甘蔗間作系統(tǒng)生產(chǎn)力分析及適宜品種篩選

安東升　嚴(yán)程明　劉洋　趙寶山　孔冉　蘇俊波　徐志軍

摘要：為提升機(jī)械化寬行植蔗區(qū)土地利用效率，實(shí)現(xiàn)封行前控草減藥與增效增收，以甘蔗單作為對(duì)照，選擇7個(gè)花生品種和5個(gè)甜玉米品種開展配套農(nóng)機(jī)的甘蔗寬行間作花生和甜玉米試驗(yàn)，對(duì)2種間作系統(tǒng)生產(chǎn)力與經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，總體上甘蔗的株高與行間間作甜玉米的株高呈負(fù)相關(guān)，與行間間種花生的株高呈正相關(guān)。與甘蔗單作相比，間種花生的甘蔗單莖重?zé)o顯著下降，間種甜玉米的甘蔗單莖重顯著下降；2種間作模式下甘蔗的分蘗數(shù)、有效莖數(shù)和產(chǎn)量均顯著下降，下降幅度均表現(xiàn)為間作甜玉米顯著高于間作花生；不同間作模式對(duì)甘蔗田間糖錘度的影響不顯著。間作甜玉米的田間糖錘度和穗產(chǎn)量分別以‘中農(nóng)甜414和‘華美甜9最優(yōu)，間作‘粵甜28能夠收獲較高的產(chǎn)量和農(nóng)田秸稈輸入量；間作‘湛油1155‘熱紅1和‘湛油1155‘湛油75‘湛油62分別獲得最優(yōu)的花生仁產(chǎn)量和出油率。間作系統(tǒng)純收益增幅在30%以上的處理表現(xiàn)為間作‘中農(nóng)甜414>‘華美甜9>‘ZGP113>‘湛油1155，但間作‘華美甜9和‘ZGP113的甘蔗減產(chǎn)率分別比間作‘中農(nóng)甜414和‘湛油1155提高13.73和4.37個(gè)百分點(diǎn)，因此適宜間作的甜玉米和花生品種分別為‘中農(nóng)甜414和‘湛油1155。綜上，間作‘中農(nóng)甜414甜玉米能夠顯著增加經(jīng)濟(jì)效益，且農(nóng)田秸稈碳輸入量大，但甘蔗顯著減產(chǎn)，若不能擴(kuò)大種植面積則不利于保守糖料紅線；間作‘湛油1155和‘ZGP113能夠顯著增加經(jīng)濟(jì)效益，甘蔗產(chǎn)量降幅較小，且豆科固氮與秸稈碳輸入有助于耕地質(zhì)量提升。

關(guān)鍵詞：甘蔗間作；甜玉米；花生；生產(chǎn)力；適宜品種

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0754

中圖分類號(hào)：S566.1；S344.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10080864（2024）04003709

