新植蔗間作不同綠肥壓青還田的試驗研究及經濟效益分析

蘇利榮　譚裕模　何鐵光　秦芳　李琴　曾成城　李忠義　唐紅琴　韋彩會　董文斌

摘 ?要：為探討減施化肥條件下，間作綠肥壓青還田對甘蔗生長的影響及化肥的替代作用。試驗設計了6個處理，處理1（CK）：甘蔗常規施肥;處理2（H-LY）：化肥減施25%+12%營養元素當量綠豆綠肥還田+13%營養元素當量有機肥;處理3（H-LQ）：化肥減施25%+全量綠豆綠肥還田;處理4（H-Y）：化肥減施25%+25%營養元素當量有機肥;處理5（H-HD）：化肥減施25%+25%營養元素當量黑豆綠肥還田;處理6（H-HQ）：化肥減施25%+全量黑豆綠肥還田。研究結果表明，間作綠豆綠肥和黑豆綠肥在生育前期甘蔗的分蘗和甘蔗總苗數都較常規處理降低，間作黑豆還降低了甘蔗的葉片寬度。甘蔗化肥減施25%條件下，間作綠豆綠肥全量還田、12%營養元素當量間作綠豆綠肥還田+13%營養元素當量有機肥替代的蔗莖產量和經濟效益均達到常規對照水平。但間作黑豆壓青還田導致甘蔗減產，降低經濟效益。兼顧甘蔗產量、經濟效益、資源消耗及蔗地的地力提升各方面，甘蔗間作綠豆綠肥全量還田可以替代25%的甘蔗化肥，是值得推廣的一種模式。

關鍵詞：甘蔗;間作;化肥減施;綠肥;壓青還田

中圖分類號：S566.1 ? ? ?文獻標識碼：A

Experimental study and Economic Benefit Analysis of Different Green Manures Intercropping and Green Manure Returning in Newly Planted Sugarcane

SU Lirong， TAN Yumo， HE Tieguang*， QIN Fang， LI Qin， ZENG Chengcheng， LI Zhongyi， TANG Hongqin， WEI Caihui， DONG Wenbin

Agricultural Resources and Environmental Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007， China

Abstract： In order to study the effect of intercropping green manure and green manure returning to the fields on sugarcane growth and the substitution of chemical fertilizer under the condition of reducing fertilizer application， six treatment was designed， including conventional fertilization （CK）， chemical fertilizer reduction 25% + 12% nutrient equivalent mung bean green manure return to field + 13% nutrient equivalent organic manure（H-LY）， chemical fertilizer reduction25% + full mung bean green manure return to field （H-LQ）， chemical fertilizer reduction 25% +25% nutrient equivalent organic manure （H-Y）， chemical fertilizer reduction 25% +25% nutrient equivalent black bean green manure return to field（H-HD）， chemical fertilizer reduction 25% +full black bean green manure return to field（H-HQ）. The results showed that intercropping mungbean green manure and black bean green manure reduced the tillering and total seedling number of sugarcane， and the leaf width of sugarcane was reduce by intercropping with black bean green manure. There were no difference on the yield and economic benefit between conventional fertilization （CK）， chemical fertilizer reduction 25% +12% nutrient equivalent mung bean green manure return to field +13% nutrient equivalent organic manure（H-LY）， chemical fertilizer reduction25% + full mung bean green manure return to field （H-LQ）， chemical fertilizer reduction 25% +25% nutrient equivalent organic manure（H-Y）. But intercropping black bean green manure return to the field resulted in reduced sugarcane yield and economic benefit. Considering all aspects of sugarcane yield， economic benefit， resource consume and land capacity improvement， sugarcane intercropping mung bean green manure returned to the field is a model worth popularizing，it could replace 25% of sugarcane chemical fertilizer.

