全周期膠園落葉期林下間作矮生四季豆的葉面積、SPAD值和產(chǎn)量

袁淑娜,潘 劍,黃堅雄,鄭定華,桂 青,李 娟,陳俊明,周立軍

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所/農(nóng)業(yè)部儋州熱帶作物科學(xué)觀測試驗站/中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院林下資源綜合利用研究中心，海南 儋州 571737)

天然橡膠是重要的戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，因近年膠價下跌，單一栽培模式的植膠業(yè)受沖擊嚴(yán)重，膠農(nóng)收入銳減，在我國各個植膠區(qū)都出現(xiàn)膠園棄割現(xiàn)象[1].但天然橡膠作為戰(zhàn)略物資，其面積需要保護(hù)，如何穩(wěn)定和提高膠園產(chǎn)值，平衡市場需求和國家政策的矛盾，是植膠業(yè)亟待解決的問題.天然橡膠生產(chǎn)中存在的主要問題是膠園生產(chǎn)方式單一，抗風(fēng)險能力差.發(fā)展膠園林下間作，可提高土地和光資源的利用效率，豐富膠園產(chǎn)出物類型，增加膠農(nóng)收入，促進(jìn)膠園生產(chǎn)多元化，是實現(xiàn)膠園可持續(xù)發(fā)展的途徑之一[2,3].而尋找適合的間作物，開發(fā)并推廣適宜膠園間作的模式是膠園林下間作研究的關(guān)鍵內(nèi)容.幼齡膠園因充足的光照條件，間作物可適范圍廣，間作研究較多，得益于其良好的光照條件，國內(nèi)外對幼齡膠園林下間作研究較多，幼齡橡膠樹間種經(jīng)濟(jì)作物(香蕉、菠蘿、甘蔗)，糧食作物(玉米、旱稻)、豆類作物(大豆、綠豆)，薯類作物(山薯、木薯)和蔬菜(茄子、辣椒、苦瓜)等均有報道[4-10].生產(chǎn)面積最大的成齡膠園，蔭蔽度高，可間作物種少，只適合間作喜陰作物，如茶葉、益智、砂仁等，發(fā)展緩慢[11-13].近年來，相對于常規(guī)膠園提出的全周期膠園間作模式報道較多.全周期膠園采用寬窄行種植，種植密度為(2 m×4 m)×20 m，株距2 m，窄行4 m，寬行20 m，可在寬行(20 m)中間作油料作物(大豆、花生)、淀粉類作物(豆薯、土豆)、中藥材(五指毛桃、地膽頭、廣金錢、巴戟天、玫瑰茄)、牧草(柱花草、王草)、香辛飲料(咖啡、可可、肉桂)、蔬菜(生姜、秋葵、胭脂蘿卜)等多種類型作物[14-18]，是值得推廣的橡膠樹種植模式.

蔬菜是人類平衡膳食的重要組成部分，是人體所需維生素、膳食纖維和礦物質(zhì)的重要來源.橡膠產(chǎn)業(yè)迫切需要解決的是短期效益低，膠農(nóng)收入少的問題，而蔬菜作為經(jīng)濟(jì)效益較高且商品性較強(qiáng)的農(nóng)作物，具有周期短，見效快的特點[19,20]，是改變膠園種植結(jié)構(gòu)的理想間作物.冬季蔬菜資源相對匱乏，若能利用膠園冬季落葉期種植蔬菜，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀.矮生四季豆是人們餐桌上的常見蔬菜，其田間種植與蔓生四季豆相比，具有生育期短、管理方便、抗蟲抗病等優(yōu)點，既適宜蔬萊區(qū)種植，也適合與經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行間套作[21,22].本研究基于此，擬分析橡膠林落葉期的溫濕度和光照強(qiáng)度及其間作矮生四季豆的葉面積、SPAD值和產(chǎn)量表現(xiàn)，為膠園越冬落葉期蔬菜間作技術(shù)的提出和推廣提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

本研究于2014年11月至2015年3月在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗場三隊(19°32′55″N，109°28′30″E)開展，該地區(qū)為典型的熱帶海洋季風(fēng)氣候.全周期膠園林段坡度約為10°，橡膠樹為寬窄行種植，寬行為20 m，窄行的株行距為2 m×4 m，施肥溝(坑)位于窄行當(dāng)中，寬行中的冠幅約4 m，林段種植方向為南北走向以防止水土流失，橡膠樹密度為420株·hm-2.膠園于2002年3月定植，2010年8月開割，橡膠樹品種為熱研72059，為直立速生品種.該林段的土壤質(zhì)地為粉砂黏壤土，試驗前測定0～20 cm土壤pH 4.5，土壤有機(jī)質(zhì)12.02 g·kg-1，全氮0.41 g·kg-1，速效磷31.65 mg·kg-1，速效鉀56.47 mg·kg-1.

