胡椒園間作檳榔對胡椒產(chǎn)量及養(yǎng)分利用的影響

王燦　楊建峰　祖超　李志剛　魚歡　鄔華松

摘 要 胡椒園間作檳榔是海南胡椒間作體系中應(yīng)用較廣的一種模式，為探明其間作優(yōu)勢來源，以海南胡椒優(yōu)勢種植區(qū)4個試驗點的胡椒單作與胡椒/檳榔模式為研究對象，調(diào)查了2009～2011年各點胡椒產(chǎn)量與養(yǎng)分投入狀況，測定2011年土壤養(yǎng)分與胡椒植株葉片養(yǎng)分含量，從而對比了間作模式與胡椒單作模式下胡椒產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分狀況、肥料產(chǎn)量貢獻率和胡椒葉片養(yǎng)分含量的差異。結(jié)果表明：在各試驗點不同產(chǎn)量水平下，同一地點間作模式的胡椒產(chǎn)量均極顯著高于單作。間作模式土壤氮、磷、鉀全量含量略低于單作，但未達到顯著水平；間作模式土壤速效磷和速效鉀含量高于單作，且速效磷差異達到顯著水平。在養(yǎng)分投入相同的條件下，間作模式氮、磷、鉀肥料偏生產(chǎn)力均極顯著高于單作。間作模式下胡椒葉片磷、鉀養(yǎng)分含量周年大于單作。上述結(jié)果表明胡椒/檳榔間作提高了土壤中速效養(yǎng)分的含量，促進了胡椒對磷、鉀等養(yǎng)分的吸收，從而提高了其肥料利用效率，并最終提高胡椒產(chǎn)量。胡椒/檳榔的間作優(yōu)勢可能與二者地下部互作有關(guān)。

關(guān)鍵詞 胡椒；檳榔；間作；地下互作；間作優(yōu)勢

中圖分類號 S344.2 文獻標(biāo)識碼 A

Abstract Arecanut intercropped in black pepper plantation is one of the most widely used intercropping systems of black pepper in Hainan and noted for its great intercropping advantages. To investigate the principle of the intercropping advantages，an investigation of intercropping on black pepper yield，nutrient status of soil and black pepper leaf，partial factor productivity from applied fertilizer was conducted in the sole black pepper cropping and black pepper-arecanut intercropping system in 4 sites in Hainan from 2009 to 2011. Nutrient status of soil and black pepper leaf were determined in 2011. The results showed that there were significant differences among the sites and the cultivation systems. In the circumstance of different black pepper yield among the sites，the yield of intercropping system was significantly higher than that of sole system. Contents of available P and K in intercropping soil were higher than that in sole cropping soil and the content of available P reached significant level. Partial factor productivity from applied N，P，K fertilizer in intercropping systems were significantly larger than these in sole cropping system. P and K Contents in black pepper leaves of intercropping system were higher than that of sole cropping system. These results indicated that intercropping could enhance the bioavailability of soil nutrient and the nutrient absorption of black pepper，and then increased black pepper yield. We inferred it could rise from the benefit of root interaction in intercropping system and then have contribution to the intercropping advantages.

Key words Black pepper；Arecanut；Intercropping；Underground interaction；Intercropping advantages

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.07.001

胡椒是世界古老而著名的香辛料，目前被廣泛種植于世界熱區(qū)[1]。中國胡椒種植面積和產(chǎn)量分別為世界第6位和第5位，但國內(nèi)胡椒價格受國際市場沖擊較大[2]。為了降低種植風(fēng)險，提高單位土地面積產(chǎn)量，將胡椒與其他經(jīng)濟作物開展復(fù)合栽培已成為發(fā)展趨勢，其中胡椒/檳榔間作模式發(fā)展最為迅速，據(jù)統(tǒng)計，2008年之前該模式仍只是零星分布，而目前已發(fā)展至2 600多公頃，約占海南省胡椒復(fù)合種植總面積的50%[3]。

