綠豆/黑豆壓青還田下減量施肥對宿根甘蔗產量和主要農藝性狀的影響

蘇利榮 譚裕模 秦 芳 李琴 曾成城 李忠義韋彩會 董文斌 梁俊 何鐵光

（1廣西農業科學院農業資源與環境研究所，530007，廣西南寧；2廣西益譜檢測技術有限公司，530007，廣西南寧）

甘蔗是廣西重要的經濟作物，已成為農民增收的支柱產業。但甘蔗生長期長、生物量大，需肥量相對較多。為了獲得更高的產量，生產上往往大量施用化肥。謝金蘭等[1]和尚懷國等[2]報道，我國多數蔗區化肥施用量為N 594～777kg/hm2、P2O5465～513kg/hm2和 K2O 495～585kg/hm2，是世界平均水平的2～3倍。施入土壤的大部分肥料不能被甘蔗直接利用，譚宏偉等[3]研究表明，甘蔗對氮、磷和鉀肥的利用率分別僅為21.2%、11.6%和21.1%。長期大量施用化肥，一方面使土壤質量變差，化肥當季利用率低；另一方面肥料通過徑流、下滲和揮發等進入水域，給生態環境帶來很大風險[4]。《全國農業可持續發展規劃（2015-2030年）》指出，化肥過量投入和耕地質量偏低是我國農業可持續發展的主要障礙因素。農業部于2015年2月提出《化肥使用量零增長行動方案》，指出到2020年實現主要農作物化肥使用量零增長的目標，肥料的施用將進入逐年減少的模式，因此各種肥料替代措施是未來一段時間內需要關注的焦點。國內外大量研究表明，利用種植綠肥具有培肥地力[5]、替代化肥[6]、控制污染[7]和提高作物產量等作用。在無機肥料推廣以前，綠肥、農家肥及其他豆科作物的種植和利用始終作為增加土壤養分供應的主要來源。利用種植綠肥是提高耕地質量和減少化肥施用的有效途徑之一。前期研究[8]發現，新植甘蔗間作綠豆壓青還田替代25%的甘蔗化肥不會引起減產，但間作黑豆降低了新植蔗的蔗莖產量。為探究次年的宿根蔗種植中繼續間作2種綠肥翻壓代替化肥對宿根蔗的產量影響，本研究在新植蔗研究基礎上，主要探究宿根甘蔗―綠豆/黑豆間作壓青還田下減量施肥對產量和主要農藝性狀的影響，為這2種綠肥資源的進一步利用提供依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于廣西壯族自治區隆安縣農業科學技術研究所農場進行，土壤為赤紅壤。宿根試驗是在新植蔗試驗基礎上開展的，供試甘蔗品種為“桂糖49號”，綠肥品種為糧肥兼用綠豆品種“桂綠豆3號”和黑豆，供試肥料為尿素（N=46%）、氯化鉀（K2O=60%）和鈣鎂磷肥（P2O5=18%）、有機肥（有機質含量45%，N+P2O5+K2O=5%）。

1.2 試驗設計

為了探討綠肥/有機肥連續多年替代甘蔗化肥對甘蔗生長的影響，本試驗在綠肥/有機肥替代1年新植蔗化肥的基礎上，于2020年的宿根蔗繼續設計6個試驗處理，分別為常規施肥（CK）、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（H-LY）、化肥減施25%+全量綠豆綠肥還田（H-LQ）、化肥減施25%+25%營養元素當量有機肥（H-Y）、化肥減施25%+25%營養元素當量黑豆綠肥還田（H-HD）和化肥減施25%+全量黑豆綠肥還田（H-HQ）。常規處理的施肥量為純氮 330kg/hm2、P2O5225kg/hm2和 K2O 360kg/hm2。各處理施肥量如表1。

表1 試驗處理及N、P2O5和K2O施用量Table 1 Dosages of N,P2O5and K2O in treatments kg/hm2

基肥為氮肥25%、磷肥100%和鉀肥40%；追肥為氮肥75%、磷肥0%和鉀肥60%。2020年3月7日施用宿根蔗基肥，3月11日在行間間作2行綠/黑豆綠肥，5月21日進行大培土及綠肥翻壓。于同年12月4日收獲宿根蔗。在宿根蔗行的兩邊各開1條8～10cm深的施肥溝，施肥溝距甘蔗根部10～15cm，施基肥。

