黃土高原不同玉米－大豆間作模式對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

王志梁，任媛媛，張歲岐

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 楊凌712100；2.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌712100）

近幾十年來，隨著資源、環(huán)境、糧食等全球性問題的日益加劇，間套作再次引起人們的關(guān)注［1－4］。不同類型的間套作模式中，禾豆間作由于增產(chǎn)和節(jié)約化學(xué)氮肥等特點(diǎn)而倍受關(guān)注，從而被認(rèn)為是未來可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向之一［5－7］。在我國(guó)，玉米與豆科的間作是一種優(yōu)勢(shì)的種植制度。合理的間作可充分利用資源，提高土地生產(chǎn)力，有效增加地面覆蓋度，防止水土流失，尤其在中低產(chǎn)地區(qū)，豆科作物對(duì)提高土壤肥力和穩(wěn)定作物產(chǎn)量有著重要作用［8］。有研究［9］表明，與單作種植相比，玉米／大豆間作群體內(nèi)玉米的產(chǎn)量增加，而大豆的產(chǎn)量降低或不變，從而使整個(gè)體系的產(chǎn)量增加。黃土塬區(qū)屬于半干旱地區(qū)，水資源短缺是限制作物產(chǎn)量的重要因素，因此，通過選擇合理的種植體系提高水分利用效率，是旱作生產(chǎn)中提高作物產(chǎn)量的重要手段。但是，禾豆間作已有的研究成果多集中在種植模式、養(yǎng)分利用機(jī)理和經(jīng)濟(jì)效益等方面，而關(guān)于不同間作模式對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響研究較少。本研究通過對(duì)黃土塬區(qū)不同的玉米和大豆品種以及不同的間作比例下各生育期內(nèi)玉米生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，探討玉米／大豆間作條件下玉米的生長(zhǎng)特征，為指導(dǎo)合理種植、資源高效利用提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所長(zhǎng)武生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)站位于陜西省長(zhǎng)武縣洪家鎮(zhèn)王東村（107°40′E，35°12′N），海拔1200m，屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，光照充足，晝夜溫差較大；年均降水量584mm左右，且多集中于6—8月份；年均氣溫9.1℃，無霜期171d，作物種植多為一年一季；地下水埋深50～80m，屬典型旱作農(nóng)業(yè)區(qū)；地貌屬高原溝壑區(qū)，塬面和溝壑兩大地貌單元各占35%和65%；地帶性土壤為黑壚土，土體結(jié)構(gòu)均勻疏松，是黃土高原溝壑區(qū)典型性土壤。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 玉米選用鄭單958（A）和豫玉22（B）兩個(gè)品種，大豆選用中黃24（C）和中黃13（D）兩個(gè)品種。試驗(yàn)于2012年4—10月進(jìn)行。間作分為2∶2和2∶4兩種間作比例（2∶2即2行玉米2行大豆間作，2∶4即2行玉米4行大豆間作），以玉米單作為對(duì)照，共10個(gè)處理，3次重復(fù)，共30個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積24m2。0.5m等行距覆膜種植，玉米種植密度為9.0×104株／hm2，大豆種植密度為2.1×105株／hm2。玉米施氮肥225 kg／hm2，分別在播前、拔節(jié)期和抽雄期按4∶3∶3的比例施肥；大豆施氮肥90kg／hm2，在播前施肥；玉米和大豆施磷肥均為150kg／hm2，分別在播前施肥。

1.2.2 玉米葉片葉綠素相對(duì)含量和單株葉面積的測(cè)定 在各處理內(nèi)，分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、乳熟期和蠟熟期用葉綠素儀（SPAD-502Plus）進(jìn)行葉片葉綠素測(cè)定；分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期和乳熟期隨機(jī)選擇代表性植株3棵，測(cè)定全部展開葉片的葉長(zhǎng)、最大葉寬，根據(jù)公式：葉面積＝葉長(zhǎng)×葉寬×0.75（校正系數(shù)），得出葉面積值。

