蘇利榮 譚裕模 秦 芳 李琴 曾成城 李忠義韋彩會 董文斌 梁俊 何鐵光

（1廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，530007，廣西南寧；2廣西益譜檢測技術(shù)有限公司，530007，廣西南寧）

甘蔗是廣西重要的經(jīng)濟作物，已成為農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)。但甘蔗生長期長、生物量大，需肥量相對較多。為了獲得更高的產(chǎn)量，生產(chǎn)上往往大量施用化肥。謝金蘭等[1]和尚懷國等[2]報道，我國多數(shù)蔗區(qū)化肥施用量為N 594～777kg/hm2、P2O5465～513kg/hm2和 K2O 495～585kg/hm2，是世界平均水平的2～3倍。施入土壤的大部分肥料不能被甘蔗直接利用，譚宏偉等[3]研究表明，甘蔗對氮、磷和鉀肥的利用率分別僅為21.2%、11.6%和21.1%。長期大量施用化肥，一方面使土壤質(zhì)量變差，化肥當(dāng)季利用率低；另一方面肥料通過徑流、下滲和揮發(fā)等進入水域，給生態(tài)環(huán)境帶來很大風(fēng)險[4]?！度珖r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015-2030年）》指出，化肥過量投入和耕地質(zhì)量偏低是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙因素。農(nóng)業(yè)部于2015年2月提出《化肥使用量零增長行動方案》，指出到2020年實現(xiàn)主要農(nóng)作物化肥使用量零增長的目標(biāo)，肥料的施用將進入逐年減少的模式，因此各種肥料替代措施是未來一段時間內(nèi)需要關(guān)注的焦點。國內(nèi)外大量研究表明，利用種植綠肥具有培肥地力[5]、替代化肥[6]、控制污染[7]和提高作物產(chǎn)量等作用。在無機肥料推廣以前，綠肥、農(nóng)家肥及其他豆科作物的種植和利用始終作為增加土壤養(yǎng)分供應(yīng)的主要來源。利用種植綠肥是提高耕地質(zhì)量和減少化肥施用的有效途徑之一。前期研究[8]發(fā)現(xiàn)，新植甘蔗間作綠豆壓青還田替代25%的甘蔗化肥不會引起減產(chǎn)，但間作黑豆降低了新植蔗的蔗莖產(chǎn)量。為探究次年的宿根蔗種植中繼續(xù)間作2種綠肥翻壓代替化肥對宿根蔗的產(chǎn)量影響，本研究在新植蔗研究基礎(chǔ)上，主要探究宿根甘蔗―綠豆/黑豆間作壓青還田下減量施肥對產(chǎn)量和主要農(nóng)藝性狀的影響，為這2種綠肥資源的進一步利用提供依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于廣西壯族自治區(qū)隆安縣農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所農(nóng)場進行，土壤為赤紅壤。宿根試驗是在新植蔗試驗基礎(chǔ)上開展的，供試甘蔗品種為“桂糖49號”，綠肥品種為糧肥兼用綠豆品種“桂綠豆3號”和黑豆，供試肥料為尿素（N=46%）、氯化鉀（K2O=60%）和鈣鎂磷肥（P2O5=18%）、有機肥（有機質(zhì)含量45%，N+P2O5+K2O=5%）。

1.2 試驗設(shè)計

為了探討綠肥/有機肥連續(xù)多年替代甘蔗化肥對甘蔗生長的影響，本試驗在綠肥/有機肥替代1年新植蔗化肥的基礎(chǔ)上，于2020年的宿根蔗繼續(xù)設(shè)計6個試驗處理，分別為常規(guī)施肥（CK）、化肥減施25%+12%營養(yǎng)元素當(dāng)量綠豆綠肥還田+13%營養(yǎng)元素當(dāng)量有機肥（H-LY）、化肥減施25%+全量綠豆綠肥還田（H-LQ）、化肥減施25%+25%營養(yǎng)元素當(dāng)量有機肥（H-Y）、化肥減施25%+25%營養(yǎng)元素當(dāng)量黑豆綠肥還田（H-HD）和化肥減施25%+全量黑豆綠肥還田（H-HQ）。常規(guī)處理的施肥量為純氮 330kg/hm2、P2O5225kg/hm2和 K2O 360kg/hm2。各處理施肥量如表1。

