袁淑娜,潘 劍,黃堅雄,鄭定華,桂 青,李 娟,陳俊明,周立軍

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所/農(nóng)業(yè)部儋州熱帶作物科學觀測試驗站/中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院林下資源綜合利用研究中心，海南 儋州 571737)

天然橡膠是重要的戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，因近年膠價下跌，單一栽培模式的植膠業(yè)受沖擊嚴重，膠農(nóng)收入銳減，在我國各個植膠區(qū)都出現(xiàn)膠園棄割現(xiàn)象[1].但天然橡膠作為戰(zhàn)略物資，其面積需要保護，如何穩(wěn)定和提高膠園產(chǎn)值，平衡市場需求和國家政策的矛盾，是植膠業(yè)亟待解決的問題.天然橡膠生產(chǎn)中存在的主要問題是膠園生產(chǎn)方式單一，抗風險能力差.發(fā)展膠園林下間作，可提高土地和光資源的利用效率，豐富膠園產(chǎn)出物類型，增加膠農(nóng)收入，促進膠園生產(chǎn)多元化，是實現(xiàn)膠園可持續(xù)發(fā)展的途徑之一[2,3].而尋找適合的間作物，開發(fā)并推廣適宜膠園間作的模式是膠園林下間作研究的關鍵內(nèi)容.幼齡膠園因充足的光照條件，間作物可適范圍廣，間作研究較多，得益于其良好的光照條件，國內(nèi)外對幼齡膠園林下間作研究較多，幼齡橡膠樹間種經(jīng)濟作物(香蕉、菠蘿、甘蔗)，糧食作物(玉米、旱稻)、豆類作物(大豆、綠豆)，薯類作物(山薯、木薯)和蔬菜(茄子、辣椒、苦瓜)等均有報道[4-10].生產(chǎn)面積最大的成齡膠園，蔭蔽度高，可間作物種少，只適合間作喜陰作物，如茶葉、益智、砂仁等，發(fā)展緩慢[11-13].近年來，相對于常規(guī)膠園提出的全周期膠園間作模式報道較多.全周期膠園采用寬窄行種植，種植密度為(2 m×4 m)×20 m，株距2 m，窄行4 m，寬行20 m，可在寬行(20 m)中間作油料作物(大豆、花生)、淀粉類作物(豆薯、土豆)、中藥材(五指毛桃、地膽頭、廣金錢、巴戟天、玫瑰茄)、牧草(柱花草、王草)、香辛飲料(咖啡、可可、肉桂)、蔬菜(生姜、秋葵、胭脂蘿卜)等多種類型作物[14-18]，是值得推廣的橡膠樹種植模式.

蔬菜是人類平衡膳食的重要組成部分，是人體所需維生素、膳食纖維和礦物質(zhì)的重要來源.橡膠產(chǎn)業(yè)迫切需要解決的是短期效益低，膠農(nóng)收入少的問題，而蔬菜作為經(jīng)濟效益較高且商品性較強的農(nóng)作物，具有周期短，見效快的特點[19,20]，是改變膠園種植結構的理想間作物.冬季蔬菜資源相對匱乏，若能利用膠園冬季落葉期種植蔬菜，其經(jīng)濟效益相當可觀.矮生四季豆是人們餐桌上的常見蔬菜，其田間種植與蔓生四季豆相比，具有生育期短、管理方便、抗蟲抗病等優(yōu)點，既適宜蔬萊區(qū)種植，也適合與經(jīng)濟作物進行間套作[21,22].本研究基于此，擬分析橡膠林落葉期的溫濕度和光照強度及其間作矮生四季豆的葉面積、SPAD值和產(chǎn)量表現(xiàn)，為膠園越冬落葉期蔬菜間作技術的提出和推廣提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

本研究于2014年11月至2015年3月在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院試驗場三隊(19°32′55″N，109°28′30″E)開展，該地區(qū)為典型的熱帶海洋季風氣候.全周期膠園林段坡度約為10°，橡膠樹為寬窄行種植，寬行為20 m，窄行的株行距為2 m×4 m，施肥溝(坑)位于窄行當中，寬行中的冠幅約4 m，林段種植方向為南北走向以防止水土流失，橡膠樹密度為420株·hm-2.膠園于2002年3月定植，2010年8月開割，橡膠樹品種為熱研72059，為直立速生品種.該林段的土壤質(zhì)地為粉砂黏壤土，試驗前測定0～20 cm土壤pH 4.5，土壤有機質(zhì)12.02 g·kg-1，全氮0.41 g·kg-1，速效磷31.65 mg·kg-1，速效鉀56.47 mg·kg-1.

