全周期胶园落叶期林下间作矮生四季豆的叶面积、SPAD值和产量

袁淑娜,潘 剑,黄坚雄,郑定华,桂 青,李 娟,陈俊明,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/中国热带农业科学院林下资源综合利用研究中心，海南 儋州 571737)

天然橡胶是重要的战略物资和工业原料，因近年胶价下跌，单一栽培模式的植胶业受冲击严重，胶农收入锐减，在我国各个植胶区都出现胶园弃割现象[1].但天然橡胶作为战略物资，其面积需要保护，如何稳定和提高胶园产值，平衡市场需求和国家政策的矛盾，是植胶业亟待解决的问题.天然橡胶生产中存在的主要问题是胶园生产方式单一，抗风险能力差.发展胶园林下间作，可提高土地和光资源的利用效率，丰富胶园产出物类型，增加胶农收入，促进胶园生产多元化，是实现胶园可持续发展的途径之一[2,3].而寻找适合的间作物，开发并推广适宜胶园间作的模式是胶园林下间作研究的关键内容.幼龄胶园因充足的光照条件，间作物可适范围广，间作研究较多，得益于其良好的光照条件，国内外对幼龄胶园林下间作研究较多，幼龄橡胶树间种经济作物(香蕉、菠萝、甘蔗)，粮食作物(玉米、旱稻)、豆类作物(大豆、绿豆)，薯类作物(山薯、木薯)和蔬菜(茄子、辣椒、苦瓜)等均有报道[4-10].生产面积最大的成龄胶园，荫蔽度高，可间作物种少，只适合间作喜阴作物，如茶叶、益智、砂仁等，发展缓慢[11-13].近年来，相对于常规胶园提出的全周期胶园间作模式报道较多.全周期胶园采用宽窄行种植，种植密度为(2 m×4 m)×20 m，株距2 m，窄行4 m，宽行20 m，可在宽行(20 m)中间作油料作物(大豆、花生)、淀粉类作物(豆薯、土豆)、中药材(五指毛桃、地胆头、广金钱、巴戟天、玫瑰茄)、牧草(柱花草、王草)、香辛饮料(咖啡、可可、肉桂)、蔬菜(生姜、秋葵、胭脂萝卜)等多种类型作物[14-18]，是值得推广的橡胶树种植模式.

蔬菜是人类平衡膳食的重要组成部分，是人体所需维生素、膳食纤维和矿物质的重要来源.橡胶产业迫切需要解决的是短期效益低，胶农收入少的问题，而蔬菜作为经济效益较高且商品性较强的农作物，具有周期短，见效快的特点[19,20]，是改变胶园种植结构的理想间作物.冬季蔬菜资源相对匮乏，若能利用胶园冬季落叶期种植蔬菜，其经济效益相当可观.矮生四季豆是人们餐桌上的常见蔬菜，其田间种植与蔓生四季豆相比，具有生育期短、管理方便、抗虫抗病等优点，既适宜蔬莱区种植，也适合与经济作物进行间套作[21,22].本研究基于此，拟分析橡胶林落叶期的温湿度和光照强度及其间作矮生四季豆的叶面积、SPAD值和产量表现，为胶园越冬落叶期蔬菜间作技术的提出和推广提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料

本研究于2014年11月至2015年3月在中国热带农业科学院试验场三队(19°32′55″N，109°28′30″E)开展，该地区为典型的热带海洋季风气候.全周期胶园林段坡度约为10°，橡胶树为宽窄行种植，宽行为20 m，窄行的株行距为2 m×4 m，施肥沟(坑)位于窄行当中，宽行中的冠幅约4 m，林段种植方向为南北走向以防止水土流失，橡胶树密度为420株·hm-2.胶园于2002年3月定植，2010年8月开割，橡胶树品种为热研72059，为直立速生品种.该林段的土壤质地为粉砂黏壤土，试验前测定0～20 cm土壤pH 4.5，土壤有机质12.02 g·kg-1，全氮0.41 g·kg-1，速效磷31.65 mg·kg-1，速效钾56.47 mg·kg-1.

1.2 方法

图1 全周期胶园间作区示意图Fig.1 Intercropping area of rubber plantation with paired row planting system

1.2.1 试验设计 在全周期间作胶园宽行中的12 m宽的区域(如图1所示)间作矮生四季豆，种植方向与橡胶树行向相同(南北方向)，间作小区的面积为12 m×12 m，以附近裸地地段单作为对照.矮生四季豆品种为海南当地矮生四季豆.试验种植株行距为50 cm×50 cm，穴距为30 cm，每穴3株，最后保留2株，在间作小区中共种植25行，每个处理3次重复.矮生四季豆种植日期为11月20日，首次采收期为2月12日，最后1次采收期为2月27日.矮生四季豆的施肥量分别为P2O5100 kg ·hm-2(过磷酸钙)、K2O 90 kg ·hm-2(硫酸钾)和N 300 kg·hm-2(尿素)，其中磷肥、钾肥在试验整地时作底肥施入，氮肥做追肥用，施肥比例为1∶2，田间管理等均按生产上进行操作.在附近空旷地段作对照处理，对照小区面积4 m×5 m，其他管理均与试验区一致.