甘蔗是我國(guó)重要的糖料作物，在食糖總產(chǎn)量中蔗糖產(chǎn)量的占比超過90%[1]。由于甘蔗產(chǎn)值較低，多種植在丘陵旱坡地，受地形和自然條件影響，單位面積產(chǎn)量和機(jī)械化水平均偏低[2]。隨著國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本的持續(xù)上升，機(jī)械化作業(yè)是甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級(jí)的必然趨勢(shì)，適用于機(jī)械化的1.4～1.6 m寬行距種植模式下甘蔗經(jīng)濟(jì)性狀和效益均優(yōu)于1.2 m行距種植[3]，而前期生長(zhǎng)緩慢導(dǎo)致甘蔗從種植至封行的時(shí)間超過4個(gè)月，利用土地空窗期開展短季作物間作，發(fā)揮農(nóng)業(yè)自然資源的邊際效應(yīng)，通過提高綜合效益提高植蔗積極性，同時(shí)可改善田間生態(tài)條件。在間作模式中，甘蔗/油料作物的研究較多，相對(duì)于甘蔗單作，甘蔗間作單行（雙行）大豆在常規(guī)施氮和減氮條件下分別實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)18.2%（17.8%）和30.4%（39.4%），土壤有機(jī)質(zhì)含量變化在7 年間（2010—2017 年）分別高出39.7%（60.6%）和14.3%（9.8%）[4]，在不同氮輸入水平下，根際微生物群落變化是影響甘蔗/大豆間作系統(tǒng)微生物氮循環(huán)過程的關(guān)鍵因素[5]。與甘蔗單作相比，間作大豆的新植蔗的單莖重?zé)o顯著差異，有效莖數(shù)顯著下降；而宿根蔗的單莖重則表現(xiàn)為上升趨勢(shì)[67]。通過對(duì)甘蔗間作花生的最佳模式探討，選出了適于云南間作的花生品種‘粵油13號(hào)[8]，播期在甘蔗下種前15 d表現(xiàn)最佳[9]，種植密度以1.4 m 間作2行花生經(jīng)濟(jì)效益最高[10]。甘蔗與其他經(jīng)濟(jì)作物間作模式也有較多研究。與甘蔗單作相比，甘蔗/甜玉米1：1間作可將經(jīng)濟(jì)效益與土地利用率分別提高26.3% 和36%[11]；間作卷心菜、豌豆和大蒜能夠在保證甘蔗穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)分別收獲15.3～15.8、7.5～7.9 和6.3～6.6 t·hm-2 間作作物產(chǎn)量，收益回報(bào)率增加1.74～2.66倍，同時(shí)減少0.98 kg·hm-2 的除草劑使用量[12]；間作西瓜和辣椒則分別實(shí)現(xiàn)純收入提升10 倍和總產(chǎn)值提升8倍[1314]。甘蔗/花生間作能夠提高土壤養(yǎng)分，改善土壤pH[15]。但與單作相比，間作降低了根際土壤pH，同時(shí)促進(jìn)了土壤有效率顯著增加[16]，在間作花生的花期和成熟期，根際細(xì)菌數(shù)量、真菌數(shù)量、脲酶活性、磷酸酶活性均比甘蔗單作提高[17]。土壤剖面研究結(jié)果表明，和間作相比單作顯著提升了0—20 cm土層土壤有效氮、有機(jī)質(zhì)、微生物菌群數(shù)量和蛋白酶活性；提高了20—40 cm土層土壤全磷、全鉀和蛋白酶活性和40—60 cm土層土壤真菌、蔗糖酶和微生物量碳[18]。而且，通過間作作物競(jìng)爭(zhēng)光資源及化感作用的相互作用，間作花生可將蔗田土壤雜草種子庫(kù)類和密度分別降低37.5%和22.7%[19]。因此，間作條件下良好的土壤微生態(tài)是土壤養(yǎng)分、酶活性、微生物多樣性相互作用的結(jié)果。本研究以甘蔗單作為對(duì)照，選擇廣東省優(yōu)勢(shì)旱地作物甜玉米和花生，同時(shí)開展甘蔗/甜玉米和甘蔗/花生間作試驗(yàn)，系統(tǒng)分析2種間作系統(tǒng)之間產(chǎn)量構(gòu)成與效益，明確適用于粵西地區(qū)甘蔗間作的甜玉米及花生品種，以期為甘蔗生產(chǎn)的提質(zhì)增效提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021—2022年在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院湛江實(shí)驗(yàn)站綜合試驗(yàn)基地（21°08′N、110°16′E，海拔16 m）進(jìn)行。試驗(yàn)地0—30 cm土層土壤全氮含量0.99 g·kg-1、有效磷含量146 mg·kg-1、速效鉀含量138 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)含量29 g·kg-1、pH 4.6。甘蔗品種選擇‘ROC22，甜玉米品種選擇‘中農(nóng)甜414‘中農(nóng)甜488‘粵甜28‘華美甜9‘正甜68；花生品種選擇‘湛紅5‘湛油6‘ZPG113‘湛油1155‘ 湛油75‘ 熱紅1‘ 湛油62，其中，‘ZPG113為鮮食甜花生，其余6個(gè)品種均為油料花生 。試驗(yàn)期間環(huán)境溫度和降水量數(shù)據(jù)見圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2021年3月1—3日完成種植，甘蔗采用1.4 m寬行種植，用種量36 000段·hm-2，每段2個(gè)芽；間作2行甜玉米密植，行距0.40 m，株距0.25 m，用種量57 168?！m-2；湛江緯度低、光熱資源好，選擇間作3 行花生，行距0.25 m，株距0.30 m，用種量71 464?！m-2。甘蔗單作與甘蔗/甜玉米間作小區(qū)面積60 m2，甘蔗/花生間作小區(qū)面積40 m2，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。全園施用300 kg·hm-2復(fù)合肥（15-15-15）、600 kg·hm-2 過磷酸鈣作為基肥，甜玉米追肥342 kg N·hm-2、142.5 kg P2O5·hm-2、207 kg K2O·hm-2。分別于2021年5月16、20、21、24、27日完成‘中農(nóng)甜488‘華美甜9‘正甜68‘中農(nóng)甜414‘粵甜28的取樣和采收；6月1日統(tǒng)計(jì)甘蔗分蘗率；6月11日完成花生取樣和采收；2022年1月16—17日完成甘蔗取樣和采收。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 農(nóng)田小氣候測(cè)定

