種植密度對(duì)山黧豆培肥及景觀效應(yīng)的影響

況勝劍， 姚單君， 冉 斌， 張愛華， 張 欽*， 王文華

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所 農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站， 貴州 貴陽(yáng) 550006； 2.貴州大學(xué)， 貴州 貴陽(yáng) 550025)

山黧豆(LathyrussativusL.)系豆科山黧豆屬，又名栽培山黧豆、家山黧豆、草豌豆和馬牙豆等，為1年生草本植物。山黧豆在世界范圍內(nèi)栽培廣泛，在我國(guó)已有悠久的種植歷史[1]，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，耐寒耐旱耐瘠性強(qiáng)[1-3]，病蟲害少[2]。作為肥飼兼用作物，山黧豆具有穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的特點(diǎn)，其莖葉及種子均含有豐富的蛋白質(zhì)[1-4]，是飼喂畜禽的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料[5-6]，其作為綠肥間、套種植植物，不僅可以培肥地力，還可提高主作物產(chǎn)量[5]。山黧豆花形與豌豆花相似，屬蝶形花，花型優(yōu)美，花色艷麗，有白色、藍(lán)色、紅色、紫紅色和粉色等[1-2]，可用于觀賞[6]。因此，種植山黧豆具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

綠肥是一種重要的有機(jī)肥源，可通過光合作用及生物固氮等增加系統(tǒng)養(yǎng)分輸入[7]，翻壓后大量的碳及營(yíng)養(yǎng)元素還田可提高耕地質(zhì)量[8]。研究表明，山黧豆作為綠肥使用，翻壓還田后可提高土壤有機(jī)碳及養(yǎng)分含量，提升土壤肥力，改善土壤質(zhì)量[9-12]。當(dāng)前，觀光、休閑農(nóng)業(yè)在國(guó)內(nèi)蓬勃發(fā)展[13-17]，具有觀賞價(jià)值的農(nóng)作物被應(yīng)用于觀光農(nóng)業(yè)中[18]。其中，油菜、紫云英等花期較長(zhǎng)的綠肥作物的生態(tài)景觀和改良土壤效果的研究已有報(bào)道[19]，而山黧豆的景觀效應(yīng)還未見報(bào)道。種植密度會(huì)顯著影響農(nóng)作物產(chǎn)量、生長(zhǎng)性狀、養(yǎng)分吸收及積累量[8，20-25]。韓文斌等[20]研究了播種量對(duì)山黧豆產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響，播種量過大對(duì)產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀均有負(fù)向作用。研究通過田間試驗(yàn)探索不同種植密度條件下山黧豆生長(zhǎng)狀況特征、養(yǎng)分積累能力、固碳能力及觀賞效果，以期確定山黧豆適宜種植密度，為提高其培肥及景觀效果提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年至2018年在貴州省安順市普定縣黃桶街道辦梨園進(jìn)行，試驗(yàn)地海拔1 249 m，東經(jīng)105°42′11″，北緯26°16′20″，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，地處貴州省三大降雨中心地區(qū)之一。試驗(yàn)地土壤為黃壤，機(jī)械組成為粉壤，耕層土壤pH 6.15，全氮0.21%，全磷0.12%，全鉀0.76%，有效磷19.90 mg/kg，速效鉀62.5 mg/kg，堿解氮147.35 mg/kg，緩效鉀199.33 mg/kg，有機(jī)質(zhì)31.67 g/kg。

1.2 材料

山黧豆(Lathyrussativus)，由國(guó)家綠肥產(chǎn)業(yè)體系南充綜合試驗(yàn)站提供。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，即3種不同種植密度。處理1，30 kg/hm2；處理2，45 kg/hm2；處理3，60 kg/hm2。小區(qū)面積為8 m2(2 m×4 m)，隨機(jī)區(qū)組排列。播種時(shí)間為2017年10月20日，條播，不施肥。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定 播種前及盛花后期采集試驗(yàn)地耕層(0～20 cm)土壤樣品，按常規(guī)方法進(jìn)行土壤基本理化性質(zhì)分析[26]。觀測(cè)記錄山黧豆主要生育期，并測(cè)量各時(shí)期株高。

盛花期采集各小區(qū)具有代表性的3株植株，分別測(cè)定地上及地下部分鮮重、株高、根長(zhǎng)、花朵長(zhǎng)和寬，計(jì)算每朵花面積。地上及地下部分分別烘干稱量，測(cè)定其氮、磷、鉀、碳含量。同時(shí)，各小區(qū)選取代表性3行綠肥，測(cè)定花朵數(shù)、花面積、地上及地下部分鮮質(zhì)量。植株全氮采用納氏比色法測(cè)定，全磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定，有機(jī)碳采用重鉻酸鉀法測(cè)定。固碳量的計(jì)算參照陳丹艷等[27]研究方法，其計(jì)算公式：

