù)。試驗表明:四個牧草均可以作為幼齡果園間種的豆科牧草,其利用依據(jù)參照牧草特性,提那羅爪哇大豆粗蛋白含量高[15-16],可作為鮮草飼用;大翼豆和熱研5號柱花草的草產(chǎn)量和經(jīng)濟效益高,既可作為鮮草飼用,也可加工草產(chǎn)品。鋪地木藍的草產(chǎn)量和生長量低,在生態(tài)果園種植,不刈割,使其自然生長,可有效覆蓋地表還可作為生態(tài)果園景觀建設種植。
由本研究可知,在芒果行間種植4個牧草后,一方面可自動調節(jié)樣地土壤表層溫濕度,達到有效改善果園小氣候的作用。另一方面,豆科牧草生物固氮、枯枝落葉的分解及發(fā)達的根系和密布其上的根瘤,提高了土壤肥力及通透性,改善了果園土壤微環(huán)境,與相關學者的研究一致[17-26]。將牧草刈割后翻壓直接增加了新鮮有機能源物質,促使微生物迅速繁殖,活動增強,促進腐殖質的形成和養(yǎng)分的有效化,加速土壤熟化,提高土壤中有效氮和易分解有機質含量,為果園內果樹生長發(fā)育提供充足的氮素肥料。
利用果園空地種植豆科牧草,是幼齡果園增收的方法之一。在干熱河谷果園種植豆科牧草,具有較好的生態(tài)和經(jīng)濟效益,能夠促進區(qū)域農業(yè)的全面發(fā)展。果園種草一方面提高果園土壤養(yǎng)分,另一方面種植的牧草可以飼喂牲畜,發(fā)展畜牧業(yè),為果農帶來經(jīng)濟收益的同時,也促進了生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展。
在芒果園內種植4個豆科牧草,既可產(chǎn)生經(jīng)濟效益又具有改善果園土壤微環(huán)境的作用。根據(jù)用途,大翼豆、提那羅爪哇大豆和熱研5號柱花草產(chǎn)量高,既可飼喂牲畜,也可作為修復退化土壤植物;鋪地木藍產(chǎn)量雖低,但可作為修復退化土壤植物和生態(tài)果園景觀植物。