采用Scientific Campbell（數(shù)采CR3000）溫濕度傳感器和雨量筒自動(dòng)記錄冠層上方2 m處的溫度和降雨量，獲得試驗(yàn)期間日最高溫、日最低溫和日降水量數(shù)據(jù)。

1.3.2 作物性狀調(diào)查

每個(gè)品種甜玉米隨機(jī)選擇9株測(cè)定株高，同時(shí)統(tǒng)計(jì)5 m行長(zhǎng)內(nèi)甘蔗株高（cm）與分蘗數(shù)（條），每個(gè)小區(qū)取1 m2（10株）測(cè)定產(chǎn)量（kg），并選出其中長(zhǎng)勢(shì)處于平均水平的植株測(cè)定植株干物質(zhì)量（g）、穗產(chǎn)量（g）、田間糖錘度（%）；每個(gè)小區(qū)取1 m2 花生測(cè)定株高（cm）、干物質(zhì)量（g）、產(chǎn)量（g）、仁產(chǎn)量（g）、含油量（%），同時(shí)統(tǒng)計(jì)5 m行長(zhǎng)內(nèi)甘蔗株高（cm）與分蘗數(shù)（條）；不同間作模式內(nèi)隨機(jī)選擇9 株甘蔗統(tǒng)計(jì)有效莖長(zhǎng)（cm）、莖徑（mm）、單莖重（kg）和田間糖錘度（%），統(tǒng)計(jì)5 m行長(zhǎng)內(nèi)甘蔗有效莖數(shù)（條），計(jì)算甘蔗產(chǎn)量（t·hm-2），根據(jù)公式（1）計(jì)算成莖率。作物株高和甘蔗有效莖長(zhǎng)用卷尺測(cè)量，甘蔗莖徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)定；甜玉米穗產(chǎn)量、花生仁產(chǎn)量和甘蔗單莖重采用稱重法測(cè)定；植株干物質(zhì)量采用烘干法測(cè)定（105 ℃殺青20 min，70 ℃烘至恒重）；花生含油量采用近紅外光譜儀測(cè)定[20]；甜玉米和甘蔗的田間糖錘度采用手持折光儀（ATAGO）測(cè)定[21]。

成莖率=有效莖數(shù)/分蘗數(shù)×100% （1）

1.3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

種植成本以當(dāng)?shù)胤N植大戶和農(nóng)墾的平均值為依據(jù)，按照試驗(yàn)的實(shí)際種植面積折算。通過基地收購(gòu)和周邊種植大戶調(diào)查，采用當(dāng)年收獲季的平均銷售價(jià)格計(jì)算效益：甘蔗490元·t-1，油料花生8元·kg-1，鮮食甜花生12元·kg-1，‘中農(nóng)甜4143.2元·kg-1，‘中農(nóng)甜4883元·kg-1，‘粵甜282.4 元·kg-1，‘華美甜92.8 元·kg-1，‘正甜682.4元·kg-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，采用 SPSS 統(tǒng)計(jì)分析軟件中 Duncan 多重比較分析方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同甘蔗間作模式對(duì)作物株高與甘蔗分蘗數(shù)的影響

由圖2可知，甘蔗/甜玉米間作模式下，總體上甘蔗的株高隨著行間間作甜玉米株高的增加呈下降趨勢(shì)，但與單作甘蔗的株高之間差異不顯著；在甘蔗/花生間作模式下，甘蔗的株高與行間間作花生的株高呈正相關(guān)，除間作‘湛油6的甘蔗株高顯著低于單作甘蔗株高，間作其他品種花生的甘蔗株高與單作甘蔗株高之間的差異均不顯著。2種間作模式下，甘蔗的分蘗數(shù)均顯著下降，且間作甜玉米的甘蔗分蘗數(shù)的下降幅度顯著高于間作花生的。

