王桂花 吳敏 王大鵬 韋家少 吳炳孫 吳文冠陳志堅 董榮書

(1中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所 海南海口571101;2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部橡膠樹生物學與遺傳資源利用重點實驗室 海南海口571101;3中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所 海南?？?71101)

橡膠是中國熱區(qū)典型的經(jīng)濟作物，其乳膠加工產(chǎn)品天然橡膠是重要的戰(zhàn)略物資［1-3］。當前，中國膠園種植密度約為450株/hm2［4］，膠園行間未被充分利用，特別是幼齡膠園。間作是一種復合種植模式，不僅能高效利用林下土地資源，還能提高膠園整體經(jīng)濟效益。其中，橡膠間作豆科作物在提高橡膠植株產(chǎn)量、植株養(yǎng)分吸收效率以及改善膠園土壤養(yǎng)分含量等方面具有重要作用。膠園間作豆科作物技術(shù)日趨成熟，被廣泛應用于膠園林下經(jīng)濟發(fā)展等關(guān)鍵領域［5-11］。豆科作物具有根瘤，能固定空氣中游離的氮，增加土壤氮素營養(yǎng)［12］。研究表明［13-14］，海南植膠區(qū)土壤普遍缺氮，土壤全氮含量平均僅有0.82 g/kg。因此，在當前植膠背景下，通過間作豆科作物和接種根瘤菌，提高膠園土壤氮素，實現(xiàn)橡膠樹高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)及培肥膠園土壤地力具有重要意義。

柱花草屬多年生草本植物，適宜于膠果園中套種，作飼料或綠肥用，是改良土壤的優(yōu)良豆科作物。研究表明，膠園-柱花草間作系統(tǒng)主要適用于幼齡膠園［15］，該間作系統(tǒng)不僅能促進橡膠樹根系生長，還能提高橡膠樹干重，增加膠園土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮等含量，從而促進膠園土壤養(yǎng)分的吸收與利用［16］。此外，間作柱花草能充分利用各類自然資源，促進種間相互作用，提高單位面積產(chǎn)量和促進植株氮磷的吸收［17-18］。與此同時，花生作為營養(yǎng)高、適用性較廣的一類豆科作物，被視為膠園間作的有效作物。相關(guān)研究表明，對于成齡膠園，間作花生、平托花生等豆科作物會降低土壤全氮含量，但間作花生的土壤銨態(tài)氮含量顯著高于不間作的土壤［19］。對于全周期間作膠園，間作的花生也能正常生長，并能獲得一定的產(chǎn)量。雖然間作花生的全周期膠園橡膠樹單位面積干膠產(chǎn)量較單作低，但通過間作花生可增加間作膠園的經(jīng)濟效益［20］。

綜上所述，膠園間作柱花草或花生等作物，對膠園植株的生長均具有一定促進作用。而橡膠間作豆科作物，接種根瘤菌后對間作系統(tǒng)植株生長、氮吸收以及膠園土壤氮素的影響還鮮有報道。鑒于此，本研究以橡膠間作柱花草、橡膠間作花生為研究對象，探討不同氮水平和接種豆科根瘤菌對膠園植株生長、氮吸收量和土壤堿解氮的影響，以期為進一步發(fā)展膠園間作技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 基質(zhì)

土壤采自海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院試驗場三隊橡膠林萌生帶土壤，過5 mm孔徑篩。土壤理化性質(zhì)按常規(guī)方法測定［21］，測定結(jié)果為：pH6.12，有機質(zhì)6.43 g/kg，有效磷22.16 mg/kg，速效鉀38.24 mg/kg，堿解氮49.80 mg/kg。盆栽容器為藍色膠桶，桶口內(nèi)徑29 cm，桶底內(nèi)徑26 cm，桶高29 cm，底部設3排水孔，孔徑0.6 cm［22］。

1.1.2 植株和根瘤菌菌種

橡膠幼苗選用長勢均勻的2～3蓬葉的熱研7-33-97組培苗，來自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所種質(zhì)資源苗圃；柱花草為熱研二號，由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所熱帶牧草研究室提供；花生種子為海南本地小種花生，來自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究室林下經(jīng)濟課題組。

柱花草根瘤菌編號為RJS9-2，由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所熱帶牧草研究室提供；花生根瘤菌編號2HY4，來自華南師范大學生命科學學院。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗設計施氮水平、種植方式和接種方式3種因素。施氮水平設置氮1（施用尿素2 g/盆）和氮2（不施用尿素）；種植方式包括橡膠-花生間作、橡膠-柱花草間作、單作橡膠；接種方式設接種根瘤菌（2HY4花生根瘤菌和RSJ9柱花草根瘤菌）和不接根瘤菌。試驗設2個氮水平、3個種植模式和2個接種方式，共10個處理，每個處理重復6次。

