減量施氮對(duì)甘蔗//大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響

許霞 茍永剛 羅莎莎 王宇姝 余玲玲 王建武

摘 ?要：在廣州華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)中心，通過10?a（2009—2018年）的田間定位試驗(yàn)，對(duì)比研究了2種施氮水平[減量施氮300 kg/hm²（N₁）、常規(guī)施氮525 kg/hm²（N₂）]和4種種植模式[甘蔗單作（MS）、甘蔗//大豆1∶1間作（SB₁）、甘蔗//大豆1∶2間作（SB₂）、大豆單作（MB）]的甘蔗、大豆和系統(tǒng)總產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)變化，以及對(duì)甘蔗品質(zhì)和土壤肥力的影響，采用Wi²（Wrickes ecovalence）、變異系數(shù)（CV）和可持續(xù)指數(shù)（SYI）評(píng)價(jià)了產(chǎn)量的時(shí)間穩(wěn)定性，旨在為華南蔗區(qū)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的可持續(xù)生產(chǎn)模式提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：（1）各處理的甘蔗、大豆以及系統(tǒng)總產(chǎn)量呈現(xiàn)明顯的年際變化。年份和種植模式對(duì)甘蔗和大豆產(chǎn)量有極顯著影響，系統(tǒng)總產(chǎn)量受種植年份的極顯著影響。施氮量對(duì)甘蔗、大豆和系統(tǒng)總產(chǎn)量均無顯著影響。（2）不同間作模式的土地當(dāng)量比（LER）均大于1，間作穩(wěn)定且顯著地提高了土地利用率。（3）不同處理甘蔗產(chǎn)量的Wi²和CV差異不顯著，減量施氮單作甘蔗的SYI值顯著高于常規(guī)施氮，表明減量施氮單作甘蔗的產(chǎn)量穩(wěn)定性顯著高于常規(guī)施氮處理。單作大豆產(chǎn)量的Wi²顯著高于間作，說明單作大豆產(chǎn)量穩(wěn)定性顯著低于間作。不同處理的系統(tǒng)總產(chǎn)量Wi²值差異不顯著，說明甘蔗//大豆間作和施氮量不影響系統(tǒng)總產(chǎn)量的穩(wěn)定性。（4）種植年限的增加對(duì)甘蔗蔗糖分和纖維分、蔗汁糖錘度、蔗汁旋光度和蔗糖分無顯著影響，同一年份不同種植模式和施氮量處理的甘蔗品質(zhì)差異不顯著。（5）與2010年相比，2018年底，除大豆單作模式外，其他處理的土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮含量顯著下降，但所有處理的土壤全磷、有效磷和速效鉀沒有顯著差異。甘蔗連作和連續(xù)施用化肥，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)逐步下降、pH降低。減量施氮甘蔗//大豆間作模式能夠保持系統(tǒng)生產(chǎn)力和地力的穩(wěn)定性，但需施用有機(jī)肥和推廣蔗葉還田技術(shù)來培肥蔗田地力。

關(guān)鍵詞：甘蔗//大豆間作;減量施氮;產(chǎn)量穩(wěn)定性;甘蔗品質(zhì);土壤肥力中圖分類號(hào)：S344.2;S147??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Effect of Nitrogen Reduction on Yield Stability of Sugarcane-Soybean?Intercropping System

XU Xia^{1，2，3}， GOU Yonggang^{1，2，3}， LUO Shasha^1，2，3， WANG Yushu^{1，2，3}， YU Lingling^1，2，3*， WANG Jianwu^{1，2，3*}

1. Key Laboratory of Tropical Agro-Environment， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，?Guangzhou， Guangdong 510642， China; 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Eco-Circular Agriculture， Guangzhou， Guangdong 510642， China; 3. College of Natural Resources and Environment， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642， China

Abstract： Sugarcane is an important economic crop in South China. The yield and quality are declined because of the long-term practice of monoculture agriculture and high chemical nitrogen application. Intercropping system is a sustainable and stable agricultural practice that enables the effective utilization of water， nutrient and light. In the paper，

a field experiment was conducted at Experimental Center of South China Agriculture University （23°08?N， 113°15?E）

for 10 years （from 2009?to 2018） to investigate the dynamic changes of sugarcane-soybean and system yields under two

nitrogen levels [reduced rate 300 kg/hm²（N₁） and conventional rate 525 kg/hm²（N₂）] and four cropping patterns

