立體種養(yǎng)對蔗田生境和甘蔗品質(zhì)的影響

周生茂，李寶會，班美玲，徐建云，陸國盈

(1.廣西大學農(nóng)學院，南寧530005；2.廣西農(nóng)業(yè)科學院，南寧530007；3.南寧市糖辦，南寧530028；4.廣西環(huán)保研究院，南寧530022）

試驗研究

立體種養(yǎng)對蔗田生境和甘蔗品質(zhì)的影響

周生茂1，2，李寶會1，3，班美玲4，徐建云1，陸國盈1

(1.廣西大學農(nóng)學院，南寧530005；2.廣西農(nóng)業(yè)科學院，南寧530007；3.南寧市糖辦，南寧530028；4.廣西環(huán)保研究院，南寧530022）

為了闡明立體種養(yǎng)對蔗田生態(tài)和甘蔗品質(zhì)的影響，以傳統(tǒng)的甘蔗栽培模式（CK）為對照，對“甘蔗間種大豆，畦間溝養(yǎng)魚”的立體種養(yǎng)模式（T）進行了研究。結(jié)果表明：（1）T模式的株間總體相對光強要較CK大，但是T行間各層的總體相對光強要小于CK；（2）T模式的甘蔗地上部分的溫度和相對濕度要高于CK模式，而且溫差在后期也大；（3）T模式后蔗田土壤營養(yǎng)的平衡性和穩(wěn)定性要比CK模式好；（4）T模式比CK模式更有利于干物質(zhì)和甘蔗品質(zhì)的形成；（5）蔗田生態(tài)因子與甘蔗莖的單株干物質(zhì)及田間錘度的相關(guān)分析顯示T模式受自然氣象因子的影響要較CK稍小。因此，T模式值得在人多地少且有精耕細作傳統(tǒng)的蔗區(qū)推廣。

甘蔗（Saccharum officinarum L.）；立體種養(yǎng)；生態(tài)因子；品質(zhì)

甘蔗(Saccharum officinarum L）是廣西重要的經(jīng)濟作物之一，自1993年廣西發(fā)展成為中國最大的產(chǎn)糖基地以來，其種植面積正逐年擴大而涉及千家萬戶。近年來，隨著我國對食糖和酒精需求的不斷增加，廣西甘蔗年種植面積一直穩(wěn)定在70萬hm2左右，占廣西耕地的1/3，其中旱地72.69%，25度以上的坡地17.48%，水田9.81%[1]；而且直接涉蔗人口2600多萬，其中1200萬蔗農(nóng)完全依靠種植甘蔗生存，占全區(qū)總?cè)丝诘?/4[1]，甘蔗收入已成為廣西蔗區(qū)農(nóng)民脫貧致富的主要財源。然而，廣西“八山一水一分田”的土地資源[2]和單一甘蔗栽培模式[1]導致蔗區(qū)作物用地矛盾突出和蔗田整體效益較低。

為了解決這些矛盾和問題，廣西甘蔗科技工作者在傳統(tǒng)甘蔗種植模式的基礎(chǔ)上，嘗試了多種以甘蔗為主體的生產(chǎn)模式，發(fā)現(xiàn)蔗田立體農(nóng)業(yè)是緩解蔗區(qū)人口劇增和耕地銳減之間矛盾的有效經(jīng)營模式。謝仙環(huán)[3]等人針對福建蔗區(qū)，曾設計了幾種蔗田立體模式進行研究，表明它們能使水、土、氣資源更合理配置和物質(zhì)更良性循環(huán)，從而有利于物種的生長和蔗田效益的提高。因此，本文針對廣西水田及低洼地的蔗區(qū)情況，旨在傳統(tǒng)甘蔗栽培模式的基礎(chǔ)上，設計“甘蔗間種大豆，畦間溝養(yǎng)魚”的立體種養(yǎng)模式來闡明立體種養(yǎng)有利于多個物種共棲、多層配置、多級質(zhì)能循環(huán)利用的內(nèi)在機理。通過對該模式的蔗田生境和甘蔗品質(zhì)的分析，結(jié)果證明該立體種養(yǎng)模式一方面可解決因雨熱同期造成廣西水田及低洼地的蔗區(qū)積水而危害甘蔗生產(chǎn)的問題，另一方面因增加了物種級數(shù)而使蔗田生態(tài)系統(tǒng)更穩(wěn)定，甘蔗更高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效，對于人多地少且有精耕細作習慣的蔗區(qū)具有實際的推廣價值。

