帶狀復合種植模式下玉米產量及相關性分析

石曉旭 李波 劉建 楊美英 薛亞光 石呂 韓笑 魏亞鳳

摘要：為探明玉米-大豆帶狀復合種植對玉米產量的影響，確定最佳田間配置，設置不同種植帶寬和玉米大豆行比的5種不同田間配置，對玉米產量及其相關因素進行研究。結果表明，帶寬與玉米產量呈顯著負相關，玉米吐絲后的葉面積指數和干物質積累量與產量形成呈顯著正相關，最佳田間配置為2.0 m 2 ∶ 2處理，即帶寬2.0 m，行比2 ∶ 2，玉米產量為9 590.16 kg/hm2，大豆產量為1 525.79 kg/hm2，其土地當量比為1.52，表現出較強的套作優勢，套作模式下的系統產量高于凈作模式，可以為玉米-大豆帶狀復合種植模式下玉米高產的田間配置提供理論依據。

關鍵詞：玉米;帶狀復合種植模式;產量;相關性分析;套作

中圖分類號： S344.3;S513.04 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）09-0074-06

套作是傳統農業的精華，利用物種互補性，通過增加單位土地的作物產量來實現可持續的集約化[1]。近年來，楊文鈺等針對南方旱田原有農業發展模式，總結出適合種植的小麥/玉米/大豆旱地新三熟種植模式，并提出了玉米-大豆帶狀復合種植模式，即采取寬窄條帶田間種植方法，充分利用邊行優勢，合理地分帶或者分幅種植以協調多熟作物之間對光照和肥水的需求[2]。與單作相比，玉米+大豆套作能促進氮肥利用率，降低氮素依賴率，從2012年的75.4%緩慢下降至69.4%[3]。Fischer等研究發現，在德國北方玉米和大豆間作產量潛力大，間作玉米產量總體很高，葉片發育良好，可以促進光合作用和干物質積累[4]。玉米與菜豆間作產量達到2.3～2.6 t/hm2，土地當量比達到1.55[5]。在四川地區玉米-大豆帶狀復合種植模式中，適當減小玉米窄行距，能夠較好地協調玉米和大豆對光熱資源的利用，增強綜合生產能力[6-7]。王竹等在小麥/玉米/大豆套作模式下通過玉米行寬及株型的差異性對大豆生長早期農藝性狀形成的影響進行研究，發現大豆行寬1.17 m、玉米行寬0.83 m是全年高產、高效的田間最優配置[8]。為探求玉米-大豆帶狀復合種植模式下玉米田間最佳配置，本研究設置玉米和大豆不同帶寬和行比，通過研究不同田間配置對玉米生長和產量的影響，并對其進行相關性分析，明確其產量最優配置，以期為玉米-大豆帶狀復合種植模式下玉米高產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2019年4—10月在江蘇沿江地區農業科學研究所試驗基地（120.87°E，32.01°N）進行。試驗地土壤全磷含量為0.81 g/kg，全鉀含量為11.81 g/kg，全氮含量為0.88 g/kg，速效磷含量為10.40 mg/kg，速效鉀含量為51.84 mg/kg，有機質含量為12.27 g/kg，pH值為7.40。供試品種為玉米蘇玉30和大豆通豆13。

玉米從播種至收獲期間，當地氣象數據：太陽有效輻射量為1 915.80 MJ/m2，降水量為 693.40 mm，有效積溫為1 584.10 ℃。

1.2 試驗方法

采用單因素隨機區組設計，如表1所示，設置5個配置水平（T1、T2、T3、T4、T5），以凈作玉米為對照（CK），凈作玉米等行距栽培，行距為70 cm。每個處理種2帶，重復3次，試驗共21個小區，玉米種植密度為6萬株/hm2，大豆種植密度為15萬株/hm2。

玉米于2019年4月9日播種，8月12日收獲，大豆于2019年6月22日播種，10月12日收獲。玉米基肥配施過磷酸鈣（含P2O5 12%）600 kg/hm2，氯化鉀（含K2O 60%）150 kg/hm2，玉米全生育期共施純氮 180 kg/hm2。大豆基肥配施尿素75 kg/hm2，過磷酸鈣600 kg/hm2，氯化鉀60 kg/hm2。除草、噴藥等管理同大田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 玉米葉面積指數與地上生物積累量 在玉米各生育期記錄株高和有效葉面積。隨機選取生長一致、代表性強的3株玉米和3穴大豆（排除邊際效應），將植株地上部分置于105 ℃烘箱中殺青 30 min，80 ℃烘至恒質量，測定玉米植株地上部分干質量，計算成熟期營養器官干物質積累量和花后同化物輸入籽粒量。