[sugarcane?monocropping （MS）， soybean monocropping （MB）， sugarcane-soybean （1∶1） intercropping （SB₁）， and sugar-

cane-soybean （1∶2） intercropping （SB₂）]. The study analyzed the dynamic change of land equivalent ratio and

evaluated the stability of system yield byWi²（Wrickes ecovalence），CV（coefficient of variation） andSYI（sustainability index）， aiming to explore the effects of reduced nitrogen application on the time stability of sugarcane-soybean intercropping system in Guangdong， China. The yield of sugarcane， soybean and the total system under different treatment showed obvious annual dynamic changes and was significantly affected by different years and planting patterns. Nitrogen application level did not affect the yield of sugarcane， soybean and the system yield significantly. The land equivalent ratio （LER） of all intercropping systems was greater than 1 （between 1.09 and 1.97） for 10 years， and the SB₂-N₁optimally improved the land utilization rate among all treatments. There was no significant difference inWi²andCVfor sugarcane yield， but theSYIof MS-N₁was significantly higher than that of MS-N₂. Meanwhile， theWi²value of monocropping soybean was significantly higher than that of intercropping pattern， and the yield stability of monocropping soybean was lower than that of intercropping soybean. And the stability of soybean yield under reduced nitrogen application was higher than that under conventional nitrogen application. Planting pattern had a significant effect on the stability of the total yield of the system， and intercropping soybean increased the stability of the total yield of the system. The sucrose content and gravity purity of sugarcane juice was decreased with the increase of cultivation years， and the sucrore content and fiber content of bagasse， the sugar brix， sugar pol， apparent purity of sugarcane juice was not influenced by cropping year. In addition， the quality of sugarcane was not influenced by different cropping patterns and nitrogen rates in the same year， which indicating that sugarcane quality was stable under different treatments. From 2010 to 2018， soil pH， organic matter and total nitrogen were decreased significantly， but there was no significant difference in total phosphorus， available phosphorus， and available potassium in all treatments except for the soybean monoculture treatment. Sugarcane continuous cultivation and continuous application of chemical fertilizer led to the decrease of soil organic matter and pH. Reducing nitrogen application and intercropping soybean are sustainable and green production models for efficient utilization of resources and stable system yield in sugarcane producing areas in Guangdong， China， but organic fertilizer application and promotion of sugarcane leaf returning technology are needed to improve sugarcane field fertility.

Keywords：sugarcane-soybean intercropping; reduced nitrogen application; yield stability; sugarcane quality; soil fertility

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.07.010

我國是世界第三大甘蔗（Saccharum sinensisRoxb）生產(chǎn)國，2016年種植面積達(dá)152.682萬hm²，僅次于巴西和印度^[1]。我國蔗區(qū)主要分布在廣西、云南、廣東西部和海南，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富的支柱產(chǎn)業(yè)^[2-3]。甘蔗需肥量較大，生產(chǎn)1?t蔗莖需吸收N?1.08～3.20?kg^[4]，適量施用化學(xué)氮肥對(duì)提高甘蔗分蘗數(shù)、有效莖等產(chǎn)量性狀具有促進(jìn)作用^[5]。然而，在我國甘蔗實(shí)際生產(chǎn)中，普遍存在超量施肥、偏施氮肥的問題，平均施氮量為世界水平的3倍^[6]，廣東蔗區(qū)尿素施用量為750～900?kg/hm^2[7]，氮肥利用率卻只有14.5%～24.7%（平均21.2%）^[8]，肥料成本占總成本的37.5%^[9]。過量施氮對(duì)甘蔗產(chǎn)量的穩(wěn)定性與可持續(xù)性無提高優(yōu)勢，反而降低肥料貢獻(xiàn)率和甘蔗產(chǎn)量^[10]，也導(dǎo)致甘蔗的糖分、視純度和重力純度下降，影響甘蔗的品質(zhì)^[11-12]。如何科學(xué)減量施氮與優(yōu)化種植模式成為甘蔗生產(chǎn)中急需解決的關(guān)鍵問題。

