檳榔/香草蘭間作促進(jìn)植株氮養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與利用

莊輝發(fā)，楊交，趙青云，王輝，朱自慧，邢詒彰

摘? 要：以檳榔與香草蘭間作系統(tǒng)為研究對(duì)象，探討氮素養(yǎng)分利用規(guī)律。采用盆栽模擬試驗(yàn)，以‘熱引3號(hào)香草蘭和‘熱研1號(hào)檳榔為試驗(yàn)材料，研究檳榔單作、香草蘭單作和檳榔間作香草蘭3種種植模式，在純氮112.5、225、300 kg/hm2和不施氮肥4個(gè)氮肥處理?xiàng)l件下，對(duì)植株生物量、氮素吸收和利用、土壤全氮含量和氮肥利用率的影響。結(jié)果表明，隨著氮肥施用量的增加，不同種植模式下各施氮處理的植株鮮和干生物量差異顯著（P<0.05），間作模式的植株鮮和干生物量最高，分別比對(duì)照增加61.3%、34.9%、43.1%和47.2%、62.7%、33.8%;間作模式的植株全氮含量比單作植株的高0.43～2.63 mg/g;間作模式顯著增加了植株的吸氮量，分別比對(duì)照增加了40.44、47.79和53.92 kg/hm2;間作模式還顯著增加植株的氮吸收效率、氮利用效率和氮肥利用率，但對(duì)土壤全氮含量影響不明顯。

關(guān)鍵詞：間作;生物量;吸氮量;氮素利用率

中圖分類號(hào)：S573;Q945.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Nitrogen Transformation and Utilization were Promoted in

Intercropping System of Areca and Vanilla

ZHUANG Huifa1， Yang Jiao2， ZHAO Qingyun1， WANG Hui1， ZHU Zihui1*， XING Yizhang1

1. Spice and Beverage Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Genetic Resource Utilization of Spice and Beverage Crops， Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Hainan Key Laboratory of Genetic Improvement and Quality Regulation for Tropical Spice and Beverage Crops， Wanning， Hainan 571533， China; 2. Tropical Crops College of Yunnan Agricultural University， Puer， Yunnan 665000， China

Abstract： The areca and vanilla intercropping system was used to explore the regular pattern of nitrogen nutrients utilization. ‘Reyin No.3 Vanilla and ‘Reyin No.1 Areca which were cultivated in the potted simulation experiments and three planting modes including areca monocropping， vanilla monocropping and areca intercropping with vanilla were used to study the effects of pure nitrogen content of 112.5 kg/hm2， 225 kg/hm2， 300 kg/hm2 and no nitrogen fertilizer treatments on plant biomass， nitrogen absorption and utilization， total soil nitrogen content and nitrogen use efficiency. With the increase of nitrogen fertilizer application， the fresh and dry biomass of the plants in different nitrogen treatments under different planting modes were significantly different （P<0.05）. The fresh and dry biomass of the plants under the intercropping mode were highest and increasing by 61.3%， 34.9%， 43.1% and 47.2%， 62.7%， 33.8% respectively compared to the control. The total nitrogen content of plants under the intercropping mode was 0.43-2.63 mg/g higher than that of plants under the monocropping. The intercropping mode could significantly increase the nitrogen uptake of the plants， and increased by 40.44 kg/hm2， 47.79 kg/hm2and 53.92 kg/hm2 respectively compared to the control. The intercropping mode also could significantly increase the plant biomass， total nitrogen content， nitrogen uptake， nitrogen absorption efficiency， nitrogen use efficiency and nitrogen utilization efficiency， but had no obvious effect on soil total nitrogen content.

Keywords： intercropping; biomass; nitrogen uptake; nitrogen utilization

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.10.021

檳榔是棕櫚科多年生常綠喬木和重要的藥用植物，被列為四大南藥之首。海南省檳榔種植面積10.25萬hm2，年產(chǎn)果25.51萬t，是熱區(qū)農(nóng)民收入的重要來源之一[1-2]。隨著檳榔價(jià)格的不斷攀升，氮肥施用量也在不斷增加，但研究表明，檳榔產(chǎn)量并未隨著施氮量的增加而增加，而是保持在相對(duì)穩(wěn)定的水平，同時(shí)，檳榔園氮肥利用率僅30%左右，且過量施用氮肥造成地下水硝酸鹽污染越來越嚴(yán)重[3]。香草蘭是蘭科多年生熱帶藤本攀緣植物，被譽(yù)為“天然食品香料之王”，主要用于高檔食品、化妝品等配香，且具有補(bǔ)腎、解肝毒等保健功效，國際上香草蘭產(chǎn)品供不應(yīng)求[4]。香草蘭具有發(fā)達(dá)的淺生氣生根，喜蔭生環(huán)境，研究表明利用檳榔半蔭蔽條件，在檳榔園下間作香草蘭，不但能夠大幅提高單位土地面積產(chǎn)出[5]，而且根系互作能夠固定土壤氮素，提高氮素養(yǎng)分的利用率，防止氮素的淋失[6]。

