绿豆/黑豆压青还田下减量施肥对宿根甘蔗产量和主要农艺性状的影响

苏利荣 谭裕模 秦 芳 李琴 曾成城 李忠义韦彩会 董文斌 梁俊 何铁光

（1广西农业科学院农业资源与环境研究所，530007，广西南宁；2广西益谱检测技术有限公司，530007，广西南宁）

甘蔗是广西重要的经济作物，已成为农民增收的支柱产业。但甘蔗生长期长、生物量大，需肥量相对较多。为了获得更高的产量，生产上往往大量施用化肥。谢金兰等[1]和尚怀国等[2]报道，我国多数蔗区化肥施用量为N 594～777kg/hm2、P2O5465～513kg/hm2和 K2O 495～585kg/hm2，是世界平均水平的2～3倍。施入土壤的大部分肥料不能被甘蔗直接利用，谭宏伟等[3]研究表明，甘蔗对氮、磷和钾肥的利用率分别仅为21.2%、11.6%和21.1%。长期大量施用化肥，一方面使土壤质量变差，化肥当季利用率低；另一方面肥料通过径流、下渗和挥发等进入水域，给生态环境带来很大风险[4]。《全国农业可持续发展规划（2015-2030年）》指出，化肥过量投入和耕地质量偏低是我国农业可持续发展的主要障碍因素。农业部于2015年2月提出《化肥使用量零增长行动方案》，指出到2020年实现主要农作物化肥使用量零增长的目标，肥料的施用将进入逐年减少的模式，因此各种肥料替代措施是未来一段时间内需要关注的焦点。国内外大量研究表明，利用种植绿肥具有培肥地力[5]、替代化肥[6]、控制污染[7]和提高作物产量等作用。在无机肥料推广以前，绿肥、农家肥及其他豆科作物的种植和利用始终作为增加土壤养分供应的主要来源。利用种植绿肥是提高耕地质量和减少化肥施用的有效途径之一。前期研究[8]发现，新植甘蔗间作绿豆压青还田替代25%的甘蔗化肥不会引起减产，但间作黑豆降低了新植蔗的蔗茎产量。为探究次年的宿根蔗种植中继续间作2种绿肥翻压代替化肥对宿根蔗的产量影响，本研究在新植蔗研究基础上，主要探究宿根甘蔗―绿豆/黑豆间作压青还田下减量施肥对产量和主要农艺性状的影响，为这2种绿肥资源的进一步利用提供依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于广西壮族自治区隆安县农业科学技术研究所农场进行，土壤为赤红壤。宿根试验是在新植蔗试验基础上开展的，供试甘蔗品种为“桂糖49号”，绿肥品种为粮肥兼用绿豆品种“桂绿豆3号”和黑豆，供试肥料为尿素（N=46%）、氯化钾（K2O=60%）和钙镁磷肥（P2O5=18%）、有机肥（有机质含量45%，N+P2O5+K2O=5%）。

1.2 试验设计

为了探讨绿肥/有机肥连续多年替代甘蔗化肥对甘蔗生长的影响，本试验在绿肥/有机肥替代1年新植蔗化肥的基础上，于2020年的宿根蔗继续设计6个试验处理，分别为常规施肥（CK）、化肥减施25%+12%营养元素当量绿豆绿肥还田+13%营养元素当量有机肥（H-LY）、化肥减施25%+全量绿豆绿肥还田（H-LQ）、化肥减施25%+25%营养元素当量有机肥（H-Y）、化肥减施25%+25%营养元素当量黑豆绿肥还田（H-HD）和化肥减施25%+全量黑豆绿肥还田（H-HQ）。常规处理的施肥量为纯氮 330kg/hm2、P2O5225kg/hm2和 K2O 360kg/hm2。各处理施肥量如表1。

表1 试验处理及N、P2O5和K2O施用量Table 1 Dosages of N,P2O5and K2O in treatments kg/hm2

基肥为氮肥25%、磷肥100%和钾肥40%；追肥为氮肥75%、磷肥0%和钾肥60%。2020年3月7日施用宿根蔗基肥，3月11日在行间间作2行绿/黑豆绿肥，5月21日进行大培土及绿肥翻压。于同年12月4日收获宿根蔗。在宿根蔗行的两边各开1条8～10cm深的施肥沟，施肥沟距甘蔗根部10～15cm，施基肥。

