唐紅琴 李忠義 董文斌 韋彩會 何鐵光 蒙炎成 湯海玲 莫永誠

不同間作綠肥替代化肥模式對木薯性狀和產(chǎn)量的影響

唐紅琴 李忠義 董文斌 韋彩會 何鐵光 蒙炎成 湯海玲 莫永誠

（廣西農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，530007，廣西南寧）

通過探討秸稈還田與化肥減施下間作綠肥對木薯產(chǎn)量性狀的影響，著力解決連作木薯土壤肥力提高與改良相關(guān)技術(shù)的協(xié)調(diào)增效。于2019-2020年，以木薯品種“南美1號”為供試材料，設(shè)置8個處理，調(diào)查每個小區(qū)的木薯莖徑、葉綠素（SPAD）、塊根直徑、塊根長、單株莖稈鮮重、單株塊根鮮重、株高、單片葉重、單株塊根數(shù)以及小區(qū)產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀。結(jié)果表明，處理5（木薯稈還田+化肥減量12.5%+12.5%營養(yǎng)元素當量黑豆綠肥還田）的木薯產(chǎn)量最高，并得到擬合方程。綠肥秸稈還田以及間作綠肥從整體上改良了土壤肥力，并通過顯著影響木薯塊根、單片葉重以及單株塊根數(shù)而影響最終產(chǎn)量。

木薯；綠肥；間作；相關(guān)性；主成分分析。

木薯（Crantz）既是優(yōu)良的淀粉作物，又是重要的生物能源作物，是世界三大薯類（馬鈴薯、甘薯、木薯）之一[1]。作為全國最大的木薯生產(chǎn)基地，廣西木薯淀粉及酒精產(chǎn)量均占全國總產(chǎn)量70%以上，木薯產(chǎn)業(yè)因比較優(yōu)勢不足，且常年連作導致木薯產(chǎn)量逐年下降，影響種植面積，因此木薯產(chǎn)值較低和連作障礙等問題亟待解決[2]。

木薯是不耐連作作物，連年種植不僅產(chǎn)量降低，品質(zhì)也下降。關(guān)于木薯連作障礙機理，近年來國內(nèi)外有不少研究。梁海波等[3]研究表明，木薯連作產(chǎn)量降低主要原因之一是連作土壤肥力下降；王戰(zhàn)[4]研究結(jié)果表明，木薯連作障礙與土壤磷營養(yǎng)有密切關(guān)系；周貴靖[5]研究結(jié)果表明，木薯連作障礙與土壤理化性狀惡化有關(guān)。因此，廣開肥源、發(fā)展綠肥是改良土壤、培肥地力和提高木薯產(chǎn)量的重要措施。綠肥翻埋后，根系的胞外分泌物不但加大了土壤中相關(guān)酶的含量，同時也提供了眾多能夠給根際微生物利用的能源及營養(yǎng)物質(zhì)，增加土壤中酶類與微生物活性[6]。豆科綠肥植物不但具有固氮作用，同時對土壤中難溶性磷酸鹽有很強的吸收能力，可以增加土壤中磷含量。黑豆、綠豆、光葉苕子和苜蓿等綠肥植物的根系能夠深入土壤2.50～3.78m，這樣的綠肥植物利用自身根系可以吸收更深層土壤中的營養(yǎng)成分[7-9]。綠肥翻壓后，能夠保證土壤耕層中含有更加豐富的營養(yǎng)。

目前，關(guān)于綠肥的研究僅在部分地區(qū)開展，耕作模式也比較單一，由于土壤和氣候等的差異篩選出的綠肥品種及種植模式只適合特定地區(qū)投入使用，推廣范圍較窄[10]。此外，人們對于綠肥的研究多停留在品種[11]、種植模式[12]及種植綠肥對土壤生態(tài)環(huán)境影響[13]等方面，而對于綠肥替代化肥作用的研究不夠深入。為此，本試驗通過對比木薯莖稈直接還田、化肥不同程度減量以及營養(yǎng)元素當量綠豆黑豆綠肥還田模式對木薯生長和產(chǎn)量等性狀的影響，選擇最佳的木薯莖稈還田、間種套種綠肥以及化肥有機替代方式，并對相關(guān)技術(shù)組合進行優(yōu)化，提出適宜間種套種和山地單作木薯的肥料減施增效技術(shù)模式和規(guī)程。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試材料

試驗在廣西隆安縣農(nóng)業(yè)科學研究所農(nóng)場進行，前茬作物為甘蔗，土壤為赤紅壤，全氮1400mg/kg，全磷500mg/kg，全鉀960mg/kg，有機質(zhì)27.4g/kg，pH 4.61，速效氮93.0mg/kg，速效磷24.6mg/kg，速效鉀269.2mg/kg。

