全周期胶园间作对豆薯和大豆的产量、品质和土壤速效养分的影响

黄坚雄 潘剑 林位夫 袁淑娜 陈俊明 郑定华 李娟 周立军

中国热带农业科学院橡胶研究所农业部儋州热带作物科学观测试验站 海南儋州 571737

摘 要 研究在全周期胶园宽行间作豆薯和大豆的产量、品质和土壤速效养分的影响。结果表明，与单作相比，间作大豆产量显著降低40%（p<0.05），间作豆薯产量略低但差异不显著（p>0.05）。总体上，单作和间作处理豆薯和大豆不同位置的可溶性糖、淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量没有显著差异（p>0.05），但间作提高了间作带中间区域豆薯的粗脂肪含量。单作豆薯和大豆平均土壤铵态氮、硝态氮均显著高于间作处理的不同位置（p<0.05）；单作豆薯和大豆土壤速效钾含量高于间作处理且显著高于单作小区两侧（p<0.05）；而单作豆薯和大豆土壤速效磷则低于间作处理，其中单作豆薯显著低于间作豆薯小区中间区域（p<0.05）。综上所述，豆薯比大豆更适合间作于全周期胶园，间作对作物的品质总体上没有影响，但对降低土壤无机氮含量较明显。

关键词 成龄胶园间作；产量；品质；土壤速效养分

中图分类号 S794.1 文献标识码 A

Effect of Intercropping in Rubber Plantation with Paired Row

Planting System on Yield， Quality and Soil Rapidly

Available Nutrient of Yam Bean and Soybean

HUANG Jianxiong， PAN Jian， LIN Weifu， YUAN Shuna， CHEN Junming，

ZHENG Dinghua， LI Juan， ZHOU Lijun*

Rubber Research Institute，Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences /Danzhou Investigation &

Experiment Station of Tropical Crops， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract The yield， quality and soil rapidly available nutrient of yam bean and soybean intercropped in the wide row of rubber plantation with paired row planting system were investigated in current study. Results showed that， compared to monocultural treatment， the yield of intercropped soybean was significantly reduced by 40%（p<0.05）. The yield of intercropped yam bean was lower than the monocultural treatment but there was no significant difference（p<0.05）. Totally， the concentration of soluble sugar， starch， crude protein and oil in different sites in intercropped yam beam and soybean didn't differ to those in monocultural treatments（p>0.05）. But intercropping increased oil content of yam beam in the central area of the intercropped treatment. Average soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in the two monocultral treatments were significantly higher than those in different sites in the intercropped treatments（p<0.05）. The content of rapidly available potassium in the two monocultural treatments were higher than in the intercropped treatments， and all significantly higher in outboard sides of the intercropping plots（p>0.05）. Contrarily， the content of rapidly available phosphorus in the two monocultural treatment were lower than in the intercropped treatments. Only the content of rapidly available phosphorus in the middle area of intercropping yam beam was significantly higher than that in the monocultural yam beam（p<0.05）. Conclusively， yam bean was more suitable than soybean to be intercropped in the rubber plantation. There was no evident effect of intercropping on crop quality. But soil inorganic nitrogen was decreased by intercropping.

Key words Intercropping in mature rubber plantation； Yield； Quality； Soil rapidly available nutrient

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.02.006

农林复合种植模式是间作形式之一，常见的间作作物有玉米、大豆、花生、丹参、辣椒等[1-5]。巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）是世界上主要的产胶植物之一，中国主要在海南、云南和广东3省栽培。常规的橡胶种植模式土地和光资源循环利用率低[6]，而间作是一种提高土地和光资源利用率的重要途径[7]。由于成龄胶园光资源和空间的限制，常规胶园间作主要集中在幼龄胶园[8]，使成龄胶园间作得不到较大的发展。选取适宜品种并采用宽窄行种植的胶园（全周期间作胶园），成龄后其干胶产量与常规模式接近[9]，在宽行中大部分面积不受橡胶树垂直遮蔽，缓解了常规胶园较激烈资源竞争问题[8，10]。如在光照方面，与传统胶园相比， 全周期间作胶园下阴生植物特种数量明显减少，一些怕强光作物（如生姜）间作于全周期胶园中，大部分生姜的生长受到较大影响，而喜强光作物（如玉米）又不适合间作于该模式中[11-13]。可见，该模式既保证了干胶产量，又改善了胶园内微环境，较传统胶园的间作作物选择范围更广，具有较好的发展前景。

