間作對玉米磷、鐵、鋅和鈣素吸收及其在植株體內轉移分配的影響

夏海勇+孔瑋琳+薛燕慧+湯艷艷+汪寶卿+劉開昌+萬書波

摘要：為進一步明確玉米/花生間作對玉米磷、鐵、鋅和鈣素吸收及其在植株體內轉移分配的影響規律，為間套作生產體系的健康發展提供理論指導，于2015年生長季在田間條件下通過設置不同間作玉米株距（10、13、16、20 cm和27 cm）和玉米常規單作（27 cm）處理，研究其對玉米產量和收獲指數，玉米中磷、鐵、鋅、鈣素這四種元素的吸收量、收獲指數、體內利用效率及其在玉米籽粒和莖葉中質量分數的影響。結果表明，間作明顯提高玉米對土壤中這四種元素的吸收量；隨間作玉米株距縮小，即種植密度增加，這些元素的吸收量有增加的趨勢。而這四種元素的收獲指數均不受間作的影響。間作玉米株距在非增密時，對磷素表現出奢侈吸收特征。間作導致籽粒和莖葉磷的“富集”；隨玉米株距的增加，即種植密度降低，莖葉磷的質量分數增加。而隨玉米株距的增加，間作玉米籽粒鐵和鋅的質量分數表現出一定的“稀釋效應”。

關鍵詞：間作；玉米；花生；元素吸收；轉移分配

中圖分類號：S344.2：S513 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2017）07-0086-05

Abstract We want to better understand the effect law of intercropping of maize with peanut on the absorption of phosphorus （P）， iron （Fe）， zinc （Zn） and calcium （Ca） from soil and translocation to grain in maize. It would provide theoretical guidance for the healthy development of intercropping production system. So we designed the treatments， including different planting distances of 10， 13， 16， 20 and 27 cm for intercropped maize and 27 cm for mono-cropped maize. Then their effects on maize grain yields and harvest indexes， and also the absorption amounts， harvest indexes， plant-internal use efficiency and mass fraction in grain and straw of maize of P， Fe， Zn and Ca were studied at growing season in 2015 in field. The results showed that intercropping obviously increased the acquisition amounts of maize to P， Fe， Zn and Ca， and the acquisition amounts increased with the narrow of planting distance of intercropped maize. The harvest indexes of the 4 elements were not affected by intercropping. When the planting distance of intercropped maize was the same as mono-cropped maize， the intercropped maize showed the characteristic of P luxury absorption. Intercropping led to enrichment of P in grains， stems and leaves. With the increase of planting distance of intercropped maize， the mass fraction of P in stems and leaves increased， but the mass fraction of Fe and Zn in grain showed a dilution effect.

Keywords Intercropping； Maize； Peanut； Nutrient absorption； Translocation and allocation

磷（P）、鐵（Fe）、鋅（Zn）和鈣（Ca）是玉米正常生長和發育必需的營養元素，籽粒中這些營養元素的質量分數影響動物和人體健康。間套作作為一種有效的農藝措施，有助于改善土壤中難溶性養分如磷、鐵和鋅的活化、吸收及植株體的營養狀況。過去的十多年里，磷素吸收優勢在小麥/玉米和蠶豆/玉米等間套作體系中的研究得到了特別的關注和重視[1-6]；另外，石灰性土壤上，禾本科與花生間作改善花生籽粒鐵和鋅營養的生理及分子生態機制持續得到學者的研究重視，取得了一系列研究進展[7-9]。而關于玉米籽粒磷、鐵、鋅和鈣濃度及其收獲指數和體內利用效率，即在植株體內的轉移分配情況，如何受間作套種影響的研究報道還比較少見。筆者最近在西北（甘肅）地區開展的研究，首次報道了間套作顯著提高玉米籽粒磷濃度，與油菜、蠶豆、鷹嘴豆套作和與大豆間作的玉米平均籽粒磷濃度分別比單作高出19.8%、13.0%、17.2%和12.0%，而收獲指數和磷素收獲指數均無顯著變化；此外，間套作明顯降低玉米體內磷素利用效率，與油菜、蠶豆、鷹嘴豆和大豆間套作玉米平均體內磷素利用效率分別比單作降低15.9%、9.6%、14.9%和8.5%[10]。基于上述工作，筆者首次報道了相對于單作玉米，與蠶豆、鷹嘴豆和大豆間套作的玉米地上部植株Fe、Mn、Cu和Zn的吸收量顯著增加，而籽粒微量元素濃度顯著降低，表現出“稀釋效應”，主要是從營養器官向籽粒轉移或再活化的比例降低所致，這可能與相應的玉米衰老進程減緩有關[11]。

