菌草與大豆混種降低大豆產量但提高系統經濟效益
——以中國援盧旺達農業技術示范項目為例

林占熺 ,林冬梅 ,孫紅英 ,林占森 ,林應興 ,胡應平

(國家菌草工程技術研究中心 ,福州350002)

菌草與大豆混種降低大豆產量但提高系統經濟效益
——以中國援盧旺達農業技術示范項目為例

林占熺 ,林冬梅 ,孫紅英 ,林占森 ,林應興 ,胡應平

(國家菌草工程技術研究中心 ,福州350002)

選取大豆和巨菌草 ,在丘陵地區的坡地開展傳統順坡種植大豆與梯田豆草混種的比較實驗 ,考察大豆單種和大豆與菌草混種對大豆產量及經濟效益的影響.結果表明:梯田大豆與菌草混種系統的大豆年產量為9 355 kg?hm－1,低于傳統順坡大豆系統(P<0.05).在大豆產量各構成因素中 ,大豆與菌草混種系統與傳統順坡大豆系統均無顯著差異(P>0.05).收割后的巨菌草無論是直接出售還是用來培養紫孢平菇 ,大豆與菌草混種系統的經濟效益都顯著高于大豆單種系統(P<0.01).大豆與菌草混種雖然降低大豆產量 ,但提高系統的經濟效益.

大豆；混種；巨菌草；生態系統功能；紫孢平菇

自上世紀90年代以來生物多樣性與生態系統功能研究有大量報道 ,但目前仍然是生態學研究的前沿熱點[1 ,2 ,3 ,4].物種多樣性是生物多樣性最主要的結構和功能單位[5],主要包括物種組成和物種豐富度[3].物種組成是指生態系統中物種種類組合[6].物種組成對生態系統功能的影響 ,在農田生態系統中被廣泛研究[7 ,8].

巨菌草(Pennisetum sp.)是由福建農林大學菌草研究所的林占熺研究員采用三級系統篩選法篩選出的一種菌草 ,后經改良培育成的高產優質菌草[9].巨菌草原產非洲 ,是禾本科狼尾草屬的一種多年生C4植物 ,適宜在熱帶、亞熱帶和溫帶地區生長.巨菌草是人工栽培的首選菌草草種 ,目前廣泛種植于亞洲的中國、馬來西亞 ,非洲的盧旺達、萊索托、南非、埃及 ,大洋洲的巴布亞新幾內亞等國家和地區.巨菌草一次種植可多年多次收割 ,收割部分既可以直接用作草食動物牛、羊和鹿等的優質綠色安全草飼料[10 ,11],又可以作為栽培香菇、靈芝等食、藥用菌的培養料[12].此外 ,栽培食、藥用菌后的菌糟 ,可作為有機肥料直接還田利用.因此 ,可以形成植物—動物—菌物對資源的高效循環利用.

農作物與菌草混種對生態系統功能的影響還未見報道.已有大豆(Glycine max)與旗草(Brachiaria bri-zantha)、尾稃草屬的Urochloa ruziziensis和Urochloa brizantha混種表明 ,混種不影響大豆產量[13 ,14],但提高系統的經濟收入[13].然而 ,大豆(Glycine max)亞麻混種可以提高作物產量[15].這種矛盾的結果可能與混種的植物種類不同有關 ,因為不同植物的形態、營養偏好和根系分泌的化學組成和數量通常存在差異 ,導致不同植物混種時出現多種多樣性效應[3 ,16 ,17 ,18].菌草單種的研究表明 ,巨菌草能夠提高土壤微生物功能多樣性[19]；增加土壤有機質、有效磷、速效鉀、堿解氮含量[19]；增加群落植物和昆蟲多樣性[20].基于此 ,可以假設:(1)由于多樣性的互補效應 ,豆草混種增加植物生物量；(2)既然菌草能夠提高土壤肥力 ,那么與土壤營養相關的大豆產量也應發生改變；(3)由大豆與菌草混種誘發下的大豆產量改變與大豆產量構成因素間存在一定的關系.為了檢驗這些假設 ,本文在坡地上開展了傳統順坡大豆單種系統與梯田大豆與菌草混種系統的比較試驗.目的是研究:(1)巨菌草與大豆混種是否能夠增加大豆產量?(2)如果混種能夠增加大豆產量 ,那么是提高了大豆產量構成因素中的哪個或哪幾個因素?(3)梯田大豆與菌草混種系統的經濟效益構成較傳統順坡大豆系統發生怎樣的變化?

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

盧旺達地處尼羅河的源頭 ,位于非洲中東部赤道南側 ,為內陸國家.盧旺達境內多山 ,有“千丘之國”的稱謂.經濟以農牧業為主 ,農牧業人口占全國人口的90%以上.實驗地位于盧旺達南方省胡耶地區魯博納MARA村(29°52′E ,02°31′S).該地區為熱帶草原氣候 ,根據中國政府援盧旺達農業技術示范中心氣象站資料 ,年平均氣溫18.5℃.全年分為兩個旱季和兩個雨季 ,3－5月為大雨季 ,10－12月為小雨季 ,年平均降水量為1250 mm.