1.2 方法

圖1 全周期膠園間作區(qū)示意圖Fig.1 Intercropping area of rubber plantation with paired row planting system

1.2.1 試驗設(shè)計 在全周期間作膠園寬行中的12 m寬的區(qū)域(如圖1所示)間作矮生四季豆，種植方向與橡膠樹行向相同(南北方向)，間作小區(qū)的面積為12 m×12 m，以附近裸地地段單作為對照.矮生四季豆品種為海南當(dāng)?shù)匕募径?試驗種植株行距為50 cm×50 cm，穴距為30 cm，每穴3株，最后保留2株，在間作小區(qū)中共種植25行，每個處理3次重復(fù).矮生四季豆種植日期為11月20日，首次采收期為2月12日，最后1次采收期為2月27日.矮生四季豆的施肥量分別為P2O5100 kg ·hm-2(過磷酸鈣)、K2O 90 kg ·hm-2(硫酸鉀)和N 300 kg·hm-2(尿素)，其中磷肥、鉀肥在試驗整地時作底肥施入，氮肥做追肥用，施肥比例為1∶2，田間管理等均按生產(chǎn)上進(jìn)行操作.在附近空曠地段作對照處理，對照小區(qū)面積4 m×5 m，其他管理均與試驗區(qū)一致.

1.2.2 光照強(qiáng)度測定 選擇晴朗天氣，記錄光照強(qiáng)度.全周期間作模式膠園(如圖1所示，南北行向)株行距：(2 m×4 m)×20 m，行間間作區(qū)寬度為12 m.全周期膠園間作小區(qū)按照位置分別選取距離橡膠樹(從東至西距離)4 m(記E4)、7 m(記E7)、10 m(記M10)、13 m(記W7)、16 m(記 W4)處進(jìn)行溫濕度，光照強(qiáng)度指標(biāo)測定.該位點對應(yīng)矮生四季豆的第1、7、13、19和25行，光照強(qiáng)度測定時間為8:00—18:00，測定間隔時間為2h，以3次重復(fù)的平均值為準(zhǔn).

1.2.3 溫度濕度數(shù)據(jù) 溫濕度數(shù)據(jù)測定位置與光照強(qiáng)度測定位置一致，通過精創(chuàng)RC-4HA溫濕度記錄儀收集間作區(qū)不同位置和裸地對照2015年2月1—27日的溫濕度數(shù)據(jù).

1.2.4 葉面積和SPAD 于矮生四季豆幼苗期、抽蔓期、結(jié)莢期，選取代表作物10株，用SPAD儀(SPAD-502，日本)測定單作處理和間作處理不同位置作物倒三或四葉片SPAD值表征相對葉綠素含量，每株3片葉，取均值；用LAI-3000A(美國)葉面積儀測定單做處理和間作處理不同位置作物單株葉面積，取均值.以上指標(biāo)測定的行號與光照時長測定的位點(行號)對應(yīng).

1.2.5 產(chǎn)量和生物量 在試驗間作小區(qū)定位觀測行連續(xù)選取10穴，在采收期持續(xù)采收，累計采收鮮重為矮生四季豆產(chǎn)量，采收四季豆進(jìn)行處理后在85 ℃下烘干，同時測定小區(qū)產(chǎn)量；最后1次采收結(jié)束后，將觀測行10穴20株進(jìn)行處理，并在85 ℃下烘干，與累計采收矮生四季豆一起計為成熟期地上部分生物量，觀測不同位置生物量表現(xiàn).

1.3 數(shù)據(jù)處理

處理應(yīng)用Excel 2010和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，在P<0.05統(tǒng)計水平上采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗.

