安東升　嚴(yán)程明　劉洋　趙寶山　孔冉　蘇俊波　徐志軍

摘要：為提升機械化寬行植蔗區(qū)土地利用效率，實現(xiàn)封行前控草減藥與增效增收，以甘蔗單作為對照，選擇7個花生品種和5個甜玉米品種開展配套農(nóng)機的甘蔗寬行間作花生和甜玉米試驗，對2種間作系統(tǒng)生產(chǎn)力與經(jīng)濟效益進行比較分析。結(jié)果表明，總體上甘蔗的株高與行間間作甜玉米的株高呈負相關(guān)，與行間間種花生的株高呈正相關(guān)。與甘蔗單作相比，間種花生的甘蔗單莖重?zé)o顯著下降，間種甜玉米的甘蔗單莖重顯著下降；2種間作模式下甘蔗的分蘗數(shù)、有效莖數(shù)和產(chǎn)量均顯著下降，下降幅度均表現(xiàn)為間作甜玉米顯著高于間作花生；不同間作模式對甘蔗田間糖錘度的影響不顯著。間作甜玉米的田間糖錘度和穗產(chǎn)量分別以‘中農(nóng)甜414和‘華美甜9最優(yōu)，間作‘粵甜28能夠收獲較高的產(chǎn)量和農(nóng)田秸稈輸入量；間作‘湛油1155‘熱紅1和‘湛油1155‘湛油75‘湛油62分別獲得最優(yōu)的花生仁產(chǎn)量和出油率。間作系統(tǒng)純收益增幅在30%以上的處理表現(xiàn)為間作‘中農(nóng)甜414>‘華美甜9>‘ZGP113>‘湛油1155，但間作‘華美甜9和‘ZGP113的甘蔗減產(chǎn)率分別比間作‘中農(nóng)甜414和‘湛油1155提高13.73和4.37個百分點，因此適宜間作的甜玉米和花生品種分別為‘中農(nóng)甜414和‘湛油1155。綜上，間作‘中農(nóng)甜414甜玉米能夠顯著增加經(jīng)濟效益，且農(nóng)田秸稈碳輸入量大，但甘蔗顯著減產(chǎn)，若不能擴大種植面積則不利于保守糖料紅線；間作‘湛油1155和‘ZGP113能夠顯著增加經(jīng)濟效益，甘蔗產(chǎn)量降幅較小，且豆科固氮與秸稈碳輸入有助于耕地質(zhì)量提升。

關(guān)鍵詞：甘蔗間作；甜玉米；花生；生產(chǎn)力；適宜品種

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0754

中圖分類號：S566.1；S344.2 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：10080864（2024）04003709