农林复合系统作物之间往往存在养分竞争，并影响着作物的产量[14]，而且土壤氮、磷和钾元素对作物品质的形成亦存在影响[15-17]。成龄胶园间作喜光作物的研究较少，成龄胶园间作喜光作物对土壤速效养分、产量以及品质的影响则有待进一步研究。针对以上现状，本研究选择了大豆和凉薯2种喜光作物为间作作物，探讨其在全周期胶园间作对作物的产量、土壤速效养分，以及其品质是否存在影响，为成龄胶园间作提供一定的理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概述

本试验于2014年实施，试验点位于中国热带农业科学院试验场三队（19°32′55″N，109°28′30″E），该地区为典型的热带海洋季风气候，年降雨量约为1 600 mm，降雨主要集中在5～10月份，年均温为20.8～26.0 ℃。全周期胶园选取直立速生的橡胶树品种热研7-20-59，采用宽窄行种植，宽行行距为20 m，窄行株行距为2 m×4 m，宽行中的冠幅约4 m，橡胶树行向为南北走向，密度为420株/hm2。胶园于2002年3月定植，2010年8月开割，由于橡胶为规模化生产，在全周期间作模式胶园周边无土地开展单作试验，故豆薯和大豆单作设在离间作地约900 m远的空旷试验地。单作和间作试验地的土壤质地均为粉砂黏壤土，其试验土壤基础地力基本一致（0～20 cm），具体见表1。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 在全周期胶园宽行间作豆薯和大豆，间作小区的面积为16 m×12 m，种植方向与橡胶树行向相同。单作豆薯和大豆的小区面积为6 m×8 m。单作小区作物种植行向与间作相同。豆薯起垄种植，垄宽40 cm，高30 cm，株行距为30 cm×100 cm；大豆品种为华春6号，行距为40 cm，播种密度为22.5万株/hm2。在间作小区中共种植13行豆薯和31行大豆，每个处理重复3次。作物种植日期为4月1日，大豆收获日期为6月13日，豆薯为8月16日。种植前施用过磷酸钙和硫酸钾做底肥，大豆折合P2O5和K2O的施用量分别为75和90 kg/hm2，豆薯分别为100和90 kg/hm2。大豆和豆薯施氮量分别为180和250 kg N/hm2（尿素），其中1/4的氮肥作底肥施入。放入底肥后，用翻耕机进行翻耕1次，再用旋耕机旋耕2次。剩余氮肥做追肥用，施肥比例为1 ∶ 2。

1.2.2 测定指标 （1）豆薯大豆产量。于作物成熟期，在间作小区上选择垂直于种植行向上4 m×12 m的亚区，对小区内所有的豆薯进行收获并测产。为探讨间作小区不同离橡胶树距离的豆薯产量分布情况，本研究中在收获小区的13行豆薯中选取第1、4、7、10和13行（从东往西方向，编号分别设为YE1、YE4、YM、YW4和YW1），对4 m长（共13穴）的豆薯进行分装称重记录，其余则集中测定鲜重产量。在单作小区中，选取其中一行，收获4 m长的豆薯（编号设为YC）进行称重记录，用于与间作小区产量的分布比较，其余收获后集中称重测产。同理，测定大豆为第1、8、16、24和31行和单作小区的10穴大豆，编号设为SE1、SE2、SM、SW2、SW1和SC。在间作大豆小区上选择垂直于种植行向的2 m×12 m的亚区和在单作小区选择1 m×8 m的亚区用于大豆测产。用于测定产量分布的豆薯和大豆，及单作和间作亚区收获的大豆在85 ℃下烘至恒重。