Keywords： sugarcane; intercropping; fertilizer reduction; green manure; green manure returning to fields

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.03.020

廣西是中國最大的糖蔗生產區，近年來甘蔗種植面積均保持在100萬hm2左右[1-2]。目前，廣西甘蔗每公頃施用N 400～800 kg，P2O5 150～ 300 kg和K2O 250～500 kg，肥料用量是巴西的3～ 10倍[3-4]。多年來，由于大量施用化肥，特別是偏施氮肥，廣西蔗地土壤性狀嚴重惡化，主要表現為酸性大[5]、養分不平衡[6-7]、有機質含量低[8]、板結等。同時大量施肥，導致甘蔗化肥當季利用率較低。有研究表明，廣西甘蔗對氮、磷、鉀肥利用率僅為21.2%、11.6%、21.1%，遠低于一些發達國家，如氮肥利用率上，巴西高達60%，阿根廷為70%，美國、墨西哥為40%[9]。過多肥料的施用，不僅過分地消耗不可再生的資源，還會對生態環境造成嚴重威脅。利用綠肥提高肥料利用率，降低化肥用量，形成和維持友好的土壤生態，降低生產成本等方面，前人做了大量的工作。王建紅等[10]的研究表明，紫云英翻壓量在60 t/hm2時可提高氮、磷、鉀的養分農學利用效率。肖嫩群等[11]的研究表明，施用綠肥可以提高木薯產量36%～158%。此外，綠肥還能提高微生物數量[12]和活性，活化富集土壤中礦質養分[13]，更新土壤腐殖質，增強植物根系土壤酶活性[14]，提高土壤有機質及土壤養分含量[15]，改善土壤理化性狀[16]、增強土壤通氣、保水和保肥能力[17]，緩解連作障礙[18]，增加田塊土壤耕層厚度等。

甘蔗種植行距大多為120 cm，其前期生長緩慢，從種植到封行需要3～4個月，如在生長前期間種生育期短的綠肥作物，既可增加復種指數，提高光能利用，還能抑制雜草的生長，通過翻壓綠肥還能培肥地力。為了響應國家化肥零生長的號召，探討多途徑有機肥替代部分無機肥的技術。本研究在前期研究的基礎上，選用2個株型和生長期比較適宜與甘蔗間作的綠肥品種與甘蔗進行間種，探討綠肥壓青還田和有機肥不同組合施用對甘蔗生長的影響及替代25%的甘蔗無機化肥的可能性，以期為廣西區域綠肥資源在甘蔗生產上的進一步利用提供參考依據和技術支持。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

試驗在廣西隆安縣農科所農場進行，前造作物為甘蔗，試驗地土壤為赤紅壤，其基本理化性狀為：全氮1400 mg/kg（w），全磷500 mg/kg（w），全鉀960 mg/kg（w），有機質27.4 g/kg，pH 4.61，速效氮93.0 mg/kg，速效磷24.6 mg/kg，速效鉀269.2 mg/kg。

供試甘蔗品種為‘桂糖49號，該品種為高糖品種。供試綠豆為廣西農業科學院農業資源與環境研究所選育的糧肥兼用綠豆品種‘桂綠豆3號，黑豆品種剛完成選育，還未通過鑒定。供試肥料為尿素（N=46%）、氯化鉀（k2O=60%）和鈣鎂磷肥（P2O5=18%）、有機肥（康富來生物有機肥，有機質含量45%，N+P2O5+K2O=5%）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗設計 ?為了探討有機肥替代25%的甘蔗無機化肥的可能性，試驗設計等量營養元素替代（處理2和處理5）和全量還田替代（處理3和處理6）2種模式。等營養元素替代處理中，根據綠肥田間生物量和養分含量，調節有機肥用量。當田間生產的綠肥總營養元素含量達到減施的25%的化肥總養分當量時，以綠肥當量替代減施的化肥;當田間生產的綠肥總營養元素含量未達到甘蔗減施25%化肥養分當量時，以有機肥補足以替代減施的化肥。根據各種綠肥田間生長情況，試驗設6種種植施肥處理，見表1。處理1（CK）：常規施肥;處理2（H-LY）：化肥減施25%+12%營養元素當量綠豆綠肥還田+13%營養元素當量有機肥;處理3（H-LQ）：化肥減施25%+全量綠豆綠肥還田;處理4（H-Y）：化肥減施25%+25%營養元素當量有機肥;處理5（H-HD）：化肥減施25%+25%營養元素當量黑豆綠肥還田;處理6（H-HQ）：化肥減施25%+全量黑豆綠肥還田。