甘蔗是我國重要的糖料作物，在食糖總產(chǎn)量中蔗糖產(chǎn)量的占比超過90%[1]。由于甘蔗產(chǎn)值較低，多種植在丘陵旱坡地，受地形和自然條件影響，單位面積產(chǎn)量和機械化水平均偏低[2]。隨著國內(nèi)勞動力成本的持續(xù)上升，機械化作業(yè)是甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級的必然趨勢，適用于機械化的1.4～1.6 m寬行距種植模式下甘蔗經(jīng)濟性狀和效益均優(yōu)于1.2 m行距種植[3]，而前期生長緩慢導(dǎo)致甘蔗從種植至封行的時間超過4個月，利用土地空窗期開展短季作物間作，發(fā)揮農(nóng)業(yè)自然資源的邊際效應(yīng)，通過提高綜合效益提高植蔗積極性，同時可改善田間生態(tài)條件。在間作模式中，甘蔗/油料作物的研究較多，相對于甘蔗單作，甘蔗間作單行（雙行）大豆在常規(guī)施氮和減氮條件下分別實現(xiàn)增產(chǎn)18.2%（17.8%）和30.4%（39.4%），土壤有機質(zhì)含量變化在7 年間（2010—2017 年）分別高出39.7%（60.6%）和14.3%（9.8%）[4]，在不同氮輸入水平下，根際微生物群落變化是影響甘蔗/大豆間作系統(tǒng)微生物氮循環(huán)過程的關(guān)鍵因素[5]。與甘蔗單作相比，間作大豆的新植蔗的單莖重?zé)o顯著差異，有效莖數(shù)顯著下降；而宿根蔗的單莖重則表現(xiàn)為上升趨勢[67]。通過對甘蔗間作花生的最佳模式探討，選出了適于云南間作的花生品種‘粵油13號[8]，播期在甘蔗下種前15 d表現(xiàn)最佳[9]，種植密度以1.4 m 間作2行花生經(jīng)濟效益最高[10]。甘蔗與其他經(jīng)濟作物間作模式也有較多研究。與甘蔗單作相比，甘蔗/甜玉米1：1間作可將經(jīng)濟效益與土地利用率分別提高26.3% 和36%[11]；間作卷心菜、豌豆和大蒜能夠在保證甘蔗穩(wěn)產(chǎn)的同時分別收獲15.3～15.8、7.5～7.9 和6.3～6.6 t·hm-2 間作作物產(chǎn)量，收益回報率增加1.74～2.66倍，同時減少0.98 kg·hm-2 的除草劑使用量[12]；間作西瓜和辣椒則分別實現(xiàn)純收入提升10 倍和總產(chǎn)值提升8倍[1314]。甘蔗/花生間作能夠提高土壤養(yǎng)分，改善土壤pH[15]。但與單作相比，間作降低了根際土壤pH，同時促進了土壤有效率顯著增加[16]，在間作花生的花期和成熟期，根際細菌數(shù)量、真菌數(shù)量、脲酶活性、磷酸酶活性均比甘蔗單作提高[17]。土壤剖面研究結(jié)果表明，和間作相比單作顯著提升了0—20 cm土層土壤有效氮、有機質(zhì)、微生物菌群數(shù)量和蛋白酶活性；提高了20—40 cm土層土壤全磷、全鉀和蛋白酶活性和40—60 cm土層土壤真菌、蔗糖酶和微生物量碳[18]。而且，通過間作作物競爭光資源及化感作用的相互作用，間作花生可將蔗田土壤雜草種子庫類和密度分別降低37.5%和22.7%[19]。因此，間作條件下良好的土壤微生態(tài)是土壤養(yǎng)分、酶活性、微生物多樣性相互作用的結(jié)果。本研究以甘蔗單作為對照，選擇廣東省優(yōu)勢旱地作物甜玉米和花生，同時開展甘蔗/甜玉米和甘蔗/花生間作試驗，系統(tǒng)分析2種間作系統(tǒng)之間產(chǎn)量構(gòu)成與效益，明確適用于粵西地區(qū)甘蔗間作的甜玉米及花生品種，以期為甘蔗生產(chǎn)的提質(zhì)增效提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

試驗于2021—2022年在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院湛江實驗站綜合試驗基地（21°08′N、110°16′E，海拔16 m）進行。試驗地0—30 cm土層土壤全氮含量0.99 g·kg-1、有效磷含量146 mg·kg-1、速效鉀含量138 mg·kg-1、有機質(zhì)含量29 g·kg-1、pH 4.6。甘蔗品種選擇‘ROC22，甜玉米品種選擇‘中農(nóng)甜414‘中農(nóng)甜488‘粵甜28‘華美甜9‘正甜68；花生品種選擇‘湛紅5‘湛油6‘ZPG113‘湛油1155‘ 湛油75‘ 熱紅1‘ 湛油62，其中，‘ZPG113為鮮食甜花生，其余6個品種均為油料花生 。試驗期間環(huán)境溫度和降水量數(shù)據(jù)見圖1。

1.2 試驗設(shè)計

2021年3月1—3日完成種植，甘蔗采用1.4 m寬行種植，用種量36 000段·hm-2，每段2個芽；間作2行甜玉米密植，行距0.40 m，株距0.25 m，用種量57 168粒·hm-2；湛江緯度低、光熱資源好，選擇間作3 行花生，行距0.25 m，株距0.30 m，用種量71 464?！m-2。甘蔗單作與甘蔗/甜玉米間作小區(qū)面積60 m2，甘蔗/花生間作小區(qū)面積40 m2，每個處理3個重復(fù)。全園施用300 kg·hm-2復(fù)合肥（15-15-15）、600 kg·hm-2 過磷酸鈣作為基肥，甜玉米追肥342 kg N·hm-2、142.5 kg P2O5·hm-2、207 kg K2O·hm-2。分別于2021年5月16、20、21、24、27日完成‘中農(nóng)甜488‘華美甜9‘正甜68‘中農(nóng)甜414‘粵甜28的取樣和采收；6月1日統(tǒng)計甘蔗分蘗率；6月11日完成花生取樣和采收；2022年1月16—17日完成甘蔗取樣和采收。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農(nóng)田小氣候測定

