間作大豆對半夏生長環境及產量與藥材質量的影響

朱振興，包婉玉，江林波，鐘淑梅，馬毅平，舒少華

（1.華中農業大學植物科學技術學院，武漢 430070；2.湖北荊禾源生態農業有限公司，湖北沙洋 448200；3.九州通醫藥集團九信中藥研究院，武漢 430050；4.湖北省果茶辦公室，武漢 430070）

半夏［Pinellia ternata（Thunb.）Breit］以其干燥塊莖入藥，具有燥濕化痰、降逆止嘔、消痞散結的功效［1］。半夏喜光、喜溫、喜肥、喜濕，但忌陽光直射、忌高溫、忌澇，在超過35℃而又缺水時就會倒苗［2］。遮陰可為半夏提供適宜的生長環境，提高半夏珠芽數量和質量，提高半夏產量［3，4］，但在實際生產中，搭建遮陰棚的方式會耗費很多的人力物力，且不利于機械化管理。間作可以改變系統下的光分布和提高光能利用率［5，6］。為此，本研究在大豆半夏間作系統中設置了不同的大豆種植密度，探究不同大豆種植密度下對間作環境、半夏生長指標、間作種間競爭力、半夏產量以及半夏藥材質量的影響，為半夏大豆間作系統提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與試驗材料

試驗于2019年在湖北省荊門市沙洋縣湖北荊禾源生態農業有限公司基地進行，試驗地處于北緯30°38′19.55″東經112°34′15.82″，當地氣候屬于北亞熱帶濕潤季風型，年平均氣溫15.6～16.3℃，年日照時間1 997～2 100 h，年平均降水量804～1 067 mm，試驗地土壤為沙壤，中等肥力。所用種源經華中農業大學舒少華鑒定為半夏，球莖，直徑0.6～0.8 cm，采自湖北荊門；大豆品種為中黃37，由濟寧圣源種業有限公司提供。

1.2 試驗設計

采取單因素隨機區組設計，設置3種大豆株距D1、D2、D3，分別為35、50、65 cm，分2行種于半夏廂上，大豆行間距為50 cm，以大豆單作和半夏單作為對照，3次重復，15個小區。每小區1廂，廂寬1.1 m，溝寬0.4 m，長5.0 m，廂上撒播半夏種莖，播種量為2 850 kg/hm2，大豆每穴3株。

半夏于2019年3月20日播種，7月1日收獲，大豆于4月20日播種，7月25日收獲。所有處理每公頃于播種前撒施復合肥（20-8-14，總養分≥42%）600 kg并翻耕作為基肥，并于5月1日撒施復合肥（17-17-17，總養分≥51%）187.5 kg/hm2作為基肥，試驗田間除草及病蟲害防治等管理同大田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 環境指標 土壤溫濕度：在大豆進入開花結莢期后，選擇晴朗高溫天氣，在14：00至16：00用便攜試土壤溫濕度計對土壤溫濕度進行測定，每小區選取5個測定點，測定土層深度為10 cm。

光照度：在大豆進入開花結莢期后，選擇晴朗天氣，在14：00至16：00用照度計對半夏冠層光照度進行測定，每小區選取6個測定點。

葉面溫度：在大豆進入開花結莢期后，選擇晴朗高溫天氣，在14：00—16：00用便攜式紅外測溫儀對半夏葉面溫度進行測定，每小區隨機選取12株半夏植株進行測定。

1.3.2 植株生長指標 半夏主葉葉面積：于半夏出苗后30、47、65 d測定半夏主裂葉長和葉寬，每小區隨機選取12株進行測量。采用葉面積系數法計算半夏主葉葉面積［7，8］：

式中，S表示半夏主葉葉面積，K表示葉面積系數，為0.666，a表示半夏主葉長，b表示半夏主葉寬。

出土部分葉柄長：于半夏出苗后30、47、65 d測定半夏葉柄長，葉柄長是由半夏葉柄出土處至葉基部的長度，每小區隨機選取12株進行測量。

SPAD值：于半夏出苗后25、45、65 d，用便攜式SPAD儀對半夏葉片隨機取3點測定SPAD值并取平均值作為該葉片的SPAD值，每小區隨機選取12株進行測定。

