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      甘蔗間作系統(tǒng)生產(chǎn)力分析及適宜品種篩選

      2024-06-28 02:58:07安東升嚴(yán)程明劉洋趙寶山孔冉蘇俊波徐志軍
      關(guān)鍵詞:甜玉米生產(chǎn)力花生

      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)。

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