2.2 不同甘蔗間作模式對(duì)甘蔗產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，與甘蔗單作相比，除‘湛油1155和‘ZPG113之外，間作其他花生和甜玉米品種的甘蔗有效莖長(zhǎng)均顯著下降，只有與‘湛油1155間作的甘蔗莖徑顯著增加；間作甜玉米的甘蔗單莖重顯著下降，而間作花生的甘蔗單莖重未見顯著下降。間作顯著降低甘蔗有效莖數(shù)，其中，間作‘中農(nóng)甜414‘粵甜28‘湛油1155的甘蔗成莖率分別為70.8%、64.3%、92.4%，成莖率隨著間作作物株高的增加而呈下降趨勢(shì)。間作顯著降低甘蔗產(chǎn)量，下降幅度表現(xiàn)為間作‘湛油1155<間作‘農(nóng)甜414<間作‘粵甜28。間作‘粵甜28和‘正甜68的甘蔗田間糖錘度與間作‘中農(nóng)甜414和‘湛油6相比顯著下降，但田間糖錘度在甘蔗單作與甘蔗間作之間差異不顯著。

2.3 不同甘蔗間作模式對(duì)間作作物經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表2可知，甘蔗/甜玉米間作模式下，‘粵甜28和‘華美甜9的產(chǎn)量顯著高于‘中農(nóng)甜414和‘中農(nóng)甜488，但穗產(chǎn)量表現(xiàn)為‘華美甜9>‘中農(nóng)甜488>‘粵甜28和‘正甜68，且差異顯著；‘中農(nóng)甜414‘中農(nóng)甜488‘華美甜9的凈穗率均超過70 %；田間糖錘度表現(xiàn)為‘中農(nóng)甜414顯著高于‘粵甜28‘華美甜9和‘正甜68；秸稈輸入量則表現(xiàn)為‘粵甜28>‘正甜68>‘華美甜9>‘中農(nóng)甜488和‘中農(nóng)甜414。甘蔗/花生間作模式下，‘湛油1155的莢果產(chǎn)量最高，而仁產(chǎn)量則表現(xiàn)為‘湛油1155和‘熱紅1最高，‘熱紅1是唯一出仁率超過60%的品種；‘湛油1155‘湛油75和‘湛油62的含油量顯著高于其他4個(gè)花生品種；‘湛紅5和‘湛油1155的秸稈輸入量顯著高于‘湛油75。

2.4 不同甘蔗間作模式下間作系統(tǒng)效益分析

由表3可知，甘蔗/甜玉米間作模式下，甘蔗的收益均為虧損，其中間作‘中農(nóng)甜414虧損最小，間作‘粵甜28虧損最大；甜玉米間作利潤(rùn)表現(xiàn)為‘華美甜9和‘中農(nóng)甜414最高，‘正甜68最低；總利潤(rùn)表現(xiàn)為‘中農(nóng)甜414>‘華美甜9>‘中農(nóng)甜488>‘粵甜28>‘正甜68，其中間作‘正甜68的總利潤(rùn)小于甘蔗單作利潤(rùn)。甘蔗/花生間作模式下，甘蔗的利潤(rùn)均下降但不虧損，間作‘湛油1155利潤(rùn)降幅最小，間作‘湛紅5利潤(rùn)降幅最大；花生間作利潤(rùn)表現(xiàn)為‘ZPG113最大，‘湛油6最?。恢挥虚g作‘ZPG113和‘湛油1155的總利潤(rùn)高于甘蔗單作利潤(rùn)，增幅分別為38.30% 和35.73%。綜上，間作系統(tǒng)純收益增幅在30%以上的處理表現(xiàn)為間作‘中農(nóng)甜414>‘華美甜9>‘ZGP113>‘ 湛油1155，但間作‘ 華美甜9和‘ZGP113的甘蔗減產(chǎn)率分別比間作‘中農(nóng)甜414和‘湛油1155提高13.73和4.37個(gè)百分點(diǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)效益、甘蔗產(chǎn)量與農(nóng)田秸稈輸入量，與甘蔗間作的甜玉米推薦品種為‘中農(nóng)甜414，花生推薦品種為‘湛油1155。