根據間作豆肥的生長量，試驗處理及施肥量見表1。

甘蔗基肥和追肥比例：基肥為25%氮肥、100%磷肥、40%鉀肥;追肥為75%氮肥、0%磷肥、60%鉀肥。

1.2.2 ?試驗步驟 ?按表1的6種甘蔗種植模式設置6個試驗處理，試驗按隨機區組排列，重復3次。每個小區種植5行，行長10 m，行距120 cm，小區面積60 m2。甘蔗種植溝寬50 cm，深30 cm，種植前在溝內施用基肥，肥料與土壤拌均勻后下種。實驗步驟為：（1）甘蔗下種。下種日期2019年3月22日。選擇飽滿全莖種甘蔗作為種莖，蔗種按品字形擺放。每667 m2下種量為2750個雙芽段，蓋土層厚3～5 cm。（2）間作綠肥下種。綠/黑豆下種時間2019年4月11日，間作綠肥的時期依據前期研究結果而定[19]。間種種植方式為2行甘蔗行間間作2行綠/黑豆，甘蔗與綠/黑的行間為45 cm，綠/黑與綠/黑的行間距為30 cm，綠肥穴間距為20 cm，每穴點播3～4顆種子。（3）田間試驗數據檢測。2019年4月29日調查甘蔗出苗率;2019年5月23日調查甘蔗的分蘗率;2019年6月23日調查甘蔗+1葉葉片的長和寬，葉片寬以葉最寬處為準，2019年7月22日調查甘蔗總苗數;自2019年6月至2019年11月，于每月的20～26日測定一次甘蔗株高，株高以地面到甘蔗+1葉葉耳的高度為準。（4）追肥及田間管理。2019年6月11日集中追施氮磷鉀肥于離甘蔗根部5 cm處，并進行大培土。（5）綠肥植株樣品處理。2019年6月8日，隨機從甘蔗行間采取具有代表性的綠豆植株整株（包括根、莖、葉）約2 kg/小區，實驗室自來水洗凈并用蒸餾水潤洗，晾干水后稱鮮重并記錄。接著把綠豆植株砍成2 cm的段，混合均勻后取300 g樣品于烘箱中105 ℃殺青30 s，再65 ℃烘至恒重，稱重并記錄。最后粉碎至粉末，備測定氮、磷、鉀含量。（6）間作綠肥產量測定及壓青。2019年6月11日，在甘蔗施完氮磷鉀肥以后，將同一小區內所有的豆肥莖稈拔起，稱全重，根據試驗處理要求保留相應的綠肥量在小區內;再將綠肥均勻覆蓋在甘蔗行上，最后覆土10 cm。（7）蔗莖產量測定。2019年12月15日，按小區分別收獲甘蔗，按照糖廠進場要求處理蔗莖，小區單獨稱重。

1.2.3 ?項目測定 ?綠肥植株氮、磷、鉀含量分別按H2SO4-H2O2消煮-凱氏定氮法、H2SO4-H2O2消煮?鉬抗比色法、H2SO4-H2O2消煮?火焰光度法進行測定[20]。

1.3 ?數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2007軟件整理，采用SPSS 19.0軟件進行統計分析，3個均數間的差異顯著性檢驗采用Duncans多重比較法;2種綠肥生物產量及養分含量比較采用獨立樣本T檢驗法。

