周麗， 賀兵， 李冬兵， 劉學(xué)鋒，曹文， 余世權(quán)， 劉筱雪， 王一

宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川 宜賓 644000

桑樹(MorusalbaL.)為?？粕? 多年生木本植物, 是蠶桑生產(chǎn)中的重要經(jīng)濟(jì)作物． 我國栽桑養(yǎng)蠶歷史悠久[1], 蠶桑規(guī)模居世界首位． 20世紀(jì)80年代, 養(yǎng)蠶成為農(nóng)民的家庭副業(yè)之一; 20世紀(jì)90年代以“人均一畝桑, 戶養(yǎng)一張蠶”逐步擴(kuò)大家庭蠶桑生產(chǎn)規(guī)模; 21世紀(jì)初開始養(yǎng)蠶規(guī)?；?、 集約化、 標(biāo)準(zhǔn)化探索． 2021年, 我國桑園面積達(dá)到79.67萬hm2, 但以家庭為主的傳統(tǒng)養(yǎng)蠶模式仍占據(jù)主要地位, 這種模式應(yīng)對(duì)自然、 市場等風(fēng)險(xiǎn)能力較弱, 在很大程度上影響家庭年收入． 如何提高蠶桑產(chǎn)業(yè)附加值、 增加蠶農(nóng)收入是桑園綜合利用研究的重要內(nèi)容．

間套作是一種具有顯著優(yōu)勢的種植模式[2-5], 是解決糧地矛盾、 提高農(nóng)民收入的有效途徑之一． 研究表明, 合理的間套作是利用不同作物在生物特性、 形態(tài)結(jié)構(gòu)方面對(duì)光、 肥、 水等資源利用效率的差異性[6], 提高土地利用率[7], 充分利用光、 溫、 水等資源, 有效減少蟲害、 草害[8]、 病害發(fā)生[9], 改善土壤理化性狀, 促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收和增產(chǎn)[10-14]． 隨著桑園建設(shè)規(guī)模化、 標(biāo)準(zhǔn)化程度提高, 桑園間套作等桑園綜合利用生產(chǎn)方式不斷推廣, 畝桑生產(chǎn)效益得到進(jìn)一步提高, 但《齊民要術(shù)》記載: “其(桑)下常斸掘, 種菉豆(即綠豆)、 小豆． 二豆良美潤澤益?！保?因此, 在桑園中發(fā)展合理的間套作, 才有可能提高桑園的土地利用率, 充分利用桑園自然資源, 實(shí)現(xiàn)桑園增產(chǎn)、 蠶農(nóng)增收． 同時(shí), 間套作通過翻土等耕作措施, 能夠改善土壤結(jié)構(gòu)[15], 促進(jìn)桑樹生長[16], 增加蠶農(nóng)的直接經(jīng)濟(jì)收入． 研究表明, 桑樹與大豆間作后, 桑樹的株高、 葉綠素含量、 根干質(zhì)量、 地上生物產(chǎn)量等指標(biāo)均高于單作[16]． 目前, 在桑園中進(jìn)行間套作的行為較為普遍, 但缺乏篩選, 對(duì)于桑樹與不同作物間套作后桑園土壤肥力情況和不同桑園間作模式經(jīng)濟(jì)效益的研究和報(bào)道不足． 本研究設(shè)置桑樹凈作處理作為對(duì)照, 另設(shè)2個(gè)耗地間作模式(MS,MP)和2個(gè)養(yǎng)地間作模式(MSt,MPt), 分析了5種桑園種植模式下土壤理化性質(zhì)、 作物產(chǎn)量和綜合經(jīng)濟(jì)效益差異情況, 揭示了不同間作模式下作物差異對(duì)桑園土壤、 綜合經(jīng)濟(jì)效益的影響, 為優(yōu)化桑園間套作模式、 豐富桑園間套作理論提供參考．

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、 地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2018-2019年在宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院大觀研究基地進(jìn)行, 地理坐標(biāo)為28°58′7″N, 104°54′54″E, 海拔310 m, 年降水量1 072 mm, 無霜期347 d, 年均氣溫17.9 ℃． 供試桑品種為“強(qiáng)桑3號(hào)”, 大豆品種為“南豆12”, 花生品種為“天府三號(hào)”, 甘薯品種為本地紅皮薯, 馬鈴薯品種為“川芋117”． 2018年土壤基礎(chǔ)情況為: pH值為7.92, 有機(jī)質(zhì)含量為23.92 g/kg, 全N含量為1.42 g/kg, 全P含量為0.5 g/kg, 全K含量為21.5 g/kg．