1.2.2 光照强度测定 选择晴朗天气，记录光照强度.全周期间作模式胶园(如图1所示，南北行向)株行距：(2 m×4 m)×20 m，行间间作区宽度为12 m.全周期胶园间作小区按照位置分别选取距离橡胶树(从东至西距离)4 m(记E4)、7 m(记E7)、10 m(记M10)、13 m(记W7)、16 m(记 W4)处进行温湿度，光照强度指标测定.该位点对应矮生四季豆的第1、7、13、19和25行，光照强度测定时间为8:00—18:00，测定间隔时间为2h，以3次重复的平均值为准.

1.2.3 温度湿度数据 温湿度数据测定位置与光照强度测定位置一致，通过精创RC-4HA温湿度记录仪收集间作区不同位置和裸地对照2015年2月1—27日的温湿度数据.

1.2.4 叶面积和SPAD 于矮生四季豆幼苗期、抽蔓期、结荚期，选取代表作物10株，用SPAD仪(SPAD-502，日本)测定单作处理和间作处理不同位置作物倒三或四叶片SPAD值表征相对叶绿素含量，每株3片叶，取均值；用LAI-3000A(美国)叶面积仪测定单做处理和间作处理不同位置作物单株叶面积，取均值.以上指标测定的行号与光照时长测定的位点(行号)对应.

1.2.5 产量和生物量 在试验间作小区定位观测行连续选取10穴，在采收期持续采收，累计采收鲜重为矮生四季豆产量，采收四季豆进行处理后在85 ℃下烘干，同时测定小区产量；最后1次采收结束后，将观测行10穴20株进行处理，并在85 ℃下烘干，与累计采收矮生四季豆一起计为成熟期地上部分生物量，观测不同位置生物量表现.

1.3 数据处理

处理应用Excel 2010和SPSS 17.0软件进行数据处理和统计分析，在P<0.05统计水平上采用LSD法进行差异显著性检验.

2 结果与分析

2.1 全周期胶园间作区不同位置橡胶树落叶期的温湿度和光照强度

全周期胶园间作区不同位置橡胶树落叶期的日平均温度无显著差异，均显著低于裸地对照，大约低2～3 ℃；间作区平均湿度均显著高于裸地对照，增加幅度为5%～9%(表1).全周期胶园间作区不同位置的光照强度变化如图2所示，从早上8时开始，光照强度逐渐增强，受树体影响，间作区M10、W7和W4的光照强度在中午12:00达到最大值，而CK，E4和E7的光照强度在下午14:00达到最大值.间作区日平均光照强度与裸地对照无显著差异(表1)，但不同时间点的光照强度差异较大，裸地光照强度在8:00、10:00和16:00均显著高于间作区(图2).

表1 间作区2月份不同位置日平均温湿度和光照表现1)Table 1 Comparison on temperature, humidity and light intensity at different experimental positions

1)不同小写字母代表光照强度显著差异(P<0.05)，相同小写字母表示光照强度差异不显著(P>0.05)

不同小写字母代表光照强度显著差异(P<0.05)，相同小写字母表示光照强度差异不显著(P>0.05)图2 间作区光照强度日变化Fig.2 Changes in daily light intensity at different experimental positions

2.2 胶园林下间作矮生四季豆叶片SPAD值

胶园林下间作矮生四季豆叶片的SPAD值随着植株的发育呈升高趋势，至抽蔓期达最大值，结荚期略有下降.裸地对照矮生四季豆的SPAD值从苗期至抽蔓期至结荚期持续增大，结荚期SPAD值最大.胶园林下间作区矮生四季豆叶片的SPAD值在3个时期的表现各不相同，苗期E4叶片SPAD值最大，与裸地对照无差异，显著高于间作区的其它位置.抽蔓期叶片间作区的中间位置M10，叶片SPAD值与裸地对照无显著差异；结荚期，间作区的所有位置叶片SPAD值均显著低于裸地对照.

不同小写字母代表光照强度显著差异(P<0.05)，相同小写字母表示光照强度差异不显著(P>0.05)图3 全周期胶园间作区不同位置矮生四季豆叶片SPAD值Fig.3 SPAD value of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.3 胶园林下间作矮生四季豆叶面积

胶园林下间作和对照矮生四季豆叶片的叶面积均随着植株发育呈增大的趋势，结荚期叶面积最大.间作区中间位置M10的叶面积值在3个生育时期均大于间作区其它位置和裸地对照.其中抽蔓期M10植株的叶面积比裸地对照和间作区其它位置的平均值分别大82%和109%，结荚期叶面积增大值分别为41%和99%.

