施氮量對生育中期玉米花生單作及間作植株生長發(fā)育的影響

原小燕，符明聯(lián)，張云云，陸建美，王建麗，羅金超，劉 玨

(1. 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，云南 昆明 650205； 2.云南省硯山縣經(jīng)濟作物推廣工作站，云南 硯山663100； 3.德宏州農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，云南 德宏 678400)

間套作利用不同物種在空間分布和養(yǎng)分需求等方面的優(yōu)勢互補，充分利用耕地、勞力、養(yǎng)分、水分、光和熱等資源，提高其利用率，來獲得產(chǎn)量優(yōu)勢，是提高復(fù)種指數(shù)的一種有效途徑[1-4]。玉米花生間作模式是豆科與禾本科間套作體系的一種重要模式，被認為是緩解糧油爭地矛盾的一種重要種植方式，近年來在我國黃淮海地區(qū)、四川、廣東、云貴高原等地迅速發(fā)展[5-6]。

豆科與禾本科間套作體系有共生固氮和氮轉(zhuǎn)移等特點而備受關(guān)注，玉米花生間作體系中，可促進玉米對氮素的吸收[7]，而花生對氮的競爭吸收處于劣勢[8]，間作產(chǎn)量優(yōu)勢隨著施氮量的增加先增加后大幅度減少[9]。許多研究表明，在玉米與其他作物間套作體系中，全田群體高矮相錯，改變了玉米生育后期光能利用率，提高了功能葉片的葉綠素含量和光合速率[10-11]。玉米花生間作體系中，玉米產(chǎn)量的間作優(yōu)勢來源于生育后期功能葉葉綠素含量提高，凈光合速率提高，促進光合物質(zhì)向籽粒分配[12]。

生產(chǎn)實踐中，玉米花生間作體系，普遍存在過量施肥現(xiàn)象，過量施肥非但不能使作物增產(chǎn)，還導(dǎo)致土壤肥力下降[13]，肥料利用率降低[14-16]，甚至對環(huán)境造成污染和危害，本試驗研究了不同施氮量，對玉米花生單作及其間作體系生育中期地上部和地下部營養(yǎng)體及結(jié)實情況的影響，分析不同性狀對施氮量的響應(yīng)規(guī)律，為玉米花生間作體系氮素高產(chǎn)高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年4-7月，在云南省農(nóng)科院昆明尋甸基地進行，海拔1900 m，低維度高原季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.5 ℃，供試土壤為黃壤土，土壤肥力中等。試驗地塊土壤基本理化性狀見表1。

表1 試驗田土壤基本理化性狀

1.2 試驗設(shè)計

供試花生品種為云花生15號，玉米品種為尚玉3899。采用隨機區(qū)組設(shè)計，3個重復(fù)，試驗設(shè)置6個處理(表2)，每個小區(qū)長6.5 m，寬2.0 m，小區(qū)面積13.0 m2。4月23日，玉米、花生同時覆膜播種，花生雙粒播種，玉米單粒播種，本試驗中玉米花生采用2:4間作模式(前期試驗篩選出的最適間作模式)，具體種植規(guī)格見表3。尿素、鈣鎂磷、硫酸鉀均由云天化股份有限公司生產(chǎn)，總N含量46%，有效磷(P2O5)含量18.0%，K2O含量50% ，各處理氮、磷、鉀肥均基施，其中施氮量為三個水平(N0、N1、N2)具體施用量見表2，磷肥各處理用量均按P2O5105 kg/hm2，鉀肥各處理用量均按K2O 100 kg/hm2施用。

表2 因素及水平設(shè)計

表3 不同種植模式具體種植規(guī)格 (m)