供試木薯品種為高產(chǎn)品種南美1號。木薯秸稈養(yǎng)分含量為全氮160kg/hm2，全磷5.8kg/hm2，全鉀112kg/hm2。供試綠豆和黑豆分別為桂綠豆3號和桂黑豆1號，由廣西農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所選育。供試肥料為尿素（N 46%）、氯化鉀（K2O 60%）和鈣鎂磷肥（P2O518%）。

1.2 試驗設(shè)計與方法

根據(jù)綠肥田間生物量和養(yǎng)分含量，用田間綠肥總營養(yǎng)元素含量達到減施的12.5%和25.0%的化肥總養(yǎng)分當量時，以綠肥當量替代減施的化肥，根據(jù)綠肥田間生長情況，設(shè)8個處理，處理1：木薯秸稈不還田+常規(guī)用肥（CK）；處理2：木薯秸稈還田+常規(guī)用肥；處理3：木薯秸稈還田+化肥減量12.5%+12.5%營養(yǎng)元素當量綠豆綠肥還田；處理4：木薯秸稈還田+化肥減量25%+25%營養(yǎng)元素當量綠豆綠肥還田；處理5：木薯秸稈還田+化肥減量12.5%+12.5%營養(yǎng)元素當量黑豆綠肥還田；處理6：木薯秸稈還田+化肥減量25%+25%營養(yǎng)元素當量黑豆綠肥還田；處理7：木薯秸稈還田+化肥減量12.5%；處理8：木薯秸稈還田+化肥減量25%。

根據(jù)間作綠肥的生長量，各處理施肥量見表1，木薯基肥和追肥施肥比例如下，基肥為60%氮肥、100%磷肥、45%鉀肥；追肥為40%氮肥和55%鉀肥。

表1 各處理施肥水平

每個處理3次重復(fù)，共24個小區(qū)，采用隨機區(qū)組排列。小區(qū)面積60m2（12m×5m），株距80cm，行距100cm，種植密度16 008株/hm2。種植行溝：寬40cm，深度20cm，成“V”型；均勻施肥后擺放種莖。

木薯秸稈翻壓：于2019年1月28日和2020年1月22日粉碎翻壓木薯秸稈，翻壓量21 010.5kg/hm2。

木薯種植分別是2019年3月12日和2020年3月8日。選取具有健康芽眼、大小一致的種莖平放種植，行向為南北走向，統(tǒng)一芽眼朝南。每穴放一根長約20cm的種莖，覆15cm厚土層。

間作綠肥播種：綠豆/黑豆播種與木薯種植同時進行，種植方式為2行木薯行間間作2行綠豆/黑豆，相鄰木薯行與綠豆/黑豆行之間的間距均為35cm，綠肥行間距為30cm，綠肥穴間距為20cm（圖1）。每穴3株，常規(guī)管理，不施肥。

追肥和間作綠肥翻壓還田：追肥和間作綠肥翻壓還田同時進行，2019年6月10日和2020年5月21日在離木薯根部5cm追施氮鉀肥后，把同一小區(qū)內(nèi)所有的綠肥連根拔起，稱全重，根據(jù)處理要求保留相應(yīng)的綠肥量均勻覆蓋在木薯根部，綠肥上面覆10cm厚土層。

圖1 田間種植方式

1.3 測量項目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量 分別于塊根形成初期（種植后100d）、塊根膨大初期（種植后155d）、塊根膨大中期（種植后210d）和塊根成熟期（種植后265d）每小區(qū)調(diào)查系上黃色繩子標記長勢基本一致的木薯5株，測定各個時期的株高和莖徑，同時挖出整株木薯3株，調(diào)查單株葉片數(shù)、單葉片、莖稈、細根、塊根的鮮重和細根、塊根直徑及其長度。使用塔尺測量地面到頂端心葉的植株高度為株高；使用游標卡尺測量距離地面5cm高處主莖的直徑為莖徑；采用游標卡尺測量木薯塊根粗，以塊根的中間部位為木薯塊根粗；每株木薯完全展開的未枯黃葉片數(shù)記為單株葉片數(shù)。

產(chǎn)量：分別于2019年12月15日和2020年12月4日按小區(qū)收獲木薯，各小區(qū)單獨稱重。

1.3.2 葉綠素及土壤養(yǎng)分 采用SPAD測定儀檢測葉綠素含量（SPAD值）[14]；分別采用H2SO4-H2O2消煮-凱氏定氮法、H2SO4-H2O2消煮-鉬銻抗比色法、H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法檢測土壤氮、磷和鉀含量[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 23.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份間木薯產(chǎn)量比較