玉米單葉葉面積=長×寬×0.75;

葉面積指數（LAI）=總葉面積/土地面積;

成熟期營養器官干物質積累量=成熟期地上部分干物質量-成熟期籽粒干物質量;

花后同化物輸入籽粒量=成熟期籽粒干物質量-吐絲期營養器官貯藏同化物轉運量。

1.3.2 玉米產量 收獲玉米時，考查每個小區玉米果穗總數，小區實打實收折算實際產量，連續選取每個小區中間區域15株玉米考種，計算產量構成因素，并計算收獲指數。

1.3.3 土地當量比 土地當量比（LER）=玉米套作時的產量/玉米凈作產量+大豆套作時的產量/大豆凈作產量。

1.3.4 效益 效益=玉米產量×玉米單價+大豆產量×大豆單價。

1.4 數據分析

采用Excel 2016整理和匯總試驗數據，使用SPSS 17.0和STST 2002對數據做統計分析。

2 結果與分析

2.1 田間配置對玉米、大豆產量的影響

由表2、表3可知，田間配置對玉米禿尖長、穗粗、有效穗數、穗粒數、千粒質量、產量都有極顯著影響，對穗長的影響不顯著。玉米產量隨著帶寬的增加呈下降趨勢，除對照外，T1處理下產量最高，與其他處理差異均達顯著水平，比T2、T3、T4 、T5、CK分別增產11.94%、12.12%、23.18%、32.17%、-7.82%;產量構成因素有效穗數、穗粒數及千粒質量也隨著帶寬的增加呈下降趨勢，有效穗數、穗粒數及千粒質量均在T1處理下最大（除CK 外），T1處理下的有效穗數與T5處理有顯著性差異，與T2、T3、T4處理差異不顯著;T1處理下的穗粒數與其他處理均有顯著差異，比T2、T3、T4 、T5、CK分別增加35.42、40.51、72.99、77.41、-46.42粒/穗，T2與T3、T4與T5處理差異不顯著;T1、T2處理下的千粒質量與T4、T5處理有顯著性差異，除CK外，T1處理的千粒質量最大，但與T2處理差異不明顯;與CK相比，各處理玉米穗長差異不明顯，T5處理穗長最小;玉米禿尖長隨著帶寬的增加而增加，同帶寬下隨著大豆種植行數的增加而降低，T2與T4處理的玉米禿尖長較長;穗粗隨著帶寬的增加呈現降低的趨勢，除CK外，T1處理的最大，與其他處理差異顯著。

2.2 田間配置對玉米葉面積指數的影響

由圖1可知，隨著玉米生育期的延長，玉米葉面積指數先增加后降低;隨著帶寬的增加，葉面積指數呈降低趨勢。拔節期和抽雄期各處理玉米葉面積指數無顯著差異，拔節期T4處理葉面積指數最大，為0.78，抽雄期T4處理葉面積指數最小，為3.66;與CK相比，吐絲期和成熟期各處理玉米葉面積指數存在顯著性差異;吐絲期T4處理葉面積指數最小，為3.53，與T1、T2、T3處理的差異均達顯著水平，均低于CK;成熟期T1、T2、T3、T4、T5處理葉面積指數差異未達顯著水平，均低于CK。表明田間配置對前期葉片的生長無顯著影響，對后期葉片的生長有顯著影響，導致成熟期葉片早枯，降低有效葉面積和葉面積指數。

