不同时期绿豆与甘蔗套种及秸秆还田模式研究

苏利荣，何铁光，苏天明，秦 芳，李 琴，李杨瑞

(1. 广西大学农学院/广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室, 广西 南宁 530004；2. 广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007；3. 广西农业科学院甘蔗研究所/中国农业科学院甘蔗研究中心/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室)

不同时期绿豆与甘蔗套种及秸秆还田模式研究

苏利荣1,2，何铁光2*，苏天明2，秦 芳2，李 琴2，李杨瑞1,3*

(1. 广西大学农学院/广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室, 广西 南宁 530004；2. 广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007；3. 广西农业科学院甘蔗研究所/中国农业科学院甘蔗研究中心/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室)

【目的】通过探讨甘蔗/绿豆套种模式及绿豆秸秆还田的肥力效应，寻求最佳绿豆播种、秸秆还田期。【方法】开展大田试验，采用二因素裂区设计，研究不同处理对甘蔗农艺性状、产量及品质的影响。【结果】套种(甘蔗播种期播种绿豆+绿豆结荚期还田)处理的绿豆干物质、氮磷钾养分累积量最高；绿豆秸秆还田后，初期秸秆表面覆盖处理和深埋处理的氮、磷、钾养分降解率基本相同，后期表面覆盖处理的降解率高于深埋处理；套种绿豆对甘蔗出苗、分蘖有一定负面影响，且套种时间越早影响越大；套种绿豆各处理的绿豆秸秆在任何时期还田都可提高甘蔗株高、茎径、单茎重，甘蔗播种期播种绿豆+绿豆结荚期还田处理的甘蔗产量最高并显著高于其他处理，套种绿豆对蔗糖锤度无显著影响。【结论】甘蔗套种绿豆和绿豆秸秆还田可提高土壤肥力和甘蔗产量，且对蔗糖锤度无显著影响，以甘蔗播种期播种绿豆和绿豆结荚期进行表面覆盖还田处理效果最佳。

绿豆；甘蔗；套种；秸秆还田；肥力

【研究意义】中国是世界第三大甘蔗生产国，而广西是中国最大的甘蔗产地，每年的糖蔗产量占全国70 %以上[1-2]。近年来研究发现，由于甘蔗种植管理粗放，极少施用有机肥，广西蔗地土壤退化严重，表现为有机质含量降低、养分不均衡、酸化严重等[3-4]严重影响了甘蔗产量的提升，由此可见，提高蔗地土壤肥力是甘蔗产业可持续发展的重要保证。甘蔗整个生长期长达10～12个月[5]，前期生长比较缓慢，从种植到封行需要3个月(春植)～8个月(秋植)，封行前蔗行裸露，不仅造成资源浪费，而且容易滋生杂草。绿肥作为一种养分全面的优质有机肥源，种植并翻压还田是保持和提高土壤质量的有效农业措施之一。广西农业科学院农业资源与环境研究所从20世纪80年代开始选育并研究绿肥，选育出生长快，叶片大，养分累积快，生育期120 d的粮肥兼用绿豆新品种，将其与甘蔗进行合理套种并还田，对提高蔗地土壤质量具有重要意义。【前人研究进展】已有研究表明，翻压绿肥可以提高耕地土壤的养分含量、改善土壤的物理性状[6-7]。Ambrosano等[8-10]研究发现，绿肥与化肥配合施用，明显提高甘蔗产量。施用绿肥提高了土壤pH值和钙镁离子含量，增加土壤盐基饱和度，降低土壤潜在性酸，从而改变了土壤的理化性状。Chandra等[11]研究发现，绿肥与蔗叶还田提高了甘蔗产量。绿肥单独施用或与甘蔗叶联合施用都提高了蔗地土壤有机C、有效氮、磷、钾含量，提高土壤生物量碳，提高土壤细菌、真菌和放线菌含量，改善了蔗地土壤微生态环境。Bokhtiar等[12]研究发现，绿肥与化肥配合施用，促进甘蔗对氮、磷、钾的吸收，同时提高了土壤总氮、有效磷、钾和硫含量。【本研究切入点】充分利用甘蔗封行前的空闲期进行与绿肥的合理套种，可提高土地利用率并改善土壤质量。【拟解决的关键问题】旨在研究粮肥兼用绿豆与甘蔗不同套种，以及还田时期对甘蔗和绿豆的生长和产量形成的影响，并探讨其影响机理，为蔗区推广绿肥套种模式提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验土壤 试验土壤为赤红壤，其化学性状如下：全氮0.11 %，全磷0.11 %，全钾0.22 %，有机质29.98 g/kg，pH 5.19，速效氮108.60 mg/kg，速效磷15.50 mg/kg,速效钾125.60 mg/kg。