采用Scientific Campbell（數(shù)采CR3000）溫濕度傳感器和雨量筒自動記錄冠層上方2 m處的溫度和降雨量，獲得試驗期間日最高溫、日最低溫和日降水量數(shù)據(jù)。

1.3.2 作物性狀調(diào)查

每個品種甜玉米隨機選擇9株測定株高，同時統(tǒng)計5 m行長內(nèi)甘蔗株高（cm）與分蘗數(shù)（條），每個小區(qū)取1 m2（10株）測定產(chǎn)量（kg），并選出其中長勢處于平均水平的植株測定植株干物質(zhì)量（g）、穗產(chǎn)量（g）、田間糖錘度（%）；每個小區(qū)取1 m2 花生測定株高（cm）、干物質(zhì)量（g）、產(chǎn)量（g）、仁產(chǎn)量（g）、含油量（%），同時統(tǒng)計5 m行長內(nèi)甘蔗株高（cm）與分蘗數(shù)（條）；不同間作模式內(nèi)隨機選擇9 株甘蔗統(tǒng)計有效莖長（cm）、莖徑（mm）、單莖重（kg）和田間糖錘度（%），統(tǒng)計5 m行長內(nèi)甘蔗有效莖數(shù)（條），計算甘蔗產(chǎn)量（t·hm-2），根據(jù)公式（1）計算成莖率。作物株高和甘蔗有效莖長用卷尺測量，甘蔗莖徑采用游標(biāo)卡尺測定；甜玉米穗產(chǎn)量、花生仁產(chǎn)量和甘蔗單莖重采用稱重法測定；植株干物質(zhì)量采用烘干法測定（105 ℃殺青20 min，70 ℃烘至恒重）；花生含油量采用近紅外光譜儀測定[20]；甜玉米和甘蔗的田間糖錘度采用手持折光儀（ATAGO）測定[21]。

成莖率=有效莖數(shù)/分蘗數(shù)×100% （1）

1.3.3 經(jīng)濟效益分析

種植成本以當(dāng)?shù)胤N植大戶和農(nóng)墾的平均值為依據(jù)，按照試驗的實際種植面積折算。通過基地收購和周邊種植大戶調(diào)查，采用當(dāng)年收獲季的平均銷售價格計算效益：甘蔗490元·t-1，油料花生8元·kg-1，鮮食甜花生12元·kg-1，‘中農(nóng)甜4143.2元·kg-1，‘中農(nóng)甜4883元·kg-1，‘粵甜282.4 元·kg-1，‘華美甜92.8 元·kg-1，‘正甜682.4元·kg-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進行數(shù)據(jù)計算，采用 SPSS 統(tǒng)計分析軟件中 Duncan 多重比較分析方法進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同甘蔗間作模式對作物株高與甘蔗分蘗數(shù)的影響

由圖2可知，甘蔗/甜玉米間作模式下，總體上甘蔗的株高隨著行間間作甜玉米株高的增加呈下降趨勢，但與單作甘蔗的株高之間差異不顯著；在甘蔗/花生間作模式下，甘蔗的株高與行間間作花生的株高呈正相關(guān)，除間作‘湛油6的甘蔗株高顯著低于單作甘蔗株高，間作其他品種花生的甘蔗株高與單作甘蔗株高之間的差異均不顯著。2種間作模式下，甘蔗的分蘗數(shù)均顯著下降，且間作甜玉米的甘蔗分蘗數(shù)的下降幅度顯著高于間作花生的。

