灌水次數與施氮量互作對胡麻/玉米帶田作物生長與產量的影響

王曉娟，盧 旭，何海軍

(1.甘肅省農業科學院 作物研究所，蘭州 730070；2.甘肅農業大學 生命科學技術學院，蘭州 730070)

胡麻(LinumusitatissimumL.)和玉米(ZeamaysL.)是中國重要的糧食經濟作物，在農業生產和經濟發展中發揮著重要作用[1-2]。胡麻作為北方地區重要的油料和經濟作物，在甘肅省種植面積約1.8×105hm2，年產量約1.4×107t[3]。玉米成為中國第一大糧食作物，甘肅省種植面積占1.01×106hm2，年產量約5.66×106t[4]。近年來，為了提高農作物產量，促進農業發展，帶田種植技術被廣泛應用。與傳統套種和間作相比，帶狀種植具有更好的增產效果。孫輝等[5]研究報道，帶狀種植既可以保持水土，又可以實現養分循環，達到不施或少施化肥的目的，楊思存等[6]研究發現，帶田種植系統有利于提高兩種作物的產量，是經濟效益較高的種植模式。胡麻/玉米帶田是中國西北沿黃灌區主要的種植模式之一[7]，劉春芳等[8]早在1999年就在寧夏地區做了胡麻套種玉米優化帶行研究。帶田種植系統有利于農作物的增產，水分和肥料在植物生長過程中也是不可或缺的。迄今為止，有關水肥對胡麻和玉米產量的影響已有報道[9-10]，但水氮互作對胡麻/玉米帶田產量影響的研究報道較少。鑒于此，本試驗以胡麻/玉米帶田種植模式為主，研究不同水氮配比對胡麻/玉米帶田產量的影響，以期為胡麻/玉米帶田的高產高效栽培提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

于2015年將試驗設置于甘肅省白銀市農科所靖遠河靖坪試驗場，海拔1 570 m，≥10 ℃有效積溫3 100 ℃，無霜期150 d左右。試驗地土壤養分如表1所示。

表1 土壤養分Table 1 Soil nutrient

1.2 試驗材料

胡麻品種采用‘隴亞雜1號’，玉米品種采用‘隴單10號’。

1.3 試驗設計

試驗采用的胡麻玉米的帶田結構為帶寬160 cm，其中胡麻種6行，占100 cm，行距20 cm；玉米種2行，行距30 cm，間距15 cm。二因素隨機區組設計，設胡麻不同灌水次數(每次每hm2澆水80 m3)和施氮量2個因素：灌水次數分快速生長期澆一次水(W1)、快速生長期和盛花期各澆一次水(W2)、快速生長期、盛花期和青果期各澆一次水(W3)共3個水平；施肥量分3個水平，總量分別為120 kg/hm2(N1)、180 kg/hm2(N2)和240 kg/hm2(N3)，均分基肥(2/3)和快速生長期追肥(1/3)兩次施入。快速生長期的施肥結合灌水進行。共設9個處理，如表2所示。

表2 試驗處理設計Table 2 Experimental treatment design

各小區磷、鉀肥的施用量均為P2O5112.5 kg/hm2、K2O 52.5 kg/hm2。磷、鉀肥品種分別為二銨和硫酸鉀，均作為基肥施用。設3次重復，每小區3個帶，小區長5 m，小區四周打30 cm埂間隔。在玉米的抽雄期結合第3次澆水追肥尿素300 kg/hm2，試驗四周設保護區1 m。

1.4 測定項目及方法

參考白崗栓等[11]的方法播前測定土壤30 cm土層的基本理化性狀：有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、pH；3月31日播種胡麻，4月20日出苗；5月9日播種玉米，6月5日出苗。5月25日澆第一水，同時追施3個水平施氮量的1/3尿素，6月30日灌第二水，7月20日灌第三水。胡麻于7月27日收獲，玉米10月8日收獲。胡麻、玉米出苗后調查基本苗，依照《農業氣象觀測規范》[12]測定保苗率；胡麻收獲前調查總莖數；記錄各處理胡麻和玉米的生育時期；胡麻、玉米出苗后，每隔15 d取一次樣(包括根系)，每小區胡麻取樣10～30株，每小區玉米取樣5株，采用烘干法[13]測定干物質量，HemiView數字植物冠層分析儀測定葉面積指數[14]。收獲時按小區實收面積計產。每小區取胡麻植株樣品20株，在室內考種，參考李玥等[2]測定包括株高、分莖數、分枝數、單株蒴果數、蒴果大小、蒴果種子粒數、單株粒數、單株粒質量、千粒質量、出籽率、籽粒產量等考種項目。每小區取玉米植株樣品10株，參考楊蕊菊等[10]測定包括果穗長度、穗粗、穗行數、每穗粒數、穗質量、穗粒質量、禿頂率、出籽率、百粒質量、籽粒產量等考種項目。

