玉米馬鈴薯間作系統(tǒng)中玉米的恢復(fù)性生長

張志蘭，范志偉，王永剛，楊圓滿，吳伯志*

(1.云南林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650224；2.昆明學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)系，云南 昆明 650214；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201)

【研究意義】玉米馬鈴薯間作具有顯著的增產(chǎn)優(yōu)勢[1-2]，因此被廣泛應(yīng)用于中國[3]、印度[4]和比利時[5]等全球許多地區(qū)，以中國云南省為例，該間作模式種植面積在近年已達(dá)20萬hm2[6]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】一般情況下玉米馬鈴薯間作的主體是玉米，因此間作增產(chǎn)的幅度主要受玉米產(chǎn)量影響[7]；而玉米產(chǎn)量又受其恢復(fù)性生長的影響?；謴?fù)性生長是指，當(dāng)間作的2種作物種植時間不同時，晚種作物前期受先種作物競爭抑制，生長速度和各項指標(biāo)比單作小，中后期隨著早種作物趨于衰老而在種間競爭中獲利，生長速度大于單作，多數(shù)生育指標(biāo)逐漸趕上單作的現(xiàn)象[8]?！颈狙芯壳腥朦c】在玉米馬鈴薯間作中，馬鈴薯先種植，玉米在1.5～2.0個月后種植，因此其也應(yīng)該存在恢復(fù)性生長；并且，這種恢復(fù)性生長會通過影響主作物玉米產(chǎn)量，而影響間作增產(chǎn)優(yōu)勢大小。至今，尚未有關(guān)于玉米馬鈴薯間作對玉米恢復(fù)性生長影響方面的研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，本項目以4行玉米間作4行馬鈴薯、單作玉米和單作馬鈴薯為研究對象，通過動態(tài)觀測間作玉米與單作玉米的株高、莖粗、葉面積和生物量，對間作玉米是否存在恢復(fù)性生長以及何時開始恢復(fù)性生長進(jìn)行研究，為間作玉米的栽培管理提供參考，以利于更好地發(fā)揮間作增產(chǎn)優(yōu)勢。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗開展時期為2014年4-11月，試驗地設(shè)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，位于102°45′38″E, 25°18′03″N，海拔1 930 m。試驗地的年均溫為14.7 ℃，降雨主要集中在5-9月，常年平均降雨量為960 mm；試驗地土壤的pH值為 5.7，屬為山地紅壤。

1.2 試驗設(shè)計

試驗所用的玉米(ZeamaysL.)和馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)品種分別為‘云瑞88’和‘會-2號’。試驗共有3個處理，分別是單作玉米、單作馬鈴薯、4行玉米間作4行馬鈴薯，每處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組布局，小區(qū)長度和寬度分別是15 和3 m。間作為添加方案[3,9]，間作中玉米的密度與單作相同，均為53 333株/hm2；間作中馬鈴薯的密度小于單作，其中單作馬鈴薯密度為51 948株/hm2，間作馬鈴薯密度分別為37 037株/hm2。株行距單作玉米為25 cm×75 cm，單作馬鈴薯為35 cm×55 cm，間作玉米為20 cm×50(220)cm，間作馬鈴薯為35 cm×40(250)cm。

1.3 種植管理

馬鈴薯在4月7日開溝播種，8月27日收獲；玉米于4月28日先在穴盤中播種育苗，5月20日開溝移栽，10月17日收獲。作物播種時施入底肥，其中馬鈴薯播種時施入普鈣350 kg/hm2、尿素95 kg/hm2和硫酸鉀65 kg/hm2，玉米播種時施入普鈣560 kg/hm2、尿素150 kg/hm2和硫酸鉀100 kg/hm2。玉米在苗期和拔節(jié)期追施尿素，用量分別為120和240 kg/hm2。