采用盆栽試驗，每桶裝土壤15 kg，分別按照氮1和氮2水平進行處理，其他磷鉀和微量肥根據(jù)橡膠樹生長情況統(tǒng)一施用。每桶移植橡膠組培苗1株，3周后，篩選出生長良好的橡膠苗用于試驗。將柱花草種子去種皮，經(jīng)80℃加熱2 min，并置于黑暗條件下萌發(fā)2～3 d；移植柱花草幼苗到桶里，每桶移植5株（柱花草植株較小，故移植5株）?；ㄉN子先用75%酒精進行滅菌，將種子種到石英砂中；待花生萌芽4 d左右，用于接種和移植，每桶移植1株。即橡膠-柱花草間作系統(tǒng)共有1株橡膠和5株柱花草，橡膠-花生間作系統(tǒng)共有1株橡膠和1株花生，分別種植在桶的兩側(cè)；橡膠單作系統(tǒng)則只種植1株橡膠苗。

于間作系統(tǒng)生長一周后進行柱花草的根瘤菌接種處理，每桶每株柱花草加5 mL柱花草根瘤菌菌液；不接種處理為加滅菌二級水5 mL。花生需在移植前進行接種處理，將20株花生根部浸泡在100 mL的根瘤菌菌液0.5 h，然后移植；不接種處理為采用滅菌二級水替代菌液，步驟與接種處理一致。

1.2.2 指標測定

培養(yǎng)4個月后收樣，測定植株干重、氮含量。將植株用去離子水洗凈后，于105℃烘箱中殺青0.5 h，后以70℃烘48 h，稱重，粉碎過1 mm篩；采用H2SO4-H2O2消煮法、連續(xù)流動分析儀測定［21］植株全氮含量。培養(yǎng)后采集土壤樣品，經(jīng)風干混勻磨碎后過2 mm篩，使用半自動凱氏定氮儀測定土壤堿解氮［23］。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Micr osof t Excel進行數(shù)據(jù)整理，采用（DPS）9.0軟件中的Duncan’s新復極差法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 橡膠-豆科間作的系統(tǒng)植株干重變化

由圖1可知，橡膠-花生間作對植株干重影響不明顯，但橡膠-柱花草間作顯著增加了植株干重。在氮1和氮2水平下，不接根瘤菌的橡膠-柱花草植株干重分別比單作橡膠增加了54%和80%；接種根瘤菌后，橡膠-柱花草植株干重分別比橡膠單作增加了62%和58%。此外，相對氮2水平，氮1水平處理顯著提高了橡膠-柱花草和橡膠-花生的植株干重，特別是接種根瘤菌后，橡膠-柱花草植株干重顯著高于氮2水平處理。然而，與不接根瘤菌相比，接種根瘤菌對橡膠-花生、橡膠-柱花草的植株干重影響不明顯。結(jié)果表明，橡膠-柱花草間作和橡膠-花生間作對系統(tǒng)植株干重有促進作用，且橡膠-柱花草間作比橡膠-花生間作對系統(tǒng)植株干重的促進作用更大。

圖1 不同栽培方式對植株干重的影響

2.2 橡膠-豆科間作的系統(tǒng)植株氮含量變化

由圖2可知，在氮1水平下，不同橡膠-豆科間作對系統(tǒng)植株氮含量影響不顯著。在氮2水平下，橡膠-柱花草間作的植株氮含量比單作橡膠顯著增加，不接種和接種根瘤菌處理分別提高了31%和37%；橡膠-花生間作植株氮含量有增加趨勢但變化不明顯，不接種和接種根瘤處理分別增加了20%和19%。此外，與氮2相比，氮1水平處理顯著增加了橡膠-柱花草、橡膠-花生和橡膠的氮含量。不接根瘤菌的橡膠-柱花草植株氮含量在氮1水平下比氮2水平提高27%，接種根瘤菌后提高25%；橡膠-花生間作在氮1水平下比氮2水平的不接種和接種根瘤菌處理顯著提高61%和44%；橡膠單作在氮1水平下比氮2水平顯著提高了79%。然而，接種與不接根瘤菌處理相比對植株氮含量無明顯影響，僅有在氮1水平下接種根瘤菌的橡膠-花生間作比不接種顯著降低了13%。結(jié)果表明，橡膠-花生間作和橡膠-柱花草間作能提高系統(tǒng)植株氮含量，且受氮水平調(diào)控。