2.3 田間配置對玉米地上部分干物質積累的影響

由表4可知，田間配置對吐絲期玉米干物質積累量、成熟期營養器官干物質累積量的影響未達顯著水平，各處理間差異不顯著。拔節期T5處理干物質積累量最小，為899.03 kg/hm2，與CK有顯著差異，T1、T2、T3、T4處理間差異不顯著;抽雄期T1處理干物質積累量與CK差異不顯著，與其他處理有顯著差異，T2、T3、T4、T5處理間差異不顯著。從拔節期至抽雄期T1處理干物質積累量增長最多（除CK外），增長了5 455.92 kg/hm2，T3處理增長最少，增長了 4 172.38 kg/hm2;吐絲期各處理干物質積累量差異不顯著，從抽雄期至吐絲期T3處理干物質積累量增長最多，增長了4 392.75 kg/hm2，CK處理增長最少，增長了 2 870.70 kg/hm2;成熟期T5處理干物質積累量與CK有顯著差異，與其他處理差異不顯著，從吐絲期至成熟期T1處理干物質積累量增長最多（除CK外），增長了8 535.05 kg/hm2，T5處理增長最少，增長了 6 139.58 kg/hm2;田間配置對成熟期營養器官干物質累積量無顯著影響，各處理間無顯著差異;花后同化物輸入籽粒量T1、T2、T3、T4、T5處理間無顯著差異，T3和T5處理較低，分別為 6 238.23、 6 139.58 kg/hm2。表明田間配置對玉米不同時期干物質積累量有不同程度的影響，帶寬增加，會導致干物質積累量及花后同化物輸入籽粒量減少。

2.4 相關性分析

由表5可知，各時期干物質積累量、成熟期營養器官干物質累積量、花后同化物輸入籽粒量以及產量與田間配置帶寬均呈負相關，其中抽雄期和成熟期干物質積累量與帶寬的相關系數分別為-0.87、 -0.92，均達顯著水平，玉米產量與帶寬的相關系數為-0.98，達極顯著水平。表明帶寬對干物質積累量和產量影響較大，隨著田間配置帶寬的增加，干物質積累和產量均呈現降低的趨勢。

由表6可知，抽雄期、吐絲期和成熟期葉面積指數與產量呈正相關，相關系數分別達到0.58、0.91、0.84，吐絲期和成熟期葉面積指數與產量的正相關達顯著水平，抽雄期葉面積指數對產量無顯著影響;拔節期、抽雄期和成熟期干物質積累量與產量的相關系數分別為0.92、0.95、0.98，與產量呈極顯著正相關。表明吐絲期至成熟期葉面積指數對產量的形成有顯著影響，葉面積指數越大，產量越高;各時期干物質積累量對產量的形成有極顯著影響，干物質積累量越大，產量越高。

2.4 田間配置對玉米收獲指數、土地當量比和效益的影響

由表7可知，T3處理的玉米收獲指數最大，為0.46，但與其他處理差異未達顯著水平，田間配置對玉米的收獲指數影響不顯著;與CK相比，其他處理的土地當量比都超過1，T3處理的最大，T5處理的最小，分別為1.59、1.48，T1與T2、T3、T4、T5處理間差異不顯著;T1、T2、T3、T4處理的效益顯著高于T5處理和CK，其中T1處理效益最高，為最佳配置。表明田間配置比凈作效益高，田間配置下的作物產量增產率均高于40%。

3 討論

3.1 田間配置對玉米產量的影響

玉米-大豆帶狀套種模式具有資源高效利用、生態安全等優點[8]，協調復合種植系統中玉米和大豆田間種植配置，改善通風透光條件，促進不同生態位作物和諧生長，對實現玉米-大豆帶狀套作群體最大產量效益有重要意義。儲鳳麗等研究發現，先玉335在不同行距處理下的產量排序為 70 cm>50 cm>60 cm[9]，對玉米采用寬幅160 cm、窄幅 40 cm 的帶狀套作種植，玉米穗長、穗行數和行粒數均顯著高于等幅80 cm處理，穗粗、千粒質量和產量顯著低于等幅80 cm處理[10]。韓全輝等研究發現，不等幅間作的木薯鮮薯、薯干和淀粉產量比等幅間作分別提高5.9%、17.1%、19.1%，但都低于凈作[11]，本研究結果與此結果一致，帶狀復合種植模式下的玉米產量、穗數、穗粒數及千粒質量均低于玉米凈作。王小春等研究發現，間作玉米產量較凈作增加9.76%，玉米-大豆種植模式下的玉米籽粒產量高于玉米-甘薯種植模式，平均增產11.90%[12]，本研究結果與之不一致，可能是因為當地光溫條件不同，間作套種的作物不同，空間生態位上的優勢不同，即使間作作物共生期長于套作，也導致研究結果不同。本研究使用模式中增加的夏大豆的產量對模式中玉米產量的下降進行補充，從土地當量比來看，不同田間配置處理均高于1.4，凈作玉米為1.0，即凈作需增加140%以上才能達到與文中配置處理同等的籽粒產量，因此，適宜的田間配置能提高耕地復種指數和土地利用效率，比單作有明顯的產量優勢，這與前人的研究結果[9-10，13]一致。