1 材料與方法

1.1 材料和立體模式

甘蔗為新臺糖10號，高產(chǎn)高糖中熟種；大豆為交選2號，特早熟鮮食品種，生育期70～80d，株高0.5～0.6m；魚為塘角魚。以傳統(tǒng)甘蔗栽培模式(CK）為對照，1m等行距種植；以“甘蔗間種大豆，畦間溝養(yǎng)魚”(T；如圖1）為處理，實行甘蔗大小行種植，大小行距各為1.2m、0.8m，分別種植大豆2行、1行，在大豆收獲后掘取大行距中的土給甘蔗培土而形成的溝中積水養(yǎng)魚。

圖1 蔗田立體種養(yǎng)畦溝組合橫切面示意圖

1.2 甘蔗的田間設計和管理

CK、T模式的小區(qū)面積均為75.6m2，東西長6.3m，南北寬12.0m，東西3次重復，田間隨機排列；每個小區(qū)甘蔗東西向種植13行，每米12芽，且試驗區(qū)四周有1m寬甘蔗保護行。甘蔗和大豆在3月20日播種于低洼的水稻田(該土壤主要理化性狀如表1），施肥均同常規(guī)；6月6日收獲大豆后，6月10日進行甘蔗大培土，然后在大行距形成的溝中積水深0.2m～0.3m，并于6月15日放養(yǎng)塘角魚30尾/m2，管理同池塘喂養(yǎng)，10月20日捕魚。

1.3 蔗田光強、溫度、濕度

在每個小區(qū)甘蔗雙對角線上選定5個觀測點，分別于分蘗盛期(6月1日）、伸長初期(6月21日）、伸長盛期(7月18日、8月20日）、伸長末期(10月2日）測定。根據(jù)龔得明[4]等人的方法，用農(nóng)科-1型水平照度計于晴天12～13時在每點測株間、行間和溝間的甘蔗頂部(自然光強）、+3葉層和地表的光強，比照自然光強計算各層相對光強；用彎管地溫計測-0.2m(即地表層以下0.2m)處土層地溫，用水銀溫度計測地表層和+3葉層(即從植株頂部第一張完全葉往下數(shù)第三張完全葉的位置）的氣溫[5]；參照李小華[6]方法測定-0.2m處土壤相對濕度，用阿斯曼通風干濕表測干濕球溫度后，經(jīng)查濕度測算表計算相對濕度[7]。

1.4 土壤理化特性

在甘蔗種植前和收獲后，于各小區(qū)中按對角線法隨機取5個樣點，每個點用管形土鉆取0～-0.5m(即地表層至其以下0.5m）土壤，然后按小區(qū)混合各點土樣，隨后制備成分析樣，參照《土壤農(nóng)業(yè)化學常規(guī)分析方法》[8]的方法分析相關(guān)土壤理化指標。

1.5 甘蔗單株干物質(zhì)和品質(zhì)

分別于8月20日、9月18日、10月20日、11月20日和12月19日，按小區(qū)S字形的方式取樣，在每行上各取健康代表性甘蔗1株，共11株，用日本產(chǎn)溫度自動補正手提折光儀(ATC-1E)按王季槐[10]等人的方法測田間平均錘度(oBx）；同時，按張憲政[9]的方法測定甘蔗單株干物質(zhì)；甘蔗砍收時按王季槐[10]等人的方法測定壓榨蔗汁的錘度(oBx）、蔗糖分(%）、重力純度(%）、還原糖分(%）。

1.6 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

CK和T兩種栽培模式的每項指標值都是小區(qū)3次重復和每份小區(qū)樣品測定3次以上，表示為平均值(±）、平均值標準偏差；用SPSS軟件包進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗栽培模式對蔗田生態(tài)因子的影響