式中，W為地上部固碳量(g/m2)；α為采收時(shí)地上部分干質(zhì)量(g/m2)；b為采收時(shí)地下部分干質(zhì)量(g/m2)；r為干物質(zhì)凈積累量(g/株)；ρ為植株密度(株/m2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)為3個(gè)重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，采用Excel 2016和 SPSS 25.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 山黧豆的生長(zhǎng)歷期與盛花期鮮草的產(chǎn)量

2.1.1 生長(zhǎng)狀況 山黧豆出苗時(shí)間為2017年11月2日，于2018年3月11日進(jìn)入初花期，3月18日進(jìn)入盛花期，3月29日進(jìn)入終花期，花期約20 d?；ǘ涞?，花色橘紅色，花朵垂直分布空間為15～25 cm。

2.1.2 產(chǎn)量 從表1可知，種植密度顯著影響山黧豆盛花期鮮草產(chǎn)量，其產(chǎn)量依次為處理1>處理2>處理3，即鮮草產(chǎn)量隨種植密度的增大而降低。其中，處理1鮮草產(chǎn)量顯著高于處理3，較處理3高64.3%；處理1與處理2，處理2與處理3差異不顯著。山黧豆盛花期株高均表現(xiàn)為處理1>處理2>處理3，但各處理間差異不顯著。盛花期根長(zhǎng)處理2最長(zhǎng)，為13.57cm，各處理間差異不顯著。

表1 不同種植密度山黧豆盛花期鮮草產(chǎn)量、株高及根長(zhǎng)

2.2 盛花期地上部養(yǎng)分積累效應(yīng)

從表2可知，山黧豆盛花期地上部分干物質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量處理1均最高，分別為2 066.60 kg/hm2、65.97 kg/hm2、4.79 kg/hm2和39.02 kg/hm2。處理2次之，處理3最低，干物質(zhì)及養(yǎng)分積累量隨種植密度增大呈降低趨勢(shì)。處理1與處理2的干物質(zhì)積累量、氮積累量均顯著高于處理3，干物質(zhì)積累量分別較處理3高66.4%和54.2%，氮積累量分別較處理3高78.0%和53.0%。處理1的磷積累量顯著高于處理3，較處理3高58.2%。3種處理間的鉀積累量差異均達(dá)顯著水平，處理1比處理2高41.2%，比處理3高123.2%，處理2比處理3高58.1%。

表2 不同種植密度山黧豆盛花期地上部養(yǎng)分的積累量

從表3看出，各處理間根部干物質(zhì)及養(yǎng)分積累量均表現(xiàn)出隨種植密度增大而增加的趨勢(shì)，但各處理間差異均不顯著。

表3 不同種植密度山黧豆根部養(yǎng)分的積累量

2.3 盛花期地上部的固碳能力

從表4可知，種植密度顯著影響山黧豆盛花期地上部分碳積累量及固碳量。隨種植密度增加，碳積累量及固碳量呈逐漸降低趨勢(shì)，且處理1與處理2碳積累量及固碳量均顯著高于處理3，處理1與處理2間差異不顯著。其中，處理1碳積累量及固碳量分別比處理3高63.7%和66.5%，處理2碳積累量及固碳量分別比處理3高60.8%和54.2%。

表4 不同種植密度山黧豆地上部分的碳積累量及固碳量

2.4 山黧豆盛花期景觀效果

從表5可看出，種植密度對(duì)山黧豆盛花期花朵數(shù)和花面積的影響均達(dá)到顯著水平，均表現(xiàn)為處理2>處理1>處理3。其中，處理2的花朵數(shù)顯著高于處理3，較處理3高52.6%；處理2與處理1的花面積均顯著高于處理3，分別較處理3高58.5%和51.4%。

