蕉肥间作下微喷灌对蕉园土壤水氮动态及香蕉产量的影响

胡钧铭 黄忠华 罗维钢 李婷婷 蒙炎成 黄太庆 廖婷 俞月凤

摘 要：為研究香蕉—粮肥兼用绿豆间作模式（简称蕉肥间作）下微喷灌对蕉园土壤水氮动态及香蕉产量的影响，试验设置4种不同灌溉定额处理：MSI2（900 m3·hm2）、MSI3（1 350 m3·hm2）、MSI4（1 800 m3·hm2）、MSI5（2 250 m3·hm2），以不灌溉和清耕栽培为对照。结果表明：蕉肥间作下绿豆生长期间各灌溉处理土壤棵间蒸发量均呈不同程度的下降，香蕉清耕栽培MSI0土壤棵间蒸发量呈上升趋势。随着灌水量的增加，香蕉棵间蒸发量逐渐增高，MSI5棵间累积蒸发量最高达385.6 mm，分别比MSI2、MSI3、MSI4高12.2%、7.6%、4.9%，导致灌溉水利用效率降低。微喷灌处理提高表层土壤含水量，MSI2、MSI3、MSI4和MSI5处理0～30 cm土层含水量显著高于MSI0和 MSI1，在30 cm以下，土壤含水量开始递减。微喷灌还可改善土壤耕层结构，提高土壤有效氮含量。以MSI2处理土壤三相比（2∶1∶1）较为理想，MSI3处理表土层有效氮含量最高。MSI4处理产量高达48 218 kg·hm2，MSI3处理蕉果含糖量高达25.67%。因此，蕉肥间作下通过微喷灌方式，适量灌溉有利于提高香蕉产量和改善品质。

关键词：蕉肥间作，微喷灌，土壤水氮，产量

中图分类号：S152.7

文献标识码：A

文章编号：10003142（2018）06071009

Abstract：Banana is a tropical herb，and it is in great demand for water. Microsprinkler irrigation is an important watersaving irrigation method，which is widely used in modern banana production. Green manure is the essence of traditional agriculture. Banana intercropping green manure is conducive to the utilization of light and heat space resources and soil improvement. In this study，we intercropped bananas with grain and green beans，used micro sprinkler irrigation （MSI）mode，and set four different irrigation quotas：MSI2（900 m3·hm2），MSI3（1 350 m3·hm2），MSI4（1 800 m3·hm2），MSI5（2 250 m3·hm2），with no irrigation and clean cultivation as control，to learn the effects of water and nitrogen and yield under microsprinkler irrigation. The results showed that during the growth of mung bean，the banana evaporation of different irrigation treatments decreased in different degrees，while the evaporation of the clean cultivation mode（MSI0） was found a trend of rising. With the increase of irrigation amount，the banana evaporation in banana and green manure intercropping systems gradually increased，resulting in reduced water use efficiency. The cumulative soil evaporation of MSI5 was 385.6mm，which was 12.2%，7.6%，4.9% higher than that of MSI2，MSI3 and MSI4 respectively. Microsprinkler irrigation can improve the surface soil moisture content，which the soil moisture content of MSI2，MSI3，MSI4，MSI5 under 0-30 cm soil layer was significantly higher than those of MSI0 and MSI1，while below 30 cm，soil moisture began to decrease. Microsprinkler irrigation under bananamung bean intercropping could ameliorate the structure of tillage，and enhance soil fertility. Threephase ratio （2∶1∶1） of 900 m3·hm2 （MSI2） was the ideal pattern，the topsoil available nitrogen content of 1 350 m3·hm2 （MSI3） was the highest，the highest yield of MSI4 reached 48 218 kg·hm2，and the optimal sugar content of MSI3 was up to 25.67%. From the above，it can be seen that appropriate irrigation is conducive to the improvement of banana soil habitat and increasing yield under bananamung bean intercropping.

