間作種植模式對玉米和大豆干物質積累與產量影響分析

汪宏偉，杜勇芝

（第四儲備資產管理局，山東 青島 266000）

間作種植是一種在同一塊土地上，根據不同作物生存環境需要，科學種植兩種及以上作物的種植活動，已經成為了提升農業生產質量和種植戶經濟效益的有效方式。現階段，將間作種植模式應用到玉米與大豆的種植活動中，可以有效提高土地的利用率，為植物增產提供有效支持。

相較于傳統單作種植方式，間作種植作是一種可以充分利用耕地資源，實現土地、陽光、水分、營養等資源在空間、時間上集約性利用的種植方式?，F階段，較常見的間作方式包括玉米與大豆、玉米與花生、小麥與玉米、小麥與鷹嘴豆、小麥與棉花等。這些作物間作方式的應用在一定程度上提升了農作物的總產量，不僅可以提升種植戶的經濟效益，還可以提高我國糧食生產水平與農產品生產的穩定性，為當前社會經濟穩定、可持續發展打下堅實的基礎[1]。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

受城市化進程不斷加快、工業化進程發展迅速的影響，我國農業耕地面積不斷縮小。為保證糧食安全，間作種植模式作為一種較為安全、穩定的作物種植模式，受到了人們的廣泛關注。在此過程中，玉米與大豆的間作模式是當前我國北方地區較為常見的一種作物間作模式。為切實了解間作種植模式的效果，相關工作人員于2017—2018 年進行了玉米與大豆間作種植試驗。試驗農田土壤為潮土，地面向下到65 cm 處的土壤主要為壤質黏土，之后75 cm 的土壤土質主要為沙壤土。在間作種植前，采用測土配方法對土壤的肥力進行檢測，每1 kg 試驗田耕層土壤中含有9.8 g 有機質、0.78 g 全氮、56.4 mg 堿解氮、10.5 mg 速效磷、52.6 mg 速效鉀。

在試驗過程中，選擇的玉米品種為鄭單958、大豆品種為豫豆22。為切實了解間作種植模式的效果，將試驗農田劃分成了4 種。第一種和第二種均為單作模式，第一種為單作玉米（SM），玉米的行距約為50 cm，株距約為30 cm；第二種為單作大豆（SSB），在種植過程中，大豆的行距約為30 cm，穴距約為20 cm。第三種和第四種均為玉米與大豆間作，第三種間作采用的種植方式為種1 行玉米，種3 行大豆（I1）；第四種間作采用的種植方式為種兩行玉米，種3 行大豆（I2）。兩種間作的玉米與大豆間行間距為30 cm，玉米行距為30 cm、株距為30 cm，大豆行距為30 cm，穴距為20 cm。在試驗過程中，每種模式用4 塊6 m×10 m 的試驗田進行種植，并且兩年間大豆與玉米的播種時間相同，均在當年4 月[2]。

在播種玉米與大豆前，對試驗區域進行翻耕處理，撒施肥料。在播種玉米與大豆前，控制翻耕深度約30 cm，并為每個試驗田撒播施0.4 kg 純氮、1.0 kg 磷與0.8 kg 鉀肥。在作物拔節期，為每個試驗田施加2 kg 尿素。在本次試驗過程中，作物種植方向為南北向，在作物生長過程中，充分供水、人工除草，保證作物管理能夠滿足玉米與大豆正常生長要求。

1.2 測定項目

在玉米與大豆間作種植試驗過程中，為切實了解不同種植狀態下作物的生長情況，可以定期對作物的葉面積、地上部分生物量、產量及組成、土地當量比等信息進行數據測量，便于更好地了解作物的生長情況。

1.2.1 葉面積

在作物生育期間，每隔7 d 用量測法測量一次各試驗田內作物的葉面積，然后計算全田的面積對單作與間作作物的葉面積指數（LAI）。在測量過程中，單作試驗田內可以選取5 株作物作為測量樣本；在間作試驗田內需要各選取5 株玉米與大豆作為樣本。