1.3 测定项目与方法

2020年4月9日和16日调查宿根蔗的总苗数，统计甘蔗的发株数，4月30日调查分蘖数；从2020年6月至11月，以地面到甘蔗正1叶叶耳的高度为准，每月测定1次株高。

随机从甘蔗行间采取具有代表性的绿豆植株整株（包括根、茎和叶）约2kg/小区，用自来水洗净并用蒸馏水润洗，晾干后称鲜重。接着把绿豆植株切成2cm的段，混合均匀后取300g样品于烘箱中105℃杀青30min，再65℃烘至恒重，称重。最后粉碎至粉末用于测定氮、磷和钾含量。绿肥植株氮、磷和钾含量分别按H2SO4-H2O2消煮―凯氏定氮法、H2SO4-H2O2消煮―钼抗比色法和H2SO4-H2O2消煮―火焰光度法进行测定。

施完氮、磷、钾化肥以后，把同一小区内所有的豆肥茎秆拔起，称重，根据试验处理要求保留相应的绿肥量在小区内。把绿肥均匀覆盖在甘蔗行上，最后覆土10cm。按小区分别收获甘蔗，小区单独称重。

甘蔗成茎率=收获期的有效茎数/拔节前甘蔗总苗数。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007软件整理试验数据，SPSS 19.0软件进行统计分析，采用Duncan多重比较法进行差异显著性检验。2种绿肥生物产量及养分含量比较采用独立样本t检验法。

2 结果与分析

2.1 间作绿肥生长情况

如表2所示，2020年宿根甘蔗行间间作绿豆的绿肥产量为12 578.40kg/hm2，其富集的N、P2O5、K2O养分分别为55.60、14.50、67.60kg/hm2。间作黑豆的绿肥产量达19 045.40kg/hm2，黑豆绿肥富集的N、P2O5、K2O养分分别达到88.90、20.00、107.10kg/hm2，均显著高于绿豆绿肥（t产量=-2.491，tN=-2.757，tP2O5=-2.011，tK2O=-2.716)。与 2019 年相比，新植甘蔗间作的绿豆和黑豆绿肥的鲜草产量[8]，2020年宿根蔗间作产生的绿豆绿肥和黑豆绿肥的鲜草产量分别降低25.89%和22.87%。可见，宿根甘蔗较新植甘蔗降低间种绿肥的鲜草产量。

表2 不同绿肥间作模式下绿肥产量及养分含量Table 2 Yield and nutrient content of green manure in different intercropping modes kg/hm2

2.2 不同处理对甘蔗前期发株和分蘖的影响

本试验是在新植试验基础上开展的，新植实施不同处理后对甘蔗的总苗数、有效茎数和甘蔗产量产生了显著影响，为明确其差异对宿根蔗试验有何影响，用2年的试验数据进行协方差分析，发现除了新植蔗产量与试验处理的交互作用对宿根甘蔗单茎重有显著影响外，新植蔗的其他性状与试验处理的交互作用均未达到显著水平，说明宿根试验是在比较一致的试验条件下开展的。

从2年的试验结果看，2019年新植蔗间作黑豆绿肥显著降低了甘蔗的分蘖率（33.44%～33.70%），而间作绿豆绿肥对甘蔗分蘖的影响不显著[8]。2020年第1年宿根蔗的前期生长情况如表3所示，甘蔗间作绿豆绿肥和黑豆绿肥对宿根甘蔗的发株数、分蘖数和拔节前总苗数没有显著影响。可见，不同种植年限的甘蔗间作绿豆绿肥和黑豆绿肥对甘蔗前期的生长影响不同。

表3 不同处理宿根甘蔗发株和分蘖情况Table 3 Emergence and tillering of ratoon sugarcane in different treatments

2.3 不同处理甘蔗株高变化规律

6-9月是甘蔗的快速生长期，该阶段甘蔗获得的株高约占整个生育期的70%，所以这个时期是产量形成的关键期。由图1可知，不同生育期各处理间的甘蔗株高差异不显著。说明间作对宿根蔗株高的影响不大。

图1 不同处理宿根甘蔗株高变化Fig.1 Variation of height of ratoon sugarcane in different treatments