Key words：bananamung bean intercropping，microsprinkler irrigation，soil water and nitrogen，yield

香蕉栽培中常采用宽行距、大株距清耕定植，植株间空隙大，地表裸露空间大，太阳辐射强，土壤水分蒸发量大，极易引发旱灾，已成为制约香蕉生产的重要因素（邱继水等，2007）。香蕉作为亚热带重要的优良经济水果，随着香蕉市场经济效益的突显，生产中过分依赖化肥提高单产尤为普遍。间作套种是我国传统农业的精髓（李隆，2013；刘子凡等，2016），豆科和非豆科植物间作套种可增加土壤生物固氮、提升土壤肥力（Fastie，1995； Kamruzzaman & Hasanuzzaman，2007；李隆，2013）。香蕉间作是充分利用香蕉林下土地光热空间资源，增加绿色覆盖，有利于改善蕉园环境，促进轮作休耕，增加经济效益的高效种植模式。香蕉属热带大型草本植物，对水分需求量大，微喷灌是一种重要的节水灌溉方式，广泛用于现代蕉园生产中（刘朝晖等，2009；张学军等，2009；臧小平等，2014）。

绿肥和秸秆还田是用养结合，支撑国家化肥减量行动的重要手段（郑元红等，2009；袁嫚嫚等，2011）。传统绿肥以翻压还田为主，就香蕉间作绿肥模式而言，由于香蕉根系主要分布在地表浅层，伸展范围大，绿肥就地翻压难度大。广西农业科学院选育的粮肥兼用绿豆作为一种优良的豆科绿肥植物，根系固氮能力强，籽粒收获后仍青枝绿叶，养分含量高，是热区夏季较为理想的绿肥品种。香蕉后期遮阴效应及水肥一体化生长环境为绿肥覆盖还田提供了充足的腐解和养分释放条件。目前，关于微喷灌对蕉肥间作土壤环境生态效应和产量、品质的影响鲜有报道，本研究在香蕉—粮肥兼用绿豆间作（简称蕉肥间作）模式下，通过设置不同微喷灌灌溉定额处理，待绿豆成熟期收获豆荚后，刈割地上部鲜株直接覆盖还田，研究微喷灌对土壤水氮动态及香蕉产量和品质的影响，明确蕉肥间作下微喷灌的生态效应，旨在为香蕉节水灌溉和减施化肥技术提供指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2014—2015年在南宁市灌溉试验站内试验基地进行，試验区前茬作物为果蔗，未做过水肥试验，地势平坦，肥力均匀，土壤为第四纪红色黏土发育的红壤土，pH值5.9，有机质含量21.36 g·kg1，碱解氮含量95.82 mg·kg1，速效磷含量62.68 mg·kg1，速效钾含量278.91 mg·kg1，全氮含量1.25g·kg1，全磷含量0.86 g·kg1，全钾含量3.2 g·kg1。田间持水量为26.68%，容重为1.38 g·cm3。试验区地处108°17′48″ E、22°53′7″ N，属于季风性气候区，多年平均气温22.9 ℃，年降雨量1 274.2 mm。试验地2014年为新植蕉，2015年为留芽蕉，蕉肥间作期逐日降雨和气温见图1，降雨和气温变化属正常自然年份。

1.2 试验材料

香蕉品种选用“威廉斯B6”，采用深沟宽行种植，行距2.4 m，株距2.2 m，每666.7 m2控制密度125株，按大田香蕉栽培进行正常管理；间作绿肥用广西农业科学院农业资源与环境研究所选育的粮肥兼用绿豆品种“桂绿豆5号”，以37.5 kg·hm2浅锄撒播方式间种于香蕉行间空隙地带，绿豆边幅距香蕉30 cm，绿豆种植不施肥，按常规田间管理进行，待豆荚收获后，刈割地上部植株直接覆盖还田。香蕉移栽后在根区附近地表安装微喷灌设施，铺设直径63 mm、出水孔3孔、流量20～30 L·h1的微喷带，灌溉过程中微喷带出水均匀，绿肥生育进程株高及绿肥覆盖对微喷灌无交互影响。