從表2可見，2019年各小區(qū)收獲木薯產(chǎn)量平均值為179.16kg，中位數(shù)為174.70kg，小區(qū)最低產(chǎn)量為136.45kg，最高產(chǎn)量為232.70kg；2020年各小區(qū)收獲木薯產(chǎn)量平均值為186.10kg，中位數(shù)為187.62kg，小區(qū)最低產(chǎn)量為136.16kg，最高產(chǎn)量為214.20kg。通過表2發(fā)現(xiàn)，2020年較2019年木薯的產(chǎn)量更高，說明通過秸稈還田以及間作綠肥從整體上改良了土壤肥力，從而提高了木薯產(chǎn)量。

表2 2019年和2020年小區(qū)木薯產(chǎn)量

2.2 不同處理間木薯產(chǎn)量比較

通過多重比較（表3）發(fā)現(xiàn)，處理1較處理2、處理5減產(chǎn)，與處理5產(chǎn)量差異達到顯著水平，較其他處理增產(chǎn)，且都達到極顯著水平；處理2較處理5減產(chǎn)，較其他處理增產(chǎn)，且達到極顯著水平；處理3較處理5減產(chǎn)達到極顯著水平，較處理4、處理6、處理7和處理8增產(chǎn)，達到極顯著水平；處理4較處理5、處理6減產(chǎn)，達到極顯著水平，較處理7、處理8增產(chǎn)，達到極顯著水平；處理5較處理6、處理7、處理8增產(chǎn)，達到極顯著水平；處理6較處理7、處理8增產(chǎn)，達到極顯著水平；處理7較處理8增產(chǎn)，達到極顯著水平。由此可見，處理5產(chǎn)量最高。

表3 不同處理間木薯產(chǎn)量多重比較

“*”表示在0.05水平上差異顯著，“**”表示在0.01水平上差異極顯著

“*”indicates significant difference at 0.05 level, “**”indicates the extremely significant difference at 0.01 level

進一步通過線性、對數(shù)、逆、二次、三次、復(fù)合、冪、S、增長、指數(shù)以及邏輯方程分析（圖2），發(fā)現(xiàn)三次方程（=229.64-31.31+8.292-0.733）擬合準確率最高，能較好解釋8個處理下各小區(qū)的產(chǎn)量差異，并再一次表明處理5（木薯秸桿還田+化肥減量12.5%+12.5%營養(yǎng)元素當量黑豆綠肥還田）的木薯產(chǎn)量最高。

2.3 不同處理對木薯農(nóng)藝性狀的影響

通過相關(guān)性分析（表4）發(fā)現(xiàn)，處理與木薯單片葉重以及單株塊根數(shù)的相關(guān)性達到極顯著（=0.463；=0.791），與木薯塊根直徑之間為顯著相關(guān)（=0.304），而與其他農(nóng)藝性狀相關(guān)性不顯著，這說明不同處理通過顯著影響木薯塊根直徑、單片葉重以及單株塊根數(shù)而影響最終產(chǎn)量。

圖2 各處理產(chǎn)量分布情況

2.4 木薯各農(nóng)藝性狀之間相關(guān)性分析

通過對木薯各農(nóng)藝性狀進行相關(guān)性分析（表5）發(fā)現(xiàn)，小區(qū)產(chǎn)量與木薯塊根直徑呈顯著正相關(guān)（=0.378），與單片葉重以及單株塊根數(shù)呈極顯著正相關(guān)（=0.565，=0.910）；木薯各農(nóng)藝性狀之間呈不同程度顯著正相關(guān)；除單株塊根數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量之外，木薯葉片SPAD與其他農(nóng)藝性狀呈不同程度負相關(guān)。

表4 處理與木薯各農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性

“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)，“**”表示在0.01水平上極顯著相關(guān)，下同

“*”indicates significant correlation at 0.05 level, “**”indicates the extremely significant correlation at 0.01 level, the same below

表5 木薯各農(nóng)藝性狀之間相關(guān)性分析

2.5 木薯各農(nóng)藝性狀的權(quán)重分析

由表5可知，各性狀之間具有很大程度相關(guān)性，說明這些農(nóng)藝性狀對木薯產(chǎn)量形成具有很強代表性。對這9個指標進行主成分分析（表6）發(fā)現(xiàn)，前2個特征值大于1，故選擇前2個主成分，第1主成分方差貢獻率72.797%，前2個主成分的累積貢獻率為86.746%。由此可見，選前2個主成分已足夠代表原來的變量。

