林占熺 ,林冬梅 ,孫紅英 ,林占森 ,林應(yīng)興 ,胡應(yīng)平

(國(guó)家菌草工程技術(shù)研究中心 ,福州350002)

菌草與大豆混種降低大豆產(chǎn)量但提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益
——以中國(guó)援盧旺達(dá)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范項(xiàng)目為例

林占熺 ,林冬梅 ,孫紅英 ,林占森 ,林應(yīng)興 ,胡應(yīng)平

(國(guó)家菌草工程技術(shù)研究中心 ,福州350002)

選取大豆和巨菌草 ,在丘陵地區(qū)的坡地開展傳統(tǒng)順坡種植大豆與梯田豆草混種的比較實(shí)驗(yàn) ,考察大豆單種和大豆與菌草混種對(duì)大豆產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響.結(jié)果表明:梯田大豆與菌草混種系統(tǒng)的大豆年產(chǎn)量為9 355 kg?hm－1,低于傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)(P<0.05).在大豆產(chǎn)量各構(gòu)成因素中 ,大豆與菌草混種系統(tǒng)與傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)均無顯著差異(P>0.05).收割后的巨菌草無論是直接出售還是用來培養(yǎng)紫孢平菇 ,大豆與菌草混種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益都顯著高于大豆單種系統(tǒng)(P<0.01).大豆與菌草混種雖然降低大豆產(chǎn)量 ,但提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益.

大豆；混種；巨菌草；生態(tài)系統(tǒng)功能；紫孢平菇

自上世紀(jì)90年代以來生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能研究有大量報(bào)道 ,但目前仍然是生態(tài)學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)[1 ,2 ,3 ,4].物種多樣性是生物多樣性最主要的結(jié)構(gòu)和功能單位[5],主要包括物種組成和物種豐富度[3].物種組成是指生態(tài)系統(tǒng)中物種種類組合[6].物種組成對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響 ,在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中被廣泛研究[7 ,8].

巨菌草(Pennisetum sp.)是由福建農(nóng)林大學(xué)菌草研究所的林占熺研究員采用三級(jí)系統(tǒng)篩選法篩選出的一種菌草 ,后經(jīng)改良培育成的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)菌草[9].巨菌草原產(chǎn)非洲 ,是禾本科狼尾草屬的一種多年生C4植物 ,適宜在熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)生長(zhǎng).巨菌草是人工栽培的首選菌草草種 ,目前廣泛種植于亞洲的中國(guó)、馬來西亞 ,非洲的盧旺達(dá)、萊索托、南非、埃及 ,大洋洲的巴布亞新幾內(nèi)亞等國(guó)家和地區(qū).巨菌草一次種植可多年多次收割 ,收割部分既可以直接用作草食動(dòng)物牛、羊和鹿等的優(yōu)質(zhì)綠色安全草飼料[10 ,11],又可以作為栽培香菇、靈芝等食、藥用菌的培養(yǎng)料[12].此外 ,栽培食、藥用菌后的菌糟 ,可作為有機(jī)肥料直接還田利用.因此 ,可以形成植物—?jiǎng)游铩飳?duì)資源的高效循環(huán)利用.

農(nóng)作物與菌草混種對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響還未見報(bào)道.已有大豆(Glycine max)與旗草(Brachiaria bri-zantha)、尾稃草屬的Urochloa ruziziensis和Urochloa brizantha混種表明 ,混種不影響大豆產(chǎn)量[13 ,14],但提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)收入[13].然而 ,大豆(Glycine max)亞麻混種可以提高作物產(chǎn)量[15].這種矛盾的結(jié)果可能與混種的植物種類不同有關(guān) ,因?yàn)椴煌参锏男螒B(tài)、營(yíng)養(yǎng)偏好和根系分泌的化學(xué)組成和數(shù)量通常存在差異 ,導(dǎo)致不同植物混種時(shí)出現(xiàn)多種多樣性效應(yīng)[3 ,16 ,17 ,18].菌草單種的研究表明 ,巨菌草能夠提高土壤微生物功能多樣性[19]；增加土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮含量[19]；增加群落植物和昆蟲多樣性[20].基于此 ,可以假設(shè):(1)由于多樣性的互補(bǔ)效應(yīng) ,豆草混種增加植物生物量；(2)既然菌草能夠提高土壤肥力 ,那么與土壤營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的大豆產(chǎn)量也應(yīng)發(fā)生改變；(3)由大豆與菌草混種誘發(fā)下的大豆產(chǎn)量改變與大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素間存在一定的關(guān)系.為了檢驗(yàn)這些假設(shè) ,本文在坡地上開展了傳統(tǒng)順坡大豆單種系統(tǒng)與梯田大豆與菌草混種系統(tǒng)的比較試驗(yàn).目的是研究:(1)巨菌草與大豆混種是否能夠增加大豆產(chǎn)量?(2)如果混種能夠增加大豆產(chǎn)量 ,那么是提高了大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素中的哪個(gè)或哪幾個(gè)因素?(3)梯田大豆與菌草混種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益構(gòu)成較傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)發(fā)生怎樣的變化?