2 ?結果與分析

2.1 ?間作綠肥生長情況

如表2所示，在甘蔗行間間作綠豆綠肥的鮮草產量為15835.5k g/hm2，其富集的N、P2O5、K2O養分分別為68.1、19.6、99.6 kg/hm2。間作黑豆綠肥的鮮草產量達23401.2 kg/hm2，顯著高于綠豆綠肥（t=?4.213）。黑豆綠肥富集的N、P2O5、K2O養分分別達到115.4、26.3、121.5 kg/hm2，均顯著高于綠豆綠肥（tN=?5.648，tP2O5=?3.166，tK2O=?2.141）。由此可見，綠肥生物量的大小直接決定其還田養分攝入的大小。通過與表1的甘蔗施肥量比較，間作2種綠肥能富集到甘蔗常規N施用量的1/5～1/3，P2O5施肥量的1/10，K2O施用量的1/4～1/3。

2.2 ?不同處理對甘蔗前期生長特性的影響

由表3可以看出，間作與否對甘蔗的出苗沒有顯著影響。而間作對甘蔗分蘗影響的大小因綠肥種類的不同而不同。如表3，間作黑豆綠肥顯著降低了甘蔗的分蘗率，較不間作的常規CK處理降低了33.44%～33.70%，而間作綠豆綠肥對甘蔗分蘗的影響較小。從7月份的甘蔗總苗數看，沒有間作的CK處理和H-Y處理的甘蔗總苗數最多，其次是間作綠豆的H-LY處理和H-LQ處理，再次是間作黑豆的H-HD處理和H-HQ處理，說明間作降低了甘蔗的總苗數，但尚未達顯著水平，即間作不會造成總苗數的顯著減少。從甘蔗拔節前期（6月23日）的葉片長寬度數據看，間作與否對甘蔗葉片長度沒有顯著影響，但對甘蔗葉片寬度的影響受間作綠肥種類的影響。如表3所示，間作綠豆綠肥對甘蔗的葉片寬度沒有影響，但間作黑豆綠肥較常規的CK處理顯著降低了甘蔗的葉片寬度，降幅達8.51%～10.64%。

2.3 ?不同處理甘蔗株高變化規律

從圖1可以看出，6?9月是甘蔗的快速生長期，該階段甘蔗獲得的株高約占整個生育期的70%，所以這個時期對甘蔗的產量形成有關鍵性作用。除了在8月22日間作黑豆處理較其他處理降低了甘蔗的株高外，其他生育期各處理間的甘蔗株高差異不顯著。說明間作對甘蔗個體發育的影響并不是很大。

2.4 ?不同處理甘蔗產量性狀

2.4.1 ?甘蔗有效莖數 ?從表4可以看出，甘蔗有效莖數高低依次為H-Y處理>CK處理>H-LQ處理>H-LY處理>H-HD處理>H-HQ處理。可見施用有機肥（H-Y處理）提高了甘蔗的有效莖數，但與CK間的差異未達顯著水平，說明施用有機肥不會顯著提高甘蔗的有效莖數。而間作綠肥顯著降低了甘蔗的有效莖數。其中，間作綠豆綠肥（H-LY、H-LQ處理）較不間作（CK、H-Y處理）降低甘蔗有效莖數達13.31%～20.83%;間作黑豆綠肥（H-HD、H-HQ處理）較不間作的（CK、H-Y處理）降低甘蔗有效莖數達19.01%～ 24.29%。間作黑豆綠肥降低甘蔗有效莖數略大于間作綠豆綠肥，但差異尚未達顯著水平，說明間作綠肥種類不會顯著影響甘蔗的有效莖數。