1.2 試驗設計與植物配置

試驗于2014年2月－2014年6月 ,在MARA村的坡地上開展.2014年3月 ,從盧旺達胡耶地區魯博納鄉鎮合作社獲得了當地主栽大豆 ,從中國福建農林大學菌草所引進了適用性強、根系發達、產量高、營養豐富、適口性好的巨菌草.

試驗設兩組群落處理 ,分別是傳統順坡種植大豆和等高線菌草活籬笆＋梯田套中大豆.其中 ,等高線菌草活籬笆＋梯田套中大豆模式由中國援盧旺達農業技術示范中心專家于2013年10月指導開墾.2014年3月20日 ,在一塊坡度為14.的試驗地 ,采用當地傳統方式 ,順坡播種大豆 ,種植密度為25 cm×25 cm ,每穴播種2株.在同一坡面和相同海拔高度的另一梯田試驗地種植大豆和巨菌草.兩塊試驗地的面積均為100 m2,各施用200 kg的基肥.基肥是一種有機肥 ,是種植完紫孢平菇后不能再長出菇的菌糟.植物由MARA村村長一人專管 ,按照當地耕作習慣和條件 ,后期未施用任何肥料、未噴施殺蟲劑和殺菌劑.

1.3 取樣與參數計算

待大豆成熟時(6月6日) ,在各試驗地對角線上隨機選取5個1 m2的樣方.在每個樣方內 ,隨機選取10株大豆進行考種.用尺子測定樣品的株高、莖粗和結莢高度.對樣品的單穗粒數進行計數后 ,將大豆穗放在烘箱中105℃殺青60 min后65℃烘72 h至恒重.稱量大豆的單株粒重和百粒重 ,并計算大豆產量.大豆在當地一年種兩茬 ,因此 ,大豆年產量是當季產量的2倍.

在梯田的田坎上隨機選取3個1 m×1 m的樣方.收割巨菌草的地上部分 ,并帶回實驗室稱量鮮重.巨菌草每隔約30 d收割1次 ,1年可收割12次 ,除去旱季的影響 ,1年按10次計算.

1.4 經濟效益分析

經濟效益是出售大豆、巨菌草鮮草或紫孢平菇獲得的經濟收益減去生產它們的成本投入.經濟收入是經濟產量乘以價格.成本投入包括生產過程中的大豆種子費、各種人工費、設備費等各種費用.按當地市場價格計算 ,大豆價格為600盧旺達法郎(RWF?kg－1)、巨菌草鮮草價格為25 RWF?kg－1、紫孢平菇的價格為1000 RWF?kg－1.

1.5 統計分析

所有方差分析均在SPSS 16.0軟件中完成.所有數據以平均值±標準誤表示.各圖中不同的大寫字母代表差異顯著 ,相同的大寫字母代表差異不顯著.

2 結果

2.1 系統經濟效益

梯田大豆與巨菌草混種和傳統順坡大豆單種系統的經濟投入見表1.收割后的巨菌草經過一系列處理后 ,用來培養紫孢平菇的經濟投入見表2.

表1 生產大豆和巨菌草的投入情況Table 1 Investment in the production of Glycine max and Pennisetum giganteum

表2 生產紫孢平菇的投入情況Table 2 Investment in the production of pleurotus

方差分析表明 ,梯田大豆與菌草混種系統的大豆經濟效益與傳統順坡大豆系統無顯著差異(P>0.05 ,圖1－A).大豆與菌草混種系統的巨菌草鮮草經濟效益為1472393 RWF?hm－2?a－1(P<0.001 ,圖2).巨菌草鮮草收割后直接出售 ,大豆與菌草混種系統的經濟效益為3961172 RWF?hm－2?a－1(P<0.01 ,圖1－B) ,顯著高于大豆單種系統(2915240 RWF?hm－2?a－1) ,大豆與菌草混種系統的經濟效益是傳統順坡大豆系統的1.36倍.大豆與菌草混種系統的紫孢平菇經濟效益為15866100 RWF?hm－2?a－1(P<0.001 ,圖2).巨菌草收獲后用來生產紫孢平菇出售 ,大豆與菌草混種系統的經濟效益為18354879 RWF?hm－2?a－1(P< 0.001 ,圖1－C) ,顯著高于大豆單種系統 ,大豆與菌草混種系統的經濟效益是傳統順坡大豆系統的6.30倍.

圖1 兩種群落處理下的經濟效益Fig.1 Economic benefits in the two community treatments

圖2 巨菌草產品的經濟效益Fig.2 The economic benefits of giant Juncao grass products

2.2 大豆產量

兩種群落處理間的大豆產量差異顯著(P<0.05 ,表3).其中 ,傳統順坡大豆系統的大豆產量為6296 kg ?hm－2?a－1,是梯田大豆與菌草混種系統的1.2倍.在大豆產量各構成因素中 ,大豆與菌草混種系統與傳統順坡系統的單株粒數、單株粒重和百粒重均無顯著性差異(P>0.05 ,表3).