1.5 數據統計與分析

用 Excel 2010和SPSS 19.0 軟件對數據進行統計、方差分析( LSD 法)、 主成分分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 胡麻/玉米帶田葉面積指數變化動態分析

2.1.1 胡麻的葉面積 從圖1看出，在整個生育期，胡麻葉面積指數表現出先上升后下降的趨勢，從出苗期到盛花期胡麻葉面積上升，青果期下降；不同生育期，胡麻葉面積指數變化明顯。每個時期，隨著灌水次數和氮肥的增加，胡麻葉面積指數都有不同程度升高，各時期 T1處理下胡麻葉面積指數最小，T9處理下最大，T1和T9間差異顯著(P<0.05)。在同一施氮處理下，胡麻葉面積指數隨著灌水次數的增多而升高；在同一灌水處理下，胡麻葉面積指數隨著施氮量的增加而升高。在盛花期9個處理胡麻葉面積指數均達到最大值，T9(1.86)處理胡麻葉面積指數最大，其次是T8(1.84)、T6(1.78)和T7(1.78)。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同 Different lowercase letters indicate significant differences(P<0.05),the same below

2.1.2 玉米的葉面積 如圖2所示，在整個生育期內，玉米葉面積指數呈先上升后下降的趨勢，拔節期到灌漿期上升，蠟熟期下降；不同生育期，玉米葉面積指數變化明顯。每個時期，隨著灌水次數和氮肥的增加，玉米葉面積指數都有不同程度升高，各時期 T1處理下玉米葉面積指數最小，T9處理下最大，T1和T9差異性顯著(P<0.05)。在同一施氮處理下，玉米葉面積指數隨著灌水次數的增多而升高；在同一灌水處理下，玉米葉面積指數隨著施氮量的增加而升高，在灌漿期，9個處理玉米葉面積指數均達到最大值，T9處理玉米葉面積指數(4.423)最大，其次是T6(4.345)和T8 (4.336)，3個處理間差異不顯著(P>0.05)。

2.2 胡麻/玉米帶田的干物質量變化動態分析

2.2.1 胡麻的干物質量 從圖3看出，在整個生育期，胡麻干物質量隨著水肥的增加呈上升趨勢。從出苗期-盛花期，胡麻干物質量均是在T1處理下最少，T9處理下最多，T1和T9間差異顯著(P<0.05)。青果期，各處理胡麻干物質量均達最大值，T8處理(14.2×103kg/hm2)的胡麻干物質量最大，其次是T5(13.2×103kg/hm2)和T9(13.1×103kg/hm2)，T1(8.9×103kg/hm2)胡麻干物質量最小，各處理差異顯著(P<0.05)。盛花期，同一氮肥處理下，隨著灌水次數的增多，胡麻葉面積顯著上升。

2.2.2 玉米的干物質質量 從圖4看出，整個生長期內，玉米干物質量隨著水肥的增加呈上升趨勢。每個時期，隨著灌水次數和氮肥的增加，玉米干物質量都有不同程度升高，各時期 T1處理下玉米干物質量最小，T9處理下最大，T1和T9差異顯著(P<0.05)。在蠟熟期，各處理玉米干物質量達最大值，T9處理(34.2×103kg/hm2)最大，其次是T6(33.6×103kg/hm2)和T8(33.2×103kg/hm2)，3個處理間差異不顯著(P>0.05)。

圖2 不同時期胡麻/玉米帶田中玉米的葉面積指數變化Fig.2 Changes of leaf area index of maize in flax/maize intercropping in the different stage

圖3 不同時期胡麻/玉米帶田中胡麻的干物質量變化Fig.3 Changes of dry matter mass of flax in flax/maize intercropping in the different stage

2.3 胡麻/玉米帶田產量構成因素主成分分析

2.3.1 胡麻產量構成因素 利用 SPSS 19.0 對表3中胡麻的產量要素進行主成分分析，結果如表 4所示。

圖4 不同時期胡麻/玉米帶田中玉米的干物質量變化Fig.4 Changes of dry matter mass of maize in flax/maize intercropping in the different stage