2.4.2 ?甘蔗單莖重 ?甘蔗單莖重處理質量順序依次為H-LQ處理>H-LY處理>H-HQ處理>CK>H-HD處理>H-Y處理。從表4可以看出，甘蔗單莖重受間作綠肥種類影響較大。其中，間作綠豆綠肥還田（H-LY、H-LQ處理）的甘蔗單莖重較常規CK處理高12.24%～12.98%，但未達顯著水平，說明間作綠豆綠肥對甘蔗單莖重影響不顯著;而間作綠豆綠肥還田（H-LY、H-LQ處理）的甘蔗單莖重較H-Y處理顯著高16.59%～ 17.36%。說明不同有機肥種類替代會直接影響甘蔗的單莖重。間作黑豆綠肥還田（H-HD、H-HQ處理）的甘蔗單莖重與不間作處理（CK及H-Y處理）間的差異不顯著。對比2種綠肥的不同還田量處理，均發現全量還田略優于等量還田（H-LQ與H-LY、H-HQ與H-HD）的趨勢，但這種影響未達到顯著水平。

2.4.3 ?蔗莖產量 ?甘蔗蔗莖產量處理高低依次為CK>H-Y處理>H-LQ處理>H-LY處理>H-HQ處理>H-HD處理（表4）。其中，CK、H-Y、H-LQ、H-LY處理間的差異均不顯著，說明25%營養元素當量有機肥、12%營養元素當量綠豆綠肥還田+13%營養元素當量有機肥、全量綠豆綠肥還田均可替代25%的甘蔗化肥。同時，全量綠豆綠肥還田替代的H-LQ處理的甘蔗莖產量略優于12%營養元素當量綠豆綠肥還田+13%營養元素當量有機肥替代的H-LY處理，但差異未達到顯著水平。說明在甘蔗種植中，一定量的綠肥肥效相當于有機肥的肥效。而間作黑豆還田的H-HQ和H-HD處理都引起甘蔗減產，其中H-HQ處理較CK減產15.29%，H-HD處理較CK減產21.26%。

2.5 ?經濟效益分析

經濟效益如表5所示。由表4、5可以看出，各處理甘蔗的產值和利潤均與產量一致，表現為間作黑豆綠肥低于其他處理。從產投比數據看，由于投入的不同，各處理的產投比高低依次為：H-LQ處理>CK>H-LY處理>H-Y處理>H-HQ處理>H-HD處理。其中H-LQ與H-LY、H-Y、H-HQ、H-HD處理的差異達到顯著水平。H-LQ較H-Y處理顯著高11.49%。雖然H-LQ處理的產投比與CK相當，但H-LQ處理給土壤提供大量的有機物質，其生態效應不可忽視，所以從兼顧甘蔗利潤和培肥地力的角度，甘蔗間作綠豆綠肥全量還田是值得推廣的模式。

3 ?討論

間作看似簡單，實際上是一個受多種因素綜合交錯影響的系統，存在生物之間、個體與群體之間、不同時期、不同生態條件下、不同生長特性的作物（種類）在某一特定時期內的相互調節和平衡的過程，在調節和平衡過程中，個體和群體的農藝性狀受到不同的影響，最終表現在不同的生物產量或經濟效益上。本研究結果表明，甘蔗化肥減施25%條件下，間作綠豆綠肥全量還田、12%當量間作綠豆綠肥還田+13%當量有機肥替代、當量有機肥替代處理的蔗莖產量均達到常規對照產量水平，而間作黑豆綠肥不管是等量還田還是全量還田，均較常規對照甘蔗產量降低，降低幅度達15.29%～21.26%，從而降低了經濟效益。