1.3 測定項目與方法

2020年4月9日和16日調查宿根蔗的總苗數，統計甘蔗的發株數，4月30日調查分蘗數；從2020年6月至11月，以地面到甘蔗正1葉葉耳的高度為準，每月測定1次株高。

隨機從甘蔗行間采取具有代表性的綠豆植株整株（包括根、莖和葉）約2kg/小區，用自來水洗凈并用蒸餾水潤洗，晾干后稱鮮重。接著把綠豆植株切成2cm的段，混合均勻后取300g樣品于烘箱中105℃殺青30min，再65℃烘至恒重，稱重。最后粉碎至粉末用于測定氮、磷和鉀含量。綠肥植株氮、磷和鉀含量分別按H2SO4-H2O2消煮―凱氏定氮法、H2SO4-H2O2消煮―鉬抗比色法和H2SO4-H2O2消煮―火焰光度法進行測定。

施完氮、磷、鉀化肥以后，把同一小區內所有的豆肥莖稈拔起，稱重，根據試驗處理要求保留相應的綠肥量在小區內。把綠肥均勻覆蓋在甘蔗行上，最后覆土10cm。按小區分別收獲甘蔗，小區單獨稱重。

甘蔗成莖率=收獲期的有效莖數/拔節前甘蔗總苗數。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2007軟件整理試驗數據，SPSS 19.0軟件進行統計分析，采用Duncan多重比較法進行差異顯著性檢驗。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，2020年宿根甘蔗行間間作綠豆的綠肥產量為12 578.40kg/hm2，其富集的N、P2O5、K2O養分分別為55.60、14.50、67.60kg/hm2。間作黑豆的綠肥產量達19 045.40kg/hm2，黑豆綠肥富集的N、P2O5、K2O養分分別達到88.90、20.00、107.10kg/hm2，均顯著高于綠豆綠肥（t產量=-2.491，tN=-2.757，tP2O5=-2.011，tK2O=-2.716)。與 2019 年相比，新植甘蔗間作的綠豆和黑豆綠肥的鮮草產量[8]，2020年宿根蔗間作產生的綠豆綠肥和黑豆綠肥的鮮草產量分別降低25.89%和22.87%。可見，宿根甘蔗較新植甘蔗降低間種綠肥的鮮草產量。

表2 不同綠肥間作模式下綠肥產量及養分含量Table 2 Yield and nutrient content of green manure in different intercropping modes kg/hm2

2.2 不同處理對甘蔗前期發株和分蘗的影響

本試驗是在新植試驗基礎上開展的，新植實施不同處理后對甘蔗的總苗數、有效莖數和甘蔗產量產生了顯著影響，為明確其差異對宿根蔗試驗有何影響，用2年的試驗數據進行協方差分析，發現除了新植蔗產量與試驗處理的交互作用對宿根甘蔗單莖重有顯著影響外，新植蔗的其他性狀與試驗處理的交互作用均未達到顯著水平，說明宿根試驗是在比較一致的試驗條件下開展的。

從2年的試驗結果看，2019年新植蔗間作黑豆綠肥顯著降低了甘蔗的分蘗率（33.44%～33.70%），而間作綠豆綠肥對甘蔗分蘗的影響不顯著[8]。2020年第1年宿根蔗的前期生長情況如表3所示，甘蔗間作綠豆綠肥和黑豆綠肥對宿根甘蔗的發株數、分蘗數和拔節前總苗數沒有顯著影響。可見，不同種植年限的甘蔗間作綠豆綠肥和黑豆綠肥對甘蔗前期的生長影響不同。

表3 不同處理宿根甘蔗發株和分蘗情況Table 3 Emergence and tillering of ratoon sugarcane in different treatments

2.3 不同處理甘蔗株高變化規律

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%，所以這個時期是產量形成的關鍵期。由圖1可知，不同生育期各處理間的甘蔗株高差異不顯著。說明間作對宿根蔗株高的影響不大。