表3 胡麻/玉米帶田胡麻產量及產量要素Table 3 Yield and its comporents of flax in flax/maize intercropping

表4 方差分解主成分提取分析Table 4 Variance decomposition main component extraction analysis table

主成分個數提取原則為主成分對應的特征值大于 1 的前 m 個主成分[15]。通過表 4可知， 提取特征根大于 1 的主成分，提取到前 3 個主成分，第一主成分、第二主成分和第三主成分的方差貢獻率分別為49.728%、23.664%、15.593%，前3項主成分貢獻率累計達到88.985%。選取3 個主成分來反映胡麻產量要素在各主成分上的有效載荷，結果如表 5 所示。

表5 主成分分析成分矩陣Table 5 Principal component analysis component matrix

由表5可知出籽率、千粒質量、單株粒質量、單株蒴果數、株高、分枝數在第一主成分有較高成分，表明這6個產量要素的變化對產量的影響起重要作用；蒴果種子粒數和株高在第二主成分中有較高成分，表明這2個產量要素的變化對產量的影響較大；分莖數在第三主成分中有較高成分，表明分莖數的變化對產量的影響較大，綜合以上數據，9個處理中，所有產量構成因素對胡麻產量的影響大小表現為：出籽率>千粒質量>單株粒質量>單株蒴果數>分枝數>蒴果種子粒數>株高>分莖數。

2.3.2 玉米產量構成因素主成分分析 利用 SPSS 19.0 對上表中玉米的產量要素(表6)進行主成分分析，結果如表7所示。

表6 胡麻/玉米帶田玉米產量及產量要素Table 6 Yields and its components of maize in flax/maize intercropping

表7 方差分解主成分提取分析表Table 7 Variance decomposition main component extraction analysis table

通過表 7可知， 提取特征根大于 1 的主成分，提取到前 2個主成分，第一主成分和第二主成分的方差貢獻率分別為43.107%、26.217%，前兩項主成分貢獻率累計達到69.324%。選取兩個主成分來反映玉米產量要素在各主成分上的有效載荷，結果如表 8 所示。

由表8可知株高、穗粗、穗長、穗行數、行粒數在第一主成分有較高成分，表明這5個產量要素的變化對產量的影響起重要作用；百粒質量和出籽率在第二主成分中有較高成分，表明這2個產量要素的變化對產量的影響較大，綜合以上數據，9個處理中，所有產量構成因素對玉米產量的影響大小表現為：株高>穗粗>穗長>穗行數>行粒數>百粒質量>禿尖長>出籽率。

2.4 胡麻/玉米帶田產量及經濟效益分析

從表9來看，各處理胡麻產量、玉米產量、胡麻/玉米帶田總產量、胡麻產值、玉米產值和胡麻/玉米帶田總產值差異顯著(P<0.05)，T5(1 858.80 kg/hm2)、T6(1 826.86 kg/hm2)和T8(1 788.61 kg/hm2)的胡麻產量居9個處理的前三位，T9(11 502.35 kg/hm2)、T6(1 826.86 kg/hm2)和T8(1 788.61 kg/hm2)的玉米產量居9個處理的前三位。T6(31 352.46元/hm2)和T8(31 474.19元/hm2)胡麻/玉米帶田總產值居9個處理的前二位。

表8 主成分分析成分矩陣Table 8 Principal component analysis component matrix

表9 胡麻/玉米帶田產量及經濟效益Table 9 Yields and economic benefits in flax/maize intercropping

3 討 論

3.1 不同處理對胡麻/玉米帶田葉面積指數的影響

葉面積是植物截獲光能的物質載體，合理的葉面積指數是反映作物群體光合能力的重要指標[16]。適宜的葉面積指數能夠保證光熱資源的有效利用，可以避免作物植株、葉片間的相互遮蔽，創造一個通風透光性良好的群體環境，有利于光合作用的進行和有機物的合成，進而獲得高產[17-18]，在整個生育期，9個處理下胡麻/玉米帶田胡麻組和玉米組的葉面積指數均呈現“單峰”曲線的變化動態，這與王強等[19]、張守林等[20]研究結論一致。本試驗中，每個時期胡麻葉面積指數和玉米葉面積指數都是在T1(W1N1)處理下最小，T9(W3N3)處理下最大，T9(W1N1)和T1(W3N3)相比灌水次數增加了2次、施肥量增加了120 kg/hm2，比較T1和T9各時期胡麻葉面積指數上升幅度可得知：出苗期(80%)>青果期(54%)>樅形期(47%)>盛花期(26%)>現蕾期(22%)；比較T1和T9各時期玉米葉面積指數上升幅度可得知出苗期(25%)>蠟熟期(22%)>拔節期(10%)>抽雄期(8%)、灌漿期(8%)。這說明在出苗期和青果期增加水肥能顯著提高胡麻的葉面積指數。