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 以桑樹凈作(CK)為對(duì)照、 設(shè)置了桑樹間作大豆(MS)、 桑樹間作花生(MP)、 桑樹間作甘薯(MSt)和桑樹間作馬鈴薯(MPt)共5種種植模式, 重復(fù)3次, 每個(gè)處理種3帶, 帶長8 m, 帶寬2.66 m, 寬行200 cm, 窄行66 cm, 小區(qū)面積21.28 m2． 種植模式如圖1所示, 桑樹間作和桑樹凈作均采用寬窄行種植, 桑樹窄行距66 cm, 寬行距200 cm, 株距50 cm, 穴留1株, 密度1.49萬株/hm2; 間作作物與桑樹之間行距80 cm, 間作作物之間行距40 cm, 穴距均為17 cm, 穴留2株, 密度8.74萬株/hm2, 甘薯和馬鈴薯均在寬行起壟播種． 桑樹施用氮肥, 間作作物氮肥作底肥一次性施完, 間作作物磷鉀肥與底肥隨施, 施用量為P2O5100.05 kg/hm2, K2O 135.00 kg/hm2． 2017年12月種植桑樹． 2018年12月12日播種馬鈴薯, 次年4月9日收獲; 2019年5月10日播種大豆、 花生, 10月10日收獲; 5月22日播種甘薯, 10月23日收獲．

MM: 桑園間作系統(tǒng); CK: 桑樹凈作, 下同．圖1 不同種植模式示意圖

1.3 樣品采集及測定

1.3.1 土壤樣品采集

2018-2019年于作物播種期、 盛花期、 塊根形成期和成熟期, 避開施肥點(diǎn), 取間作帶中靠近桑樹處0～20 cm土樣和桑樹窄行0～20 cm土樣, 每區(qū)取3穴, 并將取得的土樣整碎混勻以4分法取樣, 除去根系、 動(dòng)植物殘?bào)w和石塊等雜物, 自然風(fēng)干粉碎后過60目篩用于土壤理化性質(zhì)測定． 每個(gè)處理重復(fù)3次．

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測定

相關(guān)土壤指標(biāo)測定參照鮑士旦[17]的方法． 其中, 采用電位法測定土壤pH值, 凱氏定氮法測定土壤全氮含量, 馬弗爐-鉬銻抗比色法測定土壤全磷含量, 馬弗爐-火焰風(fēng)光光度法測定土壤全鉀含量, 重鉻酸鉀容量法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量． 每個(gè)處理重復(fù)3次．

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)值

每小區(qū)選5株桑樹測量其摘葉量和總產(chǎn)葉量; 甘薯、 馬鈴薯產(chǎn)量成熟期測地下塊根產(chǎn)量; 大豆、 花生成熟期選取長勢一致的植株8株, 人工脫粒自然風(fēng)干后稱量小區(qū)籽粒產(chǎn)量, 最終計(jì)算產(chǎn)量．

間作作物產(chǎn)值=作物產(chǎn)量×作物價(jià)格

桑園間作體系增加收益=間作物產(chǎn)值-間作成本

1.3.4 間作系統(tǒng)的種間競爭力指標(biāo)

1) 土地當(dāng)量比

RLER=Li+Lm

式中:Li為間作物間作時(shí)產(chǎn)量與間作物凈作時(shí)產(chǎn)量的比值;Lm為桑樹間作時(shí)桑葉產(chǎn)量與桑樹凈作時(shí)桑葉產(chǎn)量的比值; 當(dāng)RLER>1時(shí), 表示間作系統(tǒng)有產(chǎn)量優(yōu)勢; 當(dāng)RLER<1時(shí), 表示間作系統(tǒng)無產(chǎn)量優(yōu)勢[3,18]．

2) 種間相對(duì)競爭能力[19]

Axc=(Aix/Asx)-(Aim/Asm)

式中:Axc為間作物相對(duì)于桑樹的競爭能力;Aix,Aim分別為間作物、 桑樹在間作時(shí)籽?；驂K根的產(chǎn)量;Asx,Asm分別為間作物、 桑樹在凈作時(shí)的桑葉產(chǎn)量; 當(dāng)Axc>0時(shí), 表示間作物競爭能力強(qiáng)于桑樹; 當(dāng)Axc<0時(shí), 表示間作物競爭能力弱于桑樹．

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖． 用DPS 7.05進(jìn)行方差分析(LSD法), 顯著性水平設(shè)定為p=0.05．

2 結(jié)果

2.1 不同種植模式下桑園土壤理化性質(zhì)

如圖2所示, 4種間作模式下土壤pH值為7.5～8.5, 屬于堿性土壤． 對(duì)比各模式在播種期到成熟期的變化情況, 馬鈴薯CK及MPt、 MSt兩種耗地間作模式土壤pH值隨生育時(shí)期呈線性上升趨勢, 分別提高了4.34%和9.17%; 共生前, 桑樹凈作土壤與間作土壤pH值存在差異, 為凈作大于間作; 共生后, 間作土壤的pH值逐漸增加, 至成熟期凈作小于間作． MS和MP兩種養(yǎng)地間作模式土壤pH值隨生育時(shí)期的變化呈先增加后減少趨勢, 最終減少了2.37%和0.39%． 桑園間作模式共生期劃分如圖3所示．