圖1 不同處理宿根甘蔗株高變化Fig.1 Variation of height of ratoon sugarcane in different treatments

2.4 不同處理甘蔗收獲期性狀

由表4可知，甘蔗有效莖數依次為H-Y＞CK＞H-LQ＞H-HQ＞H-HD＞H-LY。除了H-LY處理的有效莖數顯著低于其他處理外，其他處理間的差異均不顯著。說明施用有機肥（H-Y處理）提高了宿根蔗的有效莖數。

表4 不同處理甘蔗收獲期性狀Table 4 Characteristics of sugarcane harvest period in different treatments

不同處理宿根蔗單莖重表現為H-LY＞H-LQ＞H-HD＞H-HQ＞H-Y＞CK，但不同處理間差異均不顯著，表明宿根蔗間種綠豆綠肥和黑豆綠肥對甘蔗的單莖重沒有顯著影響。

蔗莖產量表現為H-Y＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-HQ＞H-HD。其中，H-Y處理的蔗莖產量最高，顯著高于H-HQ和H-HD處理。而CK處理與其他所有處理間差異均不顯著，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、25%營養元素當量黑豆綠肥還田和全量黑豆綠肥還田均可替代25%的宿根甘蔗化肥。同時，H-LQ處理的甘蔗莖產量略優于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。

從表4可知，甘蔗成莖率表現為H-Y＞CK＞H-HD＞H-HQ＞H-LQ＞H-LY，可見施用有機肥（H-Y處理）提高了宿根甘蔗成莖率的趨勢，但各處理間的差異不顯著。

不同處理宿根甘蔗的徑莖如表4。甘蔗莖徑表現為H-HD＞H-HQ＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-Y。其中，H-HD處理最高，顯著高于H-Y處理（10.06%）。而CK處理與其他所有處理間的差異均不顯著。

由表4可知，各處理間的蔗糖錘度表現為H-Y＞H-LQ＞H-LY＞CK＞H-HQ＞H-HD，但各處理沒有顯著性差異。

2.5 不同處理的經濟效益分析

由表4和表5可知，各處理蔗莖的產值與蔗莖產量一致，均表現為H-Y＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-HQ＞H-HD。從利潤看，各處理間沒有顯著性差異。從產投比數據看，各處理的產投比表現為H-LQ＞H-HQ＞H-HD＞CK＞H-LY＞H-Y，其中H-LQ處理與CK、H-LY和H-Y處理的差異均達到顯著水平，H-LQ處理較H-Y處理顯著高出16.99%。雖然間作綠肥還田的H-LY、H-HD和H-HQ處理的產投比與CK處理的相當，但綠肥壓青還田給土壤提供大量的有機物質，對培肥土壤地力有重要意義，所以兼顧甘蔗利潤和培肥地力，甘蔗間作綠肥還田是值得推廣的模式。

表5 不同處理的經濟效益分析Table 5 Analysis of economic benefits in different treatments 萬元/hm2 ×104yuan/hm2

3 討論

本試驗是在新植試驗基礎上開展的，新植實施不同處理后對甘蔗的總苗數、有效莖數和甘蔗產量產生了顯著影響，為明確其差異對宿根蔗試驗有何影響，用2年的試驗數據進行協方差分析，發現除了新植蔗產量與試驗處理的交互作用對宿根蔗單莖重有顯著影響外，新植蔗的其他性狀與試驗處理的交互作用均未達到顯著水平。

間作系統是作物對光、溫和水等多種資源的競爭及作物間相互促進協調的過程，間作的優劣主要表現在作物的產量和經濟效益上[9]。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、25%當量有機肥替代、25%營養元素當量黑豆綠肥還田和全量黑豆綠肥還田均可替代25%的宿根甘蔗化肥，不會引起甘蔗減產，甘蔗種植的利潤也沒有顯著差異。