甘蔗種植行距較寬（100～120?cm），苗期生長緩慢，春植蔗從下種至封行期有3～4個(gè)月左右

的時(shí)間裸露，光照、水分、養(yǎng)分以及土地資源利用不充分^[13]。國內(nèi)外已有很多關(guān)于甘蔗間作模式的研究，主要模式有甘蔗-禾本科植物、甘蔗-蔬菜、甘蔗-豆科植物等^[14]，其中甘蔗//大豆間作能充分利用不同作物地上空間分布、地下根系深淺和生育期不同的特點(diǎn)，有效地提高蔗行的覆蓋率^[15]、抑制雜草和病蟲害的產(chǎn)生^[16]，提高作物產(chǎn)量^[17-19]。間作甘蔗總生物量干重增加了35.44%^[20]，0～20?cm土層的水分含量、有機(jī)質(zhì)絕對(duì)量分別比對(duì)照高出3.0～4.5、0.04～0.07個(gè)百分點(diǎn)^[21]，土壤全氮含量高于單作甘蔗^[19]。甘蔗//大豆間作的優(yōu)勢在提高經(jīng)濟(jì)效益和土地利用率上已得到充分證實(shí)^{[14， 22-23]}。然而，間作大豆提高蔗田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定性的研究比較少，很少涉及系統(tǒng)產(chǎn)量的時(shí)間穩(wěn)定性^[24]。在多年連續(xù)減量施氮的情況下，間作提高的物種多樣性是否能維持系統(tǒng)產(chǎn)量的長期穩(wěn)定性^[25]，解決這一問題不僅有利于在理論上理解生物多樣性與穩(wěn)定性的關(guān)系，而且可為間作的長期可持續(xù)性提供科學(xué)依據(jù)^[24]。

本課題組從2009年開始在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)中心開展減量施氮與甘蔗//大豆間作的長期定位試驗(yàn)，先后報(bào)道了其對(duì)甘蔗產(chǎn)量^[26-27]、大豆鮮莢產(chǎn)量^[28]、甘蔗^[28]和大豆^[27]的農(nóng)藝性狀、甘蔗品質(zhì)^{[26， 29]}、植株及土壤氮素^[30]的影響以及對(duì)蔗田經(jīng)濟(jì)效益^[26]、N₂O^[31]和土壤溫室氣體排放^[32]以及蔗田碳平衡特征的影響^[33]。本研究系統(tǒng)分析了2009—2018年共10季甘蔗//大豆系統(tǒng)產(chǎn)量的穩(wěn)定性及間作優(yōu)勢的動(dòng)態(tài)變化，擬揭示間作大豆與化學(xué)氮肥科學(xué)減量對(duì)甘蔗穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響，旨在為廣東蔗區(qū)綠色生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1材料

1.1.1 ?試驗(yàn)區(qū)概況 ?試驗(yàn)于2009年3月—2018年12月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)中心（23°08?N，113°15?E）開展。試驗(yàn)區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年日照時(shí)數(shù)為1484～1871?h，太陽輻射總量為105.3 kJ/cm²，年平均氣溫為21.8～23.3?℃，年平均降雨量為1410.1～?2638.3?mm，約85%降水集中在4—9月。土壤為赤紅壤，試驗(yàn)前土壤含有機(jī)質(zhì)21.08?g/kg、堿解氮75.38?mg/kg、有效磷75.04?mg/kg、速效鉀61.71?mg/kg^[30]。2009—2017年試驗(yàn)區(qū)月降雨量和月平均溫度如圖1所示。

1.1.2??試驗(yàn)材料 ?供試甘蔗品種為‘粵糖00-236（Saccharum sinensis Roxb. cv. Yuetang 00-236），由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場提供。該品種具有高糖、萌芽快而整齊、分蘗能力強(qiáng)、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。供試大豆品種為菜用大豆‘毛豆3（Glycine maxcv. Maodou No.3），為早熟品種，萌芽率高，生長快，生長周期較短，約為100 d，由國家大豆改良中心廣東分中心年海教授課題組提供。

1.2方法

1.2.1 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)??采用施氮水平、種植模式二因素設(shè)計(jì)，2種施氮水平，3種甘蔗種植模式，1個(gè)不施肥的大豆單作為對(duì)照，共7個(gè)處理（表1）。

試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每個(gè)種植小區(qū)面積為26.4?m²（5.5?m×4.8?m）。甘蔗//大豆間作采取畦溝模式種植，畦寬90?cm，溝寬30?cm，大豆種植在畦上，甘蔗種植在溝里。每個(gè)小區(qū)種植甘蔗4行，行距為120?cm，每行38段雙芽苗。SB₁、SB₂及MB種植模式中分別種植4、8、16行大豆，每行播種25穴，行距30?cm，株距20?cm，苗期每穴定植2株。試驗(yàn)期間，每年2月下旬—3月上旬種植甘蔗（根據(jù)當(dāng)年具體氣候情況而定），一周后播種大豆。每年5月下旬—6月上旬期間收獲大豆，12月下旬收獲甘蔗。甘蔗種植時(shí)施基肥，各處理分別施氯化鉀150 kg/hm²、過磷酸鈣1050?kg/hm²、復(fù)合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）750?kg/hm²;甘蔗分蘗期追施攻蘗肥，常規(guī)施氮及減量施氮分別施尿素225、113?kg/hm²，氯化鉀300?kg/hm²;在甘蔗拔節(jié)期追施攻莖肥，常規(guī)施氮及減量施氮分別施尿素672、295?kg/hm²。甘蔗基肥施在種植甘蔗的溝里，并以5?cm厚的細(xì)土覆蓋，以后追肥全部施在種植甘蔗的溝里，再培土。大豆的整個(gè)生育期不施肥，間作模式的大豆在收獲后植株還田于蔗行，并將大豆帶的土壤覆蓋在甘蔗行上，原先種植大豆的畦成為溝，有利于排水。