1.4 觀測指標(biāo)與方法

生物學(xué)特性：選擇2個區(qū)組，在每個區(qū)組的單作玉米小區(qū)、間作玉米邊1行和邊2行，隨機(jī)選擇8棵樣株，并在玉米移栽后30、45、60、75、90、105、120和150 d觀測各樣株的株高、莖粗和葉面積；株高用鋼卷尺測量葉片拉直后的玉米最大高度[10]，莖粗用游標(biāo)卡尺測量地面自下而上第3莖節(jié)中部的粗度，葉面積用鋼卷尺測量玉米葉片長寬，再按長寬系數(shù)法(葉面積=0.75×長×寬)計算葉面積[11](玉米移栽后150 d未觀測，因為此期玉米葉片已發(fā)黃干枯，無法測量)。

作物產(chǎn)量和生物量：馬鈴薯：在成熟時，于各小區(qū)隨機(jī)選擇16株樣株，整株收獲后，在烘箱105 ℃條件下殺青30 min，再在80 ℃條件下烘干至恒重后稱量[12]，得到單株平均生物量干物質(zhì)重，再將塊莖單獨稱量得到單株產(chǎn)量干物質(zhì)重，結(jié)合作物種植密度，計算各小區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和生物量。玉米：在玉米移栽后30、90和150 d，在單作玉米小區(qū)、間作玉米邊1行和邊2行隨機(jī)選擇8株樣株，整株收獲后烘干[13]，烘干方法同馬鈴薯；鑒于取樣后空缺會對鄰近植株造成影響，所有取樣固定在1個區(qū)組內(nèi)(不同于前述的2個觀測生物學(xué)特性的區(qū)組)，并且間作玉米每次在相應(yīng)小區(qū)的1個帶幅內(nèi)取樣(4行玉米與4行馬鈴薯構(gòu)成1個完整帶幅，小區(qū)長度為15 m，種植了4個完整帶幅)，單作玉米每次在小區(qū)1/4區(qū)域以內(nèi)取樣，取樣后的帶幅和區(qū)域之后不再采集數(shù)據(jù)；在玉米移栽后30和90 d，玉米尚未成熟，僅觀測單株生物量；在玉米移栽后150 d，玉米已成熟，觀測單株生物量后，再測玉米籽粒單株產(chǎn)量，并結(jié)合作物種植密度，計算各小區(qū)玉米產(chǎn)量和生物量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

間作產(chǎn)量優(yōu)勢評估：采用土地當(dāng)量比 (LER, land equivalent ratio)衡量間作增產(chǎn)優(yōu)勢[14]，公式為：

式中，Y表示作物產(chǎn)量或生物量，下標(biāo)m表示玉米，p表示馬鈴薯，s表示單作，i表示間作。LER﹥1說明間作有產(chǎn)量優(yōu)勢。

數(shù)據(jù)分析：所有指標(biāo)均采用SPSS19.0進(jìn)行處理間多重比較。

表1 作物產(chǎn)量及間作土地當(dāng)量比Table 1 Crop yield and LER of intercropping

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P≤0.05，LSD法)，表中產(chǎn)量和生物量為干物質(zhì)重。
Note:Different lowercase letters indicated significant differences among treatments (P≤0.05, LSD tests). Yield and biomass were dry mass weight.

2 結(jié)果與分析

2.1 作物產(chǎn)量和間作增產(chǎn)優(yōu)勢

在收獲作物時，產(chǎn)量和生物量間作玉米與單作玉米無顯著差異，但間作馬鈴薯顯著小于單作馬鈴薯(表1)，這主要是馬鈴薯在間作中的種植密度遠(yuǎn)小于單作，同時也受到玉米的競爭抑制。間作的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物量LER都大于1，說明間作具有增產(chǎn)優(yōu)勢，可以以其為對象進(jìn)行間作玉米恢復(fù)性生長研究。

2.2 玉米株高

單作玉米與間作玉米的株高差距，以及間作玉米邊1行與邊2行的株高差距，在玉米移栽后75 d前呈擴(kuò)大趨勢，而在玉米移栽后75 d后呈縮小趨勢(圖1)。這說明，玉米移栽后75 d內(nèi)，單作玉米的生長速度大于間作玉米，間作玉米邊2行的生長速度大于邊1行；玉米移栽后75 d后，單作玉米的生長速度小于間作玉米，間作玉米邊2行的生長速度小于邊1行。