玉米/花生間套作被認為是在黃淮海平原緩解糧油爭地矛盾的一種重要種植方式，能夠提高我國油脂油料自給能力，提高土地利用效率，增加農民收益，尤其對種植大戶、家庭農場和農民專業合作社具有廣闊的應用前景[12]。2015年8月7日，國務院辦公廳發布《關于加快轉變農業發展方式的意見》[國辦發（2015）59號文]，提出重點在東北和黃淮海地區推廣玉米花生間作套種模式，科學合理利用耕地資源，促進種地養地結合。與花生間作對玉米P、Fe、Zn和Ca這四種元素吸收及其在莖稈和籽粒中轉移分配的影響目前尚未見報道。黃淮海平原玉米/花生間作的情況與我們之前在甘肅的研究是否存在統一的規律及其差異值得研究。

因此，本研究擬率先報道玉米/花生間作條件下玉米P、Fe、Zn和Ca的吸收情況、在籽粒中的濃度以及相應收獲指數和體內利用效率等指標相對于單作的變化，為間套作玉米體內養分元素累積利用和籽粒營養品質變化分析提供理論依據，對間套作生產體系發展提供實際指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

夏玉米/夏花生全生育期間作試驗在山東省農業科學院作物研究所濟南試驗站（36°42′N， 117°4′E；海拔48 m）進行，該地區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年均溫度13.6℃，年均降水量約625 mm。砂壤土，pH 值7.7， 0～20 cm耕層土壤有機質含量2.1%，水解氮45.0 mg/kg，速效磷14.8 mg/kg，交換性鉀163.0 mg/kg。供試玉米品種為魯單818，花生品種為花育25號，均為適宜在黃淮海地區種植推廣的優良品種。

1.2 試驗設計及方法

種植模式共計6種，分別為：玉米單作和玉米/花生行比2∶4間作（包括1種玉米常規間作和4種玉米縮小株距增密間作處理），重復3次。

玉米單作處理中，玉米行距60 cm，株距27 cm，種植密度為61 728株/hm2，小區面積8.0 m×5.0 m=40 m2。玉米/花生間作處理中，每個作物組合種植帶包含2行玉米（行距60 cm）和4行花生（行距20 cm），玉米行與花生行的間距為40 cm，帶寬2.0 m；其中，玉米面積占整個間作區域的60%，花生占40%。玉米常規間作株距設置為27 cm，種植密度為37 037株/hm2（對整個間作體系而言，包含花生所占土地面積），4種增密間作處理的株距設置分別為20、16、13 cm和10 cm，相應種植密度分別為50 000、62 500、76 923、100 000株/hm2（算法同上）。間作花生穴距統一為20 cm，種植密度為100 000穴/hm2（對整個間作體系而言，包含玉米所占土地面積）。每個間作小區面積8.0 m × 5.0 m= 40 m2，共包含4個作物組合帶。

6月20日，花生和玉米同時播種，10月5日同時收獲。基施腐熟畜禽糞肥6 750 kg/hm2。氮肥用尿素（N 46%），花生基施（N）112.5 kg/hm2。玉米純氮用量為225 kg/hm2，分為基施和追施，基肥用量和方法與花生相同；追肥時期為大喇叭口期，施入量為112.5 kg/hm2，在玉米行間追施。每次施用尿素結合翻耕、開溝覆土或灌水。磷肥用過磷酸鈣，基施（P2O5）60 kg/hm2。鉀肥用硫酸鉀，基施（K2O）120 kg/hm2。作物生長期間，充足灌水，及時除草、防治病蟲害，并適時鋤地松土。