1.2.2??測定項(xiàng)目與指標(biāo)計(jì)算方法 ?（1）作物產(chǎn)量。甘蔗和大豆鮮重產(chǎn)量的測定是在成熟期分別取每個(gè)小區(qū)第3行實(shí)收，取單株平均值，依據(jù)小區(qū)大豆株數(shù)和蔗莖數(shù)換算每公頃的產(chǎn)量。間作處理的產(chǎn)量為2種作物產(chǎn)量之和。

（2）土地當(dāng)量比。土地當(dāng)量比^[34]（Land Equ ivalent Ratio，LER）的計(jì)算公式如下：

LER=Y_S-SB/Y_S-MS+Y_B-SB/Y_B-MB（1）

式中，Y_S-SB、Y_S-MS分別表示間作和單作中甘蔗產(chǎn)量;Y_B-SB、Y_B-MB分別表示間作和單作中大豆產(chǎn)量。若LER>1，則表明存在間作優(yōu)勢;若LER<1，則表明存在間作劣勢。

（3）系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定性分析。Wrickes ecovalence^[35]（Wi²）、產(chǎn)量可持續(xù)性指數(shù)^[36]（Sustainable Yield Index，SYI）和變異系數(shù)^[37]（Coefficient of Variation，CV）用于衡量甘蔗和大豆產(chǎn)量的穩(wěn)定性，計(jì)算公式如下：

（2）

式中，X_ij為處理i在第j年的產(chǎn)量;m_i為i處理所有年份的平均產(chǎn)量;m_j是第j年所有處理的平均產(chǎn)量;m是所有處理所有年份的平均產(chǎn)量。Wi²越接近0，代表產(chǎn)量穩(wěn)定性越高。

CV=σ/（3）

式中，σ（t/hm²）為該處理所有年份產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)

差;（t/hm²）為該處理在所有年份的平均產(chǎn)量;CV值越低，代表產(chǎn)量穩(wěn)定性越高。

SYI=（-σ）/Y_max （4）

式中，Y_max為該處理在所有年份的最高產(chǎn)量;SYI值在0～1，值越高，代表產(chǎn)量穩(wěn)定性越高。

1.2.3??甘蔗品質(zhì)的分析 ?甘蔗收獲期，在每個(gè)小區(qū)第2行隨機(jī)連續(xù)取6株甘蔗，送至廣東翁源糖廠進(jìn)行甘蔗品質(zhì)測定。甘蔗樣品的預(yù)處理按照甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法^[38]進(jìn)行。蔗汁蔗糖分、轉(zhuǎn)光度指標(biāo)采用WZZ-ZSS自動(dòng)旋光儀（上海精密科學(xué)儀器廠）測定，糖錘度采用數(shù)顯錘度計(jì)（日本ATAGO公司）測定，蔗汁視純度、重力純度、甘蔗纖維分和蔗糖分等用廣州甘蔗糖業(yè)研究所開發(fā)的Sugar 2000軟件計(jì)算。

1.2.4??土壤養(yǎng)分測定 ?分別在2010年和2018年底甘蔗收獲后采集土樣。每個(gè)小區(qū)用土鉆（d=5?cm）采集0～30?cm土樣，S取樣法取1個(gè)混合樣?；旌暇鶆蝻L(fēng)干、過篩（2?mm），測定土壤pH值（電位計(jì)法）、有機(jī)質(zhì)含量（重鉻酸鉀容量法-外加熱法）、全量養(yǎng)分含量（凱氏定氮法測全氮含量、高氯酸-硫酸-鉬銻抗比色法測全磷含量、火焰光度法測全鉀含量）和速效養(yǎng)分含量（堿解擴(kuò)散法測堿解氮、碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測有效磷、醋酸銨浸提火焰光度法測速效鉀）^[39]。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncans多重比較方法檢驗(yàn)差異顯著性，采用Origin 9.0軟件作圖。

