胡椒园间作槟榔对胡椒产量及养分利用的影响

王灿　杨建峰　祖超　李志刚　鱼欢　邬华松

摘 要 胡椒园间作槟榔是海南胡椒间作体系中应用较广的一种模式，为探明其间作优势来源，以海南胡椒优势种植区4个试验点的胡椒单作与胡椒/槟榔模式为研究对象，调查了2009～2011年各点胡椒产量与养分投入状况，测定2011年土壤养分与胡椒植株叶片养分含量，从而对比了间作模式与胡椒单作模式下胡椒产量、土壤养分状况、肥料产量贡献率和胡椒叶片养分含量的差异。结果表明：在各试验点不同产量水平下，同一地点间作模式的胡椒产量均极显著高于单作。间作模式土壤氮、磷、钾全量含量略低于单作，但未达到显著水平；间作模式土壤速效磷和速效钾含量高于单作，且速效磷差异达到显著水平。在养分投入相同的条件下，间作模式氮、磷、钾肥料偏生产力均极显著高于单作。间作模式下胡椒叶片磷、钾养分含量周年大于单作。上述结果表明胡椒/槟榔间作提高了土壤中速效养分的含量，促进了胡椒对磷、钾等养分的吸收，从而提高了其肥料利用效率，并最终提高胡椒产量。胡椒/槟榔的间作优势可能与二者地下部互作有关。

关键词 胡椒；槟榔；间作；地下互作；间作优势

中图分类号 S344.2 文献标识码 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，目前被广泛种植于世界热区[1]。中国胡椒种植面积和产量分别为世界第6位和第5位，但国内胡椒价格受国际市场冲击较大[2]。为了降低种植风险，提高单位土地面积产量，将胡椒与其他经济作物开展复合栽培已成为发展趋势，其中胡椒/槟榔间作模式发展最为迅速，据统计，2008年之前该模式仍只是零星分布，而目前已发展至2 600多公顷，约占海南省胡椒复合种植总面积的50%[3]。

胡椒和槟榔均为多年生作物，二者间作时需长期共存，探明胡椒/槟榔是否存在间作优势以及优势的形成机理对该模式的持续发展和应用推广具有重要指导意义。前期研究表明，在合理间作密度下（840 株/hm2），胡椒园间作槟榔具有明显的间作优势。胡椒/槟榔间作体系较胡椒单作体系的土地利用率提高约80%，胡椒产量提高约40%，每公顷可增收45 000元以上[4]。这可能是由于适宜间作密度下，槟榔可提供适度遮荫，从而提高胡椒叶片光合速率，促进光合产物的生产[5]。但大量研究已证明，间作优势不仅来源于地上部相互作用[6-7]，还与地下部相互作用有较大关系[8-11]。而目前尚无研究证实胡椒和槟榔地下部互作存在促进作用。因此，本研究以胡椒养分利用为切入点，通过连续3年4个试验点的大田试验，对比了胡椒/槟榔间作体系与胡椒单作体系在胡椒产量、土壤养分状况、肥料偏生产力和胡椒叶片养分含量上的差异，以明确胡椒/槟榔间作对胡椒产量及其养分利用是否存在促进作用，从而揭示胡椒/槟榔间作优势形成的可能途径，为进一步深入研究该模式间作优势的形成机理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究地点概况

试验于2009年7月～2012年7月在海南东部胡椒优势种植区进行，该地区年均温24 ℃，年降雨量约1 900 mm，土壤类型均为砖红壤。选取海南万宁龙滚农场（19.05 N，110.51 E）、海南琼海东红农场（19.40 N，110.44 E）、海南琼海大路镇（19.38 N，110.48 E）、海南文昌迈号镇（19.53 N， 110.73 E）4个试验点进行跟踪调查。每个试验点分别选取临近的胡椒/槟榔和单作胡椒地块各1块，土壤种类与种植时间基本一致，每个园块面积约0.6 hm2，种植年限8～15 a。同一试验点单作和间作胡椒种植密度相同，约1 667～2 000株/hm2；槟榔在胡椒园中以“品”字形间种，种植密度与杨建峰等[4]提出的适宜间作密度（840 株/hm2）基本一致，约为812～1 000株/hm2。除施肥外，各试验点胡椒品种均为热引1号，其他农田管理措施基本一致。

1.2 方法

1.2.1 调查项目与方法 （1）产量调查。由于海南胡椒放秋花，每年8～10月开花，次年5～7月果实成熟。本研究共测定了2009年7月～2012年7月连续3 a的胡椒产量数据，分别作为2009、2010和2011年的产量数据。测产量时，由于病害发生，胡椒园易出现缺株情况，因此胡椒产量以单株胡椒产量为准。在收获季节，采用对角线法取样，取样时选取长势均一且无病虫害或其他损伤的正常植株10株，测定白胡椒产量。

