摘 要:土壤酸化会造成剑麻减产,石灰的长期大量施用引起土壤板结?为探索更高效优质的剑麻园土壤酸化改良剂和钙镁肥料,通过2年大田试验,探究不同钙镁硅肥用量对剑麻生长及产量的影响?结果表明,间种平托花生背景下,2 250kg/hm²(150kg/亩)的钙镁硅肥用量优化剑麻叶片形态,提升单叶鲜重(6.0%),最终使鲜叶产量较对照提高7.1%,对剑麻生长和产量具有稳定的促进作用,建议在实际生产中采用低水平钙镁硅肥施肥方案,以实现剑麻高产高效种植?
关键词:剑麻;钙镁硅肥;产量;土壤改良
剑麻(Agave sisalana Perr.)作为热带亚热带地区重要的硬质叶纤维作物,是全世界用量最大?应用范围最广的硬质纤维来源,其纤维产量占据全球硬质纤维总产量的三分之二?剑麻纤维是联合国粮农组织(FAO)认定的世界8种天然植物纤维之一,具有质地坚韧?耐盐碱腐蚀?耐摩擦等特性,广泛用于航海?工矿?运输等行业,是制造舰船缆绳?钢索绳芯?汽车轮胎等工业产品的重要原料[1]?据联合国粮农组织统计数据(FAOSTAT),2022年全球剑麻收获面积为23.3万hm²,纤维产量为21.3万t/年?我国剑麻主要分布在广西?广东?云南等热区?广东是我国重要的剑麻产区,自20世纪60年代初,自东非引种优良品种‘H.11648’(东1号)在广东湛江地区国营农场成功种植以来,该品种便成为我国剑麻主栽品种,一直在我国各剑麻主产区种植,然而,单一品种长期连作容易导致病虫害暴发?土壤养分失衡?植株早花等问题,严重阻碍剑麻种植业可持续发展?
前人研究表明,剑麻‘H.11648’对中性土壤环境(pH值6~7)具有最佳适应性,酸性强的土壤显著减少叶片数[2]?广东省湛江市作为剑麻主要种植区之一,面临着严重土壤酸化问题[3]?因此,剑麻生产中施用石灰以中和土壤酸度并补充钙元素成为常态?然而,连续多年施用石灰造成剑麻园土壤板结现象越来越严重,对剑麻生产越来越不利?有机肥虽然可以改善土壤环境,但成本高限制了其在实际生产中推广应用,寻找改良剑麻园酸性土壤新途径显得尤为迫切?平托花生(Arachis pintoi),又名野花生?遍地黄金,为豆科(Fabaceae)花生属(Arachis)多年生草本植物,是一种原产于巴西的热带亚热带豆科牧草[4]?平托花生耐酸?耐瘠?耐旱?耐践踏和刈割,适应性强,重黏土?沙质土均可种植,广泛分布于澳大利亚?哥斯达黎加?巴西?哥伦比亚等国,我国主要分布在海南?广东?广西?云南?福建等热带地区[5-7]?2017年起,湛江农垦东方红农场剑麻行间成功种植平托花生,并逐步扩大面积?有研究结果表明,在剑麻园中行间种植平托花生可以提高不同土层,尤其是0~20cm土层的土壤含水量[8],还能在一定程度上提高土壤pH值和有机质?全氮?全磷等养分含量[9],提升土壤微生物群落多样性[10],起到生态控草作用[11]?多年实践也证明,间种平托花生,剑麻园土壤pH值?土壤有机质含量和交换性镁含量水平均有所提高?然而,交换性钙含量提升不明显,生产中仍需施用石灰来提供剑麻生长所需的钙元素,同时改善土壤酸化,但长期施用石灰负面影响越来越明显?为了满足剑麻对钙?镁需求,探索更高效优质的剑麻园土壤酸化改良剂和钙镁肥料,本研究以钙镁硅肥为试验材料,在间种平托花生背景下,研究不同用量钙镁硅肥对剑麻生长和产量的影响,以期为剑麻园土壤改良提供科学依据?
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验地位于广东省湛江市雷州市英利镇广东农垦东方红农场有限公司4队油茶山北2块(北纬20°31’46”,东经110°10’22”)?试验地土壤为砖红壤,养分状况为:pH值4.62,有机质含量16.46 g/kg,矿质态氮?有效磷?速效钾?交换性钙?交换性镁含量分别为20.04?26.62?51.14?102.12?10.04mg/kg?