表1 試驗處理及N、P2O5和K2O施用量Table 1 Dosages of N,P2O5and K2O in treatments kg/hm2

基肥為氮肥25%、磷肥100%和鉀肥40%；追肥為氮肥75%、磷肥0%和鉀肥60%。2020年3月7日施用宿根蔗基肥，3月11日在行間間作2行綠/黑豆綠肥，5月21日進行大培土及綠肥翻壓。于同年12月4日收獲宿根蔗。在宿根蔗行的兩邊各開1條8～10cm深的施肥溝，施肥溝距甘蔗根部10～15cm，施基肥。

1.3 測定項目與方法

2020年4月9日和16日調(diào)查宿根蔗的總苗數(shù)，統(tǒng)計甘蔗的發(fā)株數(shù)，4月30日調(diào)查分蘗數(shù)；從2020年6月至11月，以地面到甘蔗正1葉葉耳的高度為準(zhǔn)，每月測定1次株高。

隨機從甘蔗行間采取具有代表性的綠豆植株整株（包括根、莖和葉）約2kg/小區(qū)，用自來水洗凈并用蒸餾水潤洗，晾干后稱鮮重。接著把綠豆植株切成2cm的段，混合均勻后取300g樣品于烘箱中105℃殺青30min，再65℃烘至恒重，稱重。最后粉碎至粉末用于測定氮、磷和鉀含量。綠肥植株氮、磷和鉀含量分別按H2SO4-H2O2消煮―凱氏定氮法、H2SO4-H2O2消煮―鉬抗比色法和H2SO4-H2O2消煮―火焰光度法進行測定。

施完氮、磷、鉀化肥以后，把同一小區(qū)內(nèi)所有的豆肥莖稈拔起，稱重，根據(jù)試驗處理要求保留相應(yīng)的綠肥量在小區(qū)內(nèi)。把綠肥均勻覆蓋在甘蔗行上，最后覆土10cm。按小區(qū)分別收獲甘蔗，小區(qū)單獨稱重。

甘蔗成莖率=收獲期的有效莖數(shù)/拔節(jié)前甘蔗總苗數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007軟件整理試驗數(shù)據(jù)，SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Duncan多重比較法進行差異顯著性檢驗。2種綠肥生物產(chǎn)量及養(yǎng)分含量比較采用獨立樣本t檢驗法。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作綠肥生長情況

如表2所示，2020年宿根甘蔗行間間作綠豆的綠肥產(chǎn)量為12 578.40kg/hm2，其富集的N、P2O5、K2O養(yǎng)分分別為55.60、14.50、67.60kg/hm2。間作黑豆的綠肥產(chǎn)量達19 045.40kg/hm2，黑豆綠肥富集的N、P2O5、K2O養(yǎng)分分別達到88.90、20.00、107.10kg/hm2，均顯著高于綠豆綠肥（t產(chǎn)量=-2.491，tN=-2.757，tP2O5=-2.011，tK2O=-2.716)。與 2019 年相比，新植甘蔗間作的綠豆和黑豆綠肥的鮮草產(chǎn)量[8]，2020年宿根蔗間作產(chǎn)生的綠豆綠肥和黑豆綠肥的鮮草產(chǎn)量分別降低25.89%和22.87%?？梢姡薷收彷^新植甘蔗降低間種綠肥的鮮草產(chǎn)量。

表2 不同綠肥間作模式下綠肥產(chǎn)量及養(yǎng)分含量Table 2 Yield and nutrient content of green manure in different intercropping modes kg/hm2