1.3 试验方法

试验设置4种不同微喷灌灌溉定额处理，MSI2（900 m3·hm2）、MSI3（1 350 m3·hm2）、MSI4（1 800 m3·hm2）、MSI5（2 250 m3·hm2），以MSI1（不灌溉CK）和香蕉清耕栽培MSI0（CK）为对照，蕉肥间作期微喷灌灌溉定额见表1。试验地总面积2 000 m2，采用深沟宽行大区种植，3次重复，随机排列，绿豆种植前及收获后各处理灌水量相同，间作期间灌溉定额见表1。

1.4 测定项目及方法

棵间蒸发量：在绿豆种植前每个试验区中间安放微型蒸渗仪，每天早上8：00—9：00用百分之一天平称重，前后两天称量之差为棵间蒸发量（汪顺生等，2012）。土壤含水量：在绿豆齐苗期、盛花期、结荚期、收获后测定，深度为10～100 cm，每10 cm为1层，用烘干法测定。土壤三相比：绿豆收获后覆盖还田前取0～20 cm耕作层土壤，测含水率、容重和孔隙度，计算气相、液相、固相比例（陈立新，2005）。土壤有效氮：选择在绿豆始花期、结荚期、覆盖还田后10 d、覆盖还田后20 d挖取10～90 cm剖面深度的土壤，风干后用碱解扩散法测定（鲍士旦，2000）。香蕉产量：香蕉收获时各试验区分别测产，再换算成每公顷产量。蕉果可溶性总糖测定用蒽酮比色法（张宪政，1992）。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2003和DPS6.55进行数据处理、统计分析和制图，其中土壤三相比、有效氮、香蕉产量、品质为蕉肥间作第2年田间数据。多重比较采用Tukey法。

2 结果与分析

2.1 蕉肥间作下微喷灌土壤棵间蒸发动态

由图2可知，蕉肥间作下微喷灌处理棵间蒸发呈不同程度下降趋势，而香蕉清耕栽培MSI0则呈波动上升，其棵间累积蒸发量达429.7 mm。随着灌水量增加，棵间累积蒸发量增加。以MSI1棵间累积蒸发量最低，达 315.97 mm，而以MSI5为最高。达385.6 mm，分别比MSI2、MSI3、MSI4高12.2%、7.6%和4.9%。绿豆种植期为4月上旬，温度在21.5 ℃左右，日照不强烈，此时MSI0和MSI1的棵间蒸发量较低，其他各处理由于在绿豆播种后第2天进行灌溉，土壤湿度大，因而棵间蒸发量相对较高。试验根据降雨情况在第31、43、63天灌水，因此翌日MSI2、MSI3、MSI4、MSI5处理棵间蒸发量均出现极高的突变值，到结荚和收获期，此时已进入夏季，太阳辐射增强，温度升高，且香蕉仍处于营养生长初期，冠层叶片不能完全覆盖地表，因此MSI0棵间蒸发强烈，蒸发量高。其他处理由于绿豆的遮盖，棵间蒸发量显著低于MSI0，间种绿豆明显减少地表水分蒸散量。

2.2 蕉肥间作下微喷灌土壤水分动态

在微喷灌作用下，MSI2、MSI3、MSI4、MSI5处理0～30 cm土层的水分含量明显高于MSI1和MSI0（图3），在40 cm以下，土壤含水量开始递减，但仍处于较高水平。由于水分下渗的影响，MSI2、MSI3、MSI4、MSI5各处理在30～60 cm土层的含水量仍高于MSI1和MSI0。随着土层的加深，各灌溉处理的水分含量逐渐降低。当土壤深度达100 cm时，各处理的水分含量趋于相同。在粮肥兼用绿豆盛花期，由于粮肥兼用绿豆的遮盖作用，在不灌溉条件下，MSI1处理在0～30 cm土层的含水量高于MSI0，30 cm以下二者相差不大。蕉肥间作下各灌溉处理在0～20 cm土层的含水量较高，其中MSI4、MSI5高于MSI2和MSI3。随着土壤深度的增加，各灌溉处理的水分含量有所下降，但整体上仍高于MSI1和MSI0。在绿豆结荚期和收获后，MSI1处理不同层次的土壤含水量均高于MSI0。由此可知，香蕉间作绿豆能提高土壤持水量，具有较好的蓄水保墒作用。