甘蔗產量是單位面積甘蔗有效莖數和單莖重的乘積。有效莖數反映的是甘蔗群體性狀，受環境因素影響更直接[21]。本試驗發現，間作綠豆綠肥壓青還田降低甘蔗有效莖數13.31%～20.83%;間作黑豆綠肥壓青還田降低甘蔗有效莖數19.01%～24.29%。在甘蔗與豆肥間作期間，豆肥與甘蔗苗對自然資源，特別是對光照的競爭，對甘蔗分蘗產生了一定的負面影響[22]，降低了甘蔗生長前期的總苗數（表2，甘蔗7月的總苗數），一定程度上降低了甘蔗的有效莖數。而2種綠肥對甘蔗有效莖數的影響也存在較大差異，這主要受2種綠肥株型大小的影響。間作黑豆綠肥的株型較綠豆綠肥高大，對甘蔗苗產生較大的蔭蔽作用，使甘蔗幼苗受光減少，從而減少了間作甘蔗的有效分蘗數[23]。

甘蔗單莖重屬于甘蔗的個體性狀。本研究結果表明，間作綠豆綠肥壓青還田的甘蔗單莖重較常規對照高12.24%～12.98%，較25%當量有機肥替代高16.59%～17.36%。甘蔗單莖重增加有2個原因，一是在甘蔗分蘗末期（甘蔗大培土時期）綠豆綠肥已經壓青還田，改善了田間通透度，給甘蔗生長提供更好的條件。另一方面，綠豆綠肥壓青還田為甘蔗生長提供大量的養分。本研究中，間作的綠豆綠肥所富集的養分約占廣西甘蔗N肥施用量的1/5～1/3，P2O5施肥量的1/10，K2O施用量的1/4～1/3。前期研究表明，在甘蔗生長期內，綠豆綠肥的N、P2O5和K2O在甘蔗生育期內的腐解率分別達63.02%、53.78%和91.40%[24]。同時綠肥還田還改善了蔗地土壤環境[25-26]，從而促進了甘蔗的生長。而間作黑豆綠肥壓青還田并沒有這樣的優勢，這是由于甘蔗與黑豆共生期間，黑豆生長比較旺盛，對單株甘蔗的生長產生較大的抑制作用，這種影響即使在后來間作關系解除以后，甚至黑豆綠肥壓青還田提供大量養分條件下也無法彌補。

雖然間作綠豆綠肥會減少甘蔗的分蘗，從而影響甘蔗的有效莖數，但在一定影響范圍內，甘蔗通過群體與個體的相互調節和平衡，以提高甘蔗單莖重來消除間作對有效莖數的影響，最終穩定了甘蔗產量。但間作黑豆的情況則不同，黑豆與甘蔗共生期間，黑豆對甘蔗生長影響過大，這種影響超過了甘蔗的自我調節能力，最終引起減產。因此，合理的甘蔗間作作為一種高產高效的種植方式，應符合如下基本原則[27]：（1）作物安排主、次分明，互相兼顧;（2）根據間作作物生育期的長短，確定最適宜的主、間作作物種植期;（3）根據間作作物株型、熟期、勞力及田間管理的實際情況，確定間作方式，以建立通風透光條件良好的間作群體;（4）根據主、間作作物不同生育階段的生長特點，采取相應的管理措施。在甘蔗間作模式中，主要還是關注間種是否對甘蔗生長及產量產生影響[28]。因此，甘蔗產量是否穩定是評價間作系統是否成功的關鍵指標之一。

本研究結果表明，兼顧甘蔗產量、經濟效益、資源消耗及蔗地的地力提升各方面，甘蔗間作綠豆綠肥全量還田可以替代25%的甘蔗化肥，是值得推廣的一種模式。

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責任編輯：白 ?凈

收稿日期 ?2020-04-18;修回日期 ?2020-05-08

基金項目 ?國家重點研發計劃項目（No. 2018YFD0201100）;國家綠肥產業技術體系建設項目（No. CARS-22）;廣西農業科學院優勢團隊項目（桂農科2018YT07）。

作者簡介 ?蘇利榮（1977—），女，博士，副研究員，研究方向：植物營養、作物栽培、耕地保育。*通信作者（Corresponding author）：何鐵光（HE Tieguang），E-mail：tghe118@163.com。，