2 ?結(jié)果與分析

2.1對(duì)甘蔗、大豆及系統(tǒng)產(chǎn)量的影響

2009—2018年，不同處理甘蔗產(chǎn)量呈現(xiàn)明顯的年際變化（圖2A）。2010年SB₁-N₁、SB₂-N₂、SB₁-N₂處理甘蔗產(chǎn)量顯著低于MS-N₁，2012年SB₂-N₂處理甘蔗產(chǎn)量顯著低于MS-N₁，2015年SB₂-N₂處理甘蔗產(chǎn)量顯著低于其他處理，2017年SB₂-N₁、SB₂-N₂處理甘蔗產(chǎn)量顯著低于MS-N₁。三因素方差分析表明，不同年份和種植模式對(duì)甘蔗產(chǎn)量的變化有極顯著影響（F=22.017^***，F=7.540^***），不同施氮量對(duì)甘蔗產(chǎn)量沒有顯著影響（表2）。

不同處理大豆產(chǎn)量也呈現(xiàn)明顯的年際變化（圖2B），2009—2015年間產(chǎn)量最高M(jìn)B處理與最低SB₁-N₁處理之間差異顯著，其他處理之間無顯著性差異。2016—2018年SB₁-N₁和SB₁-N₂處理大豆產(chǎn)量顯著低于其他處理。三因素方差分析表明，不同年份和種植模式對(duì)大豆產(chǎn)量影響極顯著（F=?31.104^***，219.687^***），不同施氮量和種植模式的交互作用也對(duì)大豆產(chǎn)量影響顯著（F=5.484^*），但施氮量對(duì)大豆產(chǎn)量無顯著影響（表2）。

除大豆單作外，其他間作處理系統(tǒng)總產(chǎn)量的變化動(dòng)態(tài)與甘蔗產(chǎn)量變化動(dòng)態(tài)相似，但波動(dòng)幅度明顯降低（圖2C）。在不同的種植年限和不同施氮量處理下，甘蔗單作與甘蔗//大豆間作系統(tǒng)總產(chǎn)量差異不顯著。三因素方差分析表明，不同年份對(duì)系統(tǒng)總產(chǎn)量影響極顯著（F=16.387^***），施氮量對(duì)系統(tǒng)總產(chǎn)量也有顯著影響（F=3.948^*）?（表2）。

注：^*：P<0.05;^**：P<0.01;^***：P<0.001。

Note：^*：?Significant difference at the 0.05 level;^?**：?Significant difference at the 0.01 level;^***：?Significant difference at?the?0.001 level.

2.2 ?對(duì)土地當(dāng)量比的影響

2009—2018年，不同間作處理的LER均大于1（表3），甘蔗//大豆間作具有穩(wěn)定的間作優(yōu)勢。10年間SB₂-N₁處理的LER穩(wěn)定地顯著高于SB₁-N₁和SB₁-N₂，SB₂-N₂處理的LER在多數(shù)年份也顯著高于SB₁-N₁和SB₁-N₂，說明甘蔗大豆1∶2間作模式，尤其是減量施氮1∶2間作模式間作優(yōu)勢明顯且穩(wěn)定。方差分析也表明，2009—2018年種植模式對(duì)LER有顯著或極顯著影響，而施氮量、種植模式與施氮量交互作用分別僅在2009年和2012年對(duì)LER有極顯著影響。

2.3對(duì)甘蔗、大豆及系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響

2009—2018年不同處理甘蔗的平均產(chǎn)量以及Wi²和CV差異不顯著（表4），說明各處理的甘蔗產(chǎn)量穩(wěn)定性差異不顯著。單作甘蔗常規(guī)施氮處理（MS-N₂）的SYI值顯著低于減量施氮（MS-N₁），說明常規(guī)施氮處理單作甘蔗的產(chǎn)量穩(wěn)定性低于減量施氮處理。大豆單作的Wi²顯著高于間作模式，說明單作大豆的產(chǎn)量穩(wěn)定性顯著低于間作模式。不同處理的系統(tǒng)總產(chǎn)量的Wi²差異不顯著，單作大豆系統(tǒng)總產(chǎn)量的CV值顯著高于其他處理，且SYI值顯著低于其他處理，說明單作大豆的穩(wěn)

注：數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;同列數(shù)字后不同小寫字母表示利用Duncans檢驗(yàn)有顯著性差異（P<0.05）;^*：P<0.05;^**：P<0.01。

Note： Data shown were means±standard errors; values followed by a different letter in the same column indicated significant difference at the 0.05 level using Duncans test;^*：?Significant difference at?the?0.05 level;^**：?Significant difference at the 0.01 level.