2.3 蕉肥间作下微喷灌土壤耕作层三相比

表2显示，蕉肥间作条件下，各灌溉处理的液相和气相比例均有明显的提高，但随着灌水量的增加，土壤液相比例不断升高，而气相比例有所下跌，液相中MSI5达极限值水平，气相中各处理均比对照组MSI1、MSI0达差异显著水平，适宜灌溉有助于提高土壤气相水平。MSI1处理土壤气相和液相均比MSI0要高，尤其是气相极显著高于MSI0，而MSI0土壤固相偏大，气相和液相比例偏低，呈紧实粘重的状态，可能是地表水分蒸发较强烈的缘故，可见在蕉园间种绿豆具有疏松土壤、增强土层通透性的良好效果。理想的土壤三相比是固相50%，液相和气相各25%（Herrmann & Witter，2002），蕉肥间作中MSI2处理固相49.4%、液相26.5%、气相23.3%，土壤三相比约为2∶1∶1。由此可知，蕉肥间作每公顷900 m3微喷灌对土壤耕层结构的影响接近理想状态。

2.4 蕉肥间作下微喷灌土壤有效氮含量变化

从土层纵向剖面角度来看（图4），在土壤深度40 cm以下，各个处理有效氮含量差异不大，基本上在80～84 mg·kg1之间，而30 cm以上土层的有效氮含量受试验处理的影响较大。MSI0 10～30 cm层次的有效氮含量随时间的推移而缓慢降低，收获20 d后，有效氮含量与始花期相比，下降5.1%左右。由于MSI0土壤没有外源氮素补充，其氮含量的减少可能是根系吸收所致。MSI1处理表土层有效氮含量变化趋势与MSI0相反，始花期较低，绿肥秸秆覆盖还田20 d后提高了19.0%，一方面是绿豆根瘤菌固定的氮素释放到土壤中增加氮的含量，另一方是粮肥兼用绿豆秸秆腐解释放养分至耕层土壤。MSI2、MSI3、MSI4、MSI5各处理表层土壤有效氮含量也表现出类似的变化趋势，收获20 d后分别提高23.4%、29.8%、20.4%、20.5%。

综上所述，不同处理表层土壤有效氮含量较高，随着剖面深度的增加，有效氮含量依次递减，当到达土壤深度40 cm以下时，土壤氮含量受影响较小，基本处于恒定的本底值水平。

2.5 蕉肥间作下微喷灌对香蕉产量和品质的影响

对蕉肥间作定位试验第二年不同处理的香蕉产量、品质分析发现（图5），以地表裸露清耕栽培不灌溉处理产量最低，蕉园间种绿豆不灌溉MSI1处理的香蕉产量比清耕栽培高5.8%，蕉肥间作灌溉处理的香蕉产量均高于清耕栽培，其中MSI4处理产量最高，分别比MSI2、MSI3、MSI5高8.4%、4.0%、6.1%。由此可知，在间种绿豆的情况下，灌水量达到MSI4定额时增产效果最好。本研究以可溶性总糖含量为主要指标代表蕉果品质，地表裸露清耕栽培不灌溉香蕉总糖含量处于最低水平，间种绿豆不灌溉MSI1处理的香蕉总糖含量极显著高于清耕栽培。在各灌溉处理中，MSI3处理香蕉总糖含量最高，比MSI2高7.1%。随着灌水量的加大，香蕉总糖含量持续下降，与MSI3相比，MSI4、MSI5分别降低9.0%、12.3%。

3 讨论

蕉肥間作有利于抑制蕉园棵间蒸发。棵间蒸发发生在土壤-植物界面蒸散，不参与作物生长发育，是土壤水分的无效散失（景明等，2010），棵间蒸发在农田蒸发蒸腾量中占很大比例，抑制棵间蒸发是提高作物用水效率的有效措施（吴普特等，2006）。生产上常用玉米、小麦秸秆等植被覆盖来降低棵间水分损失，覆盖植被可隔开土壤和大气的接触，减轻太阳辐射和刮风的影响，因而棵间蒸发量明显低于裸地（Denisov et al，2002；Diaz et al，2005；冀宏等，2010）。本研究在绿豆生长期间香蕉棵间蒸发量呈波动下降趋势，与不种绿豆相比降低了26.3%，而表土层水分含量逐渐增加，绿豆收获后达到20.5%的湿润水平，与土壤表面增加覆盖物相比，蕉肥间作能利用香蕉园林下空间资源，增加地表绿色植被覆盖度，减少裸露地表太阳辐射水分蒸发，蕉肥间作有增湿保墒的效果。