1.1.2 试验肥料 选择以下肥料品种进行试验：复合肥(15-15-15)、钙镁磷肥(P2O5含量18 %)、硫酸钾(K2O含量50 %)、尿素(N含量46 %)。

1.1.3 试验作物 试验甘蔗品种为粤糖93-159(广州甘蔗糖业研究所选育)，供试绿豆品种为粮肥兼用绿豆品种(生育期120 d，由广西农业科学院农业资源与环境研究所选育)。

1.2 试验时间、地点、方案

试验从2015年3月至2016年1月，试验地点位于广西武鸣县连作蔗地(108°8.891＇E ，23°17.043＇N)，海拔为109 m，坡度为5°。

试验共设10个处理(表1)，采用甘蔗单种、甘蔗/绿豆套种(含绿豆秸秆还田)2种栽培模式，套种模式设3个绿豆播种期、3个绿豆秸秆还田时期，采用裂区设计, 播种期为主区，还田期为裂区。甘蔗N、P2O5和K2O化肥施用量分别为300、225和375 kg/hm2，基肥与追肥各占50 %，绿豆不施用任何肥料，甘蔗行长6 m，行距1.2 m，小区面积36 m2，每小区种植5行甘蔗，10行绿豆，各处理3次重复，共30个试验小区，其它栽培管理措施保持一致。

表1 试验处理方案

1.3 种植及农事安排

甘蔗种植沟宽50 cm，深30 cm种植前沟施基肥，与土壤混合均匀后，选取甘蔗有效茎中上部比较饱满的部分，砍成双芽种茎，按“品字型”摆放，下种量为50 000段/hm2，盖土5 cm。按规定的播种时期，在甘蔗行间按40 cm等行距套种2行绿豆，穴间距为20 cm，每穴点播2颗种子。2015年3月1日种植甘蔗，各套种处理的绿豆播种时间分别为2015年3月1日、3月11日、3月28日，绿豆收获及茎秆还田时间分别为2015年5月1日、5月16日、5月25日及2015年6月17日，甘蔗追肥及大培土时间为2015年6月17日。

1.4 调查记录及收获

1.4.1 甘蔗 在苗期、分蘖期每15 d调查 1次出苗率、分蘖率，于收获前3 d选取各小区有代表性的蔗茎10根，分别调查田间锤度、株高和茎径，收获时调查有效茎数、单茎重和蔗茎产量。

1.4.2 绿豆 在各处理规定的时间，收获并称量绿豆秸秆鲜重、干重，测定其养分含量，绿豆茎秆全部还田，绿豆秸秆在甘蔗大培土期之前还田时，所有的秸秆直接覆盖在甘蔗根部，等甘蔗大培土时再盖土，绿豆秸秆于甘蔗大培土期还田时，先把秸秆直接覆盖在甘蔗根部，结合追肥，盖土10 cm。

1.4.3 绿豆腐解试验 2015年，绿豆植株收获后，将绿豆植株砍成3 cm 长短，混合均匀，用尼龙网袋(Φ1 mm)装成300 g 1袋，共60袋，30袋置于甘蔗行间，30袋埋到甘蔗行间，埋入深度为10 cm。定期取样检测腐解物残留的干物质、氮、磷和钾养分含量。养分残留量指 300 g绿豆茎秆在土壤中腐解后存留在残渣中的某一养分的总量。

绿豆秸秆养分腐解率(%)=(300 g绿豆茎秆养分含量-腐解物残留养分含量)/300 g绿豆茎秆养分含量×100

1.5 检测方法

植株氮含量测定用硫酸—双氧水消解—蒸馏法；植株磷含量测定用硫酸—双氧水消解—钒钼黄比色法；植株钾含量测定用硫酸—双氧水消解—火焰光度计法。土壤测定方法如下，全氮：GB7173-87；全磷：GB9837-88；全钾：GB9836-88；速效氮：《土壤分析技术规范》中的碱解扩散法；速效磷：NY/T 148-1990；速效钾：《土壤分析技术规范》中乙酸铵提取—火焰光度法；有机质：NY/T 1121.6-2006；pH：《土壤分析技术规范》电位法；植株干物质重：直接烘干法；利用EXTECH RF11蔗糖锤度计直接测定蔗糖锤度。