供试剑麻品种为‘H.11648’,2017年定植,种植密度为270株/667m2?剑麻叶片养分含量状况如下:全氮?全磷?全钾?全钙?全镁含量分别为1.33%?0.11%?2.55%?2.17%?0.27%?平托花生于2018年定植于剑麻大行间,其地上部的全氮?全磷?全钾?全钙?全镁含量(以干物质计)分别为2.78%?0.26%?1.78%?2.28%?0.515%?钙镁硅肥养分含量为:CaO≥33%?MgO≥25%?SiO2≥1.8%?pH10~11;剑麻专用生物配方肥的养分含量为:有机质≥25%?N5%?P2O5 4%?K2O 11%,水分≤20%?
1.2 试验设计
试验采用随机区组排列设计,每小区面积1222.2m2,3次重复?试验设不施钙镁硅肥(T0)?施用低水平钙镁硅肥(T1)?施用中水平钙镁硅肥(T2)?施用高水平钙镁硅肥(T3)4个处理(见表1)?用施肥机械在剑麻园大行开双沟后撒施肥料,2019年3月28日第一次施肥,2020年3月28日第二次施肥?试验期间对T2?T3?T4处理的小区粉碎不同部位平托花生回田,即2019年4月粉碎剑麻大行两测的平托花生回田,2020年8月粉碎剑麻大行中间部分的平托花生回田,以保留平托花生种源,保障延续生长?其他农事操作按常规管理方法开展[12]?
表1 试验处理年施肥量及间作情况
1. 3指标测定及数据分析
试验实施前,每小区随机选取10株长势一致?无病害的剑麻植株作为样本株,并标记样本株的增叶基数?取样本株45°叶片1片,测定叶片长度?叶片宽度?单叶鲜质量?每小区取10片捆绑一起称取质量?试验期间定期测定新增叶片数?2021年4月6日测定剑麻叶片长度?叶片宽度?单叶鲜重?新增叶片数,并测产?
数据采用Microsoft Excel?JMP Pro 17软件进行整理及方差分析?
2 结果与分析
2.1 不同钙镁硅肥用量对剑麻新增叶片的影响
于首次施肥后135?208?235d及二次施肥后165?207 d调查各处理剑麻叶片生长数量?间种平托花首次施肥后135d,不同施肥处理新增叶片数差异不显著,剑麻增叶为24~25片?首次施肥后208d,各处理增叶为15~16片,差异不显著,首次施肥后235d增叶均为6片?二次施肥后165d,T2处理剑麻新增叶片数显著高于其他处理?图1可知,二次施肥后165?207d,T2处理累积增叶数最大?总体上看,T2处理在促进剑麻新增叶片数方面效果较为明显?
表2 施肥后不同时期各处理剑麻新增叶片数
注:同列不同小写字母表示不同处理差异显著 (p<0.05)?下同?
图1 不同处理累积增叶数
注:图中不同小写字母表示不同采样时间差异显著 (p<0.05)?下同?
2.2 不同钙镁硅肥用量对剑麻叶片长度的影响
由表3可见,不同处理剑麻叶片长度为84.5~103.9cm?首次施肥后235d,矫正后数据显示,不同处理剑麻叶片长度无显著差异?第二次施肥后165d,矫正前后数据均表明,T1处理剑麻叶片长度显著高于T2?T3处理?第二次施肥后207d,T0?T1处理叶片长度显著高于T2?T3处理?施肥后三次调查结果显示,T0处理叶片长度高于T2?T3处理?由图2可见,施肥处理(T1?T2?T3)剑麻叶片增长量总体高于不施肥对照(T0),施用低水平钙镁硅肥(T1)叶片长度增长量最大,比T0高107.9%?
表3 施肥后不同时期各处理剑麻叶片长度
图2 不同时期采样各处理叶片长度增长量
2.3 不同钙镁硅肥用量对剑麻叶片宽度的影响
由表4可见,不同处理对剑麻叶片宽度影响明显?首次施肥后235 d,T0处理剑麻叶片宽度增加至12.0cm,T1?T2处理分别增加至11.5?11.7cm?第二次施肥后165 d,T1处理剑麻叶片宽度为最大值11.2cm,显著高于T2?T3处理?第二次施肥后207 d,T1处理的剑麻叶片宽度最大,为12.1cm?图3可知,二次施肥后207d,T1处理叶片宽度增长量最大?可见低水平钙镁硅肥处理(T1)对剑麻叶片宽度有明显促进作用?
表4 施肥后不同时期各处理剑麻叶片宽度 单位:cm
图3 不同时期采样各处理叶片宽度增长量
2.4 不同钙镁硅肥用量对剑麻单叶鲜质量的影响
表5?图4可知,第二次施肥后165 d,低水平钙镁硅肥处理(T1)单叶鲜重高于其他处理,为0.43kg/片,表明施用低水平钙镁硅肥对剑麻的生长产生了积极影响?第二次施肥后207d,各处理单叶鲜质量无显著差异,整体来说,T1处理单叶平均鲜质量高于其他处理,表明低水平钙镁硅肥的施用在整个试验期间对剑麻的生长具有促进作用?