1.3 測定項目及方法

玉米成熟收獲時，每個單作或間作小區收獲2行緊鄰的玉米，用以測定籽粒產量和地上部生物量。元素測定前，植株樣品分為籽粒和秸稈兩部分（手工脫粒以防止機器對植株體微量元素造成污染），并分別用去離子水洗凈，經65～70℃、 72 h 烘干后用不銹鋼研磨機（中國北京環亞天元機械技術有限公司制造，型號HY-04B）進行粉碎，然后經HNO3∶H2O2（6 mL∶2 mL）由微波消煮爐（CEM， Matthews， NC， USA）消煮。消煮液中P、Fe、Zn和Ca的濃度由等離子體發射光譜儀（ICP-AES， OPTIMA 3300 DV， Perkin-Elmer， USA）測定。在每批消煮測定過程中，設置空白樣和國際標準樣品（荷蘭瓦格寧根大學 Wageningen 籽粒樣品 IPE556 和秸稈樣品 IPE883），以保證分析質量。

1.4 數據統計方法

利用SAS 8.0對數據進行方差分析，用最小顯著性差異法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 籽粒產量和收獲指數

由表1可以看出，相對于單作，間作顯著提高玉米凈面積籽粒產量，增幅達34.2%～62.6%。間作玉米籽粒產量與玉米株距之間呈顯著性負相關（r=-0.916， P=0.029； n=15），即間作玉米種植密度越大，籽粒產量越高。收獲指數在間作玉米株距為10 cm時顯著低于其它處理。相關性分析表明，間作玉米收獲指數與玉米株距之間呈邊緣性顯著正相關關系（r=0.823， P=0.087； n=15），說明隨間作玉米種植密度的增加，干物質向籽粒分配的比例降低，嚴重時可能會影響籽粒的形成，這與筆者田間觀察發現株距在10 cm時玉米棒出現較多畸形的情況相符。

2.2 間作對玉米磷吸收及向籽粒轉移分配的影響

由表2和表3可以看出，相對于單作，間作能大幅度提高玉米對土壤中磷的吸收量，且隨間作玉米種植密度增加即株距縮小，磷吸收量有增加的趨勢。這與籽粒產量增加有關，相關性分析表明，間作玉米籽粒產量與相應磷吸收量之間呈顯著性正相關（r=0.565， P=0.028； n=15）。磷收獲指數在所有處理之間均無顯著性差異。間作玉米磷體內利用效率在株距為27 cm時顯著低于單作，其它處理間均無顯著性差異。與單作相比，間作玉米籽粒磷的質量分數顯著增加。間作玉米莖葉磷的質量分數與玉米株距之間呈顯著性正相關（r=0.638， P=0.011； n=15），即玉米株距越大，莖葉磷濃度越大。

上述結果表明，與花生間作能增強玉米對土壤磷的吸收能力，而并未影響其在籽粒和莖葉的分配比例；磷的吸收量越多，莖葉中的含量多，籽粒中的含量也多。間作玉米株距在27 cm時表現出磷的奢侈吸收特征，即過多的磷素累積在植株體內。間作導致籽粒磷“富集”，隨玉米株距的增加，莖葉磷“富集效應”越明顯。

2.3 間作對玉米鐵吸收及向籽粒轉移分配的影響

由表3和表4可以看出，相對于單作，間作均能大幅度提高玉米對土壤中難溶性鐵的吸收量，且隨間作玉米種植密度增加即株距縮小，鐵吸收量有增加的趨勢。這與籽粒產量增加有關，相關性分析表明，間作玉米籽粒產量與相應鐵吸收量之間呈邊緣顯著性正相關（r=0.491， P=0.063；n=15）。鐵收獲指數和體內利用效率在所有處理之間均無顯著性差異。與單作相比，間作玉米籽粒鐵質量分數和莖葉鐵質量分數無顯著性變化。間作玉米籽粒鐵質量分數與玉米株距之間呈顯著性負相關（r=-0.525， P=0.044； n=15），即玉米株距越大，籽粒鐵濃度越低。間作玉米籽粒鐵的質量分數在株距為27 cm，即常規間作時，顯著低于株距縮小為10 cm的情況；間作玉米莖葉鐵的質量分數在不同株距之間無顯著性差異。

