不同玉米花生間作模式對飽果期花生冠層微環境及光合特性的影響

張昆，萬勇善，劉風珍，張秀榮

（山東農業大學農學院／作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018）

玉米是我國三大主要糧食作物之一，2019年我國種植面積4 128.4萬hm2，總產26 077萬t［1］，發展玉米生產對保障糧食安全意義重大。花生是我國重要的油料作物和經濟作物，2018年我國種植面積461.97萬hm2，總產1 733.20萬t［1］，大力發展花生生產對保障我國食用油料安全具有重要的戰略意義［2］。在我國糧食安全、油脂安全日趨嚴峻的新形勢下，糧油爭地矛盾將長期持續存在。

玉米花生間作是一種豆科作物與禾本科作物間作的傳統模式［3，4］。研究玉米花生間作的特點，挖掘其糧油雙增產的生產潛力對于解決糧油爭地矛盾具有重要的現實意義。間、套作是否增產，學者們看法不一［5－8］。間作的產量效應與復合群體內的微氣象變化有關［9］。合理的間作復合群體結構，改善了高位作物田間小氣候，提高其產量，但是多數矮位作物卻處于劣勢而導致產量降低［10］。

飽果期是花生產量形成最關鍵的時期，形成的產量約占總產量的40%～60%［11］。但目前關于玉米花生間作體系對低位作物花生飽果期的冠層微環境影響規律及其對花生光合特性和莢果產量的影響尚不明確。本試驗以玉米品種津北288、花生品種山花9號為材料，設置不同玉米花生行比間作模式，研究其對花生飽果期冠層微環境、葉片光合特性及系統產量的影響，以探索一種穩糧基礎上更好促進花生微環境改善和綜合效益最大化的玉米花生間作配置模式，為實現糧油雙增產提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019、2020年在山東農業大學岱岳試驗基地（泰安）進行。供試玉米品種為津北288，花生品種為山花9號。試驗地為壤土，其耕層土壤有機質含量為1.21%、堿解氮71.73 mg／kg、速效磷13.42 mg／kg和速效鉀90.20 mg／kg。

1.2 試驗設計與田間管理

試驗共設6種種植模式：玉米單作（SM）、花生單作（SP）、玉米‖花生2∶4模式（M2P4，簡稱2∶4模式）、玉米‖花生3∶4模式（M3P4，簡稱3∶4模式）、玉米‖花生2∶6模式（M2P6，簡稱2∶6模式）、玉米‖花生3∶6模式（M3P6，簡稱3∶6模式）。隨機區組設計，每種種植模式重復3次。間作小區面積為3個種植帶寬×7.6 m。花生起壟覆膜種植，壟寬90 cm，壟上種植2行花生，行距不小于30 cm，穴距17 cm，每穴2粒。玉米單作行距60 cm，株距27.8 cm；玉米間作行距40 cm，株距20 cm。玉米、花生均為南北行種植。

2019年玉米、花生播種期均為6月15日，收獲期均為10月8日。2020年玉米、花生播種期均為6月16日，收獲期均為10月7日。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 冠層透光率 用Sun Scan植物冠層分析儀于花生飽果期選擇晴天10∶00—12∶00進行PAR的測定。每次均采用往返觀測法。測定時，利用移動LI－1400探桿，記錄探桿上PAR傳感器的瞬時PPFD（PAR量子通量）。透光率＝I／Io。式中I為花生冠層底部的輻射強度，Io為花生冠層頂部的輻射強度。

1.3.2 冠層溫度和濕度 采用NK4000手持氣象站于花生飽果期選擇10∶00—12∶00測定冠層溫度和濕度。每個處理采用往返測定，重復3次，其平均值作為該處理冠層溫度和濕度的觀測值。

1.3.3 冠層內部CO2濃度 采用GXH－305型紅外線CO2分析儀（北京分析儀器廠），于花生飽果期選擇10∶00—12∶00測定群體冠層的CO2濃度。

1.3.4 相對葉綠素含量 采用便攜式手持儀ModelCL－01于飽果期測定主莖倒三葉的相對葉綠素含量（SPAD值）。每小區測15片葉，取其平均值作為該處理的相對葉綠素含量。

1.3.5 凈光合速率 采用便攜式光合儀CIRAS－3于飽果期選擇晴天10∶00—12∶00進行凈光合速率的測定。測定時選擇主莖倒三葉，每小區測15片葉，取其平均值作為該處理的凈光合速率。

1.3.6 產量 各小區花生收獲13.34 m2莢果，曬干后稱重并計產。玉米單作每小區收獲9 m2內所有雌穗，風干脫粒后測產。間作玉米每小區收獲9 m2所有雌穗計產。

1.3.7 土地當量比 計算公式：LER＝（Yic／Ydc）＋（Yip／Ydp）。式中，Yic和Ydc分別表示間作玉米和單作玉米產量，Yip和Ydp分別表示間作花生和單作花生產量。LER＞1為間作優勢，LER＜1為間作劣勢［12，13］。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05軟件對數據進行統計分析，用最小顯著差異法（LSD）進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 間作模式對花生冠層透光率的影響

由圖1可以看出，不同玉米花生間作模式對飽果期花生冠層的透光率影響顯著。間作花生的冠層透光率顯著高于單作花生。玉米‖花生2∶4模式、3∶4模式的花生冠層透光率均高于2∶6模式、3∶6模式，且2∶4模式與其達到顯著水平，而2∶4模式與3∶4模式、2∶6模式與3∶6模式的花生冠層透光率差異均不顯著。這可能是因為間作模式下玉米遮陰影響了花生葉片的生長，玉米占比越大花生葉面積越小，花生冠層透光率越大。