表5 不同種植密度山黧豆盛花期的花朵數(shù)量及花朵面積

3 結(jié)論與討論

種植密度通過影響植株個(gè)體的生長(zhǎng)和生物群體的大小影響產(chǎn)量[22]。已有研究發(fā)現(xiàn)，作物產(chǎn)量隨密度的增加呈先增加后下降趨勢(shì)[24-25，28]。研究結(jié)果表明，山黧豆鮮草產(chǎn)量隨種植密度的增大而呈降低趨勢(shì)，種植密度為30 kg/hm2時(shí)，鮮草產(chǎn)量最高，為(7 440.00±1 115.90) kg/hm2；種植密度為60 kg/hm2，鮮草產(chǎn)量最低，為(4 528.00±1 107.67)kg/hm2，且各處理鮮草產(chǎn)量明顯低于韓文斌等[20]在四川西充縣的研究結(jié)果，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)區(qū)域海拔較高，氣溫較低，導(dǎo)致山黧豆生物量降低。此外，韓文斌等[20]發(fā)現(xiàn)，山黧豆播種量為45 kg/hm2時(shí)，植株群體結(jié)構(gòu)較為合理，鮮草產(chǎn)量最大，與研究結(jié)果存在差異，說明受種植區(qū)域氣候條件的影響，為使山黧豆形成合理的群體結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)量，應(yīng)對(duì)種植密度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，結(jié)合研究結(jié)果分析，在高海拔氣溫較低的區(qū)域，適當(dāng)降低種植密度，可提高經(jīng)濟(jì)效益。

綠肥種植主要通過養(yǎng)分還田，達(dá)到培肥地力的目的。潘福霞等[8]研究發(fā)現(xiàn)，紫云英地上部氮磷鉀積累量均隨播種量的增加而增加。研究發(fā)現(xiàn)，山黧豆干物質(zhì)及氮磷鉀養(yǎng)分積累量隨播種量增大而降低。這可能是因?yàn)樽魑镳B(yǎng)分積累受產(chǎn)量的影響。有研究表明，作物氮磷鉀積累量與產(chǎn)量呈正相關(guān)[22]，產(chǎn)草量較大的綠肥碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量也較高[29]。研究結(jié)果表明，種植密度為30 kg/hm2時(shí)，地上部分干物質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量均最高，說明山黧豆養(yǎng)分積累確實(shí)與產(chǎn)量存在一定的正相關(guān)性，與前人研究結(jié)果相符。

綠肥作物有很好的固碳作用，可為耕地土壤提供大量的有機(jī)質(zhì)，改善土壤質(zhì)量[12]，且與其他植物相比，綠肥對(duì)土壤的固碳能力較強(qiáng)[30]。王麗宏等[31]研究指出，冬季覆蓋作物不僅可以增加生物產(chǎn)量，還可以增加稻田生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積效應(yīng)，覆蓋作物的碳蓄積量均顯著高于冬閑田。李福奪等[32]關(guān)于南方稻區(qū)綠肥生態(tài)服務(wù)功能及生態(tài)價(jià)值評(píng)估的研究指出，綠肥固碳釋氧的氣體調(diào)節(jié)價(jià)值最大，其次是對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的累積價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)，山黧豆同樣具有很好的固碳效應(yīng)，種植密度對(duì)山黧豆碳積累量和固碳量都產(chǎn)生了顯著影響，種植密度過大，山黧豆生物產(chǎn)量降低，固碳效應(yīng)也降低。在今后的研究中，應(yīng)考慮改善包括種植密度在內(nèi)的栽培措施，以進(jìn)一步提升綠肥作物的固碳效益，對(duì)未來可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展意義重大。

隨著觀光、休閑農(nóng)業(yè)的發(fā)展，油菜、紫云英等具有觀賞價(jià)值的綠肥作物開始被應(yīng)用于景觀美化。綠肥作物由于生命力較強(qiáng)，不需要特殊養(yǎng)護(hù)，管理成本明顯低于大部分景觀花卉，在觀光、休閑農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景廣闊。山黧豆花型優(yōu)美，花色艷麗，具有較高的觀賞價(jià)值。研究結(jié)果表明，種植密度顯著影響山黧豆的花朵數(shù)及花面積，種植密度為45 kg/hm2時(shí)，花朵數(shù)及花面積均最大，分別為(986.67±86.93)萬(wàn)朵/hm2和(1 279.84±209.47)m2/hm2，說明景觀效應(yīng)最好。種植密度過小，山黧豆群體數(shù)量過小，花朵數(shù)及花面積較小，觀賞效果不佳。種植密度過大，群體密度過大，葉片相互遮蔭，部分葉片較早脫落，花莢得不到足夠的營(yíng)養(yǎng)而脫落[21]，同樣導(dǎo)致花朵數(shù)及花面積減小，影響觀賞效果。因此，為確保山黧豆較好的觀賞效果，種植密度為45 kg/hm2時(shí)較為適宜。在今后的研究中，還可考慮不同花色山黧豆的混播，為山黧豆在觀光農(nóng)用中的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

綜上所述，山黧豆具有很好的培肥土壤及提升景觀的效果，且受到種植密度顯著影響。要獲得較高鮮草產(chǎn)量，提高養(yǎng)分積累量及固碳能力，提升培肥效應(yīng)，種植密度以30 kg/hm2為宜。要提升山黧豆景觀效應(yīng)，種植密度以45 kg/hm2為宜。