菌草与大豆混种降低大豆产量但提高系统经济效益——以中国援卢旺达农业技术示范项目为例

林占熺 ,林冬梅 ,孙红英 ,林占森 ,林应兴 ,胡应平

(国家菌草工程技术研究中心 ,福州350002)

菌草与大豆混种降低大豆产量但提高系统经济效益
——以中国援卢旺达农业技术示范项目为例

林占熺 ,林冬梅 ,孙红英 ,林占森 ,林应兴 ,胡应平

(国家菌草工程技术研究中心 ,福州350002)

选取大豆和巨菌草 ,在丘陵地区的坡地开展传统顺坡种植大豆与梯田豆草混种的比较实验 ,考察大豆单种和大豆与菌草混种对大豆产量及经济效益的影响.结果表明:梯田大豆与菌草混种系统的大豆年产量为9 355 kgűhm－1,低于传统顺坡大豆系统(P<0.05).在大豆产量各构成因素中 ,大豆与菌草混种系统与传统顺坡大豆系统均无显著差异(P>0.05).收割后的巨菌草无论是直接出售还是用来培养紫孢平菇 ,大豆与菌草混种系统的经济效益都显著高于大豆单种系统(P<0.01).大豆与菌草混种虽然降低大豆产量 ,但提高系统的经济效益.

大豆；混种；巨菌草；生态系统功能；紫孢平菇

自上世纪90年代以来生物多样性与生态系统功能研究有大量报道 ,但目前仍然是生态学研究的前沿热点[1 ,2 ,3 ,4].物种多样性是生物多样性最主要的结构和功能单位[5],主要包括物种组成和物种丰富度[3].物种组成是指生态系统中物种种类组合[6].物种组成对生态系统功能的影响 ,在农田生态系统中被广泛研究[7 ,8].

巨菌草(Pennisetum sp.)是由福建农林大学菌草研究所的林占熺研究员采用三级系统筛选法筛选出的一种菌草 ,后经改良培育成的高产优质菌草[9].巨菌草原产非洲 ,是禾本科狼尾草属的一种多年生C4植物 ,适宜在热带、亚热带和温带地区生长.巨菌草是人工栽培的首选菌草草种 ,目前广泛种植于亚洲的中国、马来西亚 ,非洲的卢旺达、莱索托、南非、埃及 ,大洋洲的巴布亚新几内亚等国家和地区.巨菌草一次种植可多年多次收割 ,收割部分既可以直接用作草食动物牛、羊和鹿等的优质绿色安全草饲料[10 ,11],又可以作为栽培香菇、灵芝等食、药用菌的培养料[12].此外 ,栽培食、药用菌后的菌糟 ,可作为有机肥料直接还田利用.因此 ,可以形成植物—动物—菌物对资源的高效循环利用.

农作物与菌草混种对生态系统功能的影响还未见报道.已有大豆(Glycine max)与旗草(Brachiaria bri-zantha)、尾稃草属的Urochloa ruziziensis和Urochloa brizantha混种表明 ,混种不影响大豆产量[13 ,14],但提高系统的经济收入[13].然而 ,大豆(Glycine max)亚麻混种可以提高作物产量[15].这种矛盾的结果可能与混种的植物种类不同有关 ,因为不同植物的形态、营养偏好和根系分泌的化学组成和数量通常存在差异 ,导致不同植物混种时出现多种多样性效应[3 ,16 ,17 ,18].菌草单种的研究表明 ,巨菌草能够提高土壤微生物功能多样性[19]；增加土壤有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量[19]；增加群落植物和昆虫多样性[20].基于此 ,可以假设:(1)由于多样性的互补效应 ,豆草混种增加植物生物量；(2)既然菌草能够提高土壤肥力 ,那么与土壤营养相关的大豆产量也应发生改变；(3)由大豆与菌草混种诱发下的大豆产量改变与大豆产量构成因素间存在一定的关系.为了检验这些假设 ,本文在坡地上开展了传统顺坡大豆单种系统与梯田大豆与菌草混种系统的比较试验.目的是研究:(1)巨菌草与大豆混种是否能够增加大豆产量?(2)如果混种能够增加大豆产量 ,那么是提高了大豆产量构成因素中的哪个或哪几个因素?(3)梯田大豆与菌草混种系统的经济效益构成较传统顺坡大豆系统发生怎样的变化?