1.3.3 干物質積累、產量及千粒重 干物質積累：于半夏出苗后34、49、66 d，每小區整株挖取10株生長發育一致的植株，將塊莖、葉分開，在105℃下殺青0.5 h，再在85℃下烘干至恒重，分別稱量各部分干物質重量。

產量及千粒重：半夏倒苗后，于7月1日對半夏進行采挖測產，包括塊莖和珠芽，采用5點取樣法對每個小區進行測產，并調查塊莖千粒重。

1.3.4 土地當量比及種間競爭力 土地當量比（land equivalent ratio）是指同一農田中2種或2種以上作物間混作時的收益與各作物單作時收益的比率。用于衡量間作優勢［9］：

式中，Yis和Yim分別表示間作總面積上大豆和半夏的子粒產量和塊莖產量（kg/hm2）；Yss和Ysm分別表示單作大豆和單作半夏的子粒產量和塊莖產量。當LER＞1時，表明間作為優勢，當LER＜1時，表明間作為劣勢。

種間相對競爭力（Aggressivity，A）指間作體系中一種作物相對另一種作物對水分、養分等與產量形成有關的資源競爭力［10］：

式中，Asp為大豆相對半夏的資源競爭力；Yib和Ysb分別表示間作大豆和單作大豆的生物產量，Yip和Ysp分別表示間作半夏和單作半夏的生物產量；Zs和Zm分別表示大豆和半夏在間作系統中所占的面積比例。當Asp＞0，表明大豆競爭力強于半夏；Asp＜0，表明半夏競爭力強于大豆。

競爭比率（Competitive ratio，CR）是評價間作系統中組分作物競爭的指標［11］：

式中，若CRsp＞1，表明大豆競爭力強于半夏；若CRbp＜1，則表明半夏競爭力強于大豆。

1.3.5 半夏藥材質量評價 將采挖后的半夏塊莖去皮洗凈，置于烘箱中，50℃條件下烘干，烘干后研磨成粉末裝袋保存于干燥器皿中，根據《中華人民共和國藥典》規定進行半夏藥材質量評價［1，12］。

2 結果與分析

2.1 間作大豆對半夏冠層光照、葉面溫度及土壤溫濕度的影響

間作大豆對半夏冠層光照度的影響如圖1A所示，各處理間光照度存在顯著差異，且光照度隨著大豆種植密度的增加而降低，最高的是半夏單作，為86 750 lx，最低的是D1處理，為11 710 lx，遮陰度達到86.5%；其中，D2處理和D3處理的遮陰度分別達75.4%和48.0%。

間作大豆對半夏葉面溫度的影響如圖1B所示，各處理間半夏葉面溫度差異明顯，且隨大豆密度的增高而降低，最高的是半夏單作，葉面濕度為35.2℃，最低的是D1處理，為29.3℃，較CK降低了5.9℃。D2處理和D3處理的半夏葉面溫度也較半夏單作分別降低了5.5、3.4℃。

間作大豆對半夏土壤溫度的影響如圖1C所示，在大豆半夏間作模式下，各處理的土壤溫度差異顯著，其中最高的是半夏單作，為34.3℃，最低的是D1處理，為29.9℃，土壤溫度隨著大豆密度的增高而降低，其中D1、D2和D3處理的土壤溫度較半夏單作分別降低了4.4、2.9、1.4℃。

間作大豆對半夏土壤濕度的影響如圖1D所示，各處理間的土壤濕度沒有顯著差異，在18.1%～18.4%。

圖1 間作大豆對半夏冠層光照度、葉面溫度及土壤溫濕度的影響

2.2 間作大豆對半夏生長的影響

間作大豆對半夏主葉葉面積的影響如圖2A所示，各處理間的主葉葉面積在半夏出苗后30、47 d沒有顯著差異，在65 d時部分處理出現顯著差異，主葉葉面積隨大豆密度的增大而增大，D1與D2處理無顯著差異，其中主葉葉面積最大的是D1處理，為14.44 cm2，最小的是半夏單作，為10.94 cm2。