1.3 測定項目與方法

于7月3日(播種后70 d，玉米、花生生育中期)，每個小區(qū)分別隨機取10株玉米、花生進行室內(nèi)考種。玉米測定其株高、穗長、穗數(shù)、地上鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、穗質(zhì)量；花生測定株高、側(cè)枝長、總分枝數(shù)、有效分枝數(shù)、總果數(shù)、地上鮮質(zhì)量、根長、根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)、根瘤質(zhì)量、花生鮮果質(zhì)量；每個小區(qū)選取5株植株，測定植株葉片SPAD值(葉綠素含量相對值)，植株全株每片葉測定同一位置，取其平均值作為單株葉綠素含量值，葉綠素測定儀為浙江托普儀器有限公司生產(chǎn)的TYS-B葉綠素測定儀。計算玉米及花生植株根冠比，玉米根冠比是指玉米根系與地上部分鮮質(zhì)量的比值；花生根冠比是花生根系鮮質(zhì)量與地上部分鮮質(zhì)量的比值。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)采用Excel 和DPS數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件進行分析。

(1) 土地當(dāng)量比(land equivalent ratio, LER)常用來評價間套作體系的產(chǎn)量優(yōu)勢[17]：

LER=Yip/Ysp+Yim/Ysm…… (1)

式中，Yip表示花生的間作產(chǎn)量，Ysp表示花生的單作產(chǎn)量，Yim表示玉米的間作產(chǎn)量，Ysm表示玉米的單作產(chǎn)量。當(dāng)LER>1時，說明間作較單作有增產(chǎn)作用，反之，間作較單作減產(chǎn)。

(2) 作物競爭力(aggressivity)指間作體系中一種作物相對于另一種作物對水分、養(yǎng)分等資源的競爭力，是衡量一種作物相對于另一種作物對資源競爭能力大小的指標(biāo)[18]。

Amp= Yim/(Ysm×Pm)-Yip/(Ysp×Pp) … (2)

式中，Amp為玉米相對于花生的資源競爭力，Pp和Pm分別為間作中花生和玉米的占地比例，其余符號意義同式(1)。Amp<0，表明花生競爭力強于玉米；Amp>0，表明玉米競爭力強于花生。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平對間/單作種植模式中玉米花生地上部及結(jié)實的影響

由表4、表5可知，單作條件下，與無氮處理N0相比，N1、N2施氮處理下玉米株高、地上莖稈葉片鮮質(zhì)量、穗質(zhì)量、穗數(shù)顯著增加，N2>N1但未達到顯著水平；單作花生株高、地上鮮質(zhì)量、總果數(shù)、鮮果質(zhì)量顯著增加，側(cè)枝長、總分枝數(shù)增加，但均未達到顯著水平，而N1與N2相比，以上性狀差異均不顯著。表明單作條件下，與無氮處理相比，施氮能顯著促進單作玉米及花生植株營養(yǎng)體及果實的生長發(fā)育，施氮量進一步增加，促進效果不顯著。

由表4可知，總體來看，間作條件下播種后70d，玉米營養(yǎng)體生長包括株高、地上鮮質(zhì)量平均值與單作平均值無明顯差異，而間作穗質(zhì)量平均值顯著高于單作，表明玉米花生間作體系能促進玉米產(chǎn)量的增加；而花生則不同，間作條件下花生營養(yǎng)體生長包括株高、側(cè)枝長、地上鮮質(zhì)量平均值均顯著高于單作，而其鮮果質(zhì)量平均值卻顯著低于單作(表5)，表明玉米花生間作體系中早期，花生營養(yǎng)體生長未受顯著影響，但植株顯著增高，結(jié)實較差。