表7為主成分系數(shù)矩陣，可以說明各個主成分在各個變量上的載荷，從而得出各主成分的表達式。值得一提的是，在表達式中各個變量已經(jīng)不是原始變量而是標準化變量。由此可知：F1=0.937×木薯莖徑–0.526×SPAD+0.949×塊根直徑+0.970×塊根長+0.983×單株莖稈鮮重+0.982×單株塊根鮮重+0.879×株高+0.888×單片葉重+0.253×單株塊根數(shù)；F2=-0.024×莖徑+0.487×SPAD+0.143×塊根直徑–0.097×塊根長–0.118×單株莖稈鮮重–0.099×單株塊根鮮重–0.122×株高+0.372×單片葉重+0.900×單株塊根數(shù)；在第1主成分中，除單株塊根數(shù)以外的變量系數(shù)都比較大，可以看成反映這些變量方面的綜合指標；在第2主成分中，單株塊根數(shù)的系數(shù)比較大，可以看作反映單株塊根數(shù)的綜合指標。

表6 木薯各農(nóng)藝性狀的總方差解釋

表7 木薯農(nóng)藝性狀主成分系數(shù)矩陣

3 討論

3.1 秸稈還田對木薯產(chǎn)量性狀的影響

秸稈還田作為一種保護性耕作措施，能維持土壤有機質(zhì)平衡，促進土壤養(yǎng)分循環(huán)[16]。我國秸稈還田的研究多集中于北方小麥和玉米，南方主要是水稻和小麥[17]，而在廣西特色作物木薯方面的研究報道不多。本試驗中處理2較處理1的產(chǎn)量增加未達到顯著水平，表明與單施化肥處理相比，木薯秸稈還田與化肥配施還存在其他耦合效應(yīng)，若要顯著提高土壤生產(chǎn)力，可以適當保持氮、磷、鉀化肥用量，對促進木薯增產(chǎn)增效具有積極作用，與其他作物秸稈還田有異曲同工之效[18]。

3.2 間作體系及豆類綠肥還田對木薯產(chǎn)量性狀的影響

間套作栽培充分利用環(huán)境分布和自然資源，具有減少病蟲害、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效等優(yōu)點[19]。木薯生長發(fā)育期長，前期生長較為緩慢，幼苗期與大豆全生育期基本相同，并且土地及光能利用率極低，與大豆間作不僅不會對大豆產(chǎn)生蔭蔽現(xiàn)象，還可有效地提高單位面積的光能利用率[20]。前人研究[21]表明，木薯與大豆間作不僅對木薯的生長發(fā)育無影響，還對木薯具有增產(chǎn)促進作用，大力發(fā)展木薯與大豆的間作種植栽培模式，既可以緩解當?shù)馗孛娣e緊缺，還可以調(diào)整當?shù)刈魑锓N植結(jié)構(gòu)，進一步緩解農(nóng)作物品種單一的限制，對當?shù)剞r(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收有著積極地促進作用。因此，適宜的間作距離及間種大豆的種植密度，對提高土壤肥力、促進間作作物生長、獲得優(yōu)質(zhì)作物和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)至關(guān)重要[22]。

綠肥還田是當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較常見的提升土壤有機質(zhì)含量、改善土壤肥力的措施，綠肥進入土壤后，其分解產(chǎn)物與土壤礦物膠結(jié)、凝聚形成微團聚體，并在菌絲或根系作用下形成大團聚體，促進土壤有機碳的物理保護作用，并提升土壤團聚體的穩(wěn)定性[23]。本試驗中處理3、5較處理7增產(chǎn)，處理4、6較處理8增產(chǎn)，且都達到極顯著水平，表明豆類綠肥還田整體上改良了土壤肥力，一定程度上影響木薯單株塊根數(shù)、塊根長、塊根直徑和單株產(chǎn)量，使木薯產(chǎn)量性狀在后期尤其是第2年連作期間顯著優(yōu)于秸稈未還田的處理組，更有利于木薯塊根的生長發(fā)育。值得注意的是，處理3較處理5減產(chǎn)，達到極顯著水平，這是因為木薯秸稈還田對綠豆生長有延緩作用，使得試驗?zāi)甓染G豆與木薯共生期長，綠豆生長長期對木薯生長產(chǎn)生抑制作用，影響當年木薯產(chǎn)量性狀；反之，木薯秸稈還田對黑豆生長沒有明顯影響，試驗?zāi)甓群诙拐麄€生長期只相當于木薯生長幼苗期，黑豆生長對木薯生長的抑制作用期相對較短，因此當年木薯產(chǎn)量性狀好。

