立体种养对蔗田生境和甘蔗品质的影响

周生茂，李宝会，班美玲，徐建云，陆国盈

(1.广西大学农学院，南宁530005；2.广西农业科学院，南宁530007；3.南宁市糖办，南宁530028；4.广西环保研究院，南宁530022）

试验研究

立体种养对蔗田生境和甘蔗品质的影响

周生茂1，2，李宝会1，3，班美玲4，徐建云1，陆国盈1

(1.广西大学农学院，南宁530005；2.广西农业科学院，南宁530007；3.南宁市糖办，南宁530028；4.广西环保研究院，南宁530022）

为了阐明立体种养对蔗田生态和甘蔗品质的影响，以传统的甘蔗栽培模式（CK）为对照，对“甘蔗间种大豆，畦间沟养鱼”的立体种养模式（T）进行了研究。结果表明：（1）T模式的株间总体相对光强要较CK大，但是T行间各层的总体相对光强要小于CK；（2）T模式的甘蔗地上部分的温度和相对湿度要高于CK模式，而且温差在后期也大；（3）T模式后蔗田土壤营养的平衡性和稳定性要比CK模式好；（4）T模式比CK模式更有利于干物质和甘蔗品质的形成；（5）蔗田生态因子与甘蔗茎的单株干物质及田间锤度的相关分析显示T模式受自然气象因子的影响要较CK稍小。因此，T模式值得在人多地少且有精耕细作传统的蔗区推广。

甘蔗（Saccharum officinarum L.）；立体种养；生态因子；品质

甘蔗(Saccharum officinarum L）是广西重要的经济作物之一，自1993年广西发展成为中国最大的产糖基地以来，其种植面积正逐年扩大而涉及千家万户。近年来，随着我国对食糖和酒精需求的不断增加，广西甘蔗年种植面积一直稳定在70万hm2左右，占广西耕地的1/3，其中旱地72.69%，25度以上的坡地17.48%，水田9.81%[1]；而且直接涉蔗人口2600多万，其中1200万蔗农完全依靠种植甘蔗生存，占全区总人口的1/4[1]，甘蔗收入已成为广西蔗区农民脱贫致富的主要财源。然而，广西“八山一水一分田”的土地资源[2]和单一甘蔗栽培模式[1]导致蔗区作物用地矛盾突出和蔗田整体效益较低。

为了解决这些矛盾和问题，广西甘蔗科技工作者在传统甘蔗种植模式的基础上，尝试了多种以甘蔗为主体的生产模式，发现蔗田立体农业是缓解蔗区人口剧增和耕地锐减之间矛盾的有效经营模式。谢仙环[3]等人针对福建蔗区，曾设计了几种蔗田立体模式进行研究，表明它们能使水、土、气资源更合理配置和物质更良性循环，从而有利于物种的生长和蔗田效益的提高。因此，本文针对广西水田及低洼地的蔗区情况，旨在传统甘蔗栽培模式的基础上，设计“甘蔗间种大豆，畦间沟养鱼”的立体种养模式来阐明立体种养有利于多个物种共栖、多层配置、多级质能循环利用的内在机理。通过对该模式的蔗田生境和甘蔗品质的分析，结果证明该立体种养模式一方面可解决因雨热同期造成广西水田及低洼地的蔗区积水而危害甘蔗生产的问题，另一方面因增加了物种级数而使蔗田生态系统更稳定，甘蔗更高产、优质和高效，对于人多地少且有精耕细作习惯的蔗区具有实际的推广价值。

1 材料与方法

1.1 材料和立体模式

甘蔗为新台糖10号，高产高糖中熟种；大豆为交选2号，特早熟鲜食品种，生育期70～80d，株高0.5～0.6m；鱼为塘角鱼。以传统甘蔗栽培模式(CK）为对照，1m等行距种植；以“甘蔗间种大豆，畦间沟养鱼”(T；如图1）为处理，实行甘蔗大小行种植，大小行距各为1.2m、0.8m，分别种植大豆2行、1行，在大豆收获后掘取大行距中的土给甘蔗培土而形成的沟中积水养鱼。

图1 蔗田立体种养畦沟组合横切面示意图

1.2 甘蔗的田间设计和管理

CK、T模式的小区面积均为75.6m2，东西长6.3m，南北宽12.0m，东西3次重复，田间随机排列；每个小区甘蔗东西向种植13行，每米12芽，且试验区四周有1m宽甘蔗保护行。甘蔗和大豆在3月20日播种于低洼的水稻田(该土壤主要理化性状如表1），施肥均同常规；6月6日收获大豆后，6月10日进行甘蔗大培土，然后在大行距形成的沟中积水深0.2m～0.3m，并于6月15日放养塘角鱼30尾/m2，管理同池塘喂养，10月20日捕鱼。