（2）土壤速效养分。根据作物生长和降雨情况，约1～2周取土1次，用于测定土壤无机氮（铵态氮和硝态氮）、速效钾和速效磷含量，土壤取样行与测定产量分布的行号一致，每行取5点土壤（0～20 cm）混合。整个生育期期间，豆薯和大豆分别取样9和6次。取适量土样加于三角瓶中，分别加1 mol/L 氯化钠、1 mol/L乙酸铵和0.5 mol/L的碳酸氢钠，分别振荡30 min提取土壤无机氮、速效钾和速效磷，提取液分别采用分光光度法、火焰分光光度法、钼锑抗比色法测定，具体操作方法见参考文献[18]。

（3）品质测定。通过测定可溶性糖、淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量观测豆薯和大豆的品质。测定品质的样品与测定产量分布的豆薯和大豆样品相同。样品经粉碎后用于测定以上指标。采用80%的乙醇80 ℃水浴提取可溶性糖；所得残渣加1 mol/L盐酸，在105 ℃水解3.5 h，并用10%的氢氧华钠中和后定容，用于淀粉含量测定。植物样品用浓硫酸加热消化水解，移至容量瓶后定容，用于蛋白质测定。用石油醚在索氏提取器中提取样品12 h，回收脂肪。可溶性糖和淀粉、粗蛋白和粗脂肪分别采用蒽酮比色法、开氏法和索氏提取法测定，具体测定方法见相关文献[19]。

1.3 数据处理

采用excel 2010和spss 17.0软件进行数据处理和统计分析，采用最小显著差异法进行方差分析（p<0.05）。

2 结果与分析

2.1 豆薯和大豆产量

图1为豆薯和大豆不同位置豆薯产量。由图1可知，在间作胶园中，不同位置间作的豆薯和大豆产量间存在差异，以大行中间至少6 m宽的产量最高，YE1和YW1的豆薯及SE1和SW1的大豆产量均显著低于靠近中间位置的作物产量，亦显著低于单作处理（p<0.05）。单作豆薯的产量为13.5 t/hm2，而间作处理豆薯产量为单作的94%，统计分析未达显著性差异（p>0.05）；单作大豆的产量为999 kg/hm2，而间作大豆产量仅为单作的60%（602 kg/hm2），显著低于单作处理（p<0.05）。

2.2 土壤速效养分变化

单作和间作豆薯和大豆不同位置土壤铵态氮、硝态氮、速效钾和速效磷的动态变化见图2。从图2可看出，2种作物单作处理的土壤铵态氮、硝态氮、速效钾基本上高于间作处理的不同位置，而土壤速效磷则相反。从生育期平均养分含量看（表2），单作豆薯和大豆土壤铵态氮和硝态氮均显著高于间作处理（p<0.05）；单作豆薯和大豆土壤速效钾含量高于间作处理，与间作处理E1和W1处壤速效钾含量达显著差异（p<0.05）；而单作豆薯和大豆土壤速效磷则低于间作处理（除YW1外），其中YC显著低于YE2、YM和YW2（p<0.05）。总体而言，单作豆薯整个生育期的土壤铵态氮、速效钾和单作大豆土壤硝态氮、速效钾含量的变化幅度（CV）小于间作处理，而单作豆薯土壤硝态氮、速效磷和单作大豆土壤铵态氮、速效磷含量的变化幅度则大于间作处理。

2.3 豆薯和大豆品质

表3为豆薯和大豆可溶性糖、淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量。由表3可知，单作处理和间作处理不同位置的可溶性糖、淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量总体上没有显著差异（p>0.05）。各个指标中，YM和YW2处粗脂肪含量与YC的差异幅度最大（p<0.05），间作提高了间作带中间区域豆薯的粗脂肪含量。