3.3 綠肥替代化肥對木薯產(chǎn)量的影響

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，適當施用化肥能迅速增加土壤速效養(yǎng)分，從而提高作物產(chǎn)量。本試驗中處理3較處理4、處理5較處理6以及處理7較處理8均增產(chǎn)，且都達到極顯著水平，這表明雖然木薯莖稈還田以及豆類綠肥還田能增加土壤各形態(tài)養(yǎng)分含量，但化肥施用量低于某一臨界值時，有機質(zhì)還田短期內(nèi)無法迅速提供木薯這種塊根類作物生長所需的養(yǎng)分，而在化肥施用量減少12.5%時，能提高木薯產(chǎn)量。

3.4 綜合處理對木薯產(chǎn)量性狀的影響

木薯產(chǎn)量性狀主要包括單株塊根數(shù)、塊根長、塊根直徑和單株產(chǎn)量。木薯塊根是收獲的主要器官，是光合作用主要產(chǎn)物，也是木薯碳水化合物代謝過程的主要貯藏形式[24]。在常規(guī)木薯與豆類作物間作體系中，因為木薯是圓錐花序頂生，在前期生長緩慢，木薯株高僅比大豆高出10cm左右，大豆不會產(chǎn)生庇蔭現(xiàn)象。本試驗中處理與木薯塊根直徑之間的相關(guān)性顯著，與木薯單片葉重以及單株塊根數(shù)的相關(guān)性達到極顯著，除單株塊根數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量之外，木薯葉片SPAD值與其他農(nóng)藝性狀，呈不同程度負相關(guān)，這都說明在處理5模式下，一方面豆科作物的固氮作用可以提高氮素的積累量，減少化肥的投入；另一方面通過間作體系改變了木薯和黑豆在空間上的分布，使田間光環(huán)境也發(fā)生改變，木薯葉片SPAD值較高，從而有利于光合產(chǎn)物的合成和積累。當然，本試驗只是初步探究了木薯秸稈還田以及營養(yǎng)元素當量綠肥還田對木薯生長發(fā)育以及產(chǎn)量的影響，得到了一些木薯產(chǎn)量性狀的相關(guān)參數(shù)變化情況，至于其作用機制有待進一步解析。

4 結(jié)論

秸稈還田對木薯增產(chǎn)增效具有積極作用，木薯與豆類間作是一種高產(chǎn)高效的種植方式，適當施用化肥可以有效提高木薯產(chǎn)量。以木薯秸稈還田+化肥減量12.5%+12.5%營養(yǎng)元素當量黑豆綠肥還田模式最優(yōu)，是增加木薯種植效益切實有效的措施。

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Effects of Different Intercropping Modes of Green Manure Replacing Chemical Fertilizer on Cassava (Crantz) Traits and Yield

Tang Hongqin, Li Zhongyi, Dong Wenbin, Wei Caihui,He Tieguang, Meng Yancheng, Tang Hailing, Mo Yongcheng

(Institute of Agricultural Resource and Environment, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, Guangxi, China)

This study aimed to explore the effects of green manure instead of chemical fertilizer on the growth and yield of cassava and to solve the key technical problems such as synergism between continuous cropping cassava soil fertility improvement and related technologies. Field experiments with eight trial treatments were conducted from 2019 to 2020 with the cassava variety "South America No.1" as the test material and investigated the parameters including stem diameter, SPAD, root diameter, root length, stem fresh weight per plant, root fresh weight, plant height, single leaf weight, root number per plant, and plot yield of cassava. The results showed that the cassava yield was the highest under treatment 5 (cassava straw returning+12.5% chemical fertilizer reduction+12.5% nutrient elements equivalent to black bean green manure returned to the field), and the best fitting equation was obtained. In a word, green manure straw returning and intercropping improved soil fertility on the whole and affected the final yield of cassava by significantly affecting root diameter, single leaf weight, and root number per plant.

Cassava; Green manure; Intercropping; Correlation; Principal component analysis

10.16035/j.issn.1001-7283.2021.04.028

唐紅琴，研究方向為農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境，E-mail：tanghq@gxaas.net

何鐵光為通信作者，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境方面研究工作，E-mail：tghe118@163.com

國家重點研發(fā)計劃：特色經(jīng)濟作物化肥農(nóng)藥減施技術(shù)集成研究與示范（2018YFD0201100）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金：國家綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-22）；廣西農(nóng)業(yè)科學院綠肥創(chuàng)新團隊項目（桂農(nóng)科2021YT037）

2021-01-25；

2021-06-03；

2021-07-25