圖2 不同間作模式下土壤pH值

圖3 桑園間作模式共生期劃分

表1 不同時(shí)期各桑樹間作模式下土壤養(yǎng)分含量 g·kg-1

從表1可以看出, 桑園土壤養(yǎng)分含量在不同種植模式間存在顯著差異． 各間作模式下CK處理的全氮含量表現(xiàn)為先降低后增加趨勢, 至作物共生結(jié)束, 各間作模式下僅MSt的土壤全氮含量比共生前低11.41%, 其余處理均有增加, 其中MP增加了11.49%． 在桑樹與間作物共生第一階段, MSt,MPt土壤全磷含量減少, MS,MP土壤全磷含量增加; 在共生第二階段, MSt,MPt的土壤全磷含量減少, MS增加; 共生結(jié)束后, MSt,MPt的土壤全磷含量分別降低了5.56%,2.04%, MS增加了14.29%, 說明在4種間作物中, 甘薯、 馬鈴薯的磷需求量高, 消耗大． 各對(duì)照處理的土壤全鉀含量除MPt線性遞減外, 均隨生育期的推進(jìn)呈先增后減趨勢; 間作處理除MPt土壤全鉀含量最終降低8.5%外, 其余處理均增加．

2.2 不同種植模式下桑園產(chǎn)量情況

如表2所示, 各間作種植模式桑葉產(chǎn)葉量并沒有因多種植一種作物而顯著降低, 間作后桑園桑葉的平均總產(chǎn)量比凈作桑園桑葉平均總產(chǎn)量高17.72%, 不同間作模式平均總產(chǎn)量從大到小依次為Mst,MS,Mpt,MP; 與CK相比, MS,MSt,MPt的桑葉產(chǎn)量分別提高了32.90%,35.50%,13.05%, MP的桑葉產(chǎn)量降低了10.55%． 間作顯著提高了MS,MSt,MPt的系統(tǒng)產(chǎn)量, MP處理下的系統(tǒng)產(chǎn)量降低未達(dá)到顯著水平．

表2 不同桑園種植模式產(chǎn)量 kg·hm-2

在桑園中發(fā)展不同的間作種植模式, 有利于增加桑園的經(jīng)濟(jì)收入． 如表3所示, 不同間作模式的生產(chǎn)成本不同． 本研究中, 物質(zhì)成本、 人工成本和總成本從高到依次為: MSt,MPt,MP,MS; 雖然間作產(chǎn)值從高到低依次為: MSt,MPt,MP,MS, 純收入從高到低依次為: MSt,MP,MPt,MS, 但產(chǎn)投比從高到低依次為: MS,MP,MSt,MPt．

表3 不同桑園間作模式生產(chǎn)成本、 產(chǎn)值分析

2.3 不同間作模式下桑園土地當(dāng)量比及種間競爭力

與凈作相比, 雖然大豆、 甘薯、 馬鈴薯與桑樹間作時(shí)產(chǎn)量有所降低, 但在桑園桑葉產(chǎn)量不減少的情況下增加了間作物的產(chǎn)量, 極大提高了桑園的土地當(dāng)量比(表4), 提高了桑園復(fù)種指數(shù), 間作模式的LER值均大于1, 表示間作具有產(chǎn)量優(yōu)勢． MS,MSt,MPt的種間競爭力均小于0, 表明在桑樹間作大豆、 桑樹間作甘薯、 桑樹間作馬鈴薯間作系統(tǒng)中大豆、 甘薯、 馬鈴薯的種間競爭力小于桑樹, 桑樹為其間作模式的優(yōu)勢作物; MP的種間競爭力大于0, 表明花生的種間競爭力大于桑樹, 花生為MP間作模式的優(yōu)勢作物．

表4 不同桑園間作模式的土地當(dāng)量比及種間競爭力

2.4 不同種植模式桑園綜合經(jīng)濟(jì)效益比較

本研究中, 間作增加的收入為3 315.8～5 682.8元/hm2; 除MP外, MS,MSt,MPt處理下的桑葉產(chǎn)量均高于CK, 蠶桑生產(chǎn)中每15 kg桑葉可產(chǎn)1 kg蠶繭, 若將MS,MSt和MPt增加的桑葉全部用于養(yǎng)蠶, 將增加農(nóng)戶養(yǎng)蠶張數(shù), 提高繭款收入．