1.6 统计分析方法

利用Microsoft excel 2007软件进行数据计算和图形制作，百分数为0～100 %的数在统计分析前都进行反正弦转换。利用SPSS 19.0 统计软件进行显著性分析，多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 绿豆不同播种期、茎秆还田期对绿豆干物质、养分累积的影响

从表2可以看出，绿豆在不施肥的情况下，可以大量累积土壤中的养分。而且随着绿豆生育期的推进，绿豆茎秆的干物质累积量越高，氮、磷、钾养分累积的量也越多。绿豆播种期相同的各处理，收获期越迟，绿豆秸秆干物质累、养分累积量越大；绿豆收获时间相同的各处理，一般表现为，播种时期越早，绿豆秸秆的干物质、养分累积量越大；不同绿豆播种期，生育期越长，干物质和养分累积量越大，其中在甘蔗播种期播种绿豆时，绿豆秸秆的干物质、氮、磷、钾累积量的比甘蔗出苗20 % 时播种的绿豆秸秆相应指标高23.18 %、18.71 %、24.89 %和23.04 %，比甘蔗播种后10 d播种的绿豆秸秆相应指标高13.79 %、10.16 %、14.92 %和13.65 % 。可见生育期长短对绿豆干物质、养分累积有显著影响，而收获期引起的差异大于播种期引起的差异。

2.2 绿豆秸秆还田养分降解规律

从图1可以看出，绿豆秸秆的氮残留量随着时间的推移不断减少，表面覆盖处理与深埋处理的氮残留量在2015年10月27日前基本相当，2015年10月30日表面覆盖的氮残留量小于深埋处理，计算其氮降解率分别为47.11 %和44.91 %， 2016年1月21日氮降解率分别为67.45 %和58.59 %。

从图2可以看出，绿豆秸秆磷残留量随着时间的推移不断减少，表面覆盖处理与深埋处理的磷的腐解速度在2015年7月29日前基本一致。2015年7月29日至2015年12月3日，表面覆盖的磷腐解率大于深埋处理，2015年8月30日，表面覆盖处理与深埋处理的磷腐率分别为13.95 %和17.44 %，2015年10月27日，两者已经分别达到31.98 %和45.93 %。但2015年12月3日至2016年1月21日，表面覆盖处理的磷的降解明显快于深埋处理，至2016年1月21日表面覆盖处理与深埋处理的磷的腐解率56.98 %和50.58 %。

从图3可以看出，绿豆秸秆钾残留量随着时间的推移不断减少，在整个腐解过程中表面覆盖处理的钾的腐解速率略大于深埋处理，2016年1月21日，表面覆盖处理与深埋处理的钾的腐解率分别达到93.55 %和89.31 %。

表2 绿豆不同播种期、茎秆还田期对绿豆秸秆干物质、养分累积的影响

注：同列数据后的不同小写字母表示不同处理间的差异显著(Plt;0.05)，下同。

Note:Different small letters after data in same column indicate significant difference(Plt;0.05)，the same as follows.

2.3 绿豆不同播种期对甘蔗生长的影响

从表3可推断出以下结论，甘蔗单种处理的甘蔗出苗率、分蘖率、总苗数高于绝大部分的甘蔗套种绿豆处理；CK处理出苗率显著高于处理1、处理2、处理3、处理4、处理7和处理8，CK处理出苗率与处理5、处理6和处理9无显著差异；CK处理分蘖率显著高于甘蔗播种期播种绿豆各处理(处理1、处理2和处理3)，但与其它处理无显著差异；CK处理总苗数显著高于处理1、处理2、处理3、处理4、处理5和处理6，但与甘蔗出苗20 %时播种绿豆各处理(处理7、处理8和处理9)无显著差异。

图1 绿豆秸秆氮降解特征Fig.1 The nitrogen degradation characteristics of mung bean staw

图2 绿豆秸秆磷降解特征Fig.2 The phosphorus degradation characteristics of mung bean staw

2.4 绿豆不同播种、秸秆还田期对甘蔗农艺性状的影响

表4表明，处理3的甘蔗株高显著高于甘蔗单种(CK)、处理1、处理2、处理4和处理7，其它处理间的甘蔗株高差异不显著；处理3的甘蔗茎径显著高于其它处理，其它处理茎径无显著差异；处理3和处理6的甘蔗单茎重显著高于其它处理；处理5的有效茎数显著高于处理1，其它处理有效茎数无显著差异。总之，甘蔗株高、茎径、单茎重、有效茎数最大值60 %落在处理1，40 %落在处理5和处理6。