2 結(jié)果與分析

2.1 全周期膠園間作區(qū)不同位置橡膠樹落葉期的溫濕度和光照強(qiáng)度

全周期膠園間作區(qū)不同位置橡膠樹落葉期的日平均溫度無顯著差異，均顯著低于裸地對照，大約低2～3 ℃；間作區(qū)平均濕度均顯著高于裸地對照，增加幅度為5%～9%(表1).全周期膠園間作區(qū)不同位置的光照強(qiáng)度變化如圖2所示，從早上8時開始，光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，受樹體影響，間作區(qū)M10、W7和W4的光照強(qiáng)度在中午12:00達(dá)到最大值，而CK，E4和E7的光照強(qiáng)度在下午14:00達(dá)到最大值.間作區(qū)日平均光照強(qiáng)度與裸地對照無顯著差異(表1)，但不同時間點的光照強(qiáng)度差異較大，裸地光照強(qiáng)度在8:00、10:00和16:00均顯著高于間作區(qū)(圖2).

表1 間作區(qū)2月份不同位置日平均溫濕度和光照表現(xiàn)1)Table 1 Comparison on temperature, humidity and light intensity at different experimental positions

1)不同小寫字母代表光照強(qiáng)度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強(qiáng)度差異不顯著(P>0.05)

不同小寫字母代表光照強(qiáng)度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強(qiáng)度差異不顯著(P>0.05)圖2 間作區(qū)光照強(qiáng)度日變化Fig.2 Changes in daily light intensity at different experimental positions

2.2 膠園林下間作矮生四季豆葉片SPAD值

膠園林下間作矮生四季豆葉片的SPAD值隨著植株的發(fā)育呈升高趨勢，至抽蔓期達(dá)最大值，結(jié)莢期略有下降.裸地對照矮生四季豆的SPAD值從苗期至抽蔓期至結(jié)莢期持續(xù)增大，結(jié)莢期SPAD值最大.膠園林下間作區(qū)矮生四季豆葉片的SPAD值在3個時期的表現(xiàn)各不相同，苗期E4葉片SPAD值最大，與裸地對照無差異，顯著高于間作區(qū)的其它位置.抽蔓期葉片間作區(qū)的中間位置M10，葉片SPAD值與裸地對照無顯著差異；結(jié)莢期，間作區(qū)的所有位置葉片SPAD值均顯著低于裸地對照.

不同小寫字母代表光照強(qiáng)度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強(qiáng)度差異不顯著(P>0.05)圖3 全周期膠園間作區(qū)不同位置矮生四季豆葉片SPAD值Fig.3 SPAD value of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.3 膠園林下間作矮生四季豆葉面積

膠園林下間作和對照矮生四季豆葉片的葉面積均隨著植株發(fā)育呈增大的趨勢，結(jié)莢期葉面積最大.間作區(qū)中間位置M10的葉面積值在3個生育時期均大于間作區(qū)其它位置和裸地對照.其中抽蔓期M10植株的葉面積比裸地對照和間作區(qū)其它位置的平均值分別大82%和109%，結(jié)莢期葉面積增大值分別為41%和99%.

不同小寫字母代表光照強(qiáng)度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強(qiáng)度差異不顯著(P>0.05)圖4 全周期膠園間作區(qū)不同位置矮生四季豆葉面積Fig.4 Leaf area of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.4 膠園林下間作矮生四季豆產(chǎn)量

全周期膠園林下間作矮生四季豆的平均產(chǎn)量為5 593.24 kg·hm-2，比裸地對照低約30%，間作區(qū)不同位點產(chǎn)量差異如圖5所示，距離橡膠樹愈近，產(chǎn)量愈低，具體表現(xiàn)為：M10>W7>E7>E4>W4.W7和E7之間無顯著性差異， E4和W4之間無顯著差異.間作區(qū)M10(8 247.56 kg·hm-2)與裸地對照(8 046.64 kg·hm-2)無顯著差異，均顯著高于間作區(qū)其它位置.間作區(qū)植株生物量除W4顯著低于M10和W7，其它間作區(qū)間無顯著差異，裸地對照植株生物量最大.

不同小寫字母代表光照強(qiáng)度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強(qiáng)度差異不顯著(P>0.05)圖5 全周期膠園間作區(qū)不同位置矮生四季豆豆莢產(chǎn)量和生物量Fig.5 Pod yield and plant biomass of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.5 數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析

光照強(qiáng)度與溫度，結(jié)莢期SPAD值和植株生物量呈極顯著正相關(guān)；豆莢產(chǎn)量與抽蔓期SPAD值、苗期葉面積、結(jié)莢期葉面積和植株生物量呈極顯著正相關(guān).植株生物量與光照強(qiáng)度、抽蔓期SPAD值、結(jié)莢期SPAD值和苗期葉面積呈顯著正相關(guān).