2.1.1 甘蔗群體的相對光強在甘蔗CK、T兩種栽培模式中，觀測時期內(nèi)甘蔗+3葉層(圖2 A）和地表層(圖2 B）的株間、行間和溝間的群體相對光強都隨甘蔗生育進程而下降，且同期各點+3葉層的最大，同期同層的株間較行間截獲光能多。在分蘗末期的甘蔗封行前兩處理各層的相對光強幾乎沒有差異(數(shù)據(jù)未顯示），而且所漏的光均被下層的大豆接收，均能減少光資源的浪費；但是，此后的比較發(fā)現(xiàn)，在分蘗末期和伸長期內(nèi)T在株間總體相對光強要較對照(CK）大，其中+3葉層和地表層的分別大2.6%和2.4%；兩處理行間的總體相對光強相比，盡管T處理大行間(溝間）在+3葉層和地表層較CK行距上相應層次的分別大4.2%和0.7%，但是T處理的小行距要分別比對照小10.6%和6.3%，且T處理的大行距較小行距在+3葉層和地表層的分別大14.8%和7.0%，所以T處理行間各層的總體相對光強要小于對照(CK）。這些結(jié)果說明T模式不但株間通透性好，而且行間能截獲光能多。

圖2 蔗田垂直不同層次相對光強的變化

圖3 蔗田垂直不同層次的溫度和溫差變化

2.1.2 甘蔗群體的溫度從圖3-A、C、E可以看出，在CK和T兩種栽培模式的蔗田中，甘蔗群體的溫度在觀測期內(nèi)總趨勢都是如當?shù)刈匀粴鉁匾粯与S著時間的推移而降低，但是甘蔗地上部分各層均在6月21日達最高；比較甘蔗植株垂直方向各層的溫度發(fā)現(xiàn)，+3葉層的溫度最高，受氣溫影響的波動性也最大，而且有時溫度高于同期的氣溫，這可能是群體內(nèi)外層CO2和氣溫互作所致；CK和T模式的各層溫度比較，T模式總體上高于CK，而且各時期各層溫度的標準偏差CK大于T，這可能主要由于T大行溝中有積水和養(yǎng)魚增加了田間濕度和CO2濃度而使得該模式中溫度相對較高而穩(wěn)定。與此同時，比較CK和T兩種栽培模式中的蔗田各層溫差(圖3-B、D、F）發(fā)現(xiàn)，CK和T兩種栽培模式各層各時期的溫差都小于氣溫溫差，而且地上部分的溫差變化要大于-0.2m土層的；兩種模式的溫差變化除-0.2m土層其他各層變化趨勢均和氣溫的變化趨勢大致相同，而-0.2m土層受氣溫影響小而使CK和T間差異不顯著，但是在8月20日前的甘蔗地上部分溫差是T小于CK，此后則相反，這說明在甘蔗的糖分積累期，T較CK更有利于甘蔗貯藏蔗糖。

2.1.3 甘蔗群體的相對濕度從圖4顯示，在觀測時期內(nèi)，甘蔗群體內(nèi)無論是地上部分(圖4-A，B）還是地下-0.2m土層(圖4-C）相對濕度的變化趨勢和自然大氣的變化基本相同，在9月18日處出現(xiàn)一個低谷，但是它們的相對濕度都大于自然大氣的相對濕度，而且-0.2m土層的相對濕度較地上部分的受大氣相對濕度影響相對較小。CK和T兩種栽培模式比較，在觀測時期甘蔗群體地上部分的相對濕度在兩個處理間沒有顯著差異，但是在-0.2m土層的處理差異顯著，表現(xiàn)T在-0.2m土層的相對濕度大于CK，這樣可能更有利于需多水多肥的C4作物甘蔗吸收更多的礦質(zhì)營養(yǎng)。

圖4 蔗田垂直不同層次相對濕度的變化

2.1.4 土壤主要理化性狀在大豆收獲前，CK模式是甘蔗傳統(tǒng)的等行距種植，而T模式是大小行種植，只有待到大豆收獲后，T才在大行起溝積水養(yǎng)魚。這兩種甘蔗栽培模式在蔗田實施后對土壤的主要理化特性(表1）都有影響，其中：有機質(zhì)、全氮和緩效鉀的含量均有減少，且T模式土壤的有機質(zhì)、全氮的含量降低要稍少于CK模式，但是緩效鉀減少量明顯多于CK模式的；與含量均有減少的有機質(zhì)、全氮和緩效鉀相反，其他土壤理化指標的含量均有增加，而且全磷、全鉀、速效磷、速效鉀、有效硼、有效鋅、交換性鈣的含量及土壤交換量的增加值均是T模式大于CK模式，而活性酸、緩效鉀含量和交換性鎂含量以及交換性鈣、鎂的飽和度則是CK模式大于T模式。從上述結(jié)果可以看出，T模式中土壤營養(yǎng)循環(huán)要比CK模式好，因為在T模式的大溝中養(yǎng)殖魚投放的餌料被魚食用后排出糞便及剩余的餌料都沉積于大溝中，在大培土和后期小培土時都移到甘蔗畦上，從而增加了土壤養(yǎng)分。