1 材料与方法

1.1 试验地概况

卢旺达地处尼罗河的源头 ,位于非洲中东部赤道南侧 ,为内陆国家.卢旺达境内多山 ,有“千丘之国”的称谓.经济以农牧业为主 ,农牧业人口占全国人口的90%以上.实验地位于卢旺达南方省胡耶地区鲁博纳MARA村(29°52′E ,02°31′S).该地区为热带草原气候 ,根据中国政府援卢旺达农业技术示范中心气象站资料 ,年平均气温18.5℃.全年分为两个旱季和两个雨季 ,3－5月为大雨季 ,10－12月为小雨季 ,年平均降水量为1250 mm.

1.2 试验设计与植物配置

试验于2014年2月－2014年6月 ,在MARA村的坡地上开展.2014年3月 ,从卢旺达胡耶地区鲁博纳乡镇合作社获得了当地主栽大豆 ,从中国福建农林大学菌草所引进了适用性强、根系发达、产量高、营养丰富、适口性好的巨菌草.

试验设两组群落处理 ,分别是传统顺坡种植大豆和等高线菌草活篱笆＋梯田套中大豆.其中 ,等高线菌草活篱笆＋梯田套中大豆模式由中国援卢旺达农业技术示范中心专家于2013年10月指导开垦.2014年3月20日 ,在一块坡度为14.的试验地 ,采用当地传统方式 ,顺坡播种大豆 ,种植密度为25 cm×25 cm ,每穴播种2株.在同一坡面和相同海拔高度的另一梯田试验地种植大豆和巨菌草.两块试验地的面积均为100 m2,各施用200 kg的基肥.基肥是一种有机肥 ,是种植完紫孢平菇后不能再长出菇的菌糟.植物由MARA村村长一人专管 ,按照当地耕作习惯和条件 ,后期未施用任何肥料、未喷施杀虫剂和杀菌剂.

1.3 取样与参数计算

待大豆成熟时(6月6日) ,在各试验地对角线上随机选取5个1 m2的样方.在每个样方内 ,随机选取10株大豆进行考种.用尺子测定样品的株高、茎粗和结荚高度.对样品的单穗粒数进行计数后 ,将大豆穗放在烘箱中105℃杀青60 min后65℃烘72 h至恒重.称量大豆的单株粒重和百粒重 ,并计算大豆产量.大豆在当地一年种两茬 ,因此 ,大豆年产量是当季产量的2倍.

在梯田的田坎上随机选取3个1 m×1 m的样方.收割巨菌草的地上部分 ,并带回实验室称量鲜重.巨菌草每隔约30 d收割1次 ,1年可收割12次 ,除去旱季的影响 ,1年按10次计算.

1.4 经济效益分析

经济效益是出售大豆、巨菌草鲜草或紫孢平菇获得的经济收益减去生产它们的成本投入.经济收入是经济产量乘以价格.成本投入包括生产过程中的大豆种子费、各种人工费、设备费等各种费用.按当地市场价格计算 ,大豆价格为600卢旺达法郎(RWFűkg－1)、巨菌草鲜草价格为25 RWFűkg－1、紫孢平菇的价格为1000 RWFűkg－1.

1.5 统计分析

所有方差分析均在SPSS 16.0软件中完成.所有数据以平均值±标准误表示.各图中不同的大写字母代表差异显著 ,相同的大写字母代表差异不显著.

2 结果

2.1 系统经济效益

梯田大豆与巨菌草混种和传统顺坡大豆单种系统的经济投入见表1.收割后的巨菌草经过一系列处理后 ,用来培养紫孢平菇的经济投入见表2.

表1 生产大豆和巨菌草的投入情况Table 1 Investment in the production of Glycine max and Pennisetum giganteum

表2 生产紫孢平菇的投入情况Table 2 Investment in the production of pleurotus

方差分析表明 ,梯田大豆与菌草混种系统的大豆经济效益与传统顺坡大豆系统无显著差异(P>0.05 ,图1－A).大豆与菌草混种系统的巨菌草鲜草经济效益为1472393 RWFűhm－2űa－1(P<0.001 ,图2).巨菌草鲜草收割后直接出售 ,大豆与菌草混种系统的经济效益为3961172 RWFűhm－2űa－1(P<0.01 ,图1－B) ,显著高于大豆单种系统(2915240 RWFűhm－2űa－1) ,大豆与菌草混种系统的经济效益是传统顺坡大豆系统的1.36倍.大豆与菌草混种系统的紫孢平菇经济效益为15866100 RWFűhm－2űa－1(P<0.001 ,图2).巨菌草收获后用来生产紫孢平菇出售 ,大豆与菌草混种系统的经济效益为18354879 RWFűhm－2űa－1(P< 0.001 ,图1－C) ,显著高于大豆单种系统 ,大豆与菌草混种系统的经济效益是传统顺坡大豆系统的6.30倍.