1.2 方法

圖1 全周期膠園間作區(qū)示意圖Fig.1 Intercropping area of rubber plantation with paired row planting system

1.2.1 試驗設計 在全周期間作膠園寬行中的12 m寬的區(qū)域(如圖1所示)間作矮生四季豆，種植方向與橡膠樹行向相同(南北方向)，間作小區(qū)的面積為12 m×12 m，以附近裸地地段單作為對照.矮生四季豆品種為海南當?shù)匕募径?試驗種植株行距為50 cm×50 cm，穴距為30 cm，每穴3株，最后保留2株，在間作小區(qū)中共種植25行，每個處理3次重復.矮生四季豆種植日期為11月20日，首次采收期為2月12日，最后1次采收期為2月27日.矮生四季豆的施肥量分別為P2O5100 kg ·hm-2(過磷酸鈣)、K2O 90 kg ·hm-2(硫酸鉀)和N 300 kg·hm-2(尿素)，其中磷肥、鉀肥在試驗整地時作底肥施入，氮肥做追肥用，施肥比例為1∶2，田間管理等均按生產(chǎn)上進行操作.在附近空曠地段作對照處理，對照小區(qū)面積4 m×5 m，其他管理均與試驗區(qū)一致.

1.2.2 光照強度測定 選擇晴朗天氣，記錄光照強度.全周期間作模式膠園(如圖1所示，南北行向)株行距：(2 m×4 m)×20 m，行間間作區(qū)寬度為12 m.全周期膠園間作小區(qū)按照位置分別選取距離橡膠樹(從東至西距離)4 m(記E4)、7 m(記E7)、10 m(記M10)、13 m(記W7)、16 m(記 W4)處進行溫濕度，光照強度指標測定.該位點對應矮生四季豆的第1、7、13、19和25行，光照強度測定時間為8:00—18:00，測定間隔時間為2h，以3次重復的平均值為準.

1.2.3 溫度濕度數(shù)據(jù) 溫濕度數(shù)據(jù)測定位置與光照強度測定位置一致，通過精創(chuàng)RC-4HA溫濕度記錄儀收集間作區(qū)不同位置和裸地對照2015年2月1—27日的溫濕度數(shù)據(jù).

1.2.4 葉面積和SPAD 于矮生四季豆幼苗期、抽蔓期、結莢期，選取代表作物10株，用SPAD儀(SPAD-502，日本)測定單作處理和間作處理不同位置作物倒三或四葉片SPAD值表征相對葉綠素含量，每株3片葉，取均值；用LAI-3000A(美國)葉面積儀測定單做處理和間作處理不同位置作物單株葉面積，取均值.以上指標測定的行號與光照時長測定的位點(行號)對應.

1.2.5 產(chǎn)量和生物量 在試驗間作小區(qū)定位觀測行連續(xù)選取10穴，在采收期持續(xù)采收，累計采收鮮重為矮生四季豆產(chǎn)量，采收四季豆進行處理后在85 ℃下烘干，同時測定小區(qū)產(chǎn)量；最后1次采收結束后，將觀測行10穴20株進行處理，并在85 ℃下烘干，與累計采收矮生四季豆一起計為成熟期地上部分生物量，觀測不同位置生物量表現(xiàn).

1.3 數(shù)據(jù)處理

處理應用Excel 2010和SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，在P<0.05統(tǒng)計水平上采用LSD法進行差異顯著性檢驗.

