种植密度对山黧豆培肥及景观效应的影响

况胜剑， 姚单君， 冉 斌， 张爱华， 张 钦*， 王文华

(1.贵州省农业科学院 土壤肥料研究所/农业资源与环境研究所 农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站， 贵州 贵阳 550006； 2.贵州大学， 贵州 贵阳 550025)

山黧豆(LathyrussativusL.)系豆科山黧豆属，又名栽培山黧豆、家山黧豆、草豌豆和马牙豆等，为1年生草本植物。山黧豆在世界范围内栽培广泛，在我国已有悠久的种植历史[1]，具有很强的适应性，耐寒耐旱耐瘠性强[1-3]，病虫害少[2]。作为肥饲兼用作物，山黧豆具有稳产高产的特点，其茎叶及种子均含有丰富的蛋白质[1-4]，是饲喂畜禽的优质蛋白质饲料[5-6]，其作为绿肥间、套种植植物，不仅可以培肥地力，还可提高主作物产量[5]。山黧豆花形与豌豆花相似，属蝶形花，花型优美，花色艳丽，有白色、蓝色、红色、紫红色和粉色等[1-2]，可用于观赏[6]。因此，种植山黧豆具有较高的经济价值。

绿肥是一种重要的有机肥源，可通过光合作用及生物固氮等增加系统养分输入[7]，翻压后大量的碳及营养元素还田可提高耕地质量[8]。研究表明，山黧豆作为绿肥使用，翻压还田后可提高土壤有机碳及养分含量，提升土壤肥力，改善土壤质量[9-12]。当前，观光、休闲农业在国内蓬勃发展[13-17]，具有观赏价值的农作物被应用于观光农业中[18]。其中，油菜、紫云英等花期较长的绿肥作物的生态景观和改良土壤效果的研究已有报道[19]，而山黧豆的景观效应还未见报道。种植密度会显著影响农作物产量、生长性状、养分吸收及积累量[8，20-25]。韩文斌等[20]研究了播种量对山黧豆产量及农艺性状的影响，播种量过大对产量和农艺性状均有负向作用。研究通过田间试验探索不同种植密度条件下山黧豆生长状况特征、养分积累能力、固碳能力及观赏效果，以期确定山黧豆适宜种植密度，为提高其培肥及景观效果提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2017年至2018年在贵州省安顺市普定县黄桶街道办梨园进行，试验地海拔1 249 m，东经105°42′11″，北纬26°16′20″，属于亚热带季风湿润气候，地处贵州省三大降雨中心地区之一。试验地土壤为黄壤，机械组成为粉壤，耕层土壤pH 6.15，全氮0.21%，全磷0.12%，全钾0.76%，有效磷19.90 mg/kg，速效钾62.5 mg/kg，碱解氮147.35 mg/kg，缓效钾199.33 mg/kg，有机质31.67 g/kg。

1.2 材料

山黧豆(Lathyrussativus)，由国家绿肥产业体系南充综合试验站提供。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 试验共设3个处理，即3种不同种植密度。处理1，30 kg/hm2；处理2，45 kg/hm2；处理3，60 kg/hm2。小区面积为8 m2(2 m×4 m)，随机区组排列。播种时间为2017年10月20日，条播，不施肥。

1.3.2 指标测定 播种前及盛花后期采集试验地耕层(0～20 cm)土壤样品，按常规方法进行土壤基本理化性质分析[26]。观测记录山黧豆主要生育期，并测量各时期株高。

盛花期采集各小区具有代表性的3株植株，分别测定地上及地下部分鲜重、株高、根长、花朵长和宽，计算每朵花面积。地上及地下部分分别烘干称量，测定其氮、磷、钾、碳含量。同时，各小区选取代表性3行绿肥，测定花朵数、花面积、地上及地下部分鲜质量。植株全氮采用纳氏比色法测定，全磷采用钼锑抗比色法测定，全钾采用原子吸收分光光度计测定，有机碳采用重铬酸钾法测定。固碳量的计算参照陈丹艳等[27]研究方法，其计算公式：

式中，W为地上部固碳量(g/m2)；α为采收时地上部分干质量(g/m2)；b为采收时地下部分干质量(g/m2)；r为干物质净积累量(g/株)；ρ为植株密度(株/m2)。

1.4 数据处理

数据为3个重复的平均值±标准差，采用Excel 2016和 SPSS 25.0对试验数据进行处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 山黧豆的生长历期与盛花期鲜草的产量

2.1.1 生长状况 山黧豆出苗时间为2017年11月2日，于2018年3月11日进入初花期，3月18日进入盛花期，3月29日进入终花期，花期约20 d。花朵蝶形，花色橘红色，花朵垂直分布空间为15～25 cm。

2.1.2 产量 从表1可知，种植密度显著影响山黧豆盛花期鲜草产量，其产量依次为处理1>处理2>处理3，即鲜草产量随种植密度的增大而降低。其中，处理1鲜草产量显著高于处理3，较处理3高64.3%；处理1与处理2，处理2与处理3差异不显著。山黧豆盛花期株高均表现为处理1>处理2>处理3，但各处理间差异不显著。盛花期根长处理2最长，为13.57cm，各处理间差异不显著。

表1 不同种植密度山黧豆盛花期鲜草产量、株高及根长

2.2 盛花期地上部养分积累效应

从表2可知，山黧豆盛花期地上部分干物质及氮、磷、钾养分积累量处理1均最高，分别为2 066.60 kg/hm2、65.97 kg/hm2、4.79 kg/hm2和39.02 kg/hm2。处理2次之，处理3最低，干物质及养分积累量随种植密度增大呈降低趋势。处理1与处理2的干物质积累量、氮积累量均显著高于处理3，干物质积累量分别较处理3高66.4%和54.2%，氮积累量分别较处理3高78.0%和53.0%。处理1的磷积累量显著高于处理3，较处理3高58.2%。3种处理间的钾积累量差异均达显著水平，处理1比处理2高41.2%，比处理3高123.2%，处理2比处理3高58.1%。