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

盧旺達(dá)地處尼羅河的源頭 ,位于非洲中東部赤道南側(cè) ,為內(nèi)陸國(guó)家.盧旺達(dá)境內(nèi)多山 ,有“千丘之國(guó)”的稱謂.經(jīng)濟(jì)以農(nóng)牧業(yè)為主 ,農(nóng)牧業(yè)人口占全國(guó)人口的90%以上.實(shí)驗(yàn)地位于盧旺達(dá)南方省胡耶地區(qū)魯博納MARA村(29°52′E ,02°31′S).該地區(qū)為熱帶草原氣候 ,根據(jù)中國(guó)政府援盧旺達(dá)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范中心氣象站資料 ,年平均氣溫18.5℃.全年分為兩個(gè)旱季和兩個(gè)雨季 ,3－5月為大雨季 ,10－12月為小雨季 ,年平均降水量為1250 mm.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與植物配置

試驗(yàn)于2014年2月－2014年6月 ,在MARA村的坡地上開展.2014年3月 ,從盧旺達(dá)胡耶地區(qū)魯博納鄉(xiāng)鎮(zhèn)合作社獲得了當(dāng)?shù)刂髟源蠖?,從中國(guó)福建農(nóng)林大學(xué)菌草所引進(jìn)了適用性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性好的巨菌草.

試驗(yàn)設(shè)兩組群落處理 ,分別是傳統(tǒng)順坡種植大豆和等高線菌草活籬笆＋梯田套中大豆.其中 ,等高線菌草活籬笆＋梯田套中大豆模式由中國(guó)援盧旺達(dá)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范中心專家于2013年10月指導(dǎo)開墾.2014年3月20日 ,在一塊坡度為14.的試驗(yàn)地 ,采用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)方式 ,順坡播種大豆 ,種植密度為25 cm×25 cm ,每穴播種2株.在同一坡面和相同海拔高度的另一梯田試驗(yàn)地種植大豆和巨菌草.兩塊試驗(yàn)地的面積均為100 m2,各施用200 kg的基肥.基肥是一種有機(jī)肥 ,是種植完紫孢平菇后不能再長(zhǎng)出菇的菌糟.植物由MARA村村長(zhǎng)一人專管 ,按照當(dāng)?shù)馗髁?xí)慣和條件 ,后期未施用任何肥料、未噴施殺蟲劑和殺菌劑.

1.3 取樣與參數(shù)計(jì)算

待大豆成熟時(shí)(6月6日) ,在各試驗(yàn)地對(duì)角線上隨機(jī)選取5個(gè)1 m2的樣方.在每個(gè)樣方內(nèi) ,隨機(jī)選取10株大豆進(jìn)行考種.用尺子測(cè)定樣品的株高、莖粗和結(jié)莢高度.對(duì)樣品的單穗粒數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)后 ,將大豆穗放在烘箱中105℃殺青60 min后65℃烘72 h至恒重.稱量大豆的單株粒重和百粒重 ,并計(jì)算大豆產(chǎn)量.大豆在當(dāng)?shù)匾荒攴N兩茬 ,因此 ,大豆年產(chǎn)量是當(dāng)季產(chǎn)量的2倍.

在梯田的田坎上隨機(jī)選取3個(gè)1 m×1 m的樣方.收割巨菌草的地上部分 ,并帶回實(shí)驗(yàn)室稱量鮮重.巨菌草每隔約30 d收割1次 ,1年可收割12次 ,除去旱季的影響 ,1年按10次計(jì)算.