氮素是作物生長發(fā)育過程中必需的大量元素之一，是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸和磷脂的重要組分之一。氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的投入，但大部分施入土壤的氮肥不能被作物吸收利用，且氮肥對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的污染日益加重[7]。有研究表明，間作能提高氮素養(yǎng)分利用效率[8]，但目前針對(duì)熱帶地區(qū)作物間作的氮養(yǎng)分利用研究少見報(bào)道。本試驗(yàn)以檳榔與香草蘭間作系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用盆栽模擬試驗(yàn)，對(duì)間作系統(tǒng)氮素養(yǎng)分利用規(guī)律進(jìn)行探討，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)氮素養(yǎng)分高效利用提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

試驗(yàn)材料來自海南省萬寧市香料飲料研究所試驗(yàn)示范基地，供試作物品種為‘熱研1號(hào)檳榔和‘熱引3號(hào)香草蘭;試驗(yàn)用土選用高產(chǎn)田耕層土壤，自然風(fēng)干過篩后裝盆，播種前與肥料充分混勻，裝入直徑50 cm、高45 cm的聚乙烯塑料桶，每桶裝風(fēng)干土40 kg。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗(yàn)處理? 試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所試驗(yàn)基地，供試土壤為沙壤土，養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)16.73 g/kg，全氮0.68 g/kg，堿解氮113.16 mg/kg，速效磷14.21 mg/kg，速效鉀91.33 mg/kg。試驗(yàn)設(shè)檳榔單作、香草蘭單作和檳榔間作香草蘭3種種植模式，設(shè)純氮112.5 kg/hm2（T1）、225 kg/hm2（T2）、300 kg/hm2（T3）和不施氮肥（CK）4個(gè)氮肥處理，氮肥分2次施入，每處理15盆，3次重復(fù)，每盆留苗1株檳榔和2株香草蘭，檳榔苗新抽葉子生長穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)測定，雙因素隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.2? 指標(biāo)測定? （1）植株生物量的測定。從試驗(yàn)棚中將盆栽植株完整地取出，用清水將根系泥土沖洗干凈，及時(shí)將檳榔植株地上部和地下部分開（阻止地上部和根系養(yǎng)分元素的交換和轉(zhuǎn)移，為后續(xù)測定植株地上部、地下部全氮含量做準(zhǔn)備。香草蘭植株主要根系為氣生根，扎根在覆蓋物中，未扎根進(jìn)土壤里，香草蘭地下部沒有取得植株樣本），裝入密封袋貼上標(biāo)簽，帶回實(shí)驗(yàn)室用超純水清洗干凈，用吸水紙把植株表面的水分擦干，分別稱量各部分的鮮重，裝入信封袋中，放置恒溫干燥箱中105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒重，稱量各部分干重。

（2）植株全氮含量的測定。將各個(gè)處理烘至恒重的植株樣品分別用超微粉碎機(jī)磨碎，稱取后放入50 mL干燥消煮管中，用濃H2SO4-H2O2消煮，采用納氏比色法測定。

（3）土壤全氮含量的測定。取回各個(gè)處理的盆栽土壤，放置土壤室自然風(fēng)干，磨細(xì)，過100目網(wǎng)篩，用凱氏定氮法測定。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel軟件進(jìn)行整理作圖，用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析（LSD法檢驗(yàn)差異顯著性）。所用公式：

植株吸氮量（kg/hm2）=地上部生物量（kg/hm2）×植株地上部氮濃度（%）/100;

氮吸收效率（NAE，%）=植株吸氮量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）100;

氮利用效率（NUE，%）=生物學(xué)產(chǎn)量（kg/hm2）/植株施氮量（kg/hm2）100;