SM=單作玉米，ICM1=間作玉米邊1行，ICM2=間作玉米邊2行，DAT= day after transplant(玉米移栽后天數(shù))；圖中*表示處理間差異顯著(P≤0.05，LSD法)。下同SM=Sole maize; ICM1=Intercropped maize boundary row; ICM2=Intercropped maize inner row; DAT=Days after transplanting. In figure, * indicated significant differences among treatments (P≤0.05，LSD tests). The same as below圖1 不同觀測期玉米株高Fig.1 The plant height of maize at different observation periods

2.3 玉米莖粗

單作玉米與間作玉米的莖粗差距，以及間作玉米邊1行與邊2行的莖粗差距，玉米移栽后75 d內(nèi)呈擴(kuò)大趨勢，玉米移栽后75 d后呈縮小趨勢(圖2)。這說明，玉米移栽后75 d內(nèi)，單作玉米的生長速度大于間作玉米，間作玉米邊2行的生長速度大于邊1行；玉米移栽后75 d后，單作玉米的生長速度小于間作玉米，間作玉米邊2行的生長速度小于邊1行。

2.4 玉米葉面積

單作玉米與間作玉米的葉面積差距，以及間作邊1行玉米與邊2行玉米的葉面積差距，玉米移栽后75 d內(nèi)呈擴(kuò)大趨勢，玉米移栽后75 d后呈縮小趨勢(圖3)。這說明，玉米移栽后75 d內(nèi)，單作玉米的生長速度大于間作玉米，間作玉米邊2行的生長速度大于邊1行；玉米移栽后75 d后，單作玉米的生長速度小于間作玉米，間作玉米邊2行的生長速度小于邊1行。

圖2 不同觀測期玉米莖粗Fig.2 The stem diameter of maize at different observation periods

圖3 不同觀測期玉米葉面積Fig.3 The leaf area of maize at different observation periods

圖4 不同觀測期玉米生物量Fig.4 The biomass of maize at different observation periods

2.5 玉米生物量

單作玉米與間作玉米的生物量差距，以及間作邊1行玉米與邊2行玉米的生物量差距，玉米移栽后90 d內(nèi)呈擴(kuò)大趨勢，玉米移栽后90 d后呈縮小趨勢(圖4)。這說明，玉米移栽后90 d內(nèi)，單作玉米的生長速度大于間作玉米，間作玉米邊2行的生長速度大于邊1行；玉米移栽后90 d后，單作玉米的生長速度小于間作玉米，間作玉米邊2行的生長速度小于邊1行。此處有兩方面值得說明。其一，三者即單作玉米、間作玉米邊1行和邊2行的生物量差異，在玉米移栽后90 d顯著，而在玉米移栽后150 d不顯著，說明在生物量這一衡量作物生產(chǎn)力最重要的指標(biāo)上，間作玉米已趕上單作玉米。其二，在玉米移栽后150 d，三者的生物量差異不顯著，而株高、莖粗和葉面積差異卻顯著，分析是因為玉米移栽后150 d之前一段時期屬于作物生殖生長期，作物的株高、莖粗和葉面積在生殖生長期趨于穩(wěn)定，變化較小[15]，因此玉米移栽后150 d時三者的這些指標(biāo)仍保持營養(yǎng)生長期的差異顯著狀態(tài)；而作物的生物量在生殖生長期仍會變化，因此三者的生物量由玉米移栽后90 d的差異顯著變?yōu)橛衩滓圃院?50 d的差異不顯著。