1.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)效益是出售大豆、巨菌草鮮草或紫孢平菇獲得的經(jīng)濟(jì)收益減去生產(chǎn)它們的成本投入.經(jīng)濟(jì)收入是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量乘以價(jià)格.成本投入包括生產(chǎn)過程中的大豆種子費(fèi)、各種人工費(fèi)、設(shè)備費(fèi)等各種費(fèi)用.按當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)價(jià)格計(jì)算 ,大豆價(jià)格為600盧旺達(dá)法郎(RWF?kg－1)、巨菌草鮮草價(jià)格為25 RWF?kg－1、紫孢平菇的價(jià)格為1000 RWF?kg－1.

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

所有方差分析均在SPSS 16.0軟件中完成.所有數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示.各圖中不同的大寫字母代表差異顯著 ,相同的大寫字母代表差異不顯著.

2 結(jié)果

2.1 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益

梯田大豆與巨菌草混種和傳統(tǒng)順坡大豆單種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)投入見表1.收割后的巨菌草經(jīng)過一系列處理后 ,用來培養(yǎng)紫孢平菇的經(jīng)濟(jì)投入見表2.

表1 生產(chǎn)大豆和巨菌草的投入情況Table 1 Investment in the production of Glycine max and Pennisetum giganteum

表2 生產(chǎn)紫孢平菇的投入情況Table 2 Investment in the production of pleurotus

方差分析表明 ,梯田大豆與菌草混種系統(tǒng)的大豆經(jīng)濟(jì)效益與傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)無顯著差異(P>0.05 ,圖1－A).大豆與菌草混種系統(tǒng)的巨菌草鮮草經(jīng)濟(jì)效益為1472393 RWF?hm－2?a－1(P<0.001 ,圖2).巨菌草鮮草收割后直接出售 ,大豆與菌草混種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益為3961172 RWF?hm－2?a－1(P<0.01 ,圖1－B) ,顯著高于大豆單種系統(tǒng)(2915240 RWF?hm－2?a－1) ,大豆與菌草混種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益是傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)的1.36倍.大豆與菌草混種系統(tǒng)的紫孢平菇經(jīng)濟(jì)效益為15866100 RWF?hm－2?a－1(P<0.001 ,圖2).巨菌草收獲后用來生產(chǎn)紫孢平菇出售 ,大豆與菌草混種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益為18354879 RWF?hm－2?a－1(P< 0.001 ,圖1－C) ,顯著高于大豆單種系統(tǒng) ,大豆與菌草混種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益是傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)的6.30倍.

圖1 兩種群落處理下的經(jīng)濟(jì)效益Fig.1 Economic benefits in the two community treatments

圖2 巨菌草產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益Fig.2 The economic benefits of giant Juncao grass products

2.2 大豆產(chǎn)量

兩種群落處理間的大豆產(chǎn)量差異顯著(P<0.05 ,表3).其中 ,傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)的大豆產(chǎn)量為6296 kg ?hm－2?a－1,是梯田大豆與菌草混種系統(tǒng)的1.2倍.在大豆產(chǎn)量各構(gòu)成因素中 ,大豆與菌草混種系統(tǒng)與傳統(tǒng)順坡系統(tǒng)的單株粒數(shù)、單株粒重和百粒重均無顯著性差異(P>0.05 ,表3).

2.3 大豆植株性狀

梯田大豆與菌草混種系統(tǒng)的株高、莖粗和結(jié)莢高度顯著高于傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)(P<0.05).但分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)和主莖間長(zhǎng)度在兩系統(tǒng)中無顯著差異(表4).

表3 兩種群落處理下大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤1)Table 3 Means and standard errors of soybean yield components in the two community treatments

表4 兩種群落處理下大豆植株性狀的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤1)Table 4 Means and standard errors of soybean plant characters in the two community treatments