不同小写字母代表光照强度显著差异(P<0.05)，相同小写字母表示光照强度差异不显著(P>0.05)图4 全周期胶园间作区不同位置矮生四季豆叶面积Fig.4 Leaf area of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.4 胶园林下间作矮生四季豆产量

全周期胶园林下间作矮生四季豆的平均产量为5 593.24 kg·hm-2，比裸地对照低约30%，间作区不同位点产量差异如图5所示，距离橡胶树愈近，产量愈低，具体表现为：M10>W7>E7>E4>W4.W7和E7之间无显著性差异， E4和W4之间无显著差异.间作区M10(8 247.56 kg·hm-2)与裸地对照(8 046.64 kg·hm-2)无显著差异，均显著高于间作区其它位置.间作区植株生物量除W4显著低于M10和W7，其它间作区间无显著差异，裸地对照植株生物量最大.

不同小写字母代表光照强度显著差异(P<0.05)，相同小写字母表示光照强度差异不显著(P>0.05)图5 全周期胶园间作区不同位置矮生四季豆豆荚产量和生物量Fig.5 Pod yield and plant biomass of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.5 数据的相关性分析

光照强度与温度，结荚期SPAD值和植株生物量呈极显著正相关；豆荚产量与抽蔓期SPAD值、苗期叶面积、结荚期叶面积和植株生物量呈极显著正相关.植株生物量与光照强度、抽蔓期SPAD值、结荚期SPAD值和苗期叶面积呈显著正相关.

1)“*”表示相关检验为显著(P<0.05)；“**”表示相关检验为极显著(P<0.01).

3 讨论与结论

3.1 全周期胶园落叶期林下光照强度与间作区矮生四季豆产量表现

光照是植物生长的基础，光照不足可造成植株高度增加，干物质积累下降，叶面积指数减小，产量降低等[23,24].橡胶树落叶期可显著改善其林下光照条件，满足林下间作物生长对光的需求，实现胶园林下非耐阴植物的间作种植，提高胶园产值.研究结果表明，全周期胶园落叶期各个观测点的日平均光照强度无显著差异，距离橡胶树较近的两个间作点E4和W4，光照强度低于M10、W7、E7和CK，但未达到显著水平.其林下间作矮生四季豆的产量在不同间作区差异较大，具体表现为间作位置距离橡胶树愈近，产量愈低，产量高低顺序为M10>CK>W7>E7>E4>W4.这可能与间作区不同位置同一天不同时间点的光照强度差异较大有关(图2).

3.2 胶园林下间作矮生四季豆叶面积、叶片SPAD值与产量的关系

植物产量和光合作用的有效面积呈显著正相关，小麦叶面积与穗粒数、穗粒重呈极显著正相关关系[25,26]，研究表明，全周期胶园落叶期林下间作矮生四季豆的新鲜豆荚产量与抽蔓期SPAD值、苗期和结荚期的叶面积、植株生物量呈极显著的正相关.在间作区中间位置(M10)，全周期胶园林下间作矮生四季豆的叶面积显著增大，植株生物量增大，使得产量与裸地对照没有显著差异.但随着间作区荫蔽度的增大，靠近橡胶树的矮生四季豆的叶面积和豆荚产量显著下降.这与前人的研究结果一致.此外，叶片SPAD值可用来指导植株施肥及进行差量预测，在胶园林下间作条件下，能维持较高SPAD值的植株能更充分地利用间作区的光热资源，增加矮生四季豆的产量.在生产上可通过有利于提高矮生四季豆叶片SPAD值、叶面积和植株生物量的途径来提高矮生四季豆豆荚产量.

3.3 结论

(1)全周期胶园落叶期可以种植矮生四季豆，产量比裸地对照降低约30%.全周期胶园落叶期林下间作区M10、W7、E7的环境可满足矮生四季豆的生长发育需求，产量与裸地单作对照没有显著差异或差异较小，E4和W4产量与对照相比降低比较显著.因此，全周期胶园落叶期林下中间6 m的位置更适宜矮生四季豆的生长.E4和W4的位置可选择种植更耐阴的作物，如生姜等，实现不同间作物的组合种植，更高效地利用橡胶林下土地资源.

(2)全周期胶园林下间作矮生四季豆的豆荚产量与抽蔓期SPAD值、苗期和结荚期的叶面积、植株生物量呈极显著的正相关，因此提高胶园林下间作矮生四季豆的生物量是提高其产量的基础，在生产上通过提高矮生四季豆叶片SPAD值、叶面积和植株生物量的途径可增加矮生四季豆豆荚的产量.