3.2 不同處理對胡麻/玉米帶田干物質量的影響

劉偉等[21]研究認為，干物質量在一定范圍內與產量呈顯著正相關，籽粒產量隨干物質量的增加而增加，即干物質量越多，籽粒產量也就越高。在整個生育期，9個處理胡麻/玉米帶田的干物質量均表現出“直線”上升的變化趨勢。

在青果期9個處理胡麻干物質量均達到最高峰，這和閆志利等[22]研究結果一致。崔紅艷等[9]研究水氮互作對胡麻干物質量及產量的影響時發現，胡麻的干物質量隨著水肥的增多而增加，且氮肥的效應強于水的效應。本試驗研究結果表明，胡麻干物質量隨灌水次數和施氮量的增加而增加，施氮的效果強于灌水，這和崔紅艷等[9]研究結論不盡一致，這可能與胡麻品種有關。在生育后期-青果期T5(13.2×103kg/hm2)>T6(12.2×103kg/hm2)，T8(14.2×103kg/hm2)>T9(13.2×103kg/hm2)，這或許是水肥充足易造成胡麻倒伏，從而導致胡麻干物質量下降。

李文娟等[23]研究表明增施氮肥對胡麻干物質量和產量的提高起著重要作用。孫文濤等[1]研究滴灌施肥條件下玉米水、氮及磷的耦合效應時發現影響玉米產量的主要因素是氮素，其次是灌水和磷素。本試驗研究發現玉米干物質量隨著灌水次數和施氮量的增加而增多，氮肥效應強于水分效應。

3.3 胡麻/玉米帶田產量因素主成分分析及產量和產值分析

閆志利等[24]研究認為提高胡麻百粒質量和單株蒴果有利于提高胡麻產量。李玥等[2]研究胡麻產量形成模擬模型發現單株蒴果數、蒴果種子粒數、千粒質量、單株粒質量對胡麻產量有著顯著影響。本試驗研究發現，9個處理，所有產量構成因素對胡麻產量的影響大小表現為：出籽率>千粒質量>單株粒質量>單株蒴果數>分枝數>蒴果種子粒數>株高>分莖數。

楊蕊菊等[10]研究發現施水量和施氮量與小麥/玉米帶田間作玉米產量構成因素：株高、穗粒數、千粒質量、穗粒質量均呈顯著正相關。本試驗研究發現，9個處理中，所有產量構成因素對玉米產量的影響大小表現為：株高>穗粗>穗長>穗行數>行粒數>百粒質量>禿尖長>出籽率。

本研究中，胡麻在處理T5(W2N2)、 T6(W3N2)、T8(W2N3)中每hm2產量和產值最高，居9個處理的前三位，玉米在處理T9(W3N3)、T6(W3N2)和T8(W2N3)的每hm2產量及產值最高，居9個處理的前三位。處理T6(W3N2)和T8(W2N3)的胡麻/玉米帶田總產值最高。

4 結 論

通過對不同灌水和施氮量處理的胡麻/玉米帶田的葉面積指數、干物質量、產量要素、產量和經濟效益的系統研究，總結出適宜甘肅白銀的胡麻/玉米帶田灌水量和施氮量模式，T8-二次灌水三水平施氮量和T6-三次灌水二水平施氮量。這2種模式的胡麻/玉米帶田自我調節能力較強，能夠將二者的優勢充分發揮出來，將共生期間競爭造成的影響降到最低。這2個模式的胡麻/玉米帶田每hm2總產值分別為T6(31 352.46元/hm2)、T8(31 474.19元/hm2)，經濟效益顯著，居9個處理的前二位。在耕地資源日益短缺的形勢下，因地制宜地種植帶田，合理灌水施肥，充分利用當地的光熱自然資源，能夠大大提高土地的利用率，對增加農民的糧食和收入具有重要作用。