表2 不同种植密度山黧豆盛花期地上部养分的积累量

从表3看出，各处理间根部干物质及养分积累量均表现出随种植密度增大而增加的趋势，但各处理间差异均不显著。

表3 不同种植密度山黧豆根部养分的积累量

2.3 盛花期地上部的固碳能力

从表4可知，种植密度显著影响山黧豆盛花期地上部分碳积累量及固碳量。随种植密度增加，碳积累量及固碳量呈逐渐降低趋势，且处理1与处理2碳积累量及固碳量均显著高于处理3，处理1与处理2间差异不显著。其中，处理1碳积累量及固碳量分别比处理3高63.7%和66.5%，处理2碳积累量及固碳量分别比处理3高60.8%和54.2%。

表4 不同种植密度山黧豆地上部分的碳积累量及固碳量

2.4 山黧豆盛花期景观效果

从表5可看出，种植密度对山黧豆盛花期花朵数和花面积的影响均达到显著水平，均表现为处理2>处理1>处理3。其中，处理2的花朵数显著高于处理3，较处理3高52.6%；处理2与处理1的花面积均显著高于处理3，分别较处理3高58.5%和51.4%。

表5 不同种植密度山黧豆盛花期的花朵数量及花朵面积

3 结论与讨论

种植密度通过影响植株个体的生长和生物群体的大小影响产量[22]。已有研究发现，作物产量随密度的增加呈先增加后下降趋势[24-25，28]。研究结果表明，山黧豆鲜草产量随种植密度的增大而呈降低趋势，种植密度为30 kg/hm2时，鲜草产量最高，为(7 440.00±1 115.90) kg/hm2；种植密度为60 kg/hm2，鲜草产量最低，为(4 528.00±1 107.67)kg/hm2，且各处理鲜草产量明显低于韩文斌等[20]在四川西充县的研究结果，这可能是因为试验区域海拔较高，气温较低，导致山黧豆生物量降低。此外，韩文斌等[20]发现，山黧豆播种量为45 kg/hm2时，植株群体结构较为合理，鲜草产量最大，与研究结果存在差异，说明受种植区域气候条件的影响，为使山黧豆形成合理的群体结构，提高产量，应对种植密度进行适当调整，结合研究结果分析，在高海拔气温较低的区域，适当降低种植密度，可提高经济效益。

绿肥种植主要通过养分还田，达到培肥地力的目的。潘福霞等[8]研究发现，紫云英地上部氮磷钾积累量均随播种量的增加而增加。研究发现，山黧豆干物质及氮磷钾养分积累量随播种量增大而降低。这可能是因为作物养分积累受产量的影响。有研究表明，作物氮磷钾积累量与产量呈正相关[22]，产草量较大的绿肥碳、氮、磷、钾养分积累量也较高[29]。研究结果表明，种植密度为30 kg/hm2时，地上部分干物质及氮、磷、钾养分积累量均最高，说明山黧豆养分积累确实与产量存在一定的正相关性，与前人研究结果相符。

绿肥作物有很好的固碳作用，可为耕地土壤提供大量的有机质，改善土壤质量[12]，且与其他植物相比，绿肥对土壤的固碳能力较强[30]。王丽宏等[31]研究指出，冬季覆盖作物不仅可以增加生物产量，还可以增加稻田生态系统碳蓄积效应，覆盖作物的碳蓄积量均显著高于冬闲田。李福夺等[32]关于南方稻区绿肥生态服务功能及生态价值评估的研究指出，绿肥固碳释氧的气体调节价值最大，其次是对土壤有机质的累积价值。研究发现，山黧豆同样具有很好的固碳效应，种植密度对山黧豆碳积累量和固碳量都产生了显著影响，种植密度过大，山黧豆生物产量降低，固碳效应也降低。在今后的研究中，应考虑改善包括种植密度在内的栽培措施，以进一步提升绿肥作物的固碳效益，对未来可持续农业的发展意义重大。

随着观光、休闲农业的发展，油菜、紫云英等具有观赏价值的绿肥作物开始被应用于景观美化。绿肥作物由于生命力较强，不需要特殊养护，管理成本明显低于大部分景观花卉，在观光、休闲农业中的应用前景广阔。山黧豆花型优美，花色艳丽，具有较高的观赏价值。研究结果表明，种植密度显著影响山黧豆的花朵数及花面积，种植密度为45 kg/hm2时，花朵数及花面积均最大，分别为(986.67±86.93)万朵/hm2和(1 279.84±209.47)m2/hm2，说明景观效应最好。种植密度过小，山黧豆群体数量过小，花朵数及花面积较小，观赏效果不佳。种植密度过大，群体密度过大，叶片相互遮荫，部分叶片较早脱落，花荚得不到足够的营养而脱落[21]，同样导致花朵数及花面积减小，影响观赏效果。因此，为确保山黧豆较好的观赏效果，种植密度为45 kg/hm2时较为适宜。在今后的研究中，还可考虑不同花色山黧豆的混播，为山黧豆在观光农用中的应用提供技术支撑。

综上所述，山黧豆具有很好的培肥土壤及提升景观的效果，且受到种植密度显著影响。要获得较高鲜草产量，提高养分积累量及固碳能力，提升培肥效应，种植密度以30 kg/hm2为宜。要提升山黧豆景观效应，种植密度以45 kg/hm2为宜。