2.4 不同处理甘蔗收获期性状

由表4可知，甘蔗有效茎数依次为H-Y＞CK＞H-LQ＞H-HQ＞H-HD＞H-LY。除了H-LY处理的有效茎数显著低于其他处理外，其他处理间的差异均不显著。说明施用有机肥（H-Y处理）提高了宿根蔗的有效茎数。

表4 不同处理甘蔗收获期性状Table 4 Characteristics of sugarcane harvest period in different treatments

不同处理宿根蔗单茎重表现为H-LY＞H-LQ＞H-HD＞H-HQ＞H-Y＞CK，但不同处理间差异均不显著，表明宿根蔗间种绿豆绿肥和黑豆绿肥对甘蔗的单茎重没有显著影响。

蔗茎产量表现为H-Y＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-HQ＞H-HD。其中，H-Y处理的蔗茎产量最高，显著高于H-HQ和H-HD处理。而CK处理与其他所有处理间差异均不显著，说明25%营养元素当量有机肥、12%营养元素当量绿豆绿肥还田+13%营养元素当量有机肥、全量绿豆绿肥还田、25%营养元素当量黑豆绿肥还田和全量黑豆绿肥还田均可替代25%的宿根甘蔗化肥。同时，H-LQ处理的甘蔗茎产量略优于H-LY处理，但差异未达到显著水平。说明在甘蔗种植中，一定量的绿肥肥效相当于有机肥的肥效。

从表4可知，甘蔗成茎率表现为H-Y＞CK＞H-HD＞H-HQ＞H-LQ＞H-LY，可见施用有机肥（H-Y处理）提高了宿根甘蔗成茎率的趋势，但各处理间的差异不显著。

不同处理宿根甘蔗的径茎如表4。甘蔗茎径表现为H-HD＞H-HQ＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-Y。其中，H-HD处理最高，显著高于H-Y处理（10.06%）。而CK处理与其他所有处理间的差异均不显著。

由表4可知，各处理间的蔗糖锤度表现为H-Y＞H-LQ＞H-LY＞CK＞H-HQ＞H-HD，但各处理没有显著性差异。

2.5 不同处理的经济效益分析

由表4和表5可知，各处理蔗茎的产值与蔗茎产量一致，均表现为H-Y＞H-LQ＞CK＞H-LY＞H-HQ＞H-HD。从利润看，各处理间没有显著性差异。从产投比数据看，各处理的产投比表现为H-LQ＞H-HQ＞H-HD＞CK＞H-LY＞H-Y，其中H-LQ处理与CK、H-LY和H-Y处理的差异均达到显著水平，H-LQ处理较H-Y处理显著高出16.99%。虽然间作绿肥还田的H-LY、H-HD和H-HQ处理的产投比与CK处理的相当，但绿肥压青还田给土壤提供大量的有机物质，对培肥土壤地力有重要意义，所以兼顾甘蔗利润和培肥地力，甘蔗间作绿肥还田是值得推广的模式。

表5 不同处理的经济效益分析Table 5 Analysis of economic benefits in different treatments 万元/hm2 ×104yuan/hm2

3 讨论

本试验是在新植试验基础上开展的，新植实施不同处理后对甘蔗的总苗数、有效茎数和甘蔗产量产生了显著影响，为明确其差异对宿根蔗试验有何影响，用2年的试验数据进行协方差分析，发现除了新植蔗产量与试验处理的交互作用对宿根蔗单茎重有显著影响外，新植蔗的其他性状与试验处理的交互作用均未达到显著水平。

间作系统是作物对光、温和水等多种资源的竞争及作物间相互促进协调的过程，间作的优劣主要表现在作物的产量和经济效益上[9]。本研究结果表明，甘蔗化肥减施25%条件下，间作绿豆绿肥全量还田、12%当量间作绿豆绿肥还田+13%当量有机肥替代、25%当量有机肥替代、25%营养元素当量黑豆绿肥还田和全量黑豆绿肥还田均可替代25%的宿根甘蔗化肥，不会引起甘蔗减产，甘蔗种植的利润也没有显著差异。