2.2 間作模式對花生冠層溫度的影響

由圖2可以看出，與單作花生相比，不同玉米花生間作模式大多顯著降低花生冠層的溫度，2019年4種間作模式的降幅為2.08%～7.16%，2020年降幅為4.55%～8.39%。兩年均為玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式。6行花生模式的冠層溫度高于4行花生模式，且3∶6模式顯著高于3∶4模式，2∶4模式顯著高于3∶4模式，但2∶6模式與3∶6模式的花生冠層溫度差異均不顯著。

圖2 不同間作模式對花生冠層溫度的影響

2.3 間作模式對花生冠層濕度的影響

由圖3可以看出，與單作花生相比，玉米花生間作可提高花生冠層的濕度。兩年均為玉米‖花生3∶4模式＞2∶4模式＞3∶6模式＞2∶6模式。但兩年處理間差異大多不顯著。

圖3 不同間作模式對花生冠層濕度的影響

2.4 間作模式對花生冠層CO2濃度的影響

由圖4可以看出，與單作花生相比，除2∶6模式外，兩年間4種玉米花生間作模式均顯著降低花生冠層的CO2濃度，2019年降幅為1.47%～3.89%，2020年降幅為2.24%～5.61%。兩年均為玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式。6行花生間作模式冠層CO2濃度均高于4行花生間作模式，但玉米‖花生2∶4模式與3∶4模式、2∶6模式與3∶6模式的花生冠層CO2濃度差異均不顯著。

圖4 不同間作模式對花生冠層CO2濃度的影響

2.5 間作模式對花生葉片相對葉綠素含量的影響

由圖5可以看出，與單作花生相比，兩年間4種玉米花生間作模式均顯著降低花生功能葉的葉綠素含量，2019年降幅為5.99%～17.23%，2020年降幅為5.82%～13.09%。兩年花生葉片的葉綠素含量均為玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式，處理間差異大多達顯著水平。

圖5 不同間作模式對花生葉片相對葉綠素含量的影響

2.6 間作模式對花生葉片凈光合速率的影響

由圖6可以看出，與單作花生相比，兩年間4種玉米花生間作模式均顯著降低花生功能葉的凈光合速率，2019年降幅為8.94%～25.20%，2020年降幅為11.24%～27.91%。兩年花生功能葉的凈光合速率均為玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式，處理間差異均達顯著水平。

圖6 不同間作模式對花生葉片凈光合速率（Pn）的影響

2.7 不同間作模式下的系統產量和土地當量比

由表1可以看出，間作中以玉米‖花生3∶4模式的玉米產量最高，2∶6模式的玉米產量最低；但2∶6模式的花生產量最高，2∶4模式的花生產量最低，處理間差異均達顯著水平。相同花生行數條件下，以2行玉米間作的花生產量較高；相同玉米行數條件下，以間作6行花生的產量較高。

表1 不同間作模式下的系統產量和土地當量比

玉米‖花生2∶6模式、3∶6模式兩年土地當量比均大于1，以3∶6模式最大，2019年和2020年分別達1.11和1.12。本試驗條件下，玉米‖花生3∶6模式獲得最高的系統總產量和最大的土地當量比。

3 討論

間作可以改善高稈作物的通風透光條件，對矮稈作物則造成較大的遮陰影響［14］。已有研究表明，玉米花生間作改變作物原本的透光能力，較單作改變高位作物和低位作物對光的吸收利用能力，使光合特性發生改變［15－18］。馬連坤等［19］對小麥與蠶豆的間作研究表明，間作較蠶豆單作冠層溫度和冠層濕度有所增加。王兆祎［20］研究表明，花生棉花間作模式的冠層溫度較花生單作減少4.35%，冠層濕度增加3.73%。韓全輝［8］、楊萌珂［18］等研究表明，玉米花生間作，其生育后期花生葉片的凈光合速率急速下降。冠層微環境的改變會顯著影響花生莢果產量［21］。本研究表明，與單作花生相比，玉米花生間作顯著增加花生冠層透光率，其中玉米‖花生2∶4模式的最高；間作顯著降低花生冠層溫度和CO2濃度，其中玉米‖花生3∶4模式的最低，玉米‖花生2∶6模式的最高。玉米花生間作顯著降低花生功能葉的葉綠素含量和凈光合速率，其中玉米‖花生2∶6模式的兩指標最高。

在玉米花生間作系統中，一般是兩種作物都減產，只有當土地當量比大于1時，間作系統才被認為具有增產效應［22］。本試驗結果表明，間作玉米、花生較單作產量均降低，玉米‖花生2∶4模式、3∶4模式兩年土地當量比均低于1，無間作優勢；2∶6模式、3∶6模式兩年土地當量比均大于1，兩年的土地當量比達1.09～1.12，表現出明顯的間作優勢。

4 結論

綜合本研究結果看出，玉米花生間作顯著增加花生冠層透光率，顯著降低花生冠層溫度和CO2濃度，顯著降低花生功能葉葉綠素含量和凈光合速率，但玉米‖花生2∶6模式、3∶6模式下花生葉片仍能保持較高的光合能力，土地當量比大于1，表現出明顯的間作優勢。本試驗條件下，玉米‖花生3∶6模式是一種較為理想的間作模式，有助于穩糧增油生產。