2 結果與分析

2.1 全周期膠園間作區(qū)不同位置橡膠樹落葉期的溫濕度和光照強度

全周期膠園間作區(qū)不同位置橡膠樹落葉期的日平均溫度無顯著差異，均顯著低于裸地對照，大約低2～3 ℃；間作區(qū)平均濕度均顯著高于裸地對照，增加幅度為5%～9%(表1).全周期膠園間作區(qū)不同位置的光照強度變化如圖2所示，從早上8時開始，光照強度逐漸增強，受樹體影響，間作區(qū)M10、W7和W4的光照強度在中午12:00達到最大值，而CK，E4和E7的光照強度在下午14:00達到最大值.間作區(qū)日平均光照強度與裸地對照無顯著差異(表1)，但不同時間點的光照強度差異較大，裸地光照強度在8:00、10:00和16:00均顯著高于間作區(qū)(圖2).

表1 間作區(qū)2月份不同位置日平均溫濕度和光照表現(xiàn)1)Table 1 Comparison on temperature, humidity and light intensity at different experimental positions

1)不同小寫字母代表光照強度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強度差異不顯著(P>0.05)

不同小寫字母代表光照強度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強度差異不顯著(P>0.05)圖2 間作區(qū)光照強度日變化Fig.2 Changes in daily light intensity at different experimental positions

2.2 膠園林下間作矮生四季豆葉片SPAD值

膠園林下間作矮生四季豆葉片的SPAD值隨著植株的發(fā)育呈升高趨勢，至抽蔓期達最大值，結莢期略有下降.裸地對照矮生四季豆的SPAD值從苗期至抽蔓期至結莢期持續(xù)增大，結莢期SPAD值最大.膠園林下間作區(qū)矮生四季豆葉片的SPAD值在3個時期的表現(xiàn)各不相同，苗期E4葉片SPAD值最大，與裸地對照無差異，顯著高于間作區(qū)的其它位置.抽蔓期葉片間作區(qū)的中間位置M10，葉片SPAD值與裸地對照無顯著差異；結莢期，間作區(qū)的所有位置葉片SPAD值均顯著低于裸地對照.

不同小寫字母代表光照強度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強度差異不顯著(P>0.05)圖3 全周期膠園間作區(qū)不同位置矮生四季豆葉片SPAD值Fig.3 SPAD value of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.3 膠園林下間作矮生四季豆葉面積

膠園林下間作和對照矮生四季豆葉片的葉面積均隨著植株發(fā)育呈增大的趨勢，結莢期葉面積最大.間作區(qū)中間位置M10的葉面積值在3個生育時期均大于間作區(qū)其它位置和裸地對照.其中抽蔓期M10植株的葉面積比裸地對照和間作區(qū)其它位置的平均值分別大82%和109%，結莢期葉面積增大值分別為41%和99%.

不同小寫字母代表光照強度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強度差異不顯著(P>0.05)圖4 全周期膠園間作區(qū)不同位置矮生四季豆葉面積Fig.4 Leaf area of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.4 膠園林下間作矮生四季豆產(chǎn)量

全周期膠園林下間作矮生四季豆的平均產(chǎn)量為5 593.24 kg·hm-2，比裸地對照低約30%，間作區(qū)不同位點產(chǎn)量差異如圖5所示，距離橡膠樹愈近，產(chǎn)量愈低，具體表現(xiàn)為：M10>W7>E7>E4>W4.W7和E7之間無顯著性差異， E4和W4之間無顯著差異.間作區(qū)M10(8 247.56 kg·hm-2)與裸地對照(8 046.64 kg·hm-2)無顯著差異，均顯著高于間作區(qū)其它位置.間作區(qū)植株生物量除W4顯著低于M10和W7，其它間作區(qū)間無顯著差異，裸地對照植株生物量最大.