1.2.3 玉米株高和莖粗的測(cè)定 在各處理內(nèi)選擇3棵代表性植株，用卷尺自地上根莖結(jié)合處至莖稈最高處進(jìn)行株高測(cè)定；用游標(biāo)卡尺對(duì)各處理所選3棵代表性植株，在地上部分莖稈第2節(jié)進(jìn)行莖粗測(cè)定。

1.2.4 玉米干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量的測(cè)定 分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、乳熟期和蠟熟期在各處理內(nèi)隨機(jī)選擇代表性植株3棵，將葉片、莖稈、穗分別采集，于105℃殺青0.5h，并在80℃烘至恒重，用電子天平稱重；在每個(gè)處理計(jì)產(chǎn)區(qū)收獲果穗，按平均鮮穗重從所收果穗中隨機(jī)選取10穗進(jìn)行考種計(jì)產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將不同間作組合分別與單作進(jìn)行對(duì)比。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米葉片葉綠素相對(duì)含量隨生育期的動(dòng)態(tài)變化

葉綠素相對(duì)含量在乳熟期達(dá)到最大值（圖1）。從大喇叭口期開始，玉米和大豆不同品種間作對(duì)玉米葉片葉綠素相對(duì)含量增加有促進(jìn)作用，均高于單作。其中，豫玉22與大豆兩個(gè)品種間作，在吐絲期，兩種間作比例下的葉綠素相對(duì)含量較單作顯著增加（p＜0.05），而兩種間作比例在各時(shí)期差異不顯著。鄭單958與中黃24間作，各生育時(shí)期沒有明顯的規(guī)律；鄭單958與中黃13間作，在蠟熟期，間作比例2∶4明顯高于2∶2，其他時(shí)期差異不顯著。

2.2 玉米單株葉面積隨生育期的動(dòng)態(tài)變化

間作下的單株葉面積在吐絲期達(dá)到最大值（圖2），而單作下的單株葉面積在大喇叭口期達(dá)到最大值。鄭單958分別與大豆兩個(gè)品種間作，單株葉面積從大喇叭口期開始較單作增加。鄭單958與中黃24間作，與單作相比，間作比例2∶4的玉米葉面積在吐絲期顯著增加（p＜0.05），其他時(shí)期差異不顯著，但總體上高于2∶2間作；鄭單958與中黃13間作，間作比例2∶2高于2∶4。豫玉22與大豆兩個(gè)品種間作，單株葉面積在吐絲期較單作明顯增加，間作比例2∶4的單株葉面積在生育后期總體上高于2∶2間作。

圖1 玉米葉片葉綠素相對(duì)含量隨生育期的變化

圖2 玉米單株葉面積隨生育期的變化

2.3 玉米株高隨生育期的動(dòng)態(tài)變化

從拔節(jié)期開始，間作與單作的玉米株高開始出現(xiàn)顯著性差異（表1）。鄭單958與中黃24間作下，在各生育時(shí)期，間作比例2∶2均高于2∶4；鄭單958與中黃13間作下，從大喇叭口期開始，2∶2間作高于2∶4間作。豫玉22與中黃24間作，在各生育時(shí)期，間作比例2∶4均高于2∶2；豫玉22與中黃13間作，從拔節(jié)期到吐絲期，間作比例2∶2高于2∶4。與單作相比，鄭單958分別與大豆兩個(gè)品種間作，在生育后期總體表現(xiàn)為間作高于單作；豫玉22分別與大豆兩個(gè)品種間作，在吐絲期表現(xiàn)為間作高于單作，在其他時(shí)期表現(xiàn)為間作低于單作。鄭單958與豫玉22相比較，在生育后期，豫玉22高于鄭單958。

2.4 玉米莖粗隨生育期的動(dòng)態(tài)變化

玉米／大豆間作，玉米莖粗在大喇叭口期達(dá)到最大值（圖3）。鄭單958與中黃24間作，與單作相比，從大喇叭口期開始出現(xiàn)顯著差異（p＜0.05）；鄭單958與中黃13間作，從大喇叭口期開始高于單作，但差異不顯著。豫玉22分別與大豆兩個(gè)品種間作，間作比例2∶4總體上高于2∶2。從大喇叭口期開始，在各間作處理下，玉米莖粗均高于單作。在各生育時(shí)期，無論單作還是間作，鄭單958總體上稍高于豫玉22。