2.2 不同甘蔗間作模式對甘蔗產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，與甘蔗單作相比，除‘湛油1155和‘ZPG113之外，間作其他花生和甜玉米品種的甘蔗有效莖長均顯著下降，只有與‘湛油1155間作的甘蔗莖徑顯著增加；間作甜玉米的甘蔗單莖重顯著下降，而間作花生的甘蔗單莖重未見顯著下降。間作顯著降低甘蔗有效莖數(shù)，其中，間作‘中農(nóng)甜414‘粵甜28‘湛油1155的甘蔗成莖率分別為70.8%、64.3%、92.4%，成莖率隨著間作作物株高的增加而呈下降趨勢。間作顯著降低甘蔗產(chǎn)量，下降幅度表現(xiàn)為間作‘湛油1155<間作‘農(nóng)甜414<間作‘粵甜28。間作‘粵甜28和‘正甜68的甘蔗田間糖錘度與間作‘中農(nóng)甜414和‘湛油6相比顯著下降，但田間糖錘度在甘蔗單作與甘蔗間作之間差異不顯著。

2.3 不同甘蔗間作模式對間作作物經(jīng)濟性狀的影響

由表2可知，甘蔗/甜玉米間作模式下，‘粵甜28和‘華美甜9的產(chǎn)量顯著高于‘中農(nóng)甜414和‘中農(nóng)甜488，但穗產(chǎn)量表現(xiàn)為‘華美甜9>‘中農(nóng)甜488>‘粵甜28和‘正甜68，且差異顯著；‘中農(nóng)甜414‘中農(nóng)甜488‘華美甜9的凈穗率均超過70 %；田間糖錘度表現(xiàn)為‘中農(nóng)甜414顯著高于‘粵甜28‘華美甜9和‘正甜68；秸稈輸入量則表現(xiàn)為‘粵甜28>‘正甜68>‘華美甜9>‘中農(nóng)甜488和‘中農(nóng)甜414。甘蔗/花生間作模式下，‘湛油1155的莢果產(chǎn)量最高，而仁產(chǎn)量則表現(xiàn)為‘湛油1155和‘熱紅1最高，‘熱紅1是唯一出仁率超過60%的品種；‘湛油1155‘湛油75和‘湛油62的含油量顯著高于其他4個花生品種；‘湛紅5和‘湛油1155的秸稈輸入量顯著高于‘湛油75。

2.4 不同甘蔗間作模式下間作系統(tǒng)效益分析

由表3可知，甘蔗/甜玉米間作模式下，甘蔗的收益均為虧損，其中間作‘中農(nóng)甜414虧損最小，間作‘粵甜28虧損最大；甜玉米間作利潤表現(xiàn)為‘華美甜9和‘中農(nóng)甜414最高，‘正甜68最低；總利潤表現(xiàn)為‘中農(nóng)甜414>‘華美甜9>‘中農(nóng)甜488>‘粵甜28>‘正甜68，其中間作‘正甜68的總利潤小于甘蔗單作利潤。甘蔗/花生間作模式下，甘蔗的利潤均下降但不虧損，間作‘湛油1155利潤降幅最小，間作‘湛紅5利潤降幅最大；花生間作利潤表現(xiàn)為‘ZPG113最大，‘湛油6最??；只有間作‘ZPG113和‘湛油1155的總利潤高于甘蔗單作利潤，增幅分別為38.30% 和35.73%。綜上，間作系統(tǒng)純收益增幅在30%以上的處理表現(xiàn)為間作‘中農(nóng)甜414>‘華美甜9>‘ZGP113>‘ 湛油1155，但間作‘ 華美甜9和‘ZGP113的甘蔗減產(chǎn)率分別比間作‘中農(nóng)甜414和‘湛油1155提高13.73和4.37個百分點，綜合經(jīng)濟效益、甘蔗產(chǎn)量與農(nóng)田秸稈輸入量，與甘蔗間作的甜玉米推薦品種為‘中農(nóng)甜414，花生推薦品種為‘湛油1155。