氮肥利用率（ANRP，%）=[施氮區(qū)植株吸氮量（kg/hm2）-無氮區(qū)植株吸氮量（kg/hm2）]/施氮量（kg/hm2）×100;

殘留率（ANSR，%）=[施氮區(qū)殘留氮（kg/hm2）-無氮區(qū)殘留氮（kg/hm2）]/施氮量（kg/hm2）×100。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 間作模式促進(jìn)植株生物量增加

由圖1可見，檳榔單作、香草蘭單作和間作模式下不同施氮處理的植株鮮生物量差異顯著（P< 0.05），說明間作模式提高了植株的鮮生物量;隨氮肥施用量的增加，間作模式的植株鮮生物量最高，香草蘭單作模式的植株鮮生物量次之，檳榔單作模式的植株鮮生物量最低，間作模式各施氮處理植株鮮生物量比對(duì)照分別增加24.5%、24.5%、15.3%，香草蘭單作模式各施氮處理植株鮮生物量比對(duì)照分別增加61.3%、34.9%、43.1%，檳榔單作模式各施肥處理植株鮮生物量比對(duì)照分別增加了25.0%、31.2%、41.5%，由此可見，適量增施氮肥能夠有效提高檳榔、香草蘭植株的鮮生物量。

圖中數(shù)據(jù)為各處理的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤，不同小寫字母表示同一施氮量不同種植模式在0.05水平差異顯著。

由圖2可見，檳榔單作、香草蘭單作和間作模式之間植株干生物量差異顯著（P<0.05），說明間作模式提高了植株的干生物量;隨氮肥施用量的增加，間作模式的植株干生物量最高，檳榔單作模式的植株干生物量次之，香草蘭單作模式的植株干生物量最低，間作模式各施氮處理植株干生物量比對(duì)照分別增加了47.2%、62.7%、33.8%，檳榔單作各施氮處理檳榔植株干生物量比對(duì)照分別增加了26.7%、29.4%、47.1%，香草蘭單作各施肥處理植株干生物量比對(duì)照分別增加了56.6%、32.4%、41.0%，由此可見，適量增施氮肥能夠有效提高檳榔、香草蘭植株的干生物量。

2.2? 間作模式促進(jìn)植株全氮含量增加

從表1可見，在同一施氮處理下，檳榔單作、香草蘭單作與間作模式之間植株全氮含量差異

圖中數(shù)據(jù)為各處理的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤，不同小寫字母表示同一施氮量不同種植模式在0.05水平差異顯著。

未達(dá)到顯著水平，檳榔、香草蘭植株單作模式和間作模式之間全氮含量相當(dāng);隨氮肥施用量的增加，檳榔單作CK處理與T2、T3處理植株全氮含量差異顯著（P<0.05），香草蘭單作CK處理與T1、T2、T3處理植株全氮含量差異顯著（P<0.05），檳榔間作香草蘭T3處理與CK、T1、T2處理全氮含量差異顯著（P<0.05），檳榔、香草蘭植株全氮含量隨氮肥施用量的增加呈遞增趨勢，由此可見，適當(dāng)?shù)脑鍪┑士梢杂行岣咧仓甑娜俊ｉg作模式的CK、T1、T3處理植株全氮含量明顯高于檳榔單作和香草蘭單作植株，間作模式可以顯著增加植株的全氮含量。

2.3? 間作香草蘭增加植株的吸氮量

從表2可見，檳榔單作、香草蘭單作與間作模式之間，各施氮處理植株吸氮量差異顯著（P<0.05），由此可見，間作模式顯著增加了植株的吸氮量。隨氮肥施用量的增加，檳榔單作各施肥處理間檳榔植株吸氮量差異未達(dá)到顯著水平，香草蘭單作CK處理與T1、T3處理香草蘭植株吸氮量差異顯著（P<0.05），檳榔間作香草蘭CK處理與T1、T2、T3處理植株吸氮量差異顯著（P<0.05），由此可見，間作模式的植株吸氮量隨氮肥施用量的增加呈遞增趨勢，而單作模式的植株吸氮量隨氮肥施用量的增加變化不明顯。