表1 玉米株高隨生育期的變化

2.5 玉米干物質(zhì)積累隨生育期的動(dòng)態(tài)變化

間作下的玉米干物質(zhì)積累量從拔節(jié)期開始較單作出現(xiàn)顯著差異（表2）。鄭單958分別與大豆兩個(gè)品種間作，從大喇叭口期開始，玉米生物量積累均高于鄭單958單作處理。鄭單958與中黃24間作，間作比例2∶4高于2∶2；鄭單958與中黃13間作，從吐絲期開始，間作比例2∶4高于2∶2。豫玉22分別與大豆兩個(gè)品種間作，從吐絲期開始，玉米生物量積累均高于豫玉22單作處理。豫玉22與中黃24間作，間作比例2∶4均高于2∶2；豫玉22與中黃13間作，從吐絲期到蠟熟期，間作比例2∶4高于2∶2。在蠟熟期，鄭單958在各間作處理下，生物量積累都有大幅度提升，均高于豫玉22，其中，鄭單958與中黃24在2∶4間作下，玉米干物質(zhì)積累量高于其他處理。

表2 玉米干物質(zhì)積累隨生育期的變化

圖3 玉米莖粗隨生育期的變化

2.6 玉米產(chǎn)量的差異

間作下的玉米產(chǎn)量明顯高于單作處理（圖4）。鄭單958分別與大豆兩個(gè)品種間作，各間作處理下的玉米產(chǎn)量顯著高于單作，而各間作處理之間的差異不顯著。

豫玉22分別與大豆兩個(gè)品種間作，間作比例2∶4下的玉米產(chǎn)量顯著高于單作，2∶2間作下的產(chǎn)量均高于單作，但差異不顯著。鄭單958在單作下的產(chǎn)量稍低于豫玉22，而在間作下的玉米產(chǎn)量均高于豫玉22，在各間作處理中，2∶4間作下的玉米產(chǎn)量均高于2∶2間作，其中，鄭單958與中黃24在2∶4間作下產(chǎn)量達(dá)到最大值。

圖4 不同種植模式下玉米的產(chǎn)量差異

3 結(jié)果討論

玉米與大豆間作是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的一種典型耕作方式。合理的玉米／大豆間作，由于株型及生理生態(tài)方面的差異，使時(shí)空與水肥利用產(chǎn)生互補(bǔ)作用，獲得比單作更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益［10－11］。

3.1 間作下的玉米葉片葉綠素相對(duì)含量

葉綠素含量會(huì)直接影響光合作用的生產(chǎn)。劉貞琦［12］等對(duì)水稻的研究表明，葉片中葉綠素含量在一定范圍內(nèi)與光合速率成正比。隨著葉綠素含量的增加，葉綠體對(duì)光能的吸收與轉(zhuǎn)化能力增強(qiáng)，光合速率增大［13］。間作的種植方式充分考慮了兩種作物的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，大豆為矮稈喜陰作物，玉米為高稈喜陽作物，這樣的高低搭配立體種植能充分利用光能［10］，使玉米葉綠素含量增加，光合速率增大，光合產(chǎn)物的合成與積累增加。本研究結(jié)果表明，玉米和大豆不同品種間作對(duì)玉米葉片葉綠素相對(duì)含量增加有促進(jìn)作用，從大喇叭口期開始均高于單作，對(duì)玉米起到延緩衰老的作用，同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的葉片高葉綠素含量必然能夠獲得高效率的光合作用，為作物生育后期持續(xù)生產(chǎn)光合產(chǎn)物，并更多地向籽粒運(yùn)輸提供有效保證。