2.4 作物产量、品质与土壤养分的相关性

相关分析表明（表4），不同作物不同位置作物产量与平均土壤速效养分呈正相关，但仅与土壤速效钾达显著相关（p<0.05）。综合4种养分看，作物产量总体上与养分含量的关系不明显。除豆薯和大豆的粗蛋白与速效磷，大豆淀粉与铵态氮、硝态氮和速效钾达显著或极显著相关外（p<0.05或p<0.01），其他则与土壤养分无显著相关性（p>0.05）。总体而言，大豆淀粉与土壤速效养分的相关性较大，其他则相关性较小。

3 讨论与结论

成龄胶园与喜光农作物间作的相关研究仍处在初级阶段[8]，而其他类型的复合农林系统的研究则起步较早[20-22]。与其他农林复合系统的研究结果相比，本研究中间作大豆产量为单作的60%，与Reynolds等[23]、彭晓邦等[3]和夏志光[5]的研究结果类似。由于豆薯并非常见的间作作物，其产量潜力在其他复合系统中的表现如何尚无相关研究。本研究中，其产量可达单作的94%，表明豆薯比大豆更适宜在全周期胶园中间作。前期的研究亦表明，怕强光的生姜和喜强光的玉米间作于该模式中，其生长明显受到影响[11，13]。尽管全周期间作模式胶园突破了传统成龄胶园不能间作喜光作物的限制，但一些喜强光作物仍不适合间作，合理选择间作作物是间作成功的关键。

复合系统中养分竞争是影响作物产量的重要原因之一[14]。总体而言，单作处理土壤速效养分含量高于间作处理，间作处理中E1和W1处的土壤速效养分含量亦总体低于与E2、M和W2处（表2），表明复合系统养分含量应该存在一定的竞争，而且靠近橡胶树竞争越强。尽管间作处理中间区域作物产量高于两侧，但综合四种养分看，土壤养分与作物产量的关系并不明显（表4），可能其他因素（如光）对作物的产量影响更大，特别是对靠近橡胶树两侧生长的作物。

氮、磷和钾元素对作物品质的形成存在一定的影响[15-17]。如增施氮肥可显著提高大豆籽粒中可溶性氨基酸和蛋白质含量，降低脂肪含量；增施磷钾肥可显著提高大豆籽粒中可溶性糖含量；增施钾肥可提高脂肪含量，降低蛋白质和氨基酸含量[24]。本研究中，除豆薯不同位置的粗脂肪含量差异较大外，单作处理和间作处理不同位置之间的可溶性糖、淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量总体上差异不大（表3）。相关分析亦表明，除大豆淀粉与土壤速效养分的相关性较大，其他则相关性较小（表4）。总体而言，间作对豆薯和大豆品质的影响亦不大。

综合前期和当前的研究，土壤养分对间作于该模式中的作物产量和品质的影响相对小，作物的需光性应是选择适合间作作物的重要依据。

本研究得出：与单作相比，全周期胶园间作显著减少40%大豆产量（p<0.05），而与间作豆薯的产量没有显著差异（p>0.05）；间作对靠近橡胶树两侧的大豆和豆薯影响较大，中间区域影响较小；单作处理和间作处理不同位置的可溶性糖、淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量总体上没有显著差异（p>0.05），但间作提高了间作带中间区域豆薯的粗脂肪含量；间作主要影响土壤无机氮含量；作物产量及品质总体上与养分含量的关系不明显。

参考文献

[1] 廖文超， 毕华兴， 赵云杰， 等. 晋西苹果+大豆间作土壤水分分布及其对大豆生长的影响[J]. 中国水土保持科学， 2014（1）： 24-28.

[2] 赵 英， 张 斌， 赵华春， 等. 农林复合系统中南酸枣蒸腾特征及影响因子[J]. 应用生态学报， 2005， 16（11）： 31-36.

[3] 彭晓邦， 张硕新. 商洛低山丘陵区农林复合生态系统光能竞争与生产力[J]. 生态学报， 2012， 32（9）： 2 692-2 698.