注：數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;同列數(shù)字后不同小寫字母表示Duncans檢驗(yàn)有顯著性差異（P<0.05）。

Note： Data shown were means±standard errors;?values followed by different lowercase letters?in the same column indicate significant difference at the 0.05 level using Duncans test.

定性顯著低于其他處理，與甘蔗間作提高了大豆產(chǎn)量的穩(wěn)定性。相同施氮量不同種植模式處理的系統(tǒng)總產(chǎn)量的Wi²值差異不顯著，相同種植模式下不同施氮量處理產(chǎn)量穩(wěn)定性差異不顯著，說明本試驗(yàn)處理的施氮量水平不影響系統(tǒng)產(chǎn)量的穩(wěn)定性。

2.4 對(duì)甘蔗品質(zhì)的影響

甘蔗的蔗糖分是影響制糖經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)。2009、2011、2014、2016年，甘蔗的蔗糖分為14.16%～16.40%。在相同施氮量和種植模式處理下，種植年限對(duì)甘蔗的蔗糖分沒有顯著性影響。甘蔗纖維分為9.10%～11.19%。SB₁-N₁、SB₂-N₁和MS-N₂處理，2009年的甘蔗纖維分顯著低于2011、2014、2016年。2011、2014、2016年，相同處理的甘蔗纖維分差異不顯著。同一年份，不同種植模式和不同施氮量對(duì)甘蔗蔗糖分及纖維分無顯著影響（圖3）。

甘蔗汁的糖錘度為18.60%～22.03%。在相同施氮量和種植模式下，2016年甘蔗糖錘度顯著高于其他年度，2009、2014、2016年之間的甘蔗糖錘度差異不顯著。甘蔗汁轉(zhuǎn)光度和蔗糖分分別為15.37%～19.00%和15.72%～19.23%，MS-N₁、SB₁-N₁、SB2-N₁和MS-N₂處理的蔗汁轉(zhuǎn)光度和蔗糖分隨種植年限的增加無顯著變化。蔗汁的視純度和重力純度分別為82.57%～90.65%和84.50%～?91.97%，相同處理下的蔗汁視純度和重力純度隨種植年限的增加而降低。蔗糖視純度和重力純度與甘蔗的出糖率呈正相關(guān)關(guān)系，說明連續(xù)種植和施用氮肥可能會(huì)降低甘蔗的出糖率。同一年份，不同種植模式和不同施氮量對(duì)甘蔗汁的糖錘度、旋光度、蔗糖分、視純度及重力純度無顯著性影響（圖4）。

2.5 對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

從表5可見，2010年底，各處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全磷含量沒有顯著差異。大豆單作處理的土壤pH和速效鉀含量顯著高于其他處理，堿解氮含量顯著低于其他處理，全氮含量顯著低于甘蔗與大豆1∶2間作模式，全鉀含量顯著低于甘蔗單作、甘蔗與大豆1∶1間作和1∶2間作常規(guī)施氮處理，有效磷含量顯著高于1∶1間作常規(guī)施氮處理。

柱子上方不同小寫字母表示利用Duncans檢驗(yàn)有顯著性差異（P<0.05）。

Different lowercase?letters above the bar indicate significant difference at?the?0.05 level using Duncans test.

柱子上方不同小寫字母表示利用Duncans檢驗(yàn)有顯著性差異（P<0.05）。

Different?lowercase?letters above the bar indicate significant difference at?the?0.05 level using Duncans test

2018年底，大豆單作處理的土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他處理，有效磷顯著低于其他處理，全鉀含量顯著低于1∶1間作常規(guī)施氮處理。甘蔗單作和間作不同施氮量和種植模式處理的土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀均無顯著差異（表5）。

與2010年底相比（表5），2018年底，除大豆單作模式外，其他處理的土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮含量顯著下降，但所有處理的土壤全磷、有效磷和速效鉀沒有顯著差異。全鉀含量除1∶1間作常規(guī)施氮處理之外顯著下降，減量施氮處理的堿解氮含量也顯著下降。甘蔗對(duì)氮、磷、鉀的吸收量為K₂O>N>P₂O₅，廣東湛江蔗區(qū)1 t蔗莖對(duì)氮、磷、鉀的吸收量為1.72、0.42、4.09?kg^{[5， 9]}，甘蔗

注：數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;同列數(shù)字后不同小寫字母表示Duncans檢驗(yàn)有顯著性差異（P<0.05）。

Note： Data shown were means±standard errors;?values followed by different?lowercase?letters?in the same column indicate significant difference at the 0.05 level using Duncans test.