2.2 不同處理對甘蔗前期發(fā)株和分蘗的影響

本試驗是在新植試驗基礎(chǔ)上開展的，新植實施不同處理后對甘蔗的總苗數(shù)、有效莖數(shù)和甘蔗產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著影響，為明確其差異對宿根蔗試驗有何影響，用2年的試驗數(shù)據(jù)進行協(xié)方差分析，發(fā)現(xiàn)除了新植蔗產(chǎn)量與試驗處理的交互作用對宿根甘蔗單莖重有顯著影響外，新植蔗的其他性狀與試驗處理的交互作用均未達到顯著水平，說明宿根試驗是在比較一致的試驗條件下開展的。

從2年的試驗結(jié)果看，2019年新植蔗間作黑豆綠肥顯著降低了甘蔗的分蘗率（33.44%～33.70%），而間作綠豆綠肥對甘蔗分蘗的影響不顯著[8]。2020年第1年宿根蔗的前期生長情況如表3所示，甘蔗間作綠豆綠肥和黑豆綠肥對宿根甘蔗的發(fā)株數(shù)、分蘗數(shù)和拔節(jié)前總苗數(shù)沒有顯著影響。可見，不同種植年限的甘蔗間作綠豆綠肥和黑豆綠肥對甘蔗前期的生長影響不同。

表3 不同處理宿根甘蔗發(fā)株和分蘗情況Table 3 Emergence and tillering of ratoon sugarcane in different treatments

2.3 不同處理甘蔗株高變化規(guī)律

6-9月是甘蔗的快速生長期，該階段甘蔗獲得的株高約占整個生育期的70%，所以這個時期是產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期。由圖1可知，不同生育期各處理間的甘蔗株高差異不顯著。說明間作對宿根蔗株高的影響不大。

圖1 不同處理宿根甘蔗株高變化Fig.1 Variation of height of ratoon sugarcane in different treatments

2.4 不同處理甘蔗收獲期性狀

由表4可知，甘蔗有效莖數(shù)依次為H-Y＞CK＞H-LQ＞H-HQ＞H-HD＞H-LY。除了H-LY處理的有效莖數(shù)顯著低于其他處理外，其他處理間的差異均不顯著。說明施用有機肥（H-Y處理）提高了宿根蔗的有效莖數(shù)。

表4 不同處理甘蔗收獲期性狀Table 4 Characteristics of sugarcane harvest period in different treatments

不同處理宿根蔗單莖重表現(xiàn)為H-LY＞H-LQ＞H-HD＞H-HQ＞H-Y＞CK，但不同處理間差異均不顯著，表明宿根蔗間種綠豆綠肥和黑豆綠肥對甘蔗的單莖重沒有顯著影響。

蔗莖產(chǎn)量表現(xiàn)為H-Y＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-HQ＞H-HD。其中，H-Y處理的蔗莖產(chǎn)量最高，顯著高于H-HQ和H-HD處理。而CK處理與其他所有處理間差異均不顯著，說明25%營養(yǎng)元素當(dāng)量有機肥、12%營養(yǎng)元素當(dāng)量綠豆綠肥還田+13%營養(yǎng)元素當(dāng)量有機肥、全量綠豆綠肥還田、25%營養(yǎng)元素當(dāng)量黑豆綠肥還田和全量黑豆綠肥還田均可替代25%的宿根甘蔗化肥。同時，H-LQ處理的甘蔗莖產(chǎn)量略優(yōu)于H-LY處理，但差異未達到顯著水平。說明在甘蔗種植中，一定量的綠肥肥效相當(dāng)于有機肥的肥效。

從表4可知，甘蔗成莖率表現(xiàn)為H-Y＞CK＞H-HD＞H-HQ＞H-LQ＞H-LY，可見施用有機肥（H-Y處理）提高了宿根甘蔗成莖率的趨勢，但各處理間的差異不顯著。

不同處理宿根甘蔗的徑莖如表4。甘蔗莖徑表現(xiàn)為H-HD＞H-HQ＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-Y。其中，H-HD處理最高，顯著高于H-Y處理（10.06%）。而CK處理與其他所有處理間的差異均不顯著。