[4] 彭晓邦， 蔡 靖， 姜在民， 等. 渭北黄土区农林复合系统光能竞争与生产力[J]. 应用生态学报， 2008， 19（11）： 2 414-2 419.

[5] 夏志光. 黑土区农林复合模式土壤水分变化规律与大豆产量研究[D]. 哈尔滨： 东北林业大学， 2009.

[6] Guo Z， Zhang Y， Deegen P， et al. Economic Analyses of Rubber and Tea Plantations and Rubber-tea Intercropping in Hainan， China[J]. Agroforestry Systems， 2006， 66（2）： 117-127.

[7] Whitmore A P， Schroder J J. Intercropping reduces nitrate leaching from under field crops without loss of yield： a modeling study[J]. European Journal of Agronomy， 2007， 27： 81-88.

[8] 林位夫， 曾宪海， 谢贵水， 等. 关于橡胶园间作的思考与实践[J]. 中国热带农业， 2011（4）： 11-15

[9] Zeng X H， Cai M D， Lin W F. Improving planting pattern for intercropping in the whole production span of rubber tree. African Journal of Biotechnology， 2012， 11： 8 484-8 490.

[10] 黄坚雄， 潘 剑， 周立军， 等. 全周期种植模式胶园土壤养分和微生物量碳分布特性[J]. 热带农业科学， 2014， 34（7）： 1-4.

[11] 黄坚雄， 潘 剑， 林位夫， 等. 全周期间作模式胶园内间作生姜的生长及抗性生理特征[J]. 热带农业科学， 2015， 35（3）： 1-6.

[12] 黄坚雄， 潘 剑， 周立军， 等. 全周期间作模式胶园林下植物多样性特征[J]. 热带作物学报， 2015， 35（5）： 829-835.

[13] 黄坚雄， 潘 剑， 周立军， 等. 全周期间作模式胶园中间作大豆和玉米的生产力及其抗逆生理特性[J]. 中国农业大学学报， 2015（5）： 57-65.

[14] 高路博. 晋西黄土区苹果农作物间作系统种间关系研究[D]. 北京： 北京林业大学， 2014.

[15] 鲁剑巍， 陈 防， 王运华， 等. 氮磷钾肥对红壤地区幼龄柑橘生长发育和果实产量及品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2004， 10（4）： 413-418.

[16] 李子双， 王 薇， 张世文， 等. 氮磷与硅钙肥配施对辣椒产量和品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2015， 21（2）： 458-466.

[17] 徐国伟， 谈桂露， 王志琴， 等. 秸秆还田与实地氮肥管理对直播水稻产量、品质及氮肥利用的影响[J]. 中国农业科学， 2009， 42（8）： 2 736-2 746.

[18] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京： 中国农业科技出版社， 2000.

[19] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京： 中国农业出版社， 2000.

[20] Thevathasan N V， Gordon A M. Ecology of tree intercropping systems in the North temperate region： Experiences from southern Ontario， Canada[J]. Agroforestry Systems， 2004， 61： 257-268.

[21] Rivest D， Cogliastro A， Vanasse A， et al. Production of soybean associated with different hybrid poplar clones in atree-based intercropping system in southwestern Quebec， Canada[J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 2009， 131： 51-60.

[22] 陆光明， 马秀玲， 张劲松， 等. 农林复合系统中农田CO2的分布与作物光合的初步研究[J]. 北京农业大学学报， 1993（4）： 21-26.

[23] Reynolds P E， Simpson J A， Thevathasan N V， et al. Effects of tree competition on corn and soybean photosynthesis， growth， and yield in a temperate tree-based agroforestry intercropping system in southern Ontario， Canada[J]. Ecological Engineering， 2007， 29（4）： 362-371

[24] 张洪刚， 周 琴， 何小红， 等. 播期、密度和肥料对菜用大豆南农9610产量和品质的影响[J]. 江苏农业学报， 2008， 24（5）： 662-667.