3 討 論

李志賢等[11]研究表明，在甘蔗/甜玉米間作系統(tǒng)中甜玉米的甘蔗株高與單作甘蔗株高之間的差異不顯著，與本研究結(jié)論一致。但在甘蔗/甜玉米間作系統(tǒng)中，同為禾本科大型草本作物的甜玉米株高和甘蔗株高由于種間競爭而呈負相關(guān)，因此總體上甘蔗株高隨著間作甜玉米株高的增加而呈下降趨勢。分蘗率高能夠顯著提高甘蔗有效莖數(shù)，是影響甘蔗產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，其重要程度大于單莖重和株高[2223]。環(huán)境因子尤其是光照是限制甘蔗分蘗成莖和蔗莖產(chǎn)量的重要因素[24]，甘蔗遮蔭試驗表明，弱光脅迫下甘蔗葉片中生長素含量顯著升高，赤霉素含量則先降后升，且生長素含量高于赤霉素， 嚴(yán)重遲滯甘蔗分蘗發(fā)生時間（至少15 d）且顯著降低最高分蘗數(shù)[25]。而破除生長素的頂端優(yōu)勢對側(cè)芽的抑制作用、提升赤霉素調(diào)控激素之間的動態(tài)平衡在促進甘蔗分蘗成莖中起到重要作用[2627]。本研究中，2個間作系統(tǒng)中甘蔗成莖率下降，且間作甜玉米的甘蔗有效莖數(shù)下降幅度顯著高于間作花生的甘蔗有效莖數(shù)的下降幅度，這也與前人在甘蔗/玉米和甘蔗/大豆間作研究中發(fā)現(xiàn)的間作系統(tǒng)中甘蔗有效莖數(shù)呈下降趨勢的結(jié)果一致[6， 11， 28]。

與甘蔗單作相比，間作同為禾本科作物的甜玉米，因其對光照、水分和養(yǎng)分的競爭作用強而影響甘蔗的干物質(zhì)積累與有效莖形成，進而導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)，但系統(tǒng)效益會明顯增加[6， 29]。不同甘蔗/豆科作物間作的研究結(jié)果則表現(xiàn)不一，有的認(rèn)為間作造成甘蔗大幅減產(chǎn)[30]，另有研究表明間作能夠保證甘蔗穩(wěn)產(chǎn)[31]，也有甘蔗間作表現(xiàn)出一定的甘蔗增產(chǎn)[32]，這主要與用種量、播期、行距等多種間作處理方式的合理性有關(guān)[33]。本研究中，導(dǎo)致甘蔗/花生間作系統(tǒng)減產(chǎn)的原因可能有：第一，本研究甘蔗用種量每公頃達7.2萬個芽，與前人研究中每公頃10～12 萬個芽的用種量相比較低[89，32]，因此在寬行間作條件下適當(dāng)提高甘蔗用種量可能是實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)甚至增產(chǎn)的主要手段之一；第二，本研究采用1.4 m行間間作3行花生，花生與甘蔗植株之間距離為40 cm，低于前人研究中花生與甘蔗植株之間距離（45～55 cm）[10， 32]，增加了主作和間作作物對環(huán)境資源的競爭；第三，花生與甘蔗同期播種可能是導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)的原因之一，在甘蔗/花生間作中花生早播能夠提升花生產(chǎn)量和出仁率[8]，但對甘蔗的影響尚需進一步研究。

綜上，選擇甘蔗間作‘中農(nóng)甜414能夠顯著增加經(jīng)濟效益，且農(nóng)田秸稈輸入量大，但甘蔗顯著減產(chǎn)，若不能增加種植面積則不利于保守糖料紅線。選擇適宜甘蔗間作的‘ 湛油1155和‘ZGP113能夠顯著增加經(jīng)濟效益，甘蔗產(chǎn)量降幅較小，且通過豆科作物固氮與秸稈輸入對耕地質(zhì)量的提升有益[6， 10]。綜合經(jīng)濟效益、甘蔗產(chǎn)量與農(nóng)田秸稈輸入量，與甘蔗間作的甜玉米推薦品種為‘中農(nóng)甜414，花生推薦品種為‘湛油1155。適于農(nóng)機的甘蔗與間作作物用種量、間距和播期搭配是實現(xiàn)甘蔗穩(wěn)產(chǎn)、保證間作收益和提升耕地質(zhì)量的關(guān)鍵，也是未來甘蔗間作系統(tǒng)改良的重要方向。

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（責(zé)任編輯：胡立霞）

基金項目：海南省自然科學(xué)基金項目（ 321QN348）；國家重點研發(fā)計劃項目（ 2020YFD1000600）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項（1630102022002）。