連作和連續(xù)施用化肥，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)逐步下降、pH降低。需重視有機(jī)肥的施用和推廣蔗葉還田技術(shù)培肥蔗田地力。

3 ?討論

3.1 ?間作系統(tǒng)的產(chǎn)量優(yōu)勢

2009—2018年10?a的大田試驗(yàn)結(jié)果表明，甘蔗和大豆產(chǎn)量隨年際出現(xiàn)波動(dòng)并且各處理的變化規(guī)律一致。各處理的土地當(dāng)量比為1.09～1.96，均大于1，說明間作有助于提高土地利用率，具有顯著的間作優(yōu)勢。這與前人的研究結(jié)果一致，甘蔗//大豆間作模式表現(xiàn)出較強(qiáng)的間作優(yōu)勢^[19];玉米花生不同間作模式的LER均大于1，具有間作優(yōu)勢^[40];甜玉米//大豆間作具有產(chǎn)量優(yōu)勢^[14]。種植模式顯著影響了系統(tǒng)總產(chǎn)量，SB₂種植模式下減量施氮的LER顯著高于其他處理，土地利用率最高，說明在減施氮肥情況下甘蔗與大豆1∶2間作具有明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢。甘蔗//大豆間作可以減少因蔗行地表裸露造成的土壤水分蒸發(fā)，對(duì)甘蔗增產(chǎn)起到一定的作用。在施氮過量的情況下，豆科作物的生物固氮潛力受到抑制，禾本科與豆科間作可以緩解這種“氮阻遏”現(xiàn)象^[24]。在豆科//禾本科間作中，禾本科作物大量吸收硝酸鹽，降低土壤礦質(zhì)氮含量，促進(jìn)豆科作物的固氮作用，從而減緩豆科作物的“氮阻遏”效應(yīng)^[41-42]。有研究表明，與單作相比較，間套作系統(tǒng)的氮素利用率可提高30%～40%，能有效減少氮肥的施用量^[43]。Li等^[44]對(duì)甘蔗與大豆間作系統(tǒng)中作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的研究表明，與單作相比較，甘蔗的產(chǎn)量增加了30.57%，大豆的固氮效率增加了57.4%，作物對(duì)氮素的吸收效率增加了66%。本試驗(yàn)表明，300?kg/hm²施氮量對(duì)間作甘蔗產(chǎn)量無顯著影響，完全可以滿足大豆間作模式中甘蔗生長的需要。

3.2間作系統(tǒng)的產(chǎn)量穩(wěn)定性

種植年際對(duì)甘蔗、大豆系統(tǒng)總產(chǎn)量具有極顯著影響，降雨量和臺(tái)風(fēng)是影響華南地區(qū)的大豆和甘蔗產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蛩亍?013年9月臺(tái)風(fēng)“天兔”、2010年4—5月強(qiáng)降雨以及2018年9月臺(tái)風(fēng)“山竹”等對(duì)大豆和甘蔗產(chǎn)量有明顯的影響。處理因素與生長季節(jié)之間的互作是評(píng)價(jià)間作是否具有系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定性優(yōu)勢的重要因素，但不同年季的環(huán)境因素復(fù)雜多變，因此采用產(chǎn)量穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)不同處理和年份之間的相互作用具有一定的優(yōu)勢^[45-46]，Wi²（Wrickes ecovalence）和SYI（產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)）是評(píng)價(jià)產(chǎn)量穩(wěn)定性的常用指標(biāo)^[47-48]。本研究結(jié)果表明，各處理的甘蔗產(chǎn)量的Wi²與CV差異不顯著，說明施氮量和種植模式對(duì)甘蔗產(chǎn)量的穩(wěn)定性無顯著影響，減量施氮不會(huì)影響甘蔗產(chǎn)量穩(wěn)定性。甘蔗產(chǎn)量的SYI值表明MS-N₂的產(chǎn)量穩(wěn)定性顯著低于MS-N₁，說明低氮處理有利于提高單作甘蔗產(chǎn)量的穩(wěn)定性。區(qū)惠平等^[10]研究長期不同施肥對(duì)甘蔗產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明長期過量施用氮肥不能顯著提高甘蔗產(chǎn)量穩(wěn)定性，反而會(huì)造成養(yǎng)分流失和肥料利用率低的問題。有研究表明減少氮肥施用量（300?kg/hm²）可以提高蔗田的氮肥利用率^[49]。大豆產(chǎn)量的Wi²值以及系統(tǒng)總產(chǎn)量CV和SYI值均表明，單作大豆的產(chǎn)量穩(wěn)定性顯著低于間作處理，說明甘蔗//大豆間作模式有利于提高大豆的產(chǎn)量穩(wěn)定性。有研究表明，小麥與蠶豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定性比相應(yīng)的單作產(chǎn)量穩(wěn)定性高^[50]。大豆產(chǎn)量的CV和SYI值表明間作模式中施氮量對(duì)大豆產(chǎn)量穩(wěn)定性無顯著影響。不同處理的系統(tǒng)總產(chǎn)量的Wi²差異不顯著。相同施氮量不同種植模式處理的系統(tǒng)總產(chǎn)量的Wi²值差異不顯著。SB₁-N₁、SB₂-N₁、SB₁-N₂和SB₂-N₂的Wi²和SYI值差異不顯著，不同間作模式在相同施氮水平處理下產(chǎn)量穩(wěn)定性差異不顯著，說明甘蔗//大豆間作不影響系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定性。