2年的試驗結果表明，無論是新植蔗還是宿根蔗，間作綠豆綠肥全量還田、12%當量間作綠豆綠肥還田+13%當量有機肥替代和當量有機肥替代均表現出穩定的肥料替代作用，間作黑豆綠肥還田在宿根蔗中表現出良好的肥料替代作用。從2年結果看，綠豆綠肥在宿根蔗間作中較新植蔗間作降低綠肥鮮草產量25.89%[8]，相應的N、P2O5和K2O總養分量降低36.02%；黑豆綠肥在宿根蔗間作中較新植蔗間作綠肥鮮草產量低22.87%[8]，相應的N、P2O5和K2O總養分量降低21.85%。可見，相對于新植蔗，宿根甘蔗系統的2種綠肥間作的鮮草產量都較新植蔗表現出下降的趨勢，這可能是由于綠肥與甘蔗對光照資源競爭不同而引起的。新植蔗的綠肥間作種植時間為4月11日，田間甘蔗出苗約20%，甘蔗對綠肥苗期生長不產生遮擋作用，因此綠肥產量較高。而宿根蔗的綠肥間作種植為3月11日，而此時宿根蔗的平均苗高已經有8cm左右，其對綠肥的出苗及幼苗生長均有不同程度的遮擋作用，所以在宿根蔗系統中綠肥的鮮草產量均較新植蔗低。前期研究[10]也發現，綠豆綠肥間作于甘蔗行間的時間越晚，鮮草產量越低。

苗數、株高、莖徑、有效莖數和單莖重等是甘蔗產量形成的重要農藝性狀[11]。甘蔗產量是單位面積有效蔗莖的總質量，等于有效莖數和單莖重的乘積[12]。甘蔗品種的產量性狀是遺傳基礎與環境因素共同作用的結果[13]，其中有效莖數受環境因素的影響更直接[14]。本試驗中，除了H-LY處理的有效莖數顯著低于其他處理外，其他各處理間的差異不顯著。但在所有處理中，H-LY處理的單莖重最大，從而彌補了有效莖數的減少對甘蔗產量的影響，最終蔗莖產量與其他處理無顯著差異。可見，在一定范圍內，甘蔗個體與群體之間可相互調節和平衡，以維持甘蔗的產量性狀。

甘蔗有效莖數受到甘蔗總苗數和成莖率的影響[15]。從本試驗結果看，間作綠肥對宿根蔗的發株數、分蘗數、拔節前總苗數和成莖率均沒有顯著影響，這可能是綠肥間作種植時甘蔗已經出苗約8cm，這時候綠肥沒有對蔗苗造成遮擋的緣故。在間作中，光照資源是影響作物生長的最主要因素。吳才文等[16]研究苗期間作黃豆對甘蔗生長及產量的影響時指出，栽后即間作黃豆較甘蔗出苗10%間作黃豆顯著降低甘蔗的分蘗數和后期的有效莖數。蘇利榮等[10]研究了不同綠肥間作時期對甘蔗生長的影響，發現新植蔗間作綠肥均影響甘蔗的苗數，但間作時間越晚，影響越小。本試驗的研究還表明，綠肥與甘蔗共生期內，如果甘蔗的生長不受影響，那么后期產量受到的影響很小。因此，有必要研究在保證一定綠肥產量的基礎上，同時兼顧方便農事操作，將綠肥播種時間延后，盡量減少綠肥對甘蔗前期生長的影響，實現綠肥的穩定替代效果。

綠肥是一種優質的生物有機肥料，將綠肥翻壓到土壤中，可以豐富土壤的有機質和微生物，其降解釋放的養分可改善土壤養分狀況，同時滿足作物的養分需要[17-18]。本試驗通過間作綠豆綠肥和黑豆綠肥以替代甘蔗25%化肥，直接實現化肥減施的目的。在兼顧甘蔗產量、經濟效益、資源消耗及蔗地地力提升等方面，通過不同時期甘蔗與綠豆綠肥/黑豆綠肥間作方式的組合，形成穩定的甘蔗間作綠肥壓青還田模式，對甘蔗的可持續發展具有重要意義。

4 結論

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、25%營養元素當量黑豆綠肥還田和全量黑豆綠肥還田均可替代25%的宿根甘蔗化肥處理，不會引起甘蔗減產，也不會降低甘蔗經濟效益。兼顧甘蔗產量及綠肥鮮草產量，采用新植蔗間作綠豆綠肥、宿根蔗間作黑豆綠肥壓青還田替代甘蔗化肥是值得探討的一種模式。