1.3 蔗田光强、温度、湿度

在每个小区甘蔗双对角线上选定5个观测点，分别于分蘖盛期(6月1日）、伸长初期(6月21日）、伸长盛期(7月18日、8月20日）、伸长末期(10月2日）测定。根据龚得明[4]等人的方法，用农科-1型水平照度计于晴天12～13时在每点测株间、行间和沟间的甘蔗顶部(自然光强）、+3叶层和地表的光强，比照自然光强计算各层相对光强；用弯管地温计测-0.2m(即地表层以下0.2m)处土层地温，用水银温度计测地表层和+3叶层(即从植株顶部第一张完全叶往下数第三张完全叶的位置）的气温[5]；参照李小华[6]方法测定-0.2m处土壤相对湿度，用阿斯曼通风干湿表测干湿球温度后，经查湿度测算表计算相对湿度[7]。

1.4 土壤理化特性

在甘蔗种植前和收获后，于各小区中按对角线法随机取5个样点，每个点用管形土钻取0～-0.5m(即地表层至其以下0.5m）土壤，然后按小区混合各点土样，随后制备成分析样，参照《土壤农业化学常规分析方法》[8]的方法分析相关土壤理化指标。

1.5 甘蔗单株干物质和品质

分别于8月20日、9月18日、10月20日、11月20日和12月19日，按小区S字形的方式取样，在每行上各取健康代表性甘蔗1株，共11株，用日本产温度自动补正手提折光仪(ATC-1E)按王季槐[10]等人的方法测田间平均锤度(oBx）；同时，按张宪政[9]的方法测定甘蔗单株干物质；甘蔗砍收时按王季槐[10]等人的方法测定压榨蔗汁的锤度(oBx）、蔗糖分(%）、重力纯度(%）、还原糖分(%）。

1.6 数据的统计分析

CK和T两种栽培模式的每项指标值都是小区3次重复和每份小区样品测定3次以上，表示为平均值(±）、平均值标准偏差；用SPSS软件包进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 甘蔗栽培模式对蔗田生态因子的影响

2.1.1 甘蔗群体的相对光强在甘蔗CK、T两种栽培模式中，观测时期内甘蔗+3叶层(图2 A）和地表层(图2 B）的株间、行间和沟间的群体相对光强都随甘蔗生育进程而下降，且同期各点+3叶层的最大，同期同层的株间较行间截获光能多。在分蘖末期的甘蔗封行前两处理各层的相对光强几乎没有差异(数据未显示），而且所漏的光均被下层的大豆接收，均能减少光资源的浪费；但是，此后的比较发现，在分蘖末期和伸长期内T在株间总体相对光强要较对照(CK）大，其中+3叶层和地表层的分别大2.6%和2.4%；两处理行间的总体相对光强相比，尽管T处理大行间(沟间）在+3叶层和地表层较CK行距上相应层次的分别大4.2%和0.7%，但是T处理的小行距要分别比对照小10.6%和6.3%，且T处理的大行距较小行距在+3叶层和地表层的分别大14.8%和7.0%，所以T处理行间各层的总体相对光强要小于对照(CK）。这些结果说明T模式不但株间通透性好，而且行间能截获光能多。

图2 蔗田垂直不同层次相对光强的变化

图3 蔗田垂直不同层次的温度和温差变化

2.1.2 甘蔗群体的温度从图3-A、C、E可以看出，在CK和T两种栽培模式的蔗田中，甘蔗群体的温度在观测期内总趋势都是如当地自然气温一样随着时间的推移而降低，但是甘蔗地上部分各层均在6月21日达最高；比较甘蔗植株垂直方向各层的温度发现，+3叶层的温度最高，受气温影响的波动性也最大，而且有时温度高于同期的气温，这可能是群体内外层CO2和气温互作所致；CK和T模式的各层温度比较，T模式总体上高于CK，而且各时期各层温度的标准偏差CK大于T，这可能主要由于T大行沟中有积水和养鱼增加了田间湿度和CO2浓度而使得该模式中温度相对较高而稳定。与此同时，比较CK和T两种栽培模式中的蔗田各层温差(图3-B、D、F）发现，CK和T两种栽培模式各层各时期的温差都小于气温温差，而且地上部分的温差变化要大于-0.2m土层的；两种模式的温差变化除-0.2m土层其他各层变化趋势均和气温的变化趋势大致相同，而-0.2m土层受气温影响小而使CK和T间差异不显著，但是在8月20日前的甘蔗地上部分温差是T小于CK，此后则相反，这说明在甘蔗的糖分积累期，T较CK更有利于甘蔗贮藏蔗糖。