不同小寫字母代表光照強度顯著差異(P<0.05)，相同小寫字母表示光照強度差異不顯著(P>0.05)圖5 全周期膠園間作區(qū)不同位置矮生四季豆豆莢產(chǎn)量和生物量Fig.5 Pod yield and plant biomass of dwarf yam bean at different experimental positions in rubber plantation with paired row planting system

2.5 數(shù)據(jù)的相關性分析

光照強度與溫度，結莢期SPAD值和植株生物量呈極顯著正相關；豆莢產(chǎn)量與抽蔓期SPAD值、苗期葉面積、結莢期葉面積和植株生物量呈極顯著正相關.植株生物量與光照強度、抽蔓期SPAD值、結莢期SPAD值和苗期葉面積呈顯著正相關.

1)“*”表示相關檢驗為顯著(P<0.05)；“**”表示相關檢驗為極顯著(P<0.01).

3 討論與結論

3.1 全周期膠園落葉期林下光照強度與間作區(qū)矮生四季豆產(chǎn)量表現(xiàn)

光照是植物生長的基礎，光照不足可造成植株高度增加，干物質(zhì)積累下降，葉面積指數(shù)減小，產(chǎn)量降低等[23,24].橡膠樹落葉期可顯著改善其林下光照條件，滿足林下間作物生長對光的需求，實現(xiàn)膠園林下非耐陰植物的間作種植，提高膠園產(chǎn)值.研究結果表明，全周期膠園落葉期各個觀測點的日平均光照強度無顯著差異，距離橡膠樹較近的兩個間作點E4和W4，光照強度低于M10、W7、E7和CK，但未達到顯著水平.其林下間作矮生四季豆的產(chǎn)量在不同間作區(qū)差異較大，具體表現(xiàn)為間作位置距離橡膠樹愈近，產(chǎn)量愈低，產(chǎn)量高低順序為M10>CK>W7>E7>E4>W4.這可能與間作區(qū)不同位置同一天不同時間點的光照強度差異較大有關(圖2).

3.2 膠園林下間作矮生四季豆葉面積、葉片SPAD值與產(chǎn)量的關系

植物產(chǎn)量和光合作用的有效面積呈顯著正相關，小麥葉面積與穗粒數(shù)、穗粒重呈極顯著正相關關系[25,26]，研究表明，全周期膠園落葉期林下間作矮生四季豆的新鮮豆莢產(chǎn)量與抽蔓期SPAD值、苗期和結莢期的葉面積、植株生物量呈極顯著的正相關.在間作區(qū)中間位置(M10)，全周期膠園林下間作矮生四季豆的葉面積顯著增大，植株生物量增大，使得產(chǎn)量與裸地對照沒有顯著差異.但隨著間作區(qū)蔭蔽度的增大，靠近橡膠樹的矮生四季豆的葉面積和豆莢產(chǎn)量顯著下降.這與前人的研究結果一致.此外，葉片SPAD值可用來指導植株施肥及進行差量預測，在膠園林下間作條件下，能維持較高SPAD值的植株能更充分地利用間作區(qū)的光熱資源，增加矮生四季豆的產(chǎn)量.在生產(chǎn)上可通過有利于提高矮生四季豆葉片SPAD值、葉面積和植株生物量的途徑來提高矮生四季豆豆莢產(chǎn)量.

3.3 結論

(1)全周期膠園落葉期可以種植矮生四季豆，產(chǎn)量比裸地對照降低約30%.全周期膠園落葉期林下間作區(qū)M10、W7、E7的環(huán)境可滿足矮生四季豆的生長發(fā)育需求，產(chǎn)量與裸地單作對照沒有顯著差異或差異較小，E4和W4產(chǎn)量與對照相比降低比較顯著.因此，全周期膠園落葉期林下中間6 m的位置更適宜矮生四季豆的生長.E4和W4的位置可選擇種植更耐陰的作物，如生姜等，實現(xiàn)不同間作物的組合種植，更高效地利用橡膠林下土地資源.

(2)全周期膠園林下間作矮生四季豆的豆莢產(chǎn)量與抽蔓期SPAD值、苗期和結莢期的葉面積、植株生物量呈極顯著的正相關，因此提高膠園林下間作矮生四季豆的生物量是提高其產(chǎn)量的基礎，在生產(chǎn)上通過提高矮生四季豆葉片SPAD值、葉面積和植株生物量的途徑可增加矮生四季豆豆莢的產(chǎn)量.