表5 施肥后不同时期各处理剑麻单叶鲜质量 单位:kg/片
图4 不同时期采样各处理单叶鲜重增长量
2.5 不同钙镁硅肥用量对剑麻产量的影响
表6可知,首次施肥后235 d,各处理间剑麻鲜叶产量无显著差异?不施钙镁硅肥(T0)处理鲜叶产量略高于其他处理,表明施肥短期内,钙镁硅肥施用对剑麻鲜叶产量影响较小?第二次施肥后165d,校正后数据显示,T1处理鲜叶产量最高,但与T0?T2处理无显著差异,表明低水平钙镁硅肥的施用在该时期对剑麻鲜叶产量的提升效果优于高水平钙镁硅肥,过量钙镁硅肥可能对剑麻生长产生了抑制作用?第二次施肥后207 d,校正后数据显示,T1处理的鲜叶产量最高,但与其他处理无显著差异,这表明低水平钙镁硅肥施用在该时期对剑麻鲜叶产量的促进作用较为明显,而中高水平钙镁硅肥的施用效果相对较弱?
表6 施肥后不同时期各处理剑麻鲜叶产量 单位:kg/株
2.6 不同剑麻农艺性状指标相关分析
对4次采样所得剑麻增叶数?叶长?叶宽?单叶鲜质量及单株产量数据进行统计分析,研究不同指标间的相关性?结果显示,剑麻增叶数?叶长?叶宽变异程度较低,数据分布较为集中?单叶鲜质量平均值为0.38kg,变异程度较高,数据分布相对分散?单株产量平均值为39.3kg,标准差为4.2kg,变异系数为10.7%,表明单株产量变异程度较高,数据分布相对分散(表7)?各性状之间存在不同程度的相关性?增叶数与产量之间的相关系数为0.5232,达极显著水平(P<0.01),表明增叶数对剑麻单株产量具有显著正向影响?叶长与产量间的相关系数为0.7292,达极显著水平,表明叶长对剑麻单株产量具有显著正向影响?叶宽与产量间的相关系数为0.6169,达极显著水平,表明叶宽对剑麻单株产量也具显著正向影响?单叶鲜重与产量之间的相关系数最大,为0.9275,达极显著水平,表明单叶鲜重对剑麻单株产量的影响最显著?单叶鲜质量增加直接反映了叶片生物量的增加,是产量提升的重要指标?叶长与叶宽之间的相关系数为0.5570,达显著水平,表明叶长和叶宽间存在显著正相关关系?较长的叶片通常叶宽较宽,二者共同影响叶片的光合作用能力和生物量积累?叶长与单叶鲜重之间的相关系数为0.7804,达极显著水平,表明叶长对单叶鲜重具有显著正向影响?叶宽与单叶鲜重间的相关系数为0.669 3,达极显著水平,表明叶宽对单叶鲜重也具有显著正向影响?较宽的叶片通常具有更大表面积和更高生物量积累能力?增叶数与叶长?叶宽?单叶鲜重之间均未达到显著水平,表明增叶数对叶片形态和单叶鲜质量影响较小,其与产量的相关性主要通过增加叶片数量来实现(表8)?
表7 剑麻增叶数?叶长?叶宽?单叶鲜重及单株产量基本统计量
表8 剑麻增叶数?叶长?叶宽?单叶鲜重及单株产量间相关系数
注:表中**表示0.05水平上显著相关?