图3 绿豆秸秆钾降解特征Fig.3 The potassium degradation characteristics of mung bean staw

处理Treatments出苗率(%)Rateofemergence分蘖率(%)Rateoftillering总苗数(株/hm2)TotalseedlingsCK96.94±4.269a121.30±2.12ab218066±694.50a处理189.13±1.004bc108.57±2.12c197695±2121.73c处理288.12±4.113c109.49±1.61c197464±1748.05c处理387.69±4.544c108.80±1.61c196306±3948.74c处理494.77±3.016b117.14±4.73b211816±5424.09b处理595.00±7.558a117.14±0.40b211585±3282.36b处理695.60±4.805a116.21±2.81b211585±3282.36b处理794.57±6.040b124.08±3.28a218298±1747.59a处理894.24±5.127b120.14±4.17ab214131±2121.73ab处理995.38±0.774a117.60±1.45b212974±1603.88ab

从表5可以看出，套种处理5的甘蔗基本苗成茎率最高，显著高于处理1；处理2的总苗成茎率最高，显著高于甘蔗单种(CK)、处理1和处理6，处理2、处理3和处理5的总苗成茎率显著高于甘蔗单种(CK)；处理3的甘蔗产量最高且显著高于其它处理，绝大多数套种处理(处理2除外)的甘蔗产量都显著高于甘蔗单种处理；各处理蔗糖锤度无显著差异。

3 讨 论

生育期越长绿豆吸收的养分就越多，叶片通过光合作用合成的有机物也越多，因此绿豆秸秆干物质、养分累积就越多，所以提早绿豆在蔗地的播种期和推迟秸秆还田期有利于提高绿豆秸秆还田的肥力效应。

绿豆生育期越长绿豆秸秆干物质、养分累积越多，而收获期引起的差异大于播种期引起的差异。绿豆秸秆还田后，秸秆的氮、磷、钾养分降解率随时间推移呈提高趋势，绿豆秸秆还田后，其氮磷钾养分随着腐解过程发生降解而释放到土壤中，本试验研究表明，绿豆秸秆还田后，秸秆的氮、磷、钾养分降解率随时间推移不断提高，秸秆表面覆盖处理和深埋处理在秸秆还田初期的养分降解率基本相同，后期表面覆盖处理的氮、钾降解率高于深埋处理，中期表面覆盖处理的磷降解率低于深埋处理，后期表面覆盖处理的磷降解率高于于深埋处理。这可能是后期表面覆盖还田的秸秆更受益于外界的雨水、高温条件影响，更容易发生降解。

甘蔗套种绿豆对甘蔗出苗有一定负面影响，主要原因是绿豆出苗及生长快于甘蔗，与蔗苗发生了光、温、水、肥、气、热等资源的竞争。吴才文等[13]的研究发现，8个甘蔗品种前期套作黄豆对甘蔗出苗无不良影响，这可能与套种时间、种植规格、当地气候等因素有关，试验中他们在甘蔗出苗10 %时套种黄豆。很多研究报道指出，甘蔗生长前期套种作物会影响甘蔗的分蘖，吴建明等[14]在甘蔗行间套种大豆，甘蔗分蘖数明显减少。而本试验中所有的套种处理对甘蔗的分蘖均有影响，但影响大小不同。本试验中，套种期晚而还田时间早的处理对甘蔗分蘖影响较小，套种期的影响作用大于还田期，主要原因是由于套种的绿豆萌芽早，早期生长速度远远快于甘蔗，从而对甘蔗产生一定的隐蔽作用，除此之外可能绿豆前期的生长也会与甘蔗争夺养分，从而对甘蔗的出苗及分蘖造成一定的影响。而绿豆还田时期，甘蔗已经长高，光和养分的竞争能力增强，所以还田时期相较于套种时期对甘蔗分蘖的影响相对较小。甘蔗套种绿豆及绿豆秸秆还田的研究报道极少，陈超君等[15]研究了甘蔗地间种绿豆、花生、大豆压青对培肥地力及甘蔗抗旱性的影响，结果表明，绿豆压青的生物量最高，更有利于土壤物理性质的改善，有利于增强甘蔗的抗旱性，使甘蔗生长健壮。洪德星[16]进行了甘蔗套种大豆对甘蔗生长及土壤养分的影响试验，结果表明，套种对甘蔗生长和总体产量没有显著影响，甘蔗套种大豆对蔗地土壤肥力有改善作用。陈燕丽等的研究[17]表明，甘蔗套种大豆后，甘蔗产量略有下降，但与单种处理相比，没有达到显著水平。前人研究表明作物秸秆还田不仅可以改善土壤理化性能[18-19]，对增加作物产量也有重要作用。本试验中，套种绿豆并以秸秆还田后，土壤物理性能得到了改善，土壤通透性也有所提高，降解的氮磷钾养分大部分在当季直接提供给甘蔗利用，通过提高甘蔗株高、茎径、单茎重来提高蔗茎产量，但对甘蔗的蔗糖锤度没有显著影响。前人关于甘蔗套种并以绿肥形式还田的研究还很少，本试验探讨梁肥兼用绿豆套作时期及还田时期对甘蔗出苗和分蘖的影响，探讨绿肥还田对甘蔗产量性状的影响，对指导绿肥作物间套作具有重要的参考意义。