由表4可知，各處理間的蔗糖錘度表現(xiàn)為H-Y＞H-LQ＞H-LY＞CK＞H-HQ＞H-HD，但各處理沒有顯著性差異。

2.5 不同處理的經(jīng)濟效益分析

由表4和表5可知，各處理蔗莖的產(chǎn)值與蔗莖產(chǎn)量一致，均表現(xiàn)為H-Y＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-HQ＞H-HD。從利潤看，各處理間沒有顯著性差異。從產(chǎn)投比數(shù)據(jù)看，各處理的產(chǎn)投比表現(xiàn)為H-LQ＞H-HQ＞H-HD＞CK＞H-LY＞H-Y，其中H-LQ處理與CK、H-LY和H-Y處理的差異均達到顯著水平，H-LQ處理較H-Y處理顯著高出16.99%。雖然間作綠肥還田的H-LY、H-HD和H-HQ處理的產(chǎn)投比與CK處理的相當(dāng)，但綠肥壓青還田給土壤提供大量的有機物質(zhì)，對培肥土壤地力有重要意義，所以兼顧甘蔗利潤和培肥地力，甘蔗間作綠肥還田是值得推廣的模式。

表5 不同處理的經(jīng)濟效益分析Table 5 Analysis of economic benefits in different treatments 萬元/hm2 ×104yuan/hm2

3 討論

本試驗是在新植試驗基礎(chǔ)上開展的，新植實施不同處理后對甘蔗的總苗數(shù)、有效莖數(shù)和甘蔗產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著影響，為明確其差異對宿根蔗試驗有何影響，用2年的試驗數(shù)據(jù)進行協(xié)方差分析，發(fā)現(xiàn)除了新植蔗產(chǎn)量與試驗處理的交互作用對宿根蔗單莖重有顯著影響外，新植蔗的其他性狀與試驗處理的交互作用均未達到顯著水平。

間作系統(tǒng)是作物對光、溫和水等多種資源的競爭及作物間相互促進協(xié)調(diào)的過程，間作的優(yōu)劣主要表現(xiàn)在作物的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益上[9]。本研究結(jié)果表明，甘蔗化肥減施25%條件下，間作綠豆綠肥全量還田、12%當(dāng)量間作綠豆綠肥還田+13%當(dāng)量有機肥替代、25%當(dāng)量有機肥替代、25%營養(yǎng)元素當(dāng)量黑豆綠肥還田和全量黑豆綠肥還田均可替代25%的宿根甘蔗化肥，不會引起甘蔗減產(chǎn)，甘蔗種植的利潤也沒有顯著差異。

2年的試驗結(jié)果表明，無論是新植蔗還是宿根蔗，間作綠豆綠肥全量還田、12%當(dāng)量間作綠豆綠肥還田+13%當(dāng)量有機肥替代和當(dāng)量有機肥替代均表現(xiàn)出穩(wěn)定的肥料替代作用，間作黑豆綠肥還田在宿根蔗中表現(xiàn)出良好的肥料替代作用。從2年結(jié)果看，綠豆綠肥在宿根蔗間作中較新植蔗間作降低綠肥鮮草產(chǎn)量25.89%[8]，相應(yīng)的N、P2O5和K2O總養(yǎng)分量降低36.02%；黑豆綠肥在宿根蔗間作中較新植蔗間作綠肥鮮草產(chǎn)量低22.87%[8]，相應(yīng)的N、P2O5和K2O總養(yǎng)分量降低21.85%?？梢姡鄬τ谛轮舱?，宿根甘蔗系統(tǒng)的2種綠肥間作的鮮草產(chǎn)量都較新植蔗表現(xiàn)出下降的趨勢，這可能是由于綠肥與甘蔗對光照資源競爭不同而引起的。新植蔗的綠肥間作種植時間為4月11日，田間甘蔗出苗約20%，甘蔗對綠肥苗期生長不產(chǎn)生遮擋作用，因此綠肥產(chǎn)量較高。而宿根蔗的綠肥間作種植為3月11日，而此時宿根蔗的平均苗高已經(jīng)有8cm左右，其對綠肥的出苗及幼苗生長均有不同程度的遮擋作用，所以在宿根蔗系統(tǒng)中綠肥的鮮草產(chǎn)量均較新植蔗低。前期研究[10]也發(fā)現(xiàn)，綠豆綠肥間作于甘蔗行間的時間越晚，鮮草產(chǎn)量越低。