表1 CK和T模式的土壤理化特性比較

2.2 對甘蔗單株干物質(zhì)積累和品質(zhì)形成的影響

在觀測期內(nèi)，CK、T兩種栽培模式的甘蔗單株干重(圖5-A)和莖田間錘度(圖5-B)均是隨著時間的變化而增加，而且甘蔗單株干重都是T大于CK，而且各時期差異顯著，而莖田間錘度除8月20日至9月18日的時間里是CK大于T外，其他時期都是T大于CK，而且差異也逐漸變大，但是差異不顯著。此外，從表2可知，甘蔗12月19日收獲時，對莖蔗汁的錘度、蔗糖分、重力純度和還原糖含量進行分析，發(fā)現(xiàn)前3個指標含量均是T大于CK，但是還原糖含量則相反。這些結(jié)果可能說明T的栽培模式更有利于干物質(zhì)的形成和甘蔗品質(zhì)的提高。

表2 收獲時甘蔗蔗汁生化參數(shù)

圖5 甘蔗單株干重（A）和莖田間錘度（B）的變化

2.3 蔗田生態(tài)因子和甘蔗品質(zhì)的關(guān)系

甘蔗單莖干重和莖品質(zhì)均受所觀測的生態(tài)因子影響，在觀測期內(nèi)CK和T兩種栽培模式的干物質(zhì)含量、莖田間錘度分別與群體內(nèi)各層的相對光強、溫度成極顯著負相關(guān)(r=-0.8以上，P=0.01），但與地上部分的相對濕度成顯著正相關(guān)(r=0.5以上，P=0.05），與自然光強及大氣自然相對濕度相關(guān)性均不顯著；甘蔗莖田間錘度與群體內(nèi)各層的溫差均成極顯著正相關(guān)(r=0.9以上，P=0.05），但是和大氣溫差成不顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)CK和T模式分別是0.308和0.266；甘蔗莖干物質(zhì)與甘蔗群體+3葉層的溫差成顯著正相關(guān)，但是和地表層溫差成不顯著負相關(guān)，與-0.2m的土層成顯著負相關(guān)，且T模式的相關(guān)系數(shù)絕對值均小于CK模式的。這些結(jié)果說明T模式受自然氣象因子的影響要稍小，即自我調(diào)節(jié)能力要強于CK模式。

3 討論

蔗田立體農(nóng)業(yè)是緩解人口劇增和耕地銳減矛盾、提高蔗田效益和增加農(nóng)民收入的有效經(jīng)營模式[3]，對于人均耕地只有0.057hm2而又要大力發(fā)展甘蔗生產(chǎn)的廣西[2]具有重要的現(xiàn)實意義。本研究設計的蔗田立體種養(yǎng)模式“甘蔗間種大豆，畦間溝養(yǎng)魚(T）”比傳統(tǒng)甘蔗栽培方式(CK）在物種間時空配置上更好，群體生態(tài)因子進一步優(yōu)化，甘蔗莖品質(zhì)得到了提升，從而使蔗田生態(tài)和甘蔗品質(zhì)更加相得益彰。

甘蔗在分蘗末期的封行前，行間通過種植早熟大豆交選2號，能夠很好地截獲漏射的太陽光，減少光能的浪費，提高能量的轉(zhuǎn)化效率，而大豆屬于豆科作物，能夠通過根系固定空氣中的游離態(tài)氮，提高地力為甘蔗所用。待到甘蔗伸長期封行后，與對照相比較，T模式由于是大小行種植，大行的通風透光性會好，甘蔗地上部較低層能獲得更多的光照，那么下層的葉片衰老減緩、綠葉數(shù)相對就多、光合作用葉面積就大(尚未發(fā)表的測定結(jié)果如此），合成干物質(zhì)就多；同時在T模式大行中積水養(yǎng)魚，由于水有最大的比熱，在甘蔗伸長期一定程度既能增加蔗田的相對濕度，又能降低甘蔗地上部下層和土壤的溫度，但是對于光合作用關(guān)鍵層+3葉層的溫度反而有所提高，這可能是由于甘蔗群體葉冠層形成的水汽層包圍，當溝中魚呼出的CO2和強光共同作用下發(fā)生“溫室效應”之故；同時由于甘蔗是C4植物，具有高的光和CO2的飽和點，所以，隨著群體中因魚呼出CO2的增多而增加干物質(zhì)的合成。但是在后期蔗糖分形成的關(guān)鍵時期，魚被收獲后，溝中水排出，T模式因通風性好導致群體的溫差比對照大而有利于甘蔗蔗糖分的積累，同時T模式畦裸露的土壤面積更大，從土壤中風化釋放出的營養(yǎng)物質(zhì)含量要較多，而且魚餌料和魚的排泄物在后期培土時更能營養(yǎng)甘蔗。但是，T和CK種植前后緩效鉀都降低，而且T較CK降低程度更大，這和該地前作是種植香蕉有關(guān)，因為香蕉多施鉀肥，同時T裸露面大，所以緩效鉀轉(zhuǎn)化為速效鉀，試驗中速效鉀也是如此；但是CK和T的有機質(zhì)降低，其中的原因還值得探討。