2.1.3 甘蔗群体的相对湿度从图4显示，在观测时期内，甘蔗群体内无论是地上部分(图4-A，B）还是地下-0.2m土层(图4-C）相对湿度的变化趋势和自然大气的变化基本相同，在9月18日处出现一个低谷，但是它们的相对湿度都大于自然大气的相对湿度，而且-0.2m土层的相对湿度较地上部分的受大气相对湿度影响相对较小。CK和T两种栽培模式比较，在观测时期甘蔗群体地上部分的相对湿度在两个处理间没有显著差异，但是在-0.2m土层的处理差异显著，表现T在-0.2m土层的相对湿度大于CK，这样可能更有利于需多水多肥的C4作物甘蔗吸收更多的矿质营养。

图4 蔗田垂直不同层次相对湿度的变化

2.1.4 土壤主要理化性状在大豆收获前，CK模式是甘蔗传统的等行距种植，而T模式是大小行种植，只有待到大豆收获后，T才在大行起沟积水养鱼。这两种甘蔗栽培模式在蔗田实施后对土壤的主要理化特性(表1）都有影响，其中：有机质、全氮和缓效钾的含量均有减少，且T模式土壤的有机质、全氮的含量降低要稍少于CK模式，但是缓效钾减少量明显多于CK模式的；与含量均有减少的有机质、全氮和缓效钾相反，其他土壤理化指标的含量均有增加，而且全磷、全钾、速效磷、速效钾、有效硼、有效锌、交换性钙的含量及土壤交换量的增加值均是T模式大于CK模式，而活性酸、缓效钾含量和交换性镁含量以及交换性钙、镁的饱和度则是CK模式大于T模式。从上述结果可以看出，T模式中土壤营养循环要比CK模式好，因为在T模式的大沟中养殖鱼投放的饵料被鱼食用后排出粪便及剩余的饵料都沉积于大沟中，在大培土和后期小培土时都移到甘蔗畦上，从而增加了土壤养分。

表1 CK和T模式的土壤理化特性比较

2.2 对甘蔗单株干物质积累和品质形成的影响

在观测期内，CK、T两种栽培模式的甘蔗单株干重(图5-A)和茎田间锤度(图5-B)均是随着时间的变化而增加，而且甘蔗单株干重都是T大于CK，而且各时期差异显著，而茎田间锤度除8月20日至9月18日的时间里是CK大于T外，其他时期都是T大于CK，而且差异也逐渐变大，但是差异不显著。此外，从表2可知，甘蔗12月19日收获时，对茎蔗汁的锤度、蔗糖分、重力纯度和还原糖含量进行分析，发现前3个指标含量均是T大于CK，但是还原糖含量则相反。这些结果可能说明T的栽培模式更有利于干物质的形成和甘蔗品质的提高。

表2 收获时甘蔗蔗汁生化参数

图5 甘蔗单株干重（A）和茎田间锤度（B）的变化

2.3 蔗田生态因子和甘蔗品质的关系

甘蔗单茎干重和茎品质均受所观测的生态因子影响，在观测期内CK和T两种栽培模式的干物质含量、茎田间锤度分别与群体内各层的相对光强、温度成极显著负相关(r=-0.8以上，P=0.01），但与地上部分的相对湿度成显著正相关(r=0.5以上，P=0.05），与自然光强及大气自然相对湿度相关性均不显著；甘蔗茎田间锤度与群体内各层的温差均成极显著正相关(r=0.9以上，P=0.05），但是和大气温差成不显著正相关，相关系数CK和T模式分别是0.308和0.266；甘蔗茎干物质与甘蔗群体+3叶层的温差成显著正相关，但是和地表层温差成不显著负相关，与-0.2m的土层成显著负相关，且T模式的相关系数绝对值均小于CK模式的。这些结果说明T模式受自然气象因子的影响要稍小，即自我调节能力要强于CK模式。

3 讨论

蔗田立体农业是缓解人口剧增和耕地锐减矛盾、提高蔗田效益和增加农民收入的有效经营模式[3]，对于人均耕地只有0.057hm2而又要大力发展甘蔗生产的广西[2]具有重要的现实意义。本研究设计的蔗田立体种养模式“甘蔗间种大豆，畦间沟养鱼(T）”比传统甘蔗栽培方式(CK）在物种间时空配置上更好，群体生态因子进一步优化，甘蔗茎品质得到了提升，从而使蔗田生态和甘蔗品质更加相得益彰。