2年的试验结果表明，无论是新植蔗还是宿根蔗，间作绿豆绿肥全量还田、12%当量间作绿豆绿肥还田+13%当量有机肥替代和当量有机肥替代均表现出稳定的肥料替代作用，间作黑豆绿肥还田在宿根蔗中表现出良好的肥料替代作用。从2年结果看，绿豆绿肥在宿根蔗间作中较新植蔗间作降低绿肥鲜草产量25.89%[8]，相应的N、P2O5和K2O总养分量降低36.02%；黑豆绿肥在宿根蔗间作中较新植蔗间作绿肥鲜草产量低22.87%[8]，相应的N、P2O5和K2O总养分量降低21.85%。可见，相对于新植蔗，宿根甘蔗系统的2种绿肥间作的鲜草产量都较新植蔗表现出下降的趋势，这可能是由于绿肥与甘蔗对光照资源竞争不同而引起的。新植蔗的绿肥间作种植时间为4月11日，田间甘蔗出苗约20%，甘蔗对绿肥苗期生长不产生遮挡作用，因此绿肥产量较高。而宿根蔗的绿肥间作种植为3月11日，而此时宿根蔗的平均苗高已经有8cm左右，其对绿肥的出苗及幼苗生长均有不同程度的遮挡作用，所以在宿根蔗系统中绿肥的鲜草产量均较新植蔗低。前期研究[10]也发现，绿豆绿肥间作于甘蔗行间的时间越晚，鲜草产量越低。

苗数、株高、茎径、有效茎数和单茎重等是甘蔗产量形成的重要农艺性状[11]。甘蔗产量是单位面积有效蔗茎的总质量，等于有效茎数和单茎重的乘积[12]。甘蔗品种的产量性状是遗传基础与环境因素共同作用的结果[13]，其中有效茎数受环境因素的影响更直接[14]。本试验中，除了H-LY处理的有效茎数显著低于其他处理外，其他各处理间的差异不显著。但在所有处理中，H-LY处理的单茎重最大，从而弥补了有效茎数的减少对甘蔗产量的影响，最终蔗茎产量与其他处理无显著差异。可见，在一定范围内，甘蔗个体与群体之间可相互调节和平衡，以维持甘蔗的产量性状。

甘蔗有效茎数受到甘蔗总苗数和成茎率的影响[15]。从本试验结果看，间作绿肥对宿根蔗的发株数、分蘖数、拔节前总苗数和成茎率均没有显著影响，这可能是绿肥间作种植时甘蔗已经出苗约8cm，这时候绿肥没有对蔗苗造成遮挡的缘故。在间作中，光照资源是影响作物生长的最主要因素。吴才文等[16]研究苗期间作黄豆对甘蔗生长及产量的影响时指出，栽后即间作黄豆较甘蔗出苗10%间作黄豆显著降低甘蔗的分蘖数和后期的有效茎数。苏利荣等[10]研究了不同绿肥间作时期对甘蔗生长的影响，发现新植蔗间作绿肥均影响甘蔗的苗数，但间作时间越晚，影响越小。本试验的研究还表明，绿肥与甘蔗共生期内，如果甘蔗的生长不受影响，那么后期产量受到的影响很小。因此，有必要研究在保证一定绿肥产量的基础上，同时兼顾方便农事操作，将绿肥播种时间延后，尽量减少绿肥对甘蔗前期生长的影响，实现绿肥的稳定替代效果。

绿肥是一种优质的生物有机肥料，将绿肥翻压到土壤中，可以丰富土壤的有机质和微生物，其降解释放的养分可改善土壤养分状况，同时满足作物的养分需要[17-18]。本试验通过间作绿豆绿肥和黑豆绿肥以替代甘蔗25%化肥，直接实现化肥减施的目的。在兼顾甘蔗产量、经济效益、资源消耗及蔗地地力提升等方面，通过不同时期甘蔗与绿豆绿肥/黑豆绿肥间作方式的组合，形成稳定的甘蔗间作绿肥压青还田模式，对甘蔗的可持续发展具有重要意义。

4 结论

间作绿豆绿肥全量还田、12%当量间作绿豆绿肥还田+13%当量有机肥替代、当量有机肥替代、25%营养元素当量黑豆绿肥还田和全量黑豆绿肥还田均可替代25%的宿根甘蔗化肥处理，不会引起甘蔗减产，也不会降低甘蔗经济效益。兼顾甘蔗产量及绿肥鲜草产量，采用新植蔗间作绿豆绿肥、宿根蔗间作黑豆绿肥压青还田替代甘蔗化肥是值得探讨的一种模式。