上述結果表明，與花生間作也能增強玉米對土壤鐵的吸收能力，而并未影響其在籽粒和莖葉的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；鐵的吸收量越多，支撐更大的植株體，莖葉中的含量多，籽粒中的含量也多。隨玉米株距的增加，間作玉米籽粒鐵的質量分數存在一定的“稀釋效應”。

2.4 間作對玉米鋅吸收及向籽粒轉移分配的影響

表3和表5看出，相對于單作，間作能大幅度提高玉米對土壤中難溶性鋅的吸收量，相關性分析表明，間作玉米總鋅吸收量與玉米株距之間呈邊緣顯著性負相關（r=-0.512， P=0.051； n=15），即間作玉米種植密度越大，鋅吸收量越多。這與籽粒產量增加有關；間作玉米籽粒產量與相應鋅吸收量之間呈極顯著性正相關（r=0.888， P<0.01； n=15）。鋅收獲指數和體內利用效率在所有處理之間均無顯著性差異。與單作相比，間作玉米籽粒鋅質量分數和莖葉鋅質量分數無顯著性變化。間作玉米籽粒鋅質量分數與玉米株距之間呈極顯著性負相關（r=-0.648， P=0.009； n=15），即玉米株距越大，籽粒鋅濃度越低。間作玉米籽粒鋅的質量分數在株距為27 cm，即常規間作時，顯著低于株距分別縮小為16 cm和10 cm的情況；間作玉米莖葉質量分數在株距為16 cm時顯著低于27、20 cm和13 cm的情況。

上述結果表明，與花生間作能增強玉米對土壤鋅的吸收能力，而并未影響其在籽粒和莖葉的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；鋅的吸收量越多，支撐更大的植株體，莖葉承載的量多，籽粒承載的量也多。隨玉米株距的增加，間作玉米籽粒鋅的質量分數存在一定的“稀釋效應”。間作玉米莖葉鋅的質量分數在不同株距之間存在一定差異有待于進一步研究。

2.5 間作對玉米鈣吸收及向籽粒轉移分配的影響

由表3和表6可以看出，相對于單作，間作均能提高玉米對土壤中鈣的吸收量，隨間作玉米密度增加即株距縮小，鈣吸收量有增加的趨勢。這與籽粒產量增加有關，相關性分析表明，間作玉米籽粒產量與相應鈣吸收量之間呈極顯著性正相關（r=0.699， P=0.004； n=15）。鈣收獲指數、體內利用效率、籽粒和莖葉鈣質量分數在單作和間作之間均無顯著性差異。上述結果表明，與花生間作能增強玉米對土壤鈣的吸收能力，而并未影響其在籽粒和莖葉的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；鈣吸收的多，支撐更大的植株體，往莖葉分配的量多，往籽粒分配的也多。

3 討論與結論

本試驗條件下，間作能大幅度提高玉米對土壤中鈣素和難溶性磷、鐵、鋅的吸收能力，隨間作玉米株距縮小即種植密度增加，這些元素的吸收量有增加的趨勢，這主要與間作玉米籽粒產量隨種植密度增加而增加的原因有關。

磷、鐵、鋅和鈣這四種元素的收獲指數均不受間作的影響，即間作并不能影響它們在籽粒和莖葉中的分配比例；元素吸收量越多，其在莖葉分配的量多，在籽粒中分配的量也多。

間作玉米株距在27 cm時表現出磷的奢侈吸收特征，即過多的磷素累積在植株體內；其它元素/處理均未表現出奢侈吸收行為，吸收的量多，能支撐更大的植株體。

與單作玉米相比，間作導致籽粒和莖葉磷的“富集”，這與筆者之前在西北地區開展的研究結果吻合[10]；隨玉米株距的增加，莖葉磷“富集效應”越明顯。而微量元素鐵和鋅的表現則與大量元素磷截然不同，隨玉米株距的增加，間作玉米籽粒鐵和鋅的質量分數存在一定的“稀釋效應”。筆者之前在西北地區的研究中，“稀釋效應”主要由鐵和鋅從營養器官向籽粒轉移或再活化的比例降低所致，可能與相應的間作玉米衰老進程減緩有關，而本研究發現，“稀釋效應”主要由種植密度的縮減所引起，與間作玉米產量和元素收獲指數變化無關[11]。鈣元素則不受影響。

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