3 討論

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中 ,大豆與牧草間作提高了經(jīng)濟(jì)收益[13].本試驗(yàn)中 ,大豆與菌草混種提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益 ,說明植物多樣性對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益具有正效應(yīng).這是由于大豆與菌草混種雖然未能提高系統(tǒng)的大豆產(chǎn)量 ,但大豆與菌草混種系統(tǒng)生產(chǎn)的巨菌草可以獲得一部分收入.由于菌草是用作栽培食、藥用菌培養(yǎng)基的草本植物[9],而巨菌草是一種優(yōu)質(zhì)菌草 ,適宜栽培紫孢平菇、靈芝等食藥用菌[12],因此 ,收割下來的巨菌草經(jīng)過晾曬、粉碎、裝袋、消毒和接種等一系列工序后用來生產(chǎn)紫孢平菇.巨菌草用來生產(chǎn)紫孢平菇出售時(shí) ,大豆與菌草混種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益是大豆單種系統(tǒng)的6.30倍.同時(shí) ,由于巨菌草也是一種優(yōu)質(zhì)飼草 ,它的營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性好[10],因此 ,收割下來的巨菌草可以直接到當(dāng)?shù)氐氖袌?chǎng)上出售.雖然巨菌草的鮮草價(jià)格僅是當(dāng)?shù)卮蠖箖r(jià)格的1/24 ,但是大豆與菌草混種系統(tǒng)巨菌草的產(chǎn)量確是大豆產(chǎn)量的17倍 ,因此 ,巨菌草鮮草出售對(duì)大豆與菌草混種系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的貢獻(xiàn)也高達(dá)37%.巨菌草鮮草直接出售時(shí) ,大豆與菌草混種系統(tǒng)的總經(jīng)濟(jì)效益是大豆單種系統(tǒng)的1.36倍.考慮經(jīng)濟(jì)效益 ,梯田大豆與菌草混種系統(tǒng)比傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)更具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力 ,巨菌草種紫孢平菇比鮮草直接售賣更具經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力.

在草地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中 ,植物多樣性提高了植物生物量[21－23].大豆與旗草、尾稃草屬的Urochloa ruziziensis和Urochloa brizantha混種不影響大豆產(chǎn)量[13 ,14].本文中 ,雖然大豆與菌草混種提高了大豆株高、莖粗和結(jié)莢高度 ,但不影響單株粒數(shù)、單株粒重和百粒重.此外 ,由于大豆與菌草混種系統(tǒng)除了種大豆外 ,還有23%的面積種植巨菌草 ,因此 ,大豆與菌草混種系統(tǒng)的大豆產(chǎn)量低于大豆單種系統(tǒng).雖然豆草混種系統(tǒng)的大豆產(chǎn)量低 ,但卻生產(chǎn)出了產(chǎn)量高的巨菌草.

與傳統(tǒng)順坡大豆系統(tǒng)相比 ,大豆與菌草混種能夠提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益.這是由于 ,豆草混種增加了巨菌草的額外收益.收割后的巨菌草栽培紫孢平菇比鮮草直接售賣更具經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力.為了更好的理解和解釋大豆與菌草混種的多樣性效應(yīng) ,未來需要進(jìn)一步研究豆草混種對(duì)豆草營(yíng)養(yǎng)和土壤養(yǎng)分的影響.

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(責(zé)任編輯:吳顯達(dá))

Juncao-soybean mixed cropping decreased soybean production but enhanced economic benefits—With China-Rwanda agriculture technology demonstration project as example

LIN Zhan-xi ,LIN Dong-mei ,SUN Hong-ying ,LIN Zhan-sen ,LIN Ying-xing ,HU Ying-ping
(National Engineering Research Center of Juncao ,Fuzhou 350002 ,China)

Soybean(Glycine max)and giant Juncao grass(Pennisetum giganteum)were cultivated to compare production and eco-nomic benefits between traditional soybean monoculture and polyculture of soybean-Juncao on terrace system in Rwanda.Results showed that soybean-Juncao mixed cropping had lower soybean production(9 355 kg?hm－1?a－1)than traditional soybean mono-culture(P<0.05).While yield conponents ,pod per plant ,grain per plant ,whole plant weight ,weight per 100 grains ,percentage of damaged seed ,rate of diseased grain ,were the same between the soybean-Juncao mixed cropping and the sorghum monoculture.The economic benefits of soybean-Juncao mixed cropping were significantly higher than that in soybean monoculture(P<0.01) ,the cut-ting part of giant Juncao grass can be used as livestock feed or to cultivate pleurotus.

Glycine max；hybrid；Pennisetum giganteum；ecosystem function；pleurotus(Pleurotus ostreatus)

S184

A

1671-5470(2015)06-0624-05

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2015.06.011

2014－12－10

2015－09－23

中國(guó)商務(wù)部對(duì)中國(guó)援盧旺達(dá)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范中心資助(132200010)；國(guó)家自然科學(xué)基金(31500265).

林占熺(1943－) ,男 ,研究員.研究方向:菌草技術(shù)的研究、推廣與教學(xué)工作.Email:lzxjuncao＠163.com.