微喷灌能提高蕉肥间作土壤表层含水量。土壤水分是土壤中水溶性成分的运输载体（李保国和黄峰，2014），微喷灌类似自然降雨形式将水分从冠层均匀撒入进入植物根系，节水灌溉追求以最低限度用水量获得最大产量或收益（周新国等，2002）。本研究中在间种绿豆的情况下进行不同定额的灌溉，会增大土壤湿度，但由于粮肥兼用绿豆茎杆粗壮、植株高大，遮挡太阳照射，其棵间蒸发量与对照相比有不同程度的降低，表层土壤水分含量长时间维持在22.0%以上的水平，说明微喷灌能提高表层土壤的水分含量，而水分渗漏则影响深层土壤的水分分布，过多的灌溉会增加棵间蒸发量，降低水分的利用率，间作绿豆起到蓄水保水的作用，要注意控制灌溉水量，防止水资源的流失浪费。这与吕丽华等（2007）、李金鹏等（2016）、宜丽宏等（2017）的研究结果较为一致。

蕉园间作利于改善土壤耕层结构。间作体系中作物组合和适当的农艺措施选择是间套作成功的关键因素（Brooker et al，2015），康绍忠和张建华（1997）发现间种作物不仅增强土壤蓄水能力，而且作物根系的收缩会使土壤产生孔隙，提高气相比例，达到疏松土层的效果。本研究中蕉园间套绿豆后，土壤气相比呈明显增高，有助于改善土壤耕层结构，随着灌水量的增加，土壤液相比例不断升高，而气相比例有所下跌，这可能是灌水量过大易产生淹泽效应，而间种绿豆则会加剧这种效应的产生，使土壤三相比变得不合理。

蕉肥间作适度灌溉有利于增加土壤氮供给，提升香蕉产量，改善香蕉品质。间作体系中豆科根瘤固氮及化感作用有利于调控土壤生境，提高土壤有效氮含量（Suman et al，2006），本研究连续两年定位研究中发现，蕉肥间作并覆盖还田条件下微喷灌有助于提高土壤有效氮含量，30 cm以上耕层土壤有效氮含量随时间的推移而逐渐增高，蕉肥间作微喷灌模式下每公顷水灌溉定额1 350 m3产量最高，每公顷水灌溉定额1 800 m3 品质最佳，这可能是灌溉增强了粮肥兼用绿豆的长势，土壤产生更多的根瘤菌固定氮素，也可能是灌溉与绿肥覆盖还田腐解改善了土壤物理性质，改变土壤耕作层结构，促进土壤矿质氮素的释放，促进香蕉根系对养分的吸收和地上部植株生长，增加了光合物质向香蕉转移。香蕉产量提高和品质改善是微喷灌单因素作用还是微喷灌与绿肥覆盖还田水肥耦合交互效应影响，还有待于进一步验证。

4 结论

蕉肥间作微喷灌处理的土壤棵间蒸发量呈不同程度的下降状态，对照无绿豆间作未灌溉的土壤棵间蒸发量呈上升趋势。蕉肥间作下微喷灌处理能提高表层土壤含水量，改善香蕉耕层结构，提高土壤肥力，其中每公顷900 m3微喷灌处理土壤三相比呈最佳状态，每公顷1 350 m3微喷灌处理表土有效氮含量最高，每公顷1 800 m3 产量最高，每公顷1 350 m3 品质最佳。蕉肥间作下适量微喷灌能提高香蕉产量、改善品质。蕉肥间作下微喷灌是一种重要绿色增效技术，适量灌溉有助于香蕉减施化肥和节水灌溉，促进绿色香蕉产业化发展。

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