間作大豆對半夏出土部分葉柄長的影響如圖2B所示，各處理間半夏地上部分葉柄長在出苗后30、47 d沒有顯著差異，在65 d時出現顯著差異，半夏地上部分葉柄長隨大豆密度的增大而增長，其中半夏地上部葉柄長最大的是D1處理，為8.18 cm，最小的是半夏單作，為5.17 cm。

間作大豆對半夏葉片SPAD值的影響如圖2C所示，半夏SPAD值在出苗后25、45 d時，各處理間無顯著差異，在65 d所測數據中，各處理間SPAD值存在顯著差異，且隨大豆密度的增大而增大，最高的是D1處理，為39.1，最低的是半夏單作，為30.8。65 d時SPAD值較45 d時低，是由于在6月初半夏出現倒苗又快速出苗。

2.3 間作大豆對半夏生物量積累、產量及半夏塊莖千粒重的影響

圖2 間作大豆對半夏生長的影響

間作大豆對半夏生物量積累的影響如圖3A和圖3B所示，在半夏出苗后34、49 d所測結果中，各處理間的干物質積累無顯著差異，66 d出現顯著差異，其中葉片干物質積累最高的是D1處理，為0.214 g/株，最低的是半夏單作，為0.146 g/株，塊莖干物質積累最高的是D2處理，為0.457 g/株，最低的是半夏單作，為0.345 g/株。

間作大豆對半夏產量的影響如圖3C所示，各處理與對照（CK）的半夏產量具有顯著差異，產量最高的是D2處理，為5 979 kg/hm2，最低的是半夏單作，為4 184 kg/hm2，半夏產量隨大豆密度的增大而增大，D1與D2處理無顯著差異；如圖3D所示，各處理間的半夏塊莖千粒重表現出與半夏產量相同的規律，其中千粒重最高的是D2處理，為690.9 g，最低的是半夏單作，為565.5 g。

圖3 間作大豆對半夏生物量積累、產量及半夏塊莖千粒重的影響

2.4 半夏大豆間作對土地當量比和種間競爭力的影響

半夏大豆間作系統的土地當量比和種間競爭力如表1所示，在半夏大豆間作系統中，土地當量比都有提高，各處理的土地當量比在1.43～1.87；各處理Asp＞0，CRsp＞1，表明大豆競爭力強于半夏。

表1 半夏大豆間作對土地當量比和種間競爭力的影響

2.5 半夏大豆間作系統下的半夏藥材質量評價

半夏大豆間作系統下的半夏藥材質量評價如圖4所示，各處理間的半夏藥用成分含量無顯著差異，半夏灰分含量在3.94%～3.98%，半夏水溶性浸出物含量在12.04%～12.79%，半夏琥珀酸含量在0.348%～0.368%。表明半夏大豆間作系統未改變半夏藥材的質量。

圖4 半夏大豆間作系統下半夏藥材質量評價

3 小結與討論

間作系統中，下層作物的冠層光照度以及環境溫度會降低［13，14］。而半夏是喜溫怕炎熱、耐陰植物，適宜的生長溫度為10～27℃，超過27℃時生長緩慢［15］。在本試驗中，隨著大豆種植密度的增大，半夏生長環境的光照度隨之降低，遮陰度為48.0%～86.5%，其中在大豆間作株距為35 cm條件下遮陰度最高，由于光照輻射減少，半夏葉面溫度降低，降幅為3.4～5.9℃，其中大豆間作株距為35 cm條件下半夏葉面溫度最低，半夏葉面溫度的降低緩解了夏季高溫對半夏生長產生的不利影響。同時，土壤溫度也隨大豆種植密度的增大而降低，降幅為1.4～4.4℃，其中大豆間作株距為35 cm的條件下土壤溫度最低。各處理土壤濕度未出現顯著差異，可能原因是試驗地在5月下旬至6月中旬長時間無降雨。結果表明，在半夏大豆間作系統中，大豆能為半夏提供遮陰條件，且降低了半夏的葉面溫度以及降低了土壤溫度，改善了半夏生長環境。