苗數(shù)、株高、莖徑、有效莖數(shù)和單莖重等是甘蔗產(chǎn)量形成的重要農(nóng)藝性狀[11]。甘蔗產(chǎn)量是單位面積有效蔗莖的總質(zhì)量，等于有效莖數(shù)和單莖重的乘積[12]。甘蔗品種的產(chǎn)量性狀是遺傳基礎(chǔ)與環(huán)境因素共同作用的結(jié)果[13]，其中有效莖數(shù)受環(huán)境因素的影響更直接[14]。本試驗中，除了H-LY處理的有效莖數(shù)顯著低于其他處理外，其他各處理間的差異不顯著。但在所有處理中，H-LY處理的單莖重最大，從而彌補了有效莖數(shù)的減少對甘蔗產(chǎn)量的影響，最終蔗莖產(chǎn)量與其他處理無顯著差異?？梢?，在一定范圍內(nèi)，甘蔗個體與群體之間可相互調(diào)節(jié)和平衡，以維持甘蔗的產(chǎn)量性狀。

甘蔗有效莖數(shù)受到甘蔗總苗數(shù)和成莖率的影響[15]。從本試驗結(jié)果看，間作綠肥對宿根蔗的發(fā)株數(shù)、分蘗數(shù)、拔節(jié)前總苗數(shù)和成莖率均沒有顯著影響，這可能是綠肥間作種植時甘蔗已經(jīng)出苗約8cm，這時候綠肥沒有對蔗苗造成遮擋的緣故。在間作中，光照資源是影響作物生長的最主要因素。吳才文等[16]研究苗期間作黃豆對甘蔗生長及產(chǎn)量的影響時指出，栽后即間作黃豆較甘蔗出苗10%間作黃豆顯著降低甘蔗的分蘗數(shù)和后期的有效莖數(shù)。蘇利榮等[10]研究了不同綠肥間作時期對甘蔗生長的影響，發(fā)現(xiàn)新植蔗間作綠肥均影響甘蔗的苗數(shù)，但間作時間越晚，影響越小。本試驗的研究還表明，綠肥與甘蔗共生期內(nèi)，如果甘蔗的生長不受影響，那么后期產(chǎn)量受到的影響很小。因此，有必要研究在保證一定綠肥產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，同時兼顧方便農(nóng)事操作，將綠肥播種時間延后，盡量減少綠肥對甘蔗前期生長的影響，實現(xiàn)綠肥的穩(wěn)定替代效果。

綠肥是一種優(yōu)質(zhì)的生物有機肥料，將綠肥翻壓到土壤中，可以豐富土壤的有機質(zhì)和微生物，其降解釋放的養(yǎng)分可改善土壤養(yǎng)分狀況，同時滿足作物的養(yǎng)分需要[17-18]。本試驗通過間作綠豆綠肥和黑豆綠肥以替代甘蔗25%化肥，直接實現(xiàn)化肥減施的目的。在兼顧甘蔗產(chǎn)量、經(jīng)濟效益、資源消耗及蔗地地力提升等方面，通過不同時期甘蔗與綠豆綠肥/黑豆綠肥間作方式的組合，形成穩(wěn)定的甘蔗間作綠肥壓青還田模式，對甘蔗的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié)論

間作綠豆綠肥全量還田、12%當(dāng)量間作綠豆綠肥還田+13%當(dāng)量有機肥替代、當(dāng)量有機肥替代、25%營養(yǎng)元素當(dāng)量黑豆綠肥還田和全量黑豆綠肥還田均可替代25%的宿根甘蔗化肥處理，不會引起甘蔗減產(chǎn)，也不會降低甘蔗經(jīng)濟效益。兼顧甘蔗產(chǎn)量及綠肥鮮草產(chǎn)量，采用新植蔗間作綠豆綠肥、宿根蔗間作黑豆綠肥壓青還田替代甘蔗化肥是值得探討的一種模式。