3.2 間作下的玉米單株葉面積

葉片是植物獲取光能的主要器官，葉面積是特定區(qū)域內(nèi)光合表面的測(cè)度，與潛在的光截留量相關(guān)，因此具有較大葉面積的植物具有較高的光能利用率［14］。間作增產(chǎn)的主要原因在于群體的立體結(jié)構(gòu)及波浪式冠層特征，使群體受光面積增大，透光性改善，利于群體內(nèi)外的氣體交換，最終使光合作用增強(qiáng)而產(chǎn)量提高［15］。本研究結(jié)果表明，玉米的兩個(gè)品種分別與大豆的兩個(gè)品種間作，玉米的葉面積均高于單作，其中，2∶4間作在生育后期總體上高于2∶2間作，說明2∶4間作下，玉米群體受光面積更大，與劉晶等［16］的研究結(jié)果一致。

3.3 間作下的玉米株高和莖粗

玉米的株高和莖粗對(duì)產(chǎn)量有較大的影響，株高在很大程度上決定了玉米群體冠層對(duì)光的截獲能力和光能利用率［17］；莖粗則在很大程度上決定了玉米的抗倒伏能力［18］。本試驗(yàn)結(jié)果顯示（表1），鄭單958分別與大豆兩個(gè)品種間作，株高從大喇叭口期開始表現(xiàn)為間作比例2∶2高于2∶4；豫玉22分別和大豆兩個(gè)品種間作，株高在生育后期表現(xiàn)為間作比例2∶4高于2∶2。與單作相比較，鄭單958在生育后期總體表現(xiàn)出間作高于單作，而豫玉22總體表現(xiàn)為間作低于單作，說明鄭單958間作在生育后期較單作具有更高的光能利用率。本研究中鄭單958分別與大豆兩個(gè)品種間作，兩種間作比例下的莖粗沒有明顯的規(guī)律（圖3）；而豫玉22分別與大豆兩個(gè)品種間作，莖粗表現(xiàn)為2∶4間作總體上高于2∶2間作。兩個(gè)玉米品種相比較，鄭單958莖粗稍高于豫玉22。從大喇叭口期開始，在各間作處理下，玉米莖粗均高于單作處理，間作模式能有效提高玉米植株抗倒伏能力。

3.4 間作下的玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量

隨著玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，干物質(zhì)積累量逐漸增加，生育前期增加速度較快，生育后期依然增加，有利于玉米穗的形成和籽粒灌漿［19］。本研究中從拔節(jié)期到乳熟期，玉米兩個(gè)品種單作和間作，干物質(zhì)積累量平穩(wěn)增加；從乳熟期到蠟熟期，在間作下，豫玉22干物質(zhì)積累量增加幅度較小，而鄭單958增加幅度較大，均高于豫玉22。不同生育期因?yàn)椴煌贩N的發(fā)育特征不同，所以會(huì)表現(xiàn)出差異性［20］。玉米兩個(gè)品種分別與大豆兩個(gè)品種間作，干物質(zhì)積累量總體上都高于單作，間作比例2∶4高于2∶2，其中，鄭單958與中黃24在2∶4間作下，玉米干物質(zhì)積累量在生育后期高于其他處理，產(chǎn)量也呈現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)（圖4）。間作可以提高干物質(zhì)積累量，不同間作品種和比例，增長(zhǎng)幅度各異。

4 結(jié)論

鄭單958分別與大豆兩個(gè)品種間作，從大喇叭口期開始，玉米葉片葉綠素相對(duì)含量、單株葉面積、莖粗和干物質(zhì)積累量均高于單作，株高總體表現(xiàn)為間作高于單作。豫玉22分別與大豆兩個(gè)品種間作，玉米葉片葉綠素相對(duì)含量和莖粗從大喇叭口期開始高于單作，干物質(zhì)積累量從吐絲期開始高于單作，單株葉面積在吐絲期顯著高于單作，其他時(shí)期差異不顯著，而株高除了在吐絲期高于單作外，其他時(shí)期均低于單作處理。鄭單958在間作下能夠生產(chǎn)更多的光合產(chǎn)物，從而使得干物質(zhì)積累量在生育后期高于豫玉22，有利于增產(chǎn)。在所選的兩個(gè)玉米品種和兩個(gè)大豆品種的不同間作模式中，鄭單958和中黃24在2∶4間作下更有利于玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，是較為合理的種植模式。

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