圖2 不同栽培方式對系統(tǒng)植株氮含量的影響

由圖3可知，橡膠-花生間作對系統(tǒng)植株氮吸收量促進作用不明顯，但橡膠-柱花草間作顯著促進系統(tǒng)植株氮吸收量增加。在氮1和氮2水平下，不接根瘤菌的橡膠-柱花草氮吸收量比橡膠單作分別增加了60%和229%；接種根瘤菌后，橡膠-柱花草氮吸收量比橡膠單作分別增加75%和189%，這與植株干重結(jié)果相一致。此外，相較于氮2水平，在氮1水平下顯著提高了橡膠-花生、橡膠-柱花草和橡膠的氮吸收量。然而，與不接種根瘤菌相比，接種根瘤菌對橡膠-花生、橡膠-柱花草的氮吸收量影響不明顯。結(jié)果表明橡膠-花生間作、橡膠-柱花草間作能提高系統(tǒng)植株氮吸收效率，且植株氮吸收量受氮水平調(diào)控。

2.3 橡膠-豆科間作的土壤堿解氮變化

圖3 不同栽培方式對系統(tǒng)植株氮吸收量的影響

由圖4可知，在氮2水平下，橡膠-柱花草間作的土壤堿解氮含量比橡膠單作顯著增加；其中，不接根瘤菌的橡膠-柱花草間作比橡膠單作提高32%，接種根瘤菌橡膠-柱花草間作顯著提高80%。在氮1水平下的結(jié)果則相反，不接和接種根瘤菌處理土壤堿解氮含量分別較橡膠單作降低了55%和38%。橡膠-花生間作的土壤堿解氮含量在氮1水平中變化不明顯；在氮2水平下，不接和接種處理比橡膠單作分別提高55%和32%，其中不接根瘤菌處理與橡膠單作相比差異顯著。

圖4 不同栽培方式對土壤堿解氮含量的影響

此外，相對氮2水平，氮1水平使單作橡膠土壤堿解氮顯著提高68%；橡膠-柱花草間作的堿解氮含量在氮1水平均比氮2水平降低，其中接種處理間差異顯著。而接種與不接種根瘤菌處理間變化不明顯，除了在氮2水平下橡膠-柱花草間作接種比不接種根瘤菌顯著增加了36%。結(jié)果表明，橡膠-花生間作、橡膠-柱花草間作對土壤堿解氮含量的提高有一定的促進作用。

3 討論與結(jié)論

3.1 橡膠-豆科間作對系統(tǒng)植株生長的影響

本研究結(jié)果顯示，橡膠-花生間作、橡膠-柱花草間作均對系統(tǒng)植株的生長具有促進作用，且橡膠-柱花草間作系統(tǒng)比橡膠-花生間作系統(tǒng)更能促進植株生長，這與黃堅雄等［24］研究橡膠-作物農(nóng)林復合系統(tǒng)的結(jié)果相一致［24］，即花生與豆薯相比，其間作優(yōu)勢小?；ㄉ鳛槎箍谱魑镫m可促進膠園間作系統(tǒng)中植株的生長，但相較其他豆科作物，其間作優(yōu)勢較弱。

眾所周知，豆科作物可與根瘤菌共生固氮，將空氣中的氮轉(zhuǎn)化為植物可吸收利用的氮素，且豆科-非豆科間作系統(tǒng)接種根瘤菌后能顯著促進植株生長［25-26］。本研究發(fā)現(xiàn)，橡膠-柱花草間作系統(tǒng)接種根瘤菌對植株生長有一定的促進作用，但效果不顯著，其原因可能是種植的時間不夠長，導致接種的根瘤菌共生固氮效果尚未對植株生長起到作用，或共生固氮效果不明顯；同時，接種效果還受生長條件、土壤環(huán)境以及菌種等因素影響，從而導致根瘤菌接種效果并不明顯［27-30］。根瘤生長條件主要受氮、磷等元素影響，施氮不足將影響根瘤的生長發(fā)育和固氮能力；此外，土壤中含有大量的土著根瘤菌，相較于外接根瘤菌更容易與豆科共生，形成無效根瘤，在消耗豆科作物碳水化合物和礦質(zhì)養(yǎng)分的同時，還抑制外接根瘤菌的生長；根瘤菌種通常分為高效、低效菌種，而高效根瘤菌種需具有宿主匹配性高、固氮能力強、環(huán)境適應性強等特性［31］。以上原因都可能導致本研究中豆科作物接種根瘤菌后對植株生長的促進作用不明顯，其具體原因有待進一步研究。但是，從植物氮含量、氮吸收量及土壤堿解氮含量可知，橡膠間作豆科并接種根瘤菌對間作系統(tǒng)具有促進作用，對提高膠園間作系統(tǒng)的植物氮素利用率和改善土壤氮肥地力具有重要意義。