（2）施肥量调查。胡椒园间作槟榔时，农户以主作物胡椒为考虑对象，施肥时仅以胡椒施肥量作为考虑，因此本研究中同一试验点的单作和间作体系中肥料投入情况基本相同。各试验点农户均按当地传统施肥量进行，具体施肥量见表1。其中复合肥N-P2O5-K2O配比为15-15-15；鲜牛粪养分含量（N、P2O5、K2O）分别为0.36%、0.56%和0.34%；猪尿养分含量（N、P2O5、K2O）分别为0.30%、0.12%和0.45%；芝麻饼肥养分含量（N、P2O5、K2O）分别为6.02%、3.04%和1.28%。肥料施用时在冠幅外5～10 cm处挖环形沟埋施。

1.2.2 测定项目与方法 （1）土壤理化指标测定。于2011年11月进行土壤样品采集，采用“S”形路线分别在各个园区2条对角线上选点15个，采样时避开肥穴，选取根系较多的土层收集土壤，将每5个点收集到的土样采用四分法去除多余土壤，保留1 kg土壤带回实验室。土壤样品经风干后按测试项目要求进行研磨、过筛备用。

土壤pH值用电位法（水土比为2.5 ∶ 1）；土壤有机质用KCr2O7容量法-外加热法；全氮用凯氏定氮法；全磷用NaOH熔融-钼锑抗比色法；全钾用NaOH熔融-火焰光度计法；碱解氮用碱解扩散法；有效磷用0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-钼锑抗比色法；有效钾用中性NH4OAc 浸提-火焰光度法。

（2）叶片养分指标测定。分别于2011年7、8、9、10月，2012年2月、3月、4月采集胡椒叶片样品，以获知周年叶片养分含量变化情况。每次选定长势一致的植株10～12株，采集结果枝倒3叶（稳定叶）30～50片；带回实验室后，经105 ℃杀青0.5 h，以65 ℃烘干（6 h）至恒重后，粉碎备用。样品经消煮后，全氮用凯氏定氮法；全磷用钼锑抗比色法；全钾用火焰光度计法。

1.2.3 肥料偏生产力计算方法 肥料偏生产力（partial factor productivity from applied fertilizer，PFP）是指施用特定肥料下的作物产量与施肥量的比值，反映投入单位肥料所能生产的作物产量[12]。计算公式如下。

PFP=Y/F

其中，PFP是肥料偏生产力，单位为kg/kg；Y是指施用某特定肥料的作物产量，本研究中单位为kg/株；F是指特定肥料纯养分（N、P2O5、K2O）的投入量，本研究中单位为kg/株。

1.3 数据统计与分析

利用Excel软件进行前期数据整理，利用SPSS 13.0统计软件对数据进行单因素和双因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对胡椒产量的影响

表2为2009～2011年不同地点和不同种植模式的胡椒产量差异情况。由表2可知，不同地点、不同种植模式以及二者交互作用之间胡椒产量均存在极显著差异。在不同地点之间，由于各点养分投入、土壤基础肥力、胡椒树体状况等存在差异，因而各试验点产量水平不同；但在各点不同产量水平下，同一地点、不同种植模式之间均表现为间作模式胡椒产量高于单作。其中单作胡椒产量水平较低的琼海东红、大路，间作对胡椒产量的增产效果最为明显，增幅在25.0%～135.5%；单作产量水平较高的万宁龙滚和文昌迈号，间作产量增幅在18.9%～52.9%。上述结果表明，在同一地点种植管理条件基本一致的情况下，胡椒园间作槟榔有效提高了胡椒产量。

2.2 不同种植模式对土壤肥力的影响

土壤肥力反映了长期田间管理对土壤养分状况的影响。对比不同地点的土壤肥力指标发现（表3），各试验点土壤pH均小于5，酸化程度较高；土壤有机质、全氮、全磷、全钾、土壤速效氮磷钾含量在各地区间差异显著，其中施肥量较低的大路相关指标均较低，而施氮肥最多的迈号试验点土壤全氮和碱解氮含量最高，施磷量最多的东红试验点全磷和速效磷含量也最高。因此，胡椒园土壤相关养分含量随施肥量的增加而呈上升趋势。

同一地点、相同施肥水平下，单作和间作胡椒园土壤有机质无显著性差异；间作模式土壤氮磷钾全量含量均略低于单作，但未达到显著水平，这可能是由于间作模式需同时满足胡椒、槟榔2种作物的养分需求，从而造成土壤养分库的消耗略高于单作；间作模式土壤速效磷和速效钾含量均高于单作，且速效磷差异达到显著性水平，由于各点4种不同肥料投入状况下该趋势均表现一致，因此推断，间作提高了土壤中磷素的有效性，从而增加了土壤中速效磷的浓度。