胡椒和檳榔均為多年生作物，二者間作時需長期共存，探明胡椒/檳榔是否存在間作優(yōu)勢以及優(yōu)勢的形成機理對該模式的持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用推廣具有重要指導(dǎo)意義。前期研究表明，在合理間作密度下（840 株/hm2），胡椒園間作檳榔具有明顯的間作優(yōu)勢。胡椒/檳榔間作體系較胡椒單作體系的土地利用率提高約80%，胡椒產(chǎn)量提高約40%，每公頃可增收45 000元以上[4]。這可能是由于適宜間作密度下，檳榔可提供適度遮蔭，從而提高胡椒葉片光合速率，促進光合產(chǎn)物的生產(chǎn)[5]。但大量研究已證明，間作優(yōu)勢不僅來源于地上部相互作用[6-7]，還與地下部相互作用有較大關(guān)系[8-11]。而目前尚無研究證實胡椒和檳榔地下部互作存在促進作用。因此，本研究以胡椒養(yǎng)分利用為切入點，通過連續(xù)3年4個試驗點的大田試驗，對比了胡椒/檳榔間作體系與胡椒單作體系在胡椒產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分狀況、肥料偏生產(chǎn)力和胡椒葉片養(yǎng)分含量上的差異，以明確胡椒/檳榔間作對胡椒產(chǎn)量及其養(yǎng)分利用是否存在促進作用，從而揭示胡椒/檳榔間作優(yōu)勢形成的可能途徑，為進一步深入研究該模式間作優(yōu)勢的形成機理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地點概況

試驗于2009年7月～2012年7月在海南東部胡椒優(yōu)勢種植區(qū)進行，該地區(qū)年均溫24 ℃，年降雨量約1 900 mm，土壤類型均為磚紅壤。選取海南萬寧龍滾農(nóng)場（19.05 N，110.51 E）、海南瓊海東紅農(nóng)場（19.40 N，110.44 E）、海南瓊海大路鎮(zhèn)（19.38 N，110.48 E）、海南文昌邁號鎮(zhèn)（19.53 N， 110.73 E）4個試驗點進行跟蹤調(diào)查。每個試驗點分別選取臨近的胡椒/檳榔和單作胡椒地塊各1塊，土壤種類與種植時間基本一致，每個園塊面積約0.6 hm2，種植年限8～15 a。同一試驗點單作和間作胡椒種植密度相同，約1 667～2 000株/hm2；檳榔在胡椒園中以“品”字形間種，種植密度與楊建峰等[4]提出的適宜間作密度（840 株/hm2）基本一致，約為812～1 000株/hm2。除施肥外，各試驗點胡椒品種均為熱引1號，其他農(nóng)田管理措施基本一致。

1.2 方法

1.2.1 調(diào)查項目與方法 （1）產(chǎn)量調(diào)查。由于海南胡椒放秋花，每年8～10月開花，次年5～7月果實成熟。本研究共測定了2009年7月～2012年7月連續(xù)3 a的胡椒產(chǎn)量數(shù)據(jù)，分別作為2009、2010和2011年的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。測產(chǎn)量時，由于病害發(fā)生，胡椒園易出現(xiàn)缺株情況，因此胡椒產(chǎn)量以單株胡椒產(chǎn)量為準(zhǔn)。在收獲季節(jié)，采用對角線法取樣，取樣時選取長勢均一且無病蟲害或其他損傷的正常植株10株，測定白胡椒產(chǎn)量。

（2）施肥量調(diào)查。胡椒園間作檳榔時，農(nóng)戶以主作物胡椒為考慮對象，施肥時僅以胡椒施肥量作為考慮，因此本研究中同一試驗點的單作和間作體系中肥料投入情況基本相同。各試驗點農(nóng)戶均按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥量進行，具體施肥量見表1。其中復(fù)合肥N-P2O5-K2O配比為15-15-15；鮮牛糞養(yǎng)分含量（N、P2O5、K2O）分別為0.36%、0.56%和0.34%；豬尿養(yǎng)分含量（N、P2O5、K2O）分別為0.30%、0.12%和0.45%；芝麻餅肥養(yǎng)分含量（N、P2O5、K2O）分別為6.02%、3.04%和1.28%。肥料施用時在冠幅外5～10 cm處挖環(huán)形溝埋施。

1.2.2 測定項目與方法 （1）土壤理化指標(biāo)測定。于2011年11月進行土壤樣品采集，采用“S”形路線分別在各個園區(qū)2條對角線上選點15個，采樣時避開肥穴，選取根系較多的土層收集土壤，將每5個點收集到的土樣采用四分法去除多余土壤，保留1 kg土壤帶回實驗室。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后按測試項目要求進行研磨、過篩備用。

土壤pH值用電位法（水土比為2.5 ∶ 1）；土壤有機質(zhì)用KCr2O7容量法-外加熱法；全氮用凱氏定氮法；全磷用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；全鉀用NaOH熔融-火焰光度計法；堿解氮用堿解擴散法；有效磷用0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-鉬銻抗比色法；有效鉀用中性NH4OAc 浸提-火焰光度法。