3.2 田間配置下葉面積指數與玉米產量的關系

葉片是玉米的主要同化器官[14]，有效葉面積是玉米高產的關鍵因子之一[15]，各生育期葉面積指數的變化趨勢能夠反映葉片的光合作用和物質積累的情況，與玉米生長相協調的葉面積有助于玉米產量增加[16-19]。不同套作方式下的玉米單株葉面積和 LAI 從出苗到成熟期均呈單峰曲線變化，表現為前期增速緩慢，節間拔節后增速加快，生殖生長階段增至最高值[19-20]。玉米抽穗后進入生殖生長階段，葉面積對產量的影響達顯著水平，本研究結果表明田間配置對前期葉片的生長無顯著影響，對后期葉片的生長有顯著影響，吐絲期至成熟期LAI對產量的形成有顯著影響，LAI增加，產量增加，呈現正相關關系。成熟期葉片失綠，會降低有效葉面積和葉面積指數，光合速率下降，可能因為葉綠體結構和功能成分的降解，無法保持葉片光合活性，然而李麗等研究發現，160 cm+40 cm行距可以延長玉米的生育期和生育后期綠葉維持時間[20]，說明寬窄行有利于增加灌漿期玉米的有效葉面積，延長籽粒灌漿時間和灌漿速率，增加產量[21]，本研究結果與之不符，可能是因為李麗等的試驗地點在四川省，選擇了套作減產率較低的玉米品種（榮玉1210），并且采用育苗移栽的方法種植，與沿江地區氣候和玉米播種方式差異大[20]。

3.3 田間配置下干物質積累量與玉米產量的關系

玉米生育期干物質積累量是反映產量的重要因素[22]。玉米生長后期由營養生長轉為生殖生長，隨著生育進程的推進，玉米莖稈和葉片的干物質輸送與積累量配比漸漸降低，籽粒干物質積累比例不斷增加，成熟期到達峰值[23]。玉米籽粒產量主要來源于生殖生長階段葉片的光合作用生產累積，且籽粒灌漿階段高的光合速率能促進物質積累;玉米吐絲后干物質的積累量占總量的60%以上，對籽粒產量作用最大[24]。胡昌浩等認為，玉米生殖生長階段群體地上生物量與產量呈正相關，達顯著水平[25]。張磊等也認為，玉米成熟期干物質量與產量呈正相關，相關系數為0.02～0.98[26]，本研究中拔節期、抽雄期、吐絲期和成熟期干物質積累量與產量有正相關關系，相關系數在0.89～0.98，這與前人的研究結果[26]大體一致。

合理的田間配置可增加干物質積累量，梁曦彤等發現，種植等行距50 cm和70 cm時能延緩玉米生育末期葉莖鞘的衰老[27]，玉米干物質積累量增多，對籽粒積累作用增大[28]。合理的種植行距能顯著改善玉米植株行間通風透光的生長環境[13]，促進玉米植株的生長發育，獲得更高的生物產量。種植模式對不同品種作物營養器官積累的干物質向籽粒轉運的影響存在差異[20]，套種玉米生育后期有寬行光補償效應，隨著行距的增加，玉米干物質積累量對籽粒的貢獻率呈現先增加后穩定的趨勢[29]。馬心靈等發現，套種玉米比凈作玉米的花后籽粒干物質同化量高，收獲指數也高于凈作玉米[30]，本研究中套種玉米的花后同化物輸入籽粒量和凈作玉米無明顯差異的結果與之不一致，可能是因為播種密度一致，玉米種植均為2行，隨著帶寬的增加，玉米株間競爭增大，干物質積累降低，花后籽粒干物質同化量減少，導致每穗實粒數減少，千粒質量降低，最終產量低于玉米凈作。

4 結論

玉米吐絲后的葉面積指數和干物質積累量與產量呈顯著正相關，帶寬與產量呈顯著負相關，復合種植模式群體土地當量比均高于1.40，最佳田間配置為處理1，即帶寬2.0 m，行比為2 ∶ 2，其土地當量比為1.52，表現出較強的套作優勢，玉米產量為 9 590.16 kg/hm2，大豆產量為1 525.79 kg/hm2，套作模式下的系統產量高于凈作模式，效益顯著。

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