3 討 論

從玉米株高、莖粗和葉面積研究數(shù)據(jù)，在玉米移栽后75 d內(nèi)單作玉米的生長速度大于間作玉米，玉米移栽后75 d后則小于間作玉米；同時，生物量數(shù)據(jù)表明，單作玉米的生長速度在玉米移栽后90 d內(nèi)大于間作玉米，玉米移栽后90 d后則小于間作玉米。分析原因：玉米移栽后75 d內(nèi)，由于馬鈴薯播種時間比玉米早，其植株總體大于玉米，間作馬鈴薯對間作玉米形成了競爭抑制；玉米移栽后75 d后，馬鈴薯趨于成熟，莖葉逐漸變黃凋萎，其植株總體小于玉米，間作玉米在種間競爭中獲利。當(dāng)然，之所以生物量數(shù)據(jù)反映的單作玉米與間作玉米生長速度對比轉(zhuǎn)折點不是玉米移栽后75 d，而是玉米移栽后90 d，是因為玉米移栽后75 d沒有觀測生物量。以上分析說明，在玉米馬鈴薯間作中，玉米表現(xiàn)了恢復(fù)性生長，且恢復(fù)時期開始于玉米移栽后75 d左右。

間作玉米恢復(fù)性生長開始時期的確定，可以指導(dǎo)生產(chǎn)實踐同期采取與間作玉米恢復(fù)性生長相適應(yīng)的栽培管理措施，有利于玉米產(chǎn)量提高。例如，在間作玉米恢復(fù)性生長的開始時期，追施玉米生長所需要的各種肥料，有利于提高玉米產(chǎn)量。玉米是玉米馬鈴薯間作的主作物，所以，玉米產(chǎn)量的提高有利于間作增產(chǎn)優(yōu)勢的提高。因此，間作玉米恢復(fù)性生長開始時期的確定，有利于通過提高間作玉米產(chǎn)量而提高間作增產(chǎn)優(yōu)勢。

然而，由于間作玉米恢復(fù)性生長的開始時期會受田間環(huán)境、栽培方法和作物播種時間等諸多因素的影響，所以本研究所發(fā)現(xiàn)的間作玉米恢復(fù)性生長開始時期，可能并不普適于生產(chǎn)實踐。盡管在生產(chǎn)實踐中，可以與本研究一樣，通過比較單作玉米與間作玉米的株高、莖粗和葉面積差距的趨勢變化，確定間作玉米恢復(fù)性生長開始時期，即兩者差距開始縮小時期為間作玉米恢復(fù)性生長的開始時期。但是，在普遍采用間作的地區(qū)，單作較少種植。因此，在生產(chǎn)實踐中如何確定間作玉米恢復(fù)性生長的開始時期便成了值得關(guān)注的問題。

研究發(fā)現(xiàn)，間作玉米邊1行與邊2行的生長速度對比趨勢，與間作玉米和單作玉米生長速度對比趨勢一致。即玉米移栽后75 d內(nèi)，單作玉米生長速度大于間作玉米時，間作玉米邊2行的生長速度也大于邊1行，玉米移栽后75 d后，單作玉米生長速度較小時，間作玉米邊2行生長速度也較小。這主要是，在玉米移栽后75 d內(nèi)，間作玉米受間作馬鈴薯的競爭抑制時，間作玉米邊1行距離間作馬鈴薯更近，受到間作馬鈴薯的競爭抑制更大；玉米移栽后75 d后，間作玉米在種間競爭中獲利時，間作玉米邊1行距離間作馬鈴薯更近，所獲得的競爭優(yōu)勢更大。由于間作玉米邊1行與邊2行的生長速度對比趨勢與間作玉米和單作玉米生長速度對比趨勢一致，因此，在生產(chǎn)實踐中，可以通過觀測間作玉米邊1行與邊2行各指標(biāo)差距的動態(tài)變化來確定間作玉米恢復(fù)性生長的開始時期，即兩者差距開始縮小時期為間作玉米恢復(fù)性生長的開始時期。

4 結(jié) 論

玉米馬鈴薯間作中，玉米表現(xiàn)了恢復(fù)性生長，其開始時期與4行玉米間作4行馬鈴薯的玉米邊1行與邊2行的株高、莖粗和葉面積差距由擴(kuò)大趨勢變?yōu)榭s小趨勢的時期一致，這一時期的確定有利于間作增產(chǎn)優(yōu)勢的提高。

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