（2）葉片養(yǎng)分指標(biāo)測定。分別于2011年7、8、9、10月，2012年2月、3月、4月采集胡椒葉片樣品，以獲知周年葉片養(yǎng)分含量變化情況。每次選定長勢一致的植株10～12株，采集結(jié)果枝倒3葉（穩(wěn)定葉）30～50片；帶回實驗室后，經(jīng)105 ℃殺青0.5 h，以65 ℃烘干（6 h）至恒重后，粉碎備用。樣品經(jīng)消煮后，全氮用凱氏定氮法；全磷用鉬銻抗比色法；全鉀用火焰光度計法。

1.2.3 肥料偏生產(chǎn)力計算方法 肥料偏生產(chǎn)力（partial factor productivity from applied fertilizer，PFP）是指施用特定肥料下的作物產(chǎn)量與施肥量的比值，反映投入單位肥料所能生產(chǎn)的作物產(chǎn)量[12]。計算公式如下。

PFP=Y/F

其中，PFP是肥料偏生產(chǎn)力，單位為kg/kg；Y是指施用某特定肥料的作物產(chǎn)量，本研究中單位為kg/株；F是指特定肥料純養(yǎng)分（N、P2O5、K2O）的投入量，本研究中單位為kg/株。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Excel軟件進行前期數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行單因素和雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對胡椒產(chǎn)量的影響

表2為2009～2011年不同地點和不同種植模式的胡椒產(chǎn)量差異情況。由表2可知，不同地點、不同種植模式以及二者交互作用之間胡椒產(chǎn)量均存在極顯著差異。在不同地點之間，由于各點養(yǎng)分投入、土壤基礎(chǔ)肥力、胡椒樹體狀況等存在差異，因而各試驗點產(chǎn)量水平不同；但在各點不同產(chǎn)量水平下，同一地點、不同種植模式之間均表現(xiàn)為間作模式胡椒產(chǎn)量高于單作。其中單作胡椒產(chǎn)量水平較低的瓊海東紅、大路，間作對胡椒產(chǎn)量的增產(chǎn)效果最為明顯，增幅在25.0%～135.5%；單作產(chǎn)量水平較高的萬寧龍滾和文昌邁號，間作產(chǎn)量增幅在18.9%～52.9%。上述結(jié)果表明，在同一地點種植管理條件基本一致的情況下，胡椒園間作檳榔有效提高了胡椒產(chǎn)量。

2.2 不同種植模式對土壤肥力的影響

土壤肥力反映了長期田間管理對土壤養(yǎng)分狀況的影響。對比不同地點的土壤肥力指標(biāo)發(fā)現(xiàn)（表3），各試驗點土壤pH均小于5，酸化程度較高；土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、土壤速效氮磷鉀含量在各地區(qū)間差異顯著，其中施肥量較低的大路相關(guān)指標(biāo)均較低，而施氮肥最多的邁號試驗點土壤全氮和堿解氮含量最高，施磷量最多的東紅試驗點全磷和速效磷含量也最高。因此，胡椒園土壤相關(guān)養(yǎng)分含量隨施肥量的增加而呈上升趨勢。

同一地點、相同施肥水平下，單作和間作胡椒園土壤有機質(zhì)無顯著性差異；間作模式土壤氮磷鉀全量含量均略低于單作，但未達到顯著水平，這可能是由于間作模式需同時滿足胡椒、檳榔2種作物的養(yǎng)分需求，從而造成土壤養(yǎng)分庫的消耗略高于單作；間作模式土壤速效磷和速效鉀含量均高于單作，且速效磷差異達到顯著性水平，由于各點4種不同肥料投入狀況下該趨勢均表現(xiàn)一致，因此推斷，間作提高了土壤中磷素的有效性，從而增加了土壤中速效磷的濃度。

2.3 不同種植模式對肥料偏生產(chǎn)力的影響

為明確不同種植模式下肥料對胡椒產(chǎn)量的貢獻率，采用肥料偏生產(chǎn)力進行分析（圖1）。由圖1可知，單作模式下氮肥偏生產(chǎn)力、磷肥偏生產(chǎn)力和鉀肥偏生產(chǎn)力平均值分別為3.74、2.79、3.05 kg/kg，而間作模式下氮肥偏生產(chǎn)力、磷肥偏生產(chǎn)力和鉀肥偏生產(chǎn)力平均值分別為5.49、4.18、4.60 kg/kg，分別較單作提高了46.8%、49.8%和50.6%。結(jié)果表明，間作條件下單位養(yǎng)分投入對應(yīng)的胡椒產(chǎn)量極顯著高于單作，間作模式提高了肥料利用效率。

