胶园8种豆科覆盖绿肥的耐荫性研究

赵志平，许木果，刘忠妹，杨春霞

（云南省热带作物科学研究所，云南景洪666100）

橡胶是重要的战略性资源，广泛应用于各领域。胶园覆盖是指橡胶园中橡胶树行间种植覆盖作物，以达到覆盖地面、保持水土、培肥土壤、促进胶树生长、提高胶树产量和节约管理用工的目的［1］。而胶园间种一般经济作物或非豆科绿肥容易导致橡胶树和间种作物之间养分的争夺；豆科绿肥具有根瘤，能固定空气中游离的氮，增加土壤氮素营养［2］。橡胶树是多年生高大阔叶乔木，开割后树冠基本郁蔽，形成的林下弱光、高湿环境严重影响一般绿肥的正常生长［3-4］，目前云南开割胶园生产上十分缺乏耐荫蔽的豆科绿肥。云南是我国第一大天然橡胶种植基地，橡胶园开割面积达30 万hm2，研究豆科绿肥的耐荫性显得尤为重要和紧迫。

植物耐荫性（shade-tolerance）是指植物在弱光条件下为适应光照条件的变化而产生一系列改变，从而保持自身系统的平衡状态，并能进行正常生命活动的能力［5］。目前国内外关于绿肥耐荫性的研究很少，本文主要研究了在荫蔽度达90%的开割橡胶园中8 种豆科绿肥的叶片生理和结构指标，同时结合田间生长情况评价其耐荫性，旨在筛选耐荫性强的绿肥品种，推广到开割胶园乃至成林后荫蔽度大的人工经济林作地面覆盖，以充分利用热带人工林下资源，促进农林生态系统可持续发展，提高其生态效益和经济效益。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 试验地情况

本试验于2016 年在云南省热带作物科学研究所橡胶试验基地进行。试验地位于西双版纳州景洪市，东经100°47′，北纬22°01′，海拔630 m。该年均温22.5℃，年最高温38.0℃，年最低温8.7℃，年降雨量1 430.2 mm。橡胶品种为GT1，21 割龄，等高种植于缓坡地，株行距2 m×10 m，林下荫蔽度达90%。土壤为红壤，种植前土壤有机质1.53%，全氮0.08%，速效钾85.54 g/kg，速效磷6.88 g/kg，pH 4.75。

1.1.2 试验材料

供试的豆科绿肥均属热带植物，除羽叶决明、毛蔓豆为引进栽培品种外，其余6 种绿肥是从云南热区收集到的野生绿肥，具体见表1。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

3 月份砂床播种，5 月份雨季来临后，将8 种豆科绿肥以20 cm×30 cm 的株行距种植于开割橡胶林下阳坡，每小区面积30 m2，4 次重复，按常规进行管理。

1.2.2 观测项目及方法

胶园荫蔽度采用ZDR-24 型照度记录仪测定。成活后开始观测各供试品种的生长情况，记录生长势及生长史完成情况。于绿肥旺盛营养生长期（8 月份），随机剪取生长一致的功能叶50片（藤本绿肥不分部位，直立型绿肥取中部叶）进行测定。恒温箱烘干法测定叶片含水量，95%酒精浸提，分光光度法测定叶绿素a、叶绿素b［5］。电导仪测定电导率，徒手切片法测定叶片下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度［6］。

1.2.3 试验数据的统计分析

试验结果采用SPSS 19.0 统计软件作邓肯多重比较、相关分析、因子和聚类分析。

表1 供试绿肥种类

2 结果与分析

2.1 胶园绿肥植物生长情况

8 种绿肥植物在云南开割胶园的生长情况见表2。在荫蔽的环境中，毛蔓豆、羽叶决明、十一叶木蓝长势差、分枝少、盖度小；大叶山蚂蝗、大叶拿身草虽长势好，但盖度仅达80%，这可能与种植密度及其生物学特性有关；假地豆、距瓣豆、硬毛宿苞豆长势好，能盖满地面。毛蔓豆、距瓣豆、十一叶木蓝3 种绿肥在荫蔽环境中能少量开花，偶尔能观测到结荚，但种子不饱满。其余绿肥均能正常开花结荚，种子饱满。

表2 橡胶园中不同绿肥的生长状况与生活史完成情况

根据只有在一定荫蔽条件下，能完成其生活史或发挥其生产潜能的植物才是耐荫植物［7］，将8 种绿肥分成3 类。第1 类，耐荫性强的绿肥，长势好且能完成其生活史，包括假地豆、硬毛宿苞豆、大叶山蚂蝗、大叶拿身草4 种。第2 类，耐荫性中等的绿肥，长势好或能完成其生活史，距瓣豆、羽叶决明2 种。第3 类，耐荫性弱的绿肥，长势差且未能完成其生活史，十一叶木蓝、毛蔓豆2 种。