3.2 橡膠-豆科間作對系統(tǒng)植株氮養(yǎng)分的影響

本研究結(jié)果顯示，相比橡膠單作，橡膠-柱花草間作能顯著增加系統(tǒng)植株氮含量和氮吸收量，橡膠-花生間作則有增加的趨勢，這與前人的研究結(jié)果相一致，即在豆科與非豆科間作系統(tǒng)中植株氮吸收量比單作顯著增高［32-37］。在橡膠園中間作花生和柱花草等豆科作物，也能夠促進間作系統(tǒng)中植株氮含量和氮吸收量的增加。此外，不同氮素水平對比的結(jié)果顯示，間作系統(tǒng)的植株氮含量、氮吸收量在氮1水平比氮2水平顯著增高，說明在間作系統(tǒng)中，植株氮含量、氮吸收量受氮素水平的調(diào)控。在氮1水平下，與橡膠單作相比，接種根瘤菌后橡膠-花生間作、橡膠-柱花草間作氮吸收量提高范圍分別在11%～20%、60%～80%；在氮2水平下，則分別提高25%～47%、189%～229%。由此可見，氮2水平下，橡膠-花生間作、橡膠-柱花草間作更能提高氮吸收量，原因可能有兩點：第一，間作花生、柱花草在不施氮肥時，短期內(nèi)能加快土壤有機質(zhì)礦化，增加土壤易吸收的氮素含量，提高土壤供氮能力，從而促進植株氮素吸收量的增加；第二，在豆科/非豆科間作體系中，非豆科作物競爭吸收豆科作物根區(qū)的土壤氮和肥料氮，刺激豆科作物固氮活性，為植株生長提供更多氮素，從而提高植物氮素的利用率［38］。雖然接種根瘤菌后橡膠-花生間作和橡膠-柱花草間作能促進植株氮含量、氮吸收量增加，但可能由于種植時間較短，所以對植株生長的促進作用不是很明顯。從植物干重、氮含量和氮吸收量可知，植株干重與氮含量和氮吸收量呈正相關(guān)。表明橡膠-豆科間作促進系統(tǒng)植株生長的機理，可能是通過提高植物氮素的利用率來實現(xiàn)。

3.3 橡膠-豆科間作對土壤堿解氮的影響

土壤堿解氮含量反映土壤近期內(nèi)氮素的供應情況，同時還與植株生長密切相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，橡膠-花生間作系統(tǒng)和橡膠-柱花草間作系統(tǒng)對土壤堿解氮含量的提高有一定的促進作用。在氮2水平下，橡膠-柱花草間作和橡膠-花生間作比單作橡膠均提高了土壤堿解氮含量，這與賀軍軍等［16］的研究結(jié)果相一致，即膠園間作豆科可提高土壤堿解氮含量。但橡膠-柱花草間作在氮1水平下比單作橡膠顯著降低。結(jié)合植株干重和氮吸收量可知，橡膠-柱花草間作系統(tǒng)的植株生長帶走了大量的氮養(yǎng)分，導致土壤堿解氮含量顯著減低。此外，從不同氮水平對土壤堿解氮的影響可知，相對氮2水平，氮1水平提高了橡膠-花生間作系統(tǒng)和橡膠單作的土壤堿解氮含量，橡膠單作間差異達顯著水平，表明施氮量多可提高橡膠-花生間作和單作橡膠的土壤堿解氮含量。但在橡膠-柱花草間作系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)不施氮比施氮的堿解氮含量高，這可能與系統(tǒng)植株生長、間作豆科共生固氮有關(guān)，在氮1水平下橡膠-柱花草的植株干重和氮吸收效率均顯著增加，說明在氮1水平中植株生長帶走土壤中大量的氮素；其次，不施氮促進豆科根瘤菌共生固氮，為植株生長提供氮素，從而減少土壤氮素的消耗［39］。本研究中，氮2水平的橡膠-柱花草間作接種根瘤菌顯著提高土壤堿解氮含量，說明接種根瘤菌對土壤堿解氮有促進作用?？偠灾?，在本研究中，橡膠-豆科間作可改善土壤堿解氮含量；進一步探討橡膠間作豆科接種根瘤菌對土壤氮素的促進作用可知，其促進作用不明顯，具體原因需進一步研究。

綜上所述，橡膠-豆科間作能促進系統(tǒng)植株生長，提高系統(tǒng)植株氮含量、氮吸收量及土壤堿解氮含量。同時本研究發(fā)現(xiàn)，橡膠-柱花草間作比橡膠-花生間作系統(tǒng)的間作優(yōu)勢更明顯，表明柱花草較花生更適合與橡膠間作。此外，通過探討接種根瘤菌及施氮水平對橡膠-豆科間作的影響可知，在橡膠-柱花草間作系統(tǒng)中接種根瘤菌，在一定程度上能促進植株生長和土壤養(yǎng)分含量的增加，但對間作優(yōu)勢有多大作用尚不清楚，需進一步研究。