2.4 不同種植模式胡椒葉片養(yǎng)分含量周年變化

圖2為2011～2012年不同種植模式胡椒葉片養(yǎng)分的周年變化。結(jié)果表明，胡椒葉片氮素含量除肥料施入后1個月（8月）間作模式略高于單作外，其他時間差異不明顯；磷素含量除施肥前的7月外，均為間作高于單作，且在9月二者差異達到極顯著水平；而鉀素含量周年均為間作高于單作，且在2011年7、8、9月和2012年2、3、4月二者差異均達到極顯著水平。由此可見，間作模式促進了胡椒對磷鉀養(yǎng)分的吸收。

3 討論與結(jié)論

間作體系中，作物間相互作用表現(xiàn)為競爭和促進作用[8-10]。合理間作可以有效緩解作物間的競爭，充分發(fā)揮其促進作用，從而形成間作優(yōu)勢。在本研究中（表2），相對胡椒單作體系，胡椒/檳榔間作體系顯著地提高了胡椒產(chǎn)量（增幅為18.9%～135%），說明在當(dāng)前間作密度下（812～1 000株/公頃），胡椒園間作檳榔后有利于胡椒生長，從而表現(xiàn)出較好的間作優(yōu)勢，這與楊建峰等[4]提出的胡椒園適宜檳榔間作密度（840株/公頃）基本一致。

間作體系存在2種或2種以上作物，若要保證作物正常生長，較單一作物種植需消耗更多養(yǎng)分。但本研究中，與單作土壤相比，胡椒產(chǎn)量提高的同時，間作土壤全量養(yǎng)分指標(biāo)并未顯著下降，其原因可能是胡椒施肥后正值海南雨季，大量養(yǎng)分來不及被胡椒吸收利用即因徑流、淋洗等因素損失，而檳榔剛好利用這部分損失的養(yǎng)分供其自身生長，緩解二者養(yǎng)分競爭的同時，也降低養(yǎng)分消耗，提高肥料利用效率。這與生態(tài)學(xué)上提出的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分獲取“安全網(wǎng)”的假說一致[12-13]，即間作體系中不同作物根系在土壤空間上中的垂直分布，可以使得深根系作物吸收未被淺根系作物吸收而從表土層中淋溶下來的養(yǎng)分。因此，本研究結(jié)果為下一步開展胡椒/檳榔間作根系分布、體系養(yǎng)分去向等的相關(guān)研究提供了思路。

本研究中，間作土壤速效磷含量顯著高于單作，一般認為，這與間作條件下枯枝落葉等凋落物的增加有關(guān)[14-15]。因為凋落物分解時可促進有機質(zhì)的形成，增加土壤微生物可利用碳源，從而增強土壤微生物與土壤酶活性，加快土壤氮素和磷素的礦化速率[14-15]。但由于胡椒易受水害，通常要求將枯枝落葉等清除干凈以保證排水通暢；而且間作作物檳榔屬于棕櫚科植物，葉片蠟質(zhì)化程度高，難以被土壤中微生物分解利用，對土壤有機質(zhì)的提升效果不明顯。這也在本研究結(jié)果中得到驗證，即單作和間作土壤有機質(zhì)含量沒有顯著性差異。有研究表明，間作體系中作物地下部互作不僅會增加作物細根數(shù)目和根系活性，直接提高作物根系活化和吸收養(yǎng)分的能力[16-18]，而且養(yǎng)分利用能力不同的作物之間可以互補，促進養(yǎng)分利用能力較差的作物對養(yǎng)分的吸收利用[9，19-20]。因此，本研究推斷，胡椒/檳榔體系中土壤磷鉀速效養(yǎng)分的提高主要與二者根系互作有關(guān)，但具體作用途徑尚不清楚，這也是下一步研究的重點。

在合理間作條件下，地上部和地下部互作可以形成良好的互饋效應(yīng)[21]。地上部光合優(yōu)勢促進光合產(chǎn)物的生產(chǎn)，增加作物對養(yǎng)分的需求；地下部相互促進則保證養(yǎng)分供應(yīng)充足，有利于地上部光合產(chǎn)物的生成，這種良性互饋作用最終使得間作優(yōu)勢充分發(fā)揮，實現(xiàn)資源的高效利用。本團隊的前期研究已證實胡椒/檳榔體系地上部表現(xiàn)為促進作用[5，22]，在此基礎(chǔ)上，進一步證明地下部促進作用的存在，并確定其具體作用途徑，則可以制定合理有效的田間管理措施，為充分發(fā)揮胡椒/檳榔間作優(yōu)勢提供理論依據(jù)。

綜上所述，相對胡椒單作，胡椒/檳榔提高了土壤中磷鉀速效養(yǎng)分的含量，促進了胡椒對磷、鉀的吸收，從而提高了胡椒產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率。胡椒/檳榔間作模式作物搭配合理、間作優(yōu)勢突出，適宜在中國海南胡椒優(yōu)勢種植區(qū)進行推廣。

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