甘蔗在分蘖末期的封行前，行间通过种植早熟大豆交选2号，能够很好地截获漏射的太阳光，减少光能的浪费，提高能量的转化效率，而大豆属于豆科作物，能够通过根系固定空气中的游离态氮，提高地力为甘蔗所用。待到甘蔗伸长期封行后，与对照相比较，T模式由于是大小行种植，大行的通风透光性会好，甘蔗地上部较低层能获得更多的光照，那么下层的叶片衰老减缓、绿叶数相对就多、光合作用叶面积就大(尚未发表的测定结果如此），合成干物质就多；同时在T模式大行中积水养鱼，由于水有最大的比热，在甘蔗伸长期一定程度既能增加蔗田的相对湿度，又能降低甘蔗地上部下层和土壤的温度，但是对于光合作用关键层+3叶层的温度反而有所提高，这可能是由于甘蔗群体叶冠层形成的水汽层包围，当沟中鱼呼出的CO2和强光共同作用下发生“温室效应”之故；同时由于甘蔗是C4植物，具有高的光和CO2的饱和点，所以，随着群体中因鱼呼出CO2的增多而增加干物质的合成。但是在后期蔗糖分形成的关键时期，鱼被收获后，沟中水排出，T模式因通风性好导致群体的温差比对照大而有利于甘蔗蔗糖分的积累，同时T模式畦裸露的土壤面积更大，从土壤中风化释放出的营养物质含量要较多，而且鱼饵料和鱼的排泄物在后期培土时更能营养甘蔗。但是，T和CK种植前后缓效钾都降低，而且T较CK降低程度更大，这和该地前作是种植香蕉有关，因为香蕉多施钾肥，同时T裸露面大，所以缓效钾转化为速效钾，试验中速效钾也是如此；但是CK和T的有机质降低，其中的原因还值得探讨。

与传统栽培模式CK相比，T模式通过种植业、养殖业的巧妙结合，建立多个物种共栖、多层配置、多级质能循环利用[11]，使生态、经济和社会效益(数据未发表）获得最佳，该模式值得在广西宜蔗区推广应用。

[1]广西壮族自治区人民政府.广西年鉴[M].南宁.广西年鉴社编辑出版，2006.249-250.

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Effects of Stereoscopic Planting and Feeding on Both Ecological Environments in Field and Sugarcane Qualities

ZHOU Sheng-mao1，2，LI Bao-hui1，3，BAN Mei-1ing4，XU Jian-yun1，LU Guo-ying1
(1.College of Agricultre,Guangxi University,Nanning 530005,China;2.Guangxi Academy of Agricultural Scicence,Nanning 530007, China;3.Sugar Industrial Office of Nanning City,Nanning 530028,China;4.Guangxi Academy of Environmental Protection,Nanning 530022,China)

In order to show the effects of stereoscopic p1anting and feeding on eco1ogica1 factors in fie1ds and sugarcane qua1ity，the pattern of the stereoscopic p1anting and feeding，〝interp1anting soybean and sugarcane in the bed of fie1d and feeding fish in the intergroove of border〝(T)was investigated in comparison with traditiona1 cu1tivation pattern(CK)by which mono-sugarcane was p1anted.The resu1ts indicated that，(1)the pattern T was genera11y higher in re1ative 1ight intensities of p1ant-to-p1ant in a row than that of the pattern CK，but 1ower in those of inter-row space;(2)the pattern T had higher temperature and re1ative humidity in the aboveground space of sugarcane and the differences of temperature at the 1ater stage of sugarcane in comparison with the pattern CK; (3)both equi1ibrium and stabi1ity of soi1 nutrient between pre-and post-app1ication of the pattern T were superior to that of the pattern CK;(4)the pattern T was more beneficia1 to the formation of both dry matter and qua1ity of sugarcane than the pattern CK;(5)the corre1ation ana1ysis of eco1ogica1 factors with dry matter and brix in fie1d showed that the pattern T were 1ess inf1uenced by natura1 weather than that of the pattern CK. According1y，the pattern T was worthy of being popu1arized in sugarcane region with both vast popu1ation and 1imited farm1and as we11 as intensive cu1tivation.

Sugarcane(Saccharum officinarum L.);Stereoscopic p1anting and feeding;Eco1ogica1 factor;Qua1ity

杂566.1

A

1007-2624(2009）01-0001-05

2008-04-18

南宁市甘蔗新品种引进及综合配套技术开发项目(南糖20080208）资助。

周生茂(1970-），男，广西桂林市人，农艺师，主要从事作物生产和育种研究，E-mai1：maomaozhou70@sohu.com。