3 討論與結(jié)論

植物對(duì)土壤養(yǎng)分的利用效率與作物本身及其與周圍環(huán)境所形成的根際環(huán)境相關(guān), 不同間作作物的根系分泌物、 有機(jī)物料[20]及間作系統(tǒng)的根系互作[21]形成一定的微生物生態(tài)組[22], 參與土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和作物吸收[23-24]．

本研究中, 不同種植模式顯著影響了桑園土壤養(yǎng)分含量． 在施肥水平相同的前提下, 4種間作模式的土壤pH值、 全氮、 全磷、 全鉀含量表現(xiàn)出不同規(guī)律, 說明不同間作物與桑園土壤養(yǎng)分之間的轉(zhuǎn)化存在差異, 而且養(yǎng)地間作模式和耗地間作模式的pH值變化規(guī)律相反． 間作中MS,MP兩種模式桑園土壤pH值較共生前降低, 這一結(jié)論與前人對(duì)間作作物根區(qū)土壤pH值的研究結(jié)果一致[25]; pH值降低使得土壤中難溶性元素活化, 增加了MS,MP土壤中全氮、 全磷、 全鉀含量, 而MSt,MPt土壤pH值升高, MSt的全氮、 全磷和MPt的全磷、 全鉀降低, 這可能受到不同作物地下部根系分泌有機(jī)酸的速率、 種類和地上部在蔭蔽條件下光截獲程度的影響, 也與不同間作物對(duì)營養(yǎng)元素的吸收利用偏好和消耗有關(guān), 比如: 在4種間作模式中, MSt土壤氮、 磷的含量降幅最大, MS土壤全磷和全鉀含量增幅最大, 而MP土壤全氮含量增幅最大．

研究發(fā)現(xiàn), 大豆、 豌豆、 蠶豆等豆科與玉米、 小麥、 水稻等禾本科間套作后有提高間套作系統(tǒng)養(yǎng)分吸收, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)增產(chǎn)的優(yōu)勢, 其他作物間套作后也能提高系統(tǒng)整體產(chǎn)量[26], 但在不同作物組合上有不同的表現(xiàn)[27-28]． 適合的間作作物在生長資源的需求上具有互補(bǔ)性, 種間的互利大于競爭, 作物間的互作效果可以通過競爭力或侵占力來評(píng)價(jià), 如果一種作物的競爭力或侵占力太強(qiáng), 會(huì)導(dǎo)致物種間不均衡的競爭, 并且會(huì)阻礙地上、 地下部分的生長[29], 從而影響整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)性能[30]; 如果兩種作物對(duì)同一資源存在錯(cuò)位, 就會(huì)降低作物間的競爭作用, 甚至表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用． LER值[18, 31]和種間競爭能力是[19]衡量間套作體系優(yōu)勢的重要指標(biāo), 前人研究表明, 多種合理間套作體系的LER值均大于1, 具有間套作優(yōu)勢[3,32-34], 這與本研究的結(jié)果一致, 即與凈作相比, 間作提高了桑園的土地利用效率． 4種間作模式中, 除MP外, 桑樹在其他模式中都是間作中的優(yōu)勢作物, 競爭能力強(qiáng)于間作物, 不會(huì)影響桑葉產(chǎn)量, 這與前人研究結(jié)果一致[34], 并與本研究中各間作模式的桑葉產(chǎn)量結(jié)果相印證．

間套作模式所形成的群體經(jīng)濟(jì)效益是評(píng)價(jià)間套作成功與否的重要指標(biāo)． 大豆、 甘薯和馬鈴薯與桑樹間作后, 由于占據(jù)生態(tài)位優(yōu)勢的桑樹對(duì)劣勢作物造成蔭蔽, 使大豆、 甘薯和馬鈴薯產(chǎn)量較凈作有所降低, 但總體增加了系統(tǒng)間作物收益, 增加了桑葉產(chǎn)量, 最終表現(xiàn)出間作經(jīng)濟(jì)效益系統(tǒng)優(yōu)勢; 而花生與桑樹間作后, 花生產(chǎn)量較凈作增加, 桑葉產(chǎn)量減少．

本研究的結(jié)果初步表明, 不同間作模式下桑園土壤養(yǎng)分含量、 間作群體產(chǎn)量和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益均存在差異． 兩種養(yǎng)地間作模式降低了土壤pH值, 并提高了土壤全氮含量, 能夠?qū)⑼寥婪柿S持在較高水平; 在桑園中間作大豆、 甘薯、 馬鈴薯均能增加系統(tǒng)桑葉產(chǎn)量和系統(tǒng)總產(chǎn)量, 提高桑園土地利用率, 其中間作甘薯的單位面積純收入最高, 間作大豆的產(chǎn)投比最高． 綜合考慮土壤養(yǎng)分含量、 產(chǎn)投比、 LER值和桑園綜合經(jīng)濟(jì)效益等因素, 在桑園中間作大豆具有更高的土壤可持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)推廣價(jià)值．