與傳統(tǒng)栽培模式CK相比，T模式通過種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的巧妙結(jié)合，建立多個物種共棲、多層配置、多級質(zhì)能循環(huán)利用[11]，使生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益(數(shù)據(jù)未發(fā)表）獲得最佳，該模式值得在廣西宜蔗區(qū)推廣應用。

[1]廣西壯族自治區(qū)人民政府.廣西年鑒[M].南寧.廣西年鑒社編輯出版，2006.249-250.

[2]廣西壯族自治區(qū)人民政府統(tǒng)計局.廣西統(tǒng)計年鑒[M].北京.中國統(tǒng)計出版社，2005.306-308.

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[11]曹建生，張萬軍，馮學贊.立體農(nóng)業(yè)與環(huán)境安全效應分析［A］.立體農(nóng)業(yè)與庭院經(jīng)濟-全國立體農(nóng)業(yè)與庭院經(jīng)濟討論文集[C].北京.中國農(nóng)業(yè)出版社，2004.72-75.

Effects of Stereoscopic Planting and Feeding on Both Ecological Environments in Field and Sugarcane Qualities

ZHOU Sheng-mao1，2，LI Bao-hui1，3，BAN Mei-1ing4，XU Jian-yun1，LU Guo-ying1
(1.College of Agricultre,Guangxi University,Nanning 530005,China;2.Guangxi Academy of Agricultural Scicence,Nanning 530007, China;3.Sugar Industrial Office of Nanning City,Nanning 530028,China;4.Guangxi Academy of Environmental Protection,Nanning 530022,China)

In order to show the effects of stereoscopic p1anting and feeding on eco1ogica1 factors in fie1ds and sugarcane qua1ity，the pattern of the stereoscopic p1anting and feeding，〝interp1anting soybean and sugarcane in the bed of fie1d and feeding fish in the intergroove of border〝(T)was investigated in comparison with traditiona1 cu1tivation pattern(CK)by which mono-sugarcane was p1anted.The resu1ts indicated that，(1)the pattern T was genera11y higher in re1ative 1ight intensities of p1ant-to-p1ant in a row than that of the pattern CK，but 1ower in those of inter-row space;(2)the pattern T had higher temperature and re1ative humidity in the aboveground space of sugarcane and the differences of temperature at the 1ater stage of sugarcane in comparison with the pattern CK; (3)both equi1ibrium and stabi1ity of soi1 nutrient between pre-and post-app1ication of the pattern T were superior to that of the pattern CK;(4)the pattern T was more beneficia1 to the formation of both dry matter and qua1ity of sugarcane than the pattern CK;(5)the corre1ation ana1ysis of eco1ogica1 factors with dry matter and brix in fie1d showed that the pattern T were 1ess inf1uenced by natura1 weather than that of the pattern CK. According1y，the pattern T was worthy of being popu1arized in sugarcane region with both vast popu1ation and 1imited farm1and as we11 as intensive cu1tivation.

Sugarcane(Saccharum officinarum L.);Stereoscopic p1anting and feeding;Eco1ogica1 factor;Qua1ity

雜566.1

A

1007-2624(2009）01-0001-05

2008-04-18

南寧市甘蔗新品種引進及綜合配套技術(shù)開發(fā)項目(南糖20080208）資助。

周生茂(1970-），男，廣西桂林市人，農(nóng)藝師，主要從事作物生產(chǎn)和育種研究，E-mai1：maomaozhou70@sohu.com。