3 讨论与结论
本试验研究了不同钙镁硅肥用量对剑麻生长和产量的影响?结果表明,在间作平托花生种植模式下,适量的钙镁硅肥施用对剑麻的生长和产量具有促进作用?在剑麻生长前期(首次施肥后235d),钙镁硅肥对新增叶片数?叶片形态及产量的促进作用均不显著?这可能与剑麻植株的生物学特性有关?剑麻植株假茎庞大,残留叶片较多,植株本身储存有大量养分,根部施肥短期内对剑麻植株生长影响不明显[13];也可能与间作系统中平托花生的生态功能相关,平托花生作为豆科植物,其根系分泌的有机酸和固氮物质短期内可能缓解了土壤中钙?镁问题,尤其是酸性土壤环境,同时其凋落物分解补充了一定的钙镁硅元素,延缓了剑麻对钙镁硅肥的响应周期[14];也可能是平托花生与剑麻争夺养分有关,平托花生虽能在贫瘠的土地生长,但是植株叶片淡黄,茎叶产量较低,为了达到预期的利用目的,要适当追施肥料[15],而本试验中间种和不间种平托花生的剑麻,剑麻专用生物配方肥的年施用量为250kg/667m2,导致平托花生和剑麻争夺氮磷钾养分?随着试验进入中后期(第二次施肥后165~207d),钙镁硅肥效果逐渐凸显,剑麻对钙镁硅的需求存在用量阈值,低水平钙镁硅肥(T1)处理在促进剑麻新增叶片数?叶片长度?叶片宽度及单叶鲜重方面表现较佳,尤其是在二次施肥后的165?207 d,T1处理剑麻产量显著高于其他处理,这表明适量钙镁硅肥能够有效促进剑麻的生长,而过量钙镁硅肥(T2?T3)则可能对剑麻的生长产生抑制作用?此外,不施钙镁硅肥(T0)处理在首次施肥后短期内表现出较高的生长指标,但在后续时期逐渐被T1处理超越,说明土壤中已有钙?镁?硅元素在短期内能够满足剑麻的生长需求,但长期来看,适量的钙镁硅肥补充仍然是必要的?相关分析表明,剑麻单株产量与单叶鲜重?叶长?叶宽及增叶数均呈显著正相关,其中单叶鲜质量与产量的相关性最显著(r=0.9275),这表明在实际生产中,既要注重增加叶片数量,也要通过合理施肥和地块管理措施提高单叶鲜质量,实现剑麻产量的最大化?本研究的局限性在于未量化间作系统下根际微域钙镁硅的形态转化过程,后续研究可结合同位素示踪和代谢组学进一步解析养分互作机制?
综合来看,在间作平托花生体系中,低水平钙镁硅肥的施用在整个试验期间对剑麻的生长和产量具有较为稳定的促进作用?低水平钙镁硅肥(T1)通过优化叶片形态,提升单叶鲜质量(6.0%),最终使鲜叶产量较对照提高7.1%?而过量钙镁硅肥则可能对剑麻的生长产生不利影响?因此,建议在实际生产中采用低水平钙镁硅肥的施肥方案,以实现剑麻的高产高效栽培?
参考文献
[1]陈河龙,何如,谭施北,等.中国剑麻产业发展现状存在问题及对策[J].热带农业工程,2023,47(6):18-21.
[2]林芯,余让水,许能琨.龙舌兰麻H.11648品种最适环境酸碱度的研究[J].中国麻作,1987(4):41-42.
[3]郑超,廖宗文,刘可星,等.湛江地区剑麻种植基地营养状况的研究[J].西南农业大学学报(自然科学版),2004(4):397-400.
[4]Paris W,Cecato U,Branco A F,at el.Beef heifer production in coastcross-1 and arachis pintoi mixed pasture with or without nitrogen fertilization[J].Rev.Bras.Zootecn,2009,38(1):122-129.[5]黄毅斌,郑仲登,黄秀声,等.平托花生在红壤果园的水土保持作用与综合利用研究[J].水土保持学报,2004(6):30-33.
[6]Kroning A B,Costa O A,Farias P P,,et al.Grazing criteria for perennial peanut(Arachis pintoi cv.Amarillo)consumed by sheep in rotation-al stocking[J].Arq.Bras.Med Vet Zoo,2019,71(3):997-100 4.
[7]张小利,刘波,范飞军,等.平托花生叶绿体基因组特征及其系统发育分析[J].分子植物育种,2024,22(22):7355-7365.
[8]刘芳,江家泉,黄标,等.套种平托花生对剑麻园不同层次土壤水分和氮磷钾的影响[J].中国麻业科学,2020,42(1):24-30.
[9]葛利芳,李静,刘萍,等.剑麻行间间种平托花生对土壤微生物群落的影响[J/OL].分子植物育种,2024,22(5):1 613-1 624.
[10]Liang Y,Tan S,He C,et al.Effects of Intercropping of sisal and three different leguminous plants on soil bacterial diversity[J].Agro.,2024,14(10):2 381.
[11]范志伟,李晓霞,刘延,等.中国剑麻园杂草种类分布危害调查与防控策略[J].热带作物学报,2020,41(8):1654-1664.
[12]郭继阳,张光辉,吴良,等.农业技术措施对剑麻生长和产量的影响[J].热带农业科学,2022,42(7):16-21.
[13]习金根,郑金龙,易克贤.高产剑麻的养分累积特性[J].贵州农业科学,2012,40(11):87-89.
[14]苏卓侠,苏冰倩,上官周平.植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展[J].水土保持研究,2022,29(2):406-413.
[15]郑向丽,林永生,郑仲登,等.果园套种平托花生技术[J].福建果树,2005(1):62-64.
文章摘自:黎陛成,赵家流,黄标,等.间种平托花生背景下不同钙镁硅肥用量对剑麻生长和产量的影响[J].热带农业工程,2025,49(03):69-75.