半夏在適當遮蔭的情況下生長更好，葉面積株高顯著增加，提高半夏葉綠素含量［16，17］，遮陰還能使半夏避免“光合午休”現象的出現［18］。在本試驗中，半夏葉面積和半夏出土部分葉柄長在其出苗后47 d前各處理間無顯著差異，是由于半夏出苗47 d前的大豆植株較矮小，不足以改變半夏的生長環境，所以各處理間無顯著差異，在半夏出苗后65 d，大豆植株已可以為半夏提供遮陰環境，各處理半夏生長環境出現差異，半夏生長指標也隨之出現差異，呈現出半夏主葉葉面積和半夏出土部分葉柄長隨大豆種植密度增大而增大的規律，其中半夏大豆間作系統下的半夏主葉葉面積較半夏單作增加了1.48～3.50 cm2，其中以大豆間作株距為35 cm條件下半夏主葉葉面積最大，為14.44 cm2，半夏出土部分葉柄長較半夏單作增加了1.44～3.01 cm，其中以大豆間作株距為35 cm條件下半夏出土部分葉柄長最長，為8.18 cm。半夏葉片的SPAD值同樣也呈現相同的規律，半夏大豆間作系統下的半夏葉片SPAD值較對照增加了4.0～8.3，其中以大豆間作株距為35 cm條件下半夏葉片SPAD值最大，為39.1。結果表明，半夏大豆間作系統下，半夏生長環境發生改變，光照度降低，半夏葉面溫度降低以及土壤溫度的降低，為半夏生長創造了有利的生長條件，使得半夏生長勢更好，其中大豆株距為35 cm的條件下最好。

半夏產量構成主要包括母莖的增長，母莖分生的子半夏及株芽［19］。孟祥海等［20］研究表明，55%遮陰條件下能使半夏株芽數量及塊莖鮮重顯著增加。在本試驗中，半夏出苗66 d后，半夏大豆間作系統下的半夏生物量顯著高于半夏單作，各處理較對照的半夏葉片干物質積累高0.17～2.14 g，半夏塊莖干物質積累高0.50～1.09 g，半夏生物量積累隨大豆種植密度的增大而增大，其中在大豆間作株距35、50 cm下無顯著差異；各處理半夏產量較對照增產14.5%～42.9%，各處理半夏塊莖重較對照增加0.06～0.13 g，其中在大豆株距為50 cm的條件下，半夏產量最高，為5 979 kg/hm2。表明半夏大豆間作系統有利于半夏生物量的積累及增加半夏單塊莖重和半夏產量，但是大豆株距種植密度過高，不利于半夏塊莖的干物質積累。

有研究表明，半夏在65%和75%遮陰處理下有利于藥用成分的積累［17］。但也有研究表明，在全光照下有利于半夏藥用成分積累［16］。在本試驗中，半夏藥材質量在各處理與對照之間沒有顯著差異，但都符合藥典上所規定的含量，表明半夏大豆間作下的半夏藥材可以入藥。

本研究通過設置不同大豆種植密度進行半夏大豆間作試驗，探討了半夏大豆間作系統對半夏生長環境、半夏生長指標、半夏生物量積累、半夏產量及半夏藥材品質的影響，研究結果表明在半夏大豆間作系統下，半夏生長環境得到改善，具體為光照度降低、葉面溫度降低以及土壤溫度降低，使得半夏能夠避開夏季高溫、高光強給半夏生長帶來的不利因素，生長勢較對照更好，從而增加了半夏的干物質積累，最終增加了半夏的產量，半夏藥材質量與半夏單作無顯著差異，且均符合藥典要求，最優的半夏大豆間作系統為大豆以50 cm的種植株距與半夏進行間作。