2.2 绿肥植物叶片生理和结构指标比较

绿肥叶片生理与结构指标测定结果见表3。方差分析结果表明，除叶绿素a/b 比值差异不显著（p＝0.805）外，8 种绿肥植物叶片的水分、叶绿素含量、电导率、下表皮、栅栏组织、海绵组织厚度在绿肥种间均达显著差异（p＜0.05）。植物叶绿素是光合作用的载体，最重要的性质是能选择性地吸收光，叶绿素a 在长波长的红光部分的吸收峰较高，而叶绿素b 则在短波长的蓝紫光部分的吸收能力较强。一般来说，叶绿素含量高、叶绿素a/b 比值小的植物，具有较强的耐荫性［8-10］；阳生植物的叶绿素a/b 比值约为3［11］。8 种绿肥的叶绿素a/b 比值均小于3，故这8 种绿肥都具有一定的耐荫性。假地豆叶片的叶绿素含量最高，与毛蔓豆、大叶山蚂蝗、硬毛宿苞豆、十一叶木蓝、距瓣豆的含量差异显著，羽叶决明、大叶拿身草与硬毛宿苞豆、十一叶木蓝、距瓣豆差异显著。8种绿肥植物叶绿素含量的平均值由大到小的排列顺序为：假地豆、羽叶决明、大叶拿身草、毛蔓豆、大叶山蚂蝗、硬毛宿苞豆、十一叶木蓝、距瓣豆。

表3 不同绿肥叶片生理和结构指标比较

原生质膜是细胞对外最为敏感的部位，不同的光照会造成原生质膜损伤的程度不一样［12］。电导率最高的是假地豆，最低的是羽叶决明，羽叶决明与假地豆、距瓣豆差异显著。阳生植物、阴生植物及二者之间的过渡类型耐荫植物的区别主要表现在它们需要的光照强度不同。阴生植物在叶片解剖结构上表现为具有发达的海绵组织，丰富的海绵组织不规则的分布减少了光量子的投射损失；同时栅栏组织减少或退化，栅栏组织本身的叶绿体集中于一端，从而有利于光线进入海绵组织使植物能够更有效地利用有限的光能，从而有利于植物在阴暗环境下积累有机物质［13-14］。羽叶决明、毛蔓豆叶片的栅栏组织厚度显著高于假地豆、大叶拿身草、硬毛宿苞豆、大叶山蚂蝗的。

2.3 绿肥植物叶片生理和结构指标相关分析

绿肥叶片生理和结构指标的相关分析见表4，8 种绿肥叶片栅栏组织平均值由小到大的排序为: 假地豆、大叶拿身草、硬毛宿苞豆、大叶山蚂蝗、距瓣豆、十一叶木蓝、羽叶决明、毛蔓豆；海绵组织厚度顺序与栅栏组织厚度基本一致。绿肥叶片水分含量与叶绿素含量呈极显著负相关，栅栏组织与海绵组织呈显著正相关，其他的相关关系不显著。

2.4 绿肥植物叶片生理和结构指标聚类分析

聚类分析是统计学研究中进行分类统计的主要方法，其中层次聚类分析是根据观察值或变量之间的亲疏程度，将最相似的对象结合在一起，以逐次聚合的方式将观察值分类，直到最后所有样本都聚成一类，该方法已被广泛应用于科学研究之中。将8 种绿肥植物叶片生理和结构指标进行因子分析，以各主成分对应的方差贡献率为权重，分别乘以各绿肥品种在每个主成分上的因子得分，由此得出各绿肥品种的综合得分，并将综合得分进行层次聚类分析中的Q 型聚类分析，结果见图1。当聚合距离为25 时，8 种绿肥可分为3类。其中假地豆、大叶拿身草、大叶山蚂蝗、硬毛宿苞豆4 种属第1 类；羽叶决明、距瓣豆、十一叶木蓝属第2 类；毛蔓豆属第3 类。除十一叶木蓝外，其余绿肥聚类分析结果与大田观测结果一致。而如果将8 种绿肥分成4 类，其中假地豆、大叶拿身草、大叶山蚂蝗、硬毛宿苞豆4 种属第1类；羽叶决明、距瓣豆属第2 类；十一叶木蓝第3类，毛蔓豆第4 类。合并第3、4 类，结果则与大田观测结果一致，说明通过因子和聚类分析对绿肥耐荫性评价具有一定的参考意义。

表4 绿肥叶片生理和结构指标相关性分析

3 讨论

遮荫程度是影响植物在人工林下生长的最主要因素［15］，我国热带拥有约115.8 万hm2的橡胶林［16］和290.75 万hm2的 人 工 林 业 用 地 的 林 下 资 源［17］，为了充分利用林下的弱光空间资源，提高热区土地单位面积的生产力，开发和利用耐荫植物种质资源或基因资源具有十分重要的意义。本文对8 种豆科绿肥开展了定量的生理、结构指标聚类分析，以及定性的引种试验，综合评价后将其按耐荫性强弱划为3 类，第1 类，耐荫性强的绿肥，假地豆、硬毛宿苞豆、大叶山蚂蝗、大叶拿身草，长势好且能完成其生活史。第2 类，耐荫性中等的绿肥，距瓣豆、羽叶决明，长势好或能完成其生活史。第3 类，耐荫性弱的绿肥，十一叶木蓝、毛蔓豆，长势差且未能完成其生活史。

本文通过对定量的叶片生理指标和结构指标进行聚类分析，其结果与定性的田间观测结果基本一致，说明该评价方法是可行的。同时，覆盖绿肥耐荫性强弱最终还是要通过其在林木弱光下能否达到预期的覆盖效果来体现，故定量的叶片生理指标和结构指标测定须与定性的引种试验结果相结合才能得出较为可靠的结果。

一般而言，阴生植物具有发达的海绵组织，而栅栏组织减少或退化。本文中，海绵组织和栅栏组织为正相关，与前人研究结果不同，可能是因为参试绿肥属不同的种，甚至是不同的属，由其本身的遗传特性差异造成的。

为充分利用林下资源，保持水土，培肥地力，今后应加强收集典型热带阴性、耐荫性绿肥，科学合理地配置到不同荫蔽度的林下，促进农林生态系统可持续发展。