表4 绿豆不同播种、秸秆还田期对甘蔗农艺性状的影响

表5 绿豆不同播种、秸秆还田期对甘蔗成茎率、蔗糖锤度和产量的影响

4 结 论

本研究结果表明，甘蔗套种绿豆和绿豆秸秆还田可提高土壤肥力和甘蔗产量，且对蔗糖锤度无显著影响，以甘蔗播种期播种绿豆和绿豆结荚期进行表面覆盖还田处理效果最佳。

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(责任编辑 陈 格)

StudyonMungBeanandSugarcaneIntercroppingSystemofDifferentPeriodsandModesofMungBeanStrawReturning

SU Li-rong1, 2, HE Tie-guang2*, SU Tian-ming2, QIN Fang2, LI Qin2,Li Yang-rui1,3 *

(1. College of Agriculture/State Key Laboratory for Subtropical Agri-Bioresources Conservation and Utilization, Guangxi University, Guangxi Nanning 530004, China; 2. Agricultural Resources and Environmental Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007, China；3. Guangxi Academy of Agricultural Sciences/ Sugarcane Research Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences /Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Laboratory, China Ministry of Agriculture Key Laboratory of Sugarcane Biotechnology and Genetic Improvement(Guangxi)/Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Guangxi Nanning 530007, China)

【Objective】To discover the optimum mung bean interplanting and straw returning time, the fertility effects of sugarcane/mung bean intercropping mode and mung bean straw returning were studied.【Method】A field experiment designed with split plot of 2 factors was conducted= aiming at revealing the effect of different treatments on agricultural characters, yield, and quality of sugarcane.【Result】Results showed that highest dry matter and N, P, K nutrient accumulation were showed in treatment of intercropping(sowing mung bean in sowing time of sugarcane+ returning mung bean straw in fruiting period). After mung bean straw returning, the degradation rates of nitrogen, phosphorus, potassium were basically the same between the mode of straw aboveground covering in early period and the mode of straw underground covering. But the degradation rate between these two modes reversed in later period. Intercropping of sugarcane and mung bean brought about some negative effects on sugarcane emergence and tillering, the earlier the mung bean intercropped, the greater the negative effects. Height, cane diameter and single stem weight can be promoted by mung bean interplanting and its straw returning. The treatment of intercropping(sowing mung bean in sowing time of sugarcane+returning mung bean straw in fruiting period) presented highest cane production which was obviously higher than other treatment. There are no notorious differences of sugar brix in sugarcane juice between treatments of intercropping and nonintercropping.【Conclusion】Intercropping of sugarcane and mung bean should be vigorously promoted. It can promote soil fertility and sugarcane production without reducing sugar content. The best treatment is to intercrop mung bean in sowing time of sugarcane and return mung bean straw with aboveground covering mode in fruiting period of mung bean.

Mung bean; Sugarcane; Intercropping; Straw returning; Fertility

S142.1

A

1001-4829(2017)11-2461-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.11.012

2017-06-28

广西自然科学基金重点项目(2014GXNSFDA1180 15)；广西自然科学基金 (2016GXNSFCA380008)；广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻1598016-13，桂科合15104001-25)；国家绿肥产业技术体系项目(CARS-22)

苏利荣(1977-) ，壮族，女，广西都安人，博士研究生，助理研究员，主要从事作物栽培与耕地培育研究，*为通讯作者，何铁光，E-mail：tghe118@163.com；李杨瑞, liyr@gxaas.net。