2.4? 間作香草蘭影響土壤全氮含量不顯著

從表3可見，檳榔單作、香草蘭單作與間作模式之間各施肥處理下土壤全氮含量差異未達(dá)到顯著水平。隨氮肥施用量的增加，檳榔單作模式CK處理與T1、T2、T3處理之間土壤全氮含量差異顯著（P<0.05），T1處理與T2、T3處理之間土壤全氮含量差異顯著（P<0.05）;香草蘭單作模式和間作模式，CK處理與T1、T2、T3處理之間土壤全氮含量差異顯著（P<0.05），T3處理與T1、T2處理之間土壤全氮差異顯著（P<0.05）。單作和間作模式土壤全氮含量隨氮肥施用量的增加呈遞增趨勢，說明增加氮肥的施入量提高了土壤的全氮含量，但單作和間作模式的全氮含量差異不顯著。

2.5? 間作香草蘭提高植株氮素利用率

由表4可見，檳榔間作香草蘭植株地上部、地下部氮吸收效率均高于檳榔單作和香草蘭單作，說明間作模式提升了檳榔和香草蘭植株的氮吸收效率;檳榔單作、香草蘭單作、檳榔間作香草蘭，在同一種植模式下，植株地上部、地下部氮吸收效率均隨氮肥施用量的增加而降低，呈下降趨勢，說明增施氮肥并不能提高植株的氮吸收效率。檳榔間作香草蘭，植株地上部、地下部氮利用效率均高于檳榔單作和香草蘭單作，說明間作模式提升了檳榔和香草蘭植株的氮利用效率;在同一種植模式下，隨氮肥施用量的增加，檳榔、香草蘭植株氮肥利用率表現(xiàn)為高施氮處理低于低施氮處理，說明增施氮肥不一定能夠提高植株的氮肥利用率。

3? 討論

間作顯著增加檳榔、香草蘭植株的生物量和吸氮量。間作香草蘭充分利用了檳榔園土地資源和空間環(huán)境，檳榔植株占據(jù)了地上部大部分空間，充分吸收到了陽光，并為喜蔭的香草蘭創(chuàng)造了天然的蔭蔽環(huán)境，高低搭配的間作栽培模式促進(jìn)了檳榔、香草蘭植株的光合作用[9]，增強(qiáng)了作物地上部與地下部氮養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和營養(yǎng)物質(zhì)交換，促進(jìn)了作物對(duì)氮元素的吸收，增加了植株的生物量，研究結(jié)果與祖超等[10]檳榔間作胡椒、李莉[11]馬鈴薯間作玉米、蠶豆的研究結(jié)果一致。間作模式的土壤全氮含量略低于單作模式，與王燦等[12]的研究結(jié)果相同，在同一施氮處理下，間作模式為滿足檳榔、香草蘭兩個(gè)作物對(duì)氮元素的需求，土壤全氮含量對(duì)比單作模式卻未顯著減少，可能是間作阻止了土壤中硝態(tài)氮的淋失[13]，提高了土壤微生物的豐富度和酶活性[14]，促進(jìn)了土壤有機(jī)氮的礦化[15]，這有待下一步對(duì)檳榔間作香草蘭土壤微環(huán)境進(jìn)行深入研究。

作物間作模式的主要優(yōu)勢是增產(chǎn)、增效、提高土地利用率和優(yōu)化生態(tài)環(huán)境等。研究發(fā)現(xiàn)，同一施氮處理下，間作模式的氮吸收效率、氮利用效率、氮肥利用率均高于檳榔、香草蘭單作模式，這與陶靜靜等[16]對(duì)不同基因型夏玉米間作對(duì)氮素吸收利用的研究結(jié)果一致。間作模式提高了氮的利用率，主要是因?yàn)闄壚?、香草蘭種間互作充分利用了地上部光、熱、氣等自然資源。檳榔為深根系作物、香草蘭為淺根系作物，間作模式使植株根系在土壤中合理布局且交互作用，使植株充分吸收并利用土層間的氮素養(yǎng)分，促進(jìn)作物對(duì)土壤氮素的吸收和利用，減少土壤氮肥的殘留和損失。

同一種植模式下，隨著氮肥施用量的增加，植株的全氮含量、吸氮量和土壤全氮含量成正比增加，但氮吸收效率、氮利用效率、氮肥利用率反而呈降低趨勢。分析得出，適當(dāng)?shù)脑鍪┑士梢源龠M(jìn)檳榔、香草蘭植株對(duì)氮肥的吸收，但土壤中氮肥的過量施入造成植株無法完全吸收，降低氮肥利用率的同時(shí)土壤氮素不斷累積，致使地下硝酸鹽含量增高，造成地下水污染，破壞生態(tài)平衡，降低土壤肥力。

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責(zé)任編輯：白? 凈