1.2.2 地上部分生物量

在作物生育期間，每隔7 d 測定一次作物地上部分的生物量。在測量過程中，單作試驗田內可選取5 株作物作為測量樣本，在間作試驗田內需要各選取5 株玉米與大豆作為樣本。同時，為進一步提升測量的準確性，在測量玉米樣本的地上部分生物量時，可以將樣本分解為葉片、莖稈、葉鞘、苞葉、穗軸、籽粒。在測量大豆樣本地上部分生物量時，可將樣本分解為葉片、莖稈、葉柄與豆莢。同時，為進一步提升測量工作的可靠性，可以先將采集的新鮮樣品放在105 ℃的環境下進行1 h 的殺青處理，然后再將溫度調至80 ℃，烘干樣本，并對其進行稱重處理[3]。

1.2.3 產量及組成

在作物成熟后，可以在單作試驗田內取中間5 行測量作物的產量，在間作小區內取中間部分的條帶測量作物產量。在測量玉米與大豆作物產量時，可以記錄玉米與大豆籽粒含水量為14%時的重量。在收獲時，可以在單作試驗區內取10 株作物對其進行考種處理，在間作試驗區分別選取10 株玉米與大豆進行考種處理，記錄每株大豆的大豆莢以及每個豆莢內豆粒的數量、每株玉米的玉米穗數以及每穗玉米的穗長、穗粒數。

1.2.4 土地當量比

計算土地當量比計算方式見式（1）。

式中：LER 指土地的當量比；YSBI指間作條件下大豆的籽粒量，單位為kg/hm2；YSBS指單作條件下大豆的籽粒量，單位為kg/hm2；YMI指間作條件下玉米的籽粒量，單位為kg/hm2；YMS指單作條件下玉米的籽粒量，單位為kg/hm2。

1.3 數據統計分析

在完成上述數據信息的獲取記錄工作后，用SPSS 13.0 對數據信息進行LSD 單因素方差分析，并將分析結果用MATLAB 7.0 軟件進行曲線擬合處理。

2 結果和討論

玉米與大豆作為典型的禾本科與豆本科植物，在當前的農業生產過程中，采用間作種植模式，可以有效提高土地的復種指數，提升農田生態系統的穩定性，促進作物的光合作用，抑制雜草生長，為后續作物的健康生長與作物種植效益提高提供有效支持?，F階段，為切實了解如何種植才能使間作作物的產量達到最大值，需要對不同種植模式下作物的各項數據進行分析。

2.1 葉面積指數

對生育期下4 種種植方式的作物葉面積指數變化情況進行調查分析可知，在作物播種后80 d 左右，單作玉米的LAI 為3.69，單作大豆的LAI 為6.02，玉米與大豆的LAI 均達到了最大值；I1玉米的LAI 比單作玉米低，I2玉米與單作玉米間的LAI 差值在0.5 以內，而I1與I2大豆的LAI 都比單作大豆低；兩年間的葉面積指數變化情況相似。

2.2 地上部分干物質積累

在播種80 d 前，不同種植方式下的玉米干物質量并不存在明顯差別。在播種80 d 后，I1、I2模式下的玉米干物質量比單作玉米的干物質量高，并且兩者間的差值較為明顯，但兩種間作模式下的玉米干物質量間的差值并不大，并且此時地上部分的玉米干物質量沒有達到極顯著水平。在作物生育期內，在不同種植模式下的大豆干物質量并沒有出現明顯差別。

分析不同種植模式下玉米、大豆單株干物質積累情況動態可以發現，作物干物質積累動態變化曲線形狀接近“S”形，可以用Logistic 方程對其進行擬合處理，具體計算如公式（2）所示。

式中：DM指干物質的重量，DAS 指作物播種后的天數，a 指可能達到的最大干物質重，b 指擬合參數其中，c 指順式增長速率。

可以用MATLAB 軟件的曲線擬合工具箱對數據信息進行擬合處理，然后對擬合結果進行分析，可以了解到玉米與大豆的干物質量積累模型參數在0.99 以上，相關性達到了極顯著水平[4]。