3.3間作對(duì)甘蔗品質(zhì)影響

研究了2009、2011、2014、2016年4?a的甘蔗品質(zhì)，結(jié)果表明甘蔗的蔗糖分、甘蔗纖維分、蔗汁糖錘度、蔗汁旋光度及蔗汁蔗糖分隨著種植年限增加無顯著性變化。但甘蔗的蔗汁視純度及重力純度隨著種植年限增加呈下降趨勢，說明甘蔗的出糖率可能受到連續(xù)種植和施用氮肥的影響。我國的甘蔗種植區(qū)普遍存在長期連作的現(xiàn)象，但長期連作容易導(dǎo)致甘蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)下降。由于常年連作，蔗區(qū)土壤里的某種或是多種營養(yǎng)元素匱乏，影響甘蔗的正常生長;當(dāng)長期連作的甘蔗根系經(jīng)腐解后產(chǎn)生的羥基苯甲酸、紫丁香酸、香豆酸、阿魏酸等化感物質(zhì)在水溶液中濃度大于50?mg/kg時(shí)，明顯影響甘蔗幼苗的正常生長，從而影響甘蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)^[9]。同一年份不同種植模式和施氮量對(duì)甘蔗品質(zhì)無顯著影響，說明與大豆間作和減量施氮對(duì)甘蔗的品質(zhì)無顯著影響。楊建波等^[51]研究表明，在低氮種植條件下與大豆間作不影響甘蔗的糖錘度、蔗糖和還原糖含量等甘蔗品質(zhì)指標(biāo)。蔗田的施氮量與甘蔗的糖錘度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著氮肥的增加甘蔗糖錘度降低，過量施氮肥不利于蔗糖的貯存積累^[52]。

4 ?結(jié)論

10?a大田定位試驗(yàn)研究結(jié)果表明，甘蔗//大豆間作提高了系統(tǒng)總產(chǎn)量和土地利用率，保持穩(wěn)定的間作優(yōu)勢。減量施氮下SB₂種植模式的土地當(dāng)量比最大，SB₂-N₁土地利用率最高。常規(guī)施氮（525?kg/hm²）與減量施氮（300?kg/hm²）對(duì)甘蔗、大豆以及間作系統(tǒng)總產(chǎn)量無顯著影響，300?kg/hm²的施氮量能夠滿足甘蔗和大豆以及間作系統(tǒng)對(duì)氮素的需求。間作增加了大豆產(chǎn)量穩(wěn)定性，能夠維持系統(tǒng)產(chǎn)量的時(shí)間穩(wěn)定性。種植年限的增加對(duì)甘蔗蔗糖分、纖維分、蔗汁糖錘度、蔗汁旋光度和蔗糖分無顯著影響，同一年份不同種植模式和施氮量處理的甘蔗品質(zhì)差異不顯著。與2010年相比，2018年底，除大豆單作模式外，其他處理的土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮含量顯著下降，但所有處理的土壤全磷、有效磷和速效鉀沒有顯著差異。甘蔗連作和連續(xù)施用化肥，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)逐步下降、pH降低。減量施氮甘蔗//大豆間作模式能夠保持系統(tǒng)生產(chǎn)力和地力的穩(wěn)定性，但需施用有機(jī)肥和推廣蔗葉還田技術(shù)來培肥蔗田地力。

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