3 討 論

李志賢等[11]研究表明，在甘蔗/甜玉米間作系統(tǒng)中甜玉米的甘蔗株高與單作甘蔗株高之間的差異不顯著，與本研究結(jié)論一致。但在甘蔗/甜玉米間作系統(tǒng)中，同為禾本科大型草本作物的甜玉米株高和甘蔗株高由于種間競(jìng)爭(zhēng)而呈負(fù)相關(guān)，因此總體上甘蔗株高隨著間作甜玉米株高的增加而呈下降趨勢(shì)。分蘗率高能夠顯著提高甘蔗有效莖數(shù)，是影響甘蔗產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，其重要程度大于單莖重和株高[2223]。環(huán)境因子尤其是光照是限制甘蔗分蘗成莖和蔗莖產(chǎn)量的重要因素[24]，甘蔗遮蔭試驗(yàn)表明，弱光脅迫下甘蔗葉片中生長(zhǎng)素含量顯著升高，赤霉素含量則先降后升，且生長(zhǎng)素含量高于赤霉素， 嚴(yán)重遲滯甘蔗分蘗發(fā)生時(shí)間（至少15 d）且顯著降低最高分蘗數(shù)[25]。而破除生長(zhǎng)素的頂端優(yōu)勢(shì)對(duì)側(cè)芽的抑制作用、提升赤霉素調(diào)控激素之間的動(dòng)態(tài)平衡在促進(jìn)甘蔗分蘗成莖中起到重要作用[2627]。本研究中，2個(gè)間作系統(tǒng)中甘蔗成莖率下降，且間作甜玉米的甘蔗有效莖數(shù)下降幅度顯著高于間作花生的甘蔗有效莖數(shù)的下降幅度，這也與前人在甘蔗/玉米和甘蔗/大豆間作研究中發(fā)現(xiàn)的間作系統(tǒng)中甘蔗有效莖數(shù)呈下降趨勢(shì)的結(jié)果一致[6， 11， 28]。

與甘蔗單作相比，間作同為禾本科作物的甜玉米，因其對(duì)光照、水分和養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)作用強(qiáng)而影響甘蔗的干物質(zhì)積累與有效莖形成，進(jìn)而導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)，但系統(tǒng)效益會(huì)明顯增加[6， 29]。不同甘蔗/豆科作物間作的研究結(jié)果則表現(xiàn)不一，有的認(rèn)為間作造成甘蔗大幅減產(chǎn)[30]，另有研究表明間作能夠保證甘蔗穩(wěn)產(chǎn)[31]，也有甘蔗間作表現(xiàn)出一定的甘蔗增產(chǎn)[32]，這主要與用種量、播期、行距等多種間作處理方式的合理性有關(guān)[33]。本研究中，導(dǎo)致甘蔗/花生間作系統(tǒng)減產(chǎn)的原因可能有：第一，本研究甘蔗用種量每公頃達(dá)7.2萬個(gè)芽，與前人研究中每公頃10～12 萬個(gè)芽的用種量相比較低[89，32]，因此在寬行間作條件下適當(dāng)提高甘蔗用種量可能是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)甚至增產(chǎn)的主要手段之一；第二，本研究采用1.4 m行間間作3行花生，花生與甘蔗植株之間距離為40 cm，低于前人研究中花生與甘蔗植株之間距離（45～55 cm）[10， 32]，增加了主作和間作作物對(duì)環(huán)境資源的競(jìng)爭(zhēng)；第三，花生與甘蔗同期播種可能是導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)的原因之一，在甘蔗/花生間作中花生早播能夠提升花生產(chǎn)量和出仁率[8]，但對(duì)甘蔗的影響尚需進(jìn)一步研究。

綜上，選擇甘蔗間作‘中農(nóng)甜414能夠顯著增加經(jīng)濟(jì)效益，且農(nóng)田秸稈輸入量大，但甘蔗顯著減產(chǎn)，若不能增加種植面積則不利于保守糖料紅線。選擇適宜甘蔗間作的‘ 湛油1155和‘ZGP113能夠顯著增加經(jīng)濟(jì)效益，甘蔗產(chǎn)量降幅較小，且通過豆科作物固氮與秸稈輸入對(duì)耕地質(zhì)量的提升有益[6， 10]。綜合經(jīng)濟(jì)效益、甘蔗產(chǎn)量與農(nóng)田秸稈輸入量，與甘蔗間作的甜玉米推薦品種為‘中農(nóng)甜414，花生推薦品種為‘湛油1155。適于農(nóng)機(jī)的甘蔗與間作作物用種量、間距和播期搭配是實(shí)現(xiàn)甘蔗穩(wěn)產(chǎn)、保證間作收益和提升耕地質(zhì)量的關(guān)鍵，也是未來甘蔗間作系統(tǒng)改良的重要方向。

參 考 文 獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：胡立霞）

基金項(xiàng)目：海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ 321QN348）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（ 2020YFD1000600）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（1630102022002）。