2.3 植物器官干物質積累

在作物種植過程中，干物質積累分配情況與作物最終的經濟效益間存在直接聯系。為切實提升作物產量，對植物器官干物質積累動態進行分析。在本次試驗過程中，間作種植模式下玉米與大豆的生長環境較單作種植模式發生了極大變化，使間作種植模式下作物的干物質積累、同化情況與單作種植模式也出現了一定的差別。在作物生長過程中，受邊際效益的影響，間作種植模式下作物的干物質積累分配情況與單作種植模式間存在一定差別，即在I1模式下，間作玉米各器官的干物積累量最大，I2模式下，間作玉米各器官干物質積累量位列第二，單作玉米各器官干物質積累量最小。在不同種植條件下，大豆各器官干物質積累量差距較小，除了籽粒、豆莢外，大豆各器官干物質積累量動態變化情況均呈現出單峰曲線的狀態，并且不同器官的干物質積累量高峰出現時間之間存在一定差別。利用Logistic 方程對玉米莖稈、葉片干物質積累情況進行擬合，用二次曲線對玉米葉鞘、苞葉、穗軸干物質積累動態進行擬合，利用線性方程對玉米籽粒干物質積累過程進行擬合，擬合方程參數如表1、表2、表3 所示。

表1 不同種植模式下玉米各器官干物質積累Logistic 方程

表2 不同種植模式下玉米各器官干物質積累二次曲線DM=a+b×DAS+c×DAS2

表3 不同種植模式下玉米各器官干物質積累線性方程DM=a+b×DAS

2.4 作物器官干物質運轉

對作物生長規律進行分析可以了解到，莖稈、葉片等器官可以向作物籽粒提供光合作用的產物，這些器官中的干物質積累量達到最大后，會在不同階段將自身因光合作用產生的營養物質轉移到籽粒中。對于玉米來說，在物質轉換分配時，間作種植模式下，作物的營養物質移動量最大，轉化率較高；而對于大豆來說，單作種植模式下大豆各器官干物質轉移效率要比間作種植模式更高。在不同模式下，除了苞葉轉換率I1（5.77%）＞SM（2.53%）＞I2（2.82%）外，玉米的其他器官轉換率都為I1＞I2＞SM，玉米葉片I1、I2、SM 的轉換率分別為4.98%、3.32%、2.59%，莖稈I1、I2、SM的轉換率分別為4.39%、2.95%、2.75%，葉鞘I1、I2、SM的轉換率分別為3.91%、3.55%、2.30%，苞葉I1、I2、SM的轉換率分別為5.77%、2.53%、2.82%。在不同模式下，大豆的各器官轉換率都為SSB＞I1＞I2，具體來說，大豆葉片SSB、I1、I2、的轉換率分別為19.06%、14.74%、11.45%，莖稈SSB、I1、I2的轉換率分別為11.72%、11.48%、9.76%，葉柄SSB、I1、I2的轉換率分別為8.55%、6.28%、5.87%。

2.5 產量及產量組成因素

相較于單種作物，間種模式下玉米、大豆的群體內作物高度相間分布，使得農田內平面受光狀態發生了一定改變，給作物光合作用的順利進行創造了條件，同時為提升作物產量以及改變產量組成創造了環境條件。分析數據可知，在I1、I2、模式下大豆的株高比單作模式下更高，但兩者間差異并不明顯，同時單作大豆的豆莢粒數與百粒重比間作模式下更高，但不同種植模式下豆莢粒數與百粒重之間的差距沒有達到顯著水平。在I1、I2、模式下玉米的株高、穗長、穗行數都比單作玉米更大，但不同種植模式下這些數據之間的差異也沒有達到顯著水平，玉米的百粒重并不存在顯著差異。在單作條件下，玉米的籽粒產量最高；在玉米與大豆間作情況下，玉米的實際播種面積較單作條件下較小，播種密度下降，使玉米的籽粒產量隨之下降。在間作環境下，大豆的籽粒產量也有所下降，但玉米與大豆的總籽粒產量比單作條件下更高。

3 結論

首先，對單作種植與間作種植模式進行比較后可以發現，不同種植模式下作物的生長環境發生了一定的變化，受各種因素的影響，間作種植模式下玉米地上部分干物質積累量、分配情況和單作種植模式下玉米地上部分物質積累量、分配情況間存在著顯著的差異，但不同種植模式下的大豆干物質量間的差別則比較小。其次，在生長過程中，玉米與大豆的干物質積累過程呈“S”形，利用Logistic 方程分析不同種植條件下的玉米、大豆單株干物質積累動態可以發現，其相關性都達到了極顯著水平（P＜0.01）。再次，分析干物質轉移與分配情況可以發現，間作模式下玉米干物質移動量更大、移動速度更快，但單作情況下大豆各器官干物質轉移速率比間作模式下更快。