2.3 大豆植株性狀

梯田大豆與菌草混種系統的株高、莖粗和結莢高度顯著高于傳統順坡大豆系統(P<0.05).但分枝數、主莖節數和主莖間長度在兩系統中無顯著差異(表4).

表3 兩種群落處理下大豆產量構成因素的平均值±標準誤1)Table 3 Means and standard errors of soybean yield components in the two community treatments

表4 兩種群落處理下大豆植株性狀的平均值±標準誤1)Table 4 Means and standard errors of soybean plant characters in the two community treatments

3 討論

在農田生態系統中 ,大豆與牧草間作提高了經濟收益[13].本試驗中 ,大豆與菌草混種提高了系統的經濟效益 ,說明植物多樣性對系統經濟效益具有正效應.這是由于大豆與菌草混種雖然未能提高系統的大豆產量 ,但大豆與菌草混種系統生產的巨菌草可以獲得一部分收入.由于菌草是用作栽培食、藥用菌培養基的草本植物[9],而巨菌草是一種優質菌草 ,適宜栽培紫孢平菇、靈芝等食藥用菌[12],因此 ,收割下來的巨菌草經過晾曬、粉碎、裝袋、消毒和接種等一系列工序后用來生產紫孢平菇.巨菌草用來生產紫孢平菇出售時 ,大豆與菌草混種系統的經濟效益是大豆單種系統的6.30倍.同時 ,由于巨菌草也是一種優質飼草 ,它的營養豐富、適口性好[10],因此 ,收割下來的巨菌草可以直接到當地的市場上出售.雖然巨菌草的鮮草價格僅是當地大豆價格的1/24 ,但是大豆與菌草混種系統巨菌草的產量確是大豆產量的17倍 ,因此 ,巨菌草鮮草出售對大豆與菌草混種系統經濟效益的貢獻也高達37%.巨菌草鮮草直接出售時 ,大豆與菌草混種系統的總經濟效益是大豆單種系統的1.36倍.考慮經濟效益 ,梯田大豆與菌草混種系統比傳統順坡大豆系統更具有經濟競爭力 ,巨菌草種紫孢平菇比鮮草直接售賣更具經濟競爭力.

在草地和農田生態系統中 ,植物多樣性提高了植物生物量[21－23].大豆與旗草、尾稃草屬的Urochloa ruziziensis和Urochloa brizantha混種不影響大豆產量[13 ,14].本文中 ,雖然大豆與菌草混種提高了大豆株高、莖粗和結莢高度 ,但不影響單株粒數、單株粒重和百粒重.此外 ,由于大豆與菌草混種系統除了種大豆外 ,還有23%的面積種植巨菌草 ,因此 ,大豆與菌草混種系統的大豆產量低于大豆單種系統.雖然豆草混種系統的大豆產量低 ,但卻生產出了產量高的巨菌草.

與傳統順坡大豆系統相比 ,大豆與菌草混種能夠提高系統的經濟效益.這是由于 ,豆草混種增加了巨菌草的額外收益.收割后的巨菌草栽培紫孢平菇比鮮草直接售賣更具經濟競爭力.為了更好的理解和解釋大豆與菌草混種的多樣性效應 ,未來需要進一步研究豆草混種對豆草營養和土壤養分的影響.

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(責任編輯:吳顯達)

Juncao-soybean mixed cropping decreased soybean production but enhanced economic benefits—With China-Rwanda agriculture technology demonstration project as example

LIN Zhan-xi ,LIN Dong-mei ,SUN Hong-ying ,LIN Zhan-sen ,LIN Ying-xing ,HU Ying-ping
(National Engineering Research Center of Juncao ,Fuzhou 350002 ,China)

Soybean(Glycine max)and giant Juncao grass(Pennisetum giganteum)were cultivated to compare production and eco-nomic benefits between traditional soybean monoculture and polyculture of soybean-Juncao on terrace system in Rwanda.Results showed that soybean-Juncao mixed cropping had lower soybean production(9 355 kg?hm－1?a－1)than traditional soybean mono-culture(P<0.05).While yield conponents ,pod per plant ,grain per plant ,whole plant weight ,weight per 100 grains ,percentage of damaged seed ,rate of diseased grain ,were the same between the soybean-Juncao mixed cropping and the sorghum monoculture.The economic benefits of soybean-Juncao mixed cropping were significantly higher than that in soybean monoculture(P<0.01) ,the cut-ting part of giant Juncao grass can be used as livestock feed or to cultivate pleurotus.

Glycine max；hybrid；Pennisetum giganteum；ecosystem function；pleurotus(Pleurotus ostreatus)

S184

A

1671-5470(2015)06-0624-05

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2015.06.011

2014－12－10

2015－09－23

中國商務部對中國援盧旺達農業技術示范中心資助(132200010)；國家自然科學基金(31500265).

林占熺(1943－) ,男 ,研究員.研究方向:菌草技術的研究、推廣與教學工作.Email:lzxjuncao＠163.com.