图1 两种群落处理下的经济效益Fig.1 Economic benefits in the two community treatments

图2 巨菌草产品的经济效益Fig.2 The economic benefits of giant Juncao grass products

2.2 大豆产量

两种群落处理间的大豆产量差异显著(P<0.05 ,表3).其中 ,传统顺坡大豆系统的大豆产量为6296 kg űhm－2űa－1,是梯田大豆与菌草混种系统的1.2倍.在大豆产量各构成因素中 ,大豆与菌草混种系统与传统顺坡系统的单株粒数、单株粒重和百粒重均无显著性差异(P>0.05 ,表3).

2.3 大豆植株性状

梯田大豆与菌草混种系统的株高、茎粗和结荚高度显著高于传统顺坡大豆系统(P<0.05).但分枝数、主茎节数和主茎间长度在两系统中无显著差异(表4).

表3 两种群落处理下大豆产量构成因素的平均值±标准误1)Table 3 Means and standard errors of soybean yield components in the two community treatments

表4 两种群落处理下大豆植株性状的平均值±标准误1)Table 4 Means and standard errors of soybean plant characters in the two community treatments

3 讨论

在农田生态系统中 ,大豆与牧草间作提高了经济收益[13].本试验中 ,大豆与菌草混种提高了系统的经济效益 ,说明植物多样性对系统经济效益具有正效应.这是由于大豆与菌草混种虽然未能提高系统的大豆产量 ,但大豆与菌草混种系统生产的巨菌草可以获得一部分收入.由于菌草是用作栽培食、药用菌培养基的草本植物[9],而巨菌草是一种优质菌草 ,适宜栽培紫孢平菇、灵芝等食药用菌[12],因此 ,收割下来的巨菌草经过晾晒、粉碎、装袋、消毒和接种等一系列工序后用来生产紫孢平菇.巨菌草用来生产紫孢平菇出售时 ,大豆与菌草混种系统的经济效益是大豆单种系统的6.30倍.同时 ,由于巨菌草也是一种优质饲草 ,它的营养丰富、适口性好[10],因此 ,收割下来的巨菌草可以直接到当地的市场上出售.虽然巨菌草的鲜草价格仅是当地大豆价格的1/24 ,但是大豆与菌草混种系统巨菌草的产量确是大豆产量的17倍 ,因此 ,巨菌草鲜草出售对大豆与菌草混种系统经济效益的贡献也高达37%.巨菌草鲜草直接出售时 ,大豆与菌草混种系统的总经济效益是大豆单种系统的1.36倍.考虑经济效益 ,梯田大豆与菌草混种系统比传统顺坡大豆系统更具有经济竞争力 ,巨菌草种紫孢平菇比鲜草直接售卖更具经济竞争力.

在草地和农田生态系统中 ,植物多样性提高了植物生物量[21－23].大豆与旗草、尾稃草属的Urochloa ruziziensis和Urochloa brizantha混种不影响大豆产量[13 ,14].本文中 ,虽然大豆与菌草混种提高了大豆株高、茎粗和结荚高度 ,但不影响单株粒数、单株粒重和百粒重.此外 ,由于大豆与菌草混种系统除了种大豆外 ,还有23%的面积种植巨菌草 ,因此 ,大豆与菌草混种系统的大豆产量低于大豆单种系统.虽然豆草混种系统的大豆产量低 ,但却生产出了产量高的巨菌草.

与传统顺坡大豆系统相比 ,大豆与菌草混种能够提高系统的经济效益.这是由于 ,豆草混种增加了巨菌草的额外收益.收割后的巨菌草栽培紫孢平菇比鲜草直接售卖更具经济竞争力.为了更好的理解和解释大豆与菌草混种的多样性效应 ,未来需要进一步研究豆草混种对豆草营养和土壤养分的影响.

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(责任编辑:吴显达)

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 kgűhm－1űa－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

中国商务部对中国援卢旺达农业技术示范中心资助(132200010)；国家自然科学基金(31500265).

林占熺(1943－) ,男 ,研究员.研究方向:菌草技术的研究、推广与教学工作.Email:lzxjuncao＠163.com.