1)“*”表示相關(guān)檢驗為顯著(P<0.05)；“**”表示相關(guān)檢驗為極顯著(P<0.01).

3 討論與結(jié)論

3.1 全周期膠園落葉期林下光照強(qiáng)度與間作區(qū)矮生四季豆產(chǎn)量表現(xiàn)

光照是植物生長的基礎(chǔ)，光照不足可造成植株高度增加，干物質(zhì)積累下降，葉面積指數(shù)減小，產(chǎn)量降低等[23,24].橡膠樹落葉期可顯著改善其林下光照條件，滿足林下間作物生長對光的需求，實現(xiàn)膠園林下非耐陰植物的間作種植，提高膠園產(chǎn)值.研究結(jié)果表明，全周期膠園落葉期各個觀測點的日平均光照強(qiáng)度無顯著差異，距離橡膠樹較近的兩個間作點E4和W4，光照強(qiáng)度低于M10、W7、E7和CK，但未達(dá)到顯著水平.其林下間作矮生四季豆的產(chǎn)量在不同間作區(qū)差異較大，具體表現(xiàn)為間作位置距離橡膠樹愈近，產(chǎn)量愈低，產(chǎn)量高低順序為M10>CK>W7>E7>E4>W4.這可能與間作區(qū)不同位置同一天不同時間點的光照強(qiáng)度差異較大有關(guān)(圖2).

3.2 膠園林下間作矮生四季豆葉面積、葉片SPAD值與產(chǎn)量的關(guān)系

植物產(chǎn)量和光合作用的有效面積呈顯著正相關(guān)，小麥葉面積與穗粒數(shù)、穗粒重呈極顯著正相關(guān)關(guān)系[25,26]，研究表明，全周期膠園落葉期林下間作矮生四季豆的新鮮豆莢產(chǎn)量與抽蔓期SPAD值、苗期和結(jié)莢期的葉面積、植株生物量呈極顯著的正相關(guān).在間作區(qū)中間位置(M10)，全周期膠園林下間作矮生四季豆的葉面積顯著增大，植株生物量增大，使得產(chǎn)量與裸地對照沒有顯著差異.但隨著間作區(qū)蔭蔽度的增大，靠近橡膠樹的矮生四季豆的葉面積和豆莢產(chǎn)量顯著下降.這與前人的研究結(jié)果一致.此外，葉片SPAD值可用來指導(dǎo)植株施肥及進(jìn)行差量預(yù)測，在膠園林下間作條件下，能維持較高SPAD值的植株能更充分地利用間作區(qū)的光熱資源，增加矮生四季豆的產(chǎn)量.在生產(chǎn)上可通過有利于提高矮生四季豆葉片SPAD值、葉面積和植株生物量的途徑來提高矮生四季豆豆莢產(chǎn)量.

3.3 結(jié)論

(1)全周期膠園落葉期可以種植矮生四季豆，產(chǎn)量比裸地對照降低約30%.全周期膠園落葉期林下間作區(qū)M10、W7、E7的環(huán)境可滿足矮生四季豆的生長發(fā)育需求，產(chǎn)量與裸地單作對照沒有顯著差異或差異較小，E4和W4產(chǎn)量與對照相比降低比較顯著.因此，全周期膠園落葉期林下中間6 m的位置更適宜矮生四季豆的生長.E4和W4的位置可選擇種植更耐陰的作物，如生姜等，實現(xiàn)不同間作物的組合種植，更高效地利用橡膠林下土地資源.

(2)全周期膠園林下間作矮生四季豆的豆莢產(chǎn)量與抽蔓期SPAD值、苗期和結(jié)莢期的葉面積、植株生物量呈極顯著的正相關(guān)，因此提高膠園林下間作矮生四季豆的生物量是提高其產(chǎn)量的基礎(chǔ)，在生產(chǎn)上通過提高矮生四季豆葉片SPAD值、葉面積和植株生物量的途徑可增加矮生四季豆豆莢的產(chǎn)量.