2.3 不同种植模式对肥料偏生产力的影响

为明确不同种植模式下肥料对胡椒产量的贡献率，采用肥料偏生产力进行分析（图1）。由图1可知，单作模式下氮肥偏生产力、磷肥偏生产力和钾肥偏生产力平均值分别为3.74、2.79、3.05 kg/kg，而间作模式下氮肥偏生产力、磷肥偏生产力和钾肥偏生产力平均值分别为5.49、4.18、4.60 kg/kg，分别较单作提高了46.8%、49.8%和50.6%。结果表明，间作条件下单位养分投入对应的胡椒产量极显著高于单作，间作模式提高了肥料利用效率。

2.4 不同种植模式胡椒叶片养分含量周年变化

图2为2011～2012年不同种植模式胡椒叶片养分的周年变化。结果表明，胡椒叶片氮素含量除肥料施入后1个月（8月）间作模式略高于单作外，其他时间差异不明显；磷素含量除施肥前的7月外，均为间作高于单作，且在9月二者差异达到极显著水平；而钾素含量周年均为间作高于单作，且在2011年7、8、9月和2012年2、3、4月二者差异均达到极显著水平。由此可见，间作模式促进了胡椒对磷钾养分的吸收。

3 讨论与结论

间作体系中，作物间相互作用表现为竞争和促进作用[8-10]。合理间作可以有效缓解作物间的竞争，充分发挥其促进作用，从而形成间作优势。在本研究中（表2），相对胡椒单作体系，胡椒/槟榔间作体系显著地提高了胡椒产量（增幅为18.9%～135%），说明在当前间作密度下（812～1 000株/公顷），胡椒园间作槟榔后有利于胡椒生长，从而表现出较好的间作优势，这与杨建峰等[4]提出的胡椒园适宜槟榔间作密度（840株/公顷）基本一致。

间作体系存在2种或2种以上作物，若要保证作物正常生长，较单一作物种植需消耗更多养分。但本研究中，与单作土壤相比，胡椒产量提高的同时，间作土壤全量养分指标并未显著下降，其原因可能是胡椒施肥后正值海南雨季，大量养分来不及被胡椒吸收利用即因径流、淋洗等因素损失，而槟榔刚好利用这部分损失的养分供其自身生长，缓解二者养分竞争的同时，也降低养分消耗，提高肥料利用效率。这与生态学上提出的复合生态系统养分获取“安全网”的假说一致[12-13]，即间作体系中不同作物根系在土壤空间上中的垂直分布，可以使得深根系作物吸收未被浅根系作物吸收而从表土层中淋溶下来的养分。因此，本研究结果为下一步开展胡椒/槟榔间作根系分布、体系养分去向等的相关研究提供了思路。

本研究中，间作土壤速效磷含量显著高于单作，一般认为，这与间作条件下枯枝落叶等凋落物的增加有关[14-15]。因为凋落物分解时可促进有机质的形成，增加土壤微生物可利用碳源，从而增强土壤微生物与土壤酶活性，加快土壤氮素和磷素的矿化速率[14-15]。但由于胡椒易受水害，通常要求将枯枝落叶等清除干净以保证排水通畅；而且间作作物槟榔属于棕榈科植物，叶片蜡质化程度高，难以被土壤中微生物分解利用，对土壤有机质的提升效果不明显。这也在本研究结果中得到验证，即单作和间作土壤有机质含量没有显著性差异。有研究表明，间作体系中作物地下部互作不仅会增加作物细根数目和根系活性，直接提高作物根系活化和吸收养分的能力[16-18]，而且养分利用能力不同的作物之间可以互补，促进养分利用能力较差的作物对养分的吸收利用[9，19-20]。因此，本研究推断，胡椒/槟榔体系中土壤磷钾速效养分的提高主要与二者根系互作有关，但具体作用途径尚不清楚，这也是下一步研究的重点。

在合理间作条件下，地上部和地下部互作可以形成良好的互馈效应[21]。地上部光合优势促进光合产物的生产，增加作物对养分的需求；地下部相互促进则保证养分供应充足，有利于地上部光合产物的生成，这种良性互馈作用最终使得间作优势充分发挥，实现资源的高效利用。本团队的前期研究已证实胡椒/槟榔体系地上部表现为促进作用[5，22]，在此基础上，进一步证明地下部促进作用的存在，并确定其具体作用途径，则可以制定合理有效的田间管理措施，为充分发挥胡椒/槟榔间作优势提供理论依据。

综上所述，相对胡椒单作，胡椒/槟榔提高了土壤中磷钾速效养分的含量，促进了胡椒对磷、钾的吸收，从而提高了胡椒产量和养分利用效率。胡椒/槟榔间作模式作物搭配合理、间作优势突出，适宜在中国海南胡椒优势种植区进行推广。

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