表4、表5表明間作條件下，施氮量與植株生長發(fā)育的關(guān)系更加復(fù)雜，并未表現(xiàn)隨施氮的增加而增或減。間作條件下，玉米株高、地上部莖稈葉片鮮質(zhì)量均表現(xiàn)為N0>N2>N1，穗長為N0>N1>N2，穗數(shù)為N2>N1=N0，穗質(zhì)量為N1>N2>N0；花生株高、側(cè)枝長表現(xiàn)為N0>N2>N1，總分枝數(shù)、地上鮮質(zhì)量表現(xiàn)為N0>N1>N2，總果數(shù)為N1>N2>N0，鮮果質(zhì)量表現(xiàn)為N2>N1>N0；不同施氮處理下，間作花生株高及側(cè)枝長顯著高于單作。以上數(shù)據(jù)表明，間作條件下，花生植株顯著增高，玉米穗質(zhì)量在N1處理下最高，花生鮮果質(zhì)量在N2處理下最高，玉米花生復(fù)合產(chǎn)量在N1處理下最高(表7)。

表4 不同施氮水平對不同處理玉米地上部的影響

注：同列不同小寫字母表示5%水平差異顯著，下同。

Note: Different small letters in the same column refer to significant difference at 5% probability level. The same below.

表5 不同施氮水平對不同處理花生地上部的影響

2.2 不同施氮水平對單/間作種植模式中玉米花生地下部根系的影響

由表6可知，單作條件下，隨著施氮量的增加，玉米、花生根系鮮質(zhì)量均增加，花生根瘤質(zhì)量則相反?？傮w來看，間作條件下播種后70 d，玉米根鮮質(zhì)量及根冠比平均值略高于單作；花生根鮮質(zhì)量、根長、根冠平均值比略低于單作，但其根瘤質(zhì)量平均值顯著高于單作。以上數(shù)據(jù)表明，玉米花生間作體系，能促進中早期玉米根系及花生根瘤的生長發(fā)育。

間作條件下，玉米根系鮮質(zhì)量及根冠比均為N1處理下最高，花生根系鮮質(zhì)量、根長、根瘤數(shù)、根瘤質(zhì)量及根冠比均表現(xiàn)為在N0處理下最高。以上數(shù)據(jù)表明，氮素能促進中早期單作玉米及花生根系生長；間作條件下，無氮處理花生根系生長各項指標(biāo)最好，而玉米根系在N1處理下最好；無論單作還是間作體系中，氮素均能抑制花生根瘤的生長發(fā)育。

表6 不同施氮水平對不同處理植株地下部的影響

2.3 不同施氮水平下間作系統(tǒng)間作優(yōu)劣勢及作物種間競爭的表現(xiàn)

由表7可以看出，三種不同施氮水平間作模式下，其土地當(dāng)量比 (LER) 均大于1，說明該玉米花生間作模式在不同施氮水平下均具有間作優(yōu)勢，土地利用率提高了78%～115%，LER值表現(xiàn)為N0>N1>N2，無氮處理下LER值最高且顯著高于施氮處理。在三種不同施氮水平間作模式下，玉米相對于花生的資源競爭力均大于0，說明各處理中的花生對資源的競爭力均比玉米弱，玉米是優(yōu)勢作物，其中N2處理下玉米競爭優(yōu)勢最顯著。

表7 不同玉米花生間作模式土地當(dāng)量比和競爭力

圖1 不同處理玉米及花生葉片葉綠素含量Fig.1 Chlorophyll content of maize and peanut leaves under different treatments

2.4 不同施氮水平對單/間作種植模式中玉米花生葉片葉綠素含量的影響

圖1表明，無論單作或間作條件下，隨著氮素的增加玉米及花生葉片葉綠素含量相對值先增加，施氮量進一步增加，葉綠素含量增幅下降或不增略降，間作條件表現(xiàn)更為明顯；與單作相比，間作條件下相同施氮處理，玉米葉片葉綠素含量顯著增加，而花生葉片葉綠素含量顯著下降。

3 結(jié)果與討論

有研究表明[19]：花生施氮處理產(chǎn)量、有效果數(shù)等均顯著高于不施氮處理，施氮量繼續(xù)增加產(chǎn)量降低。在一定范圍內(nèi)，玉米產(chǎn)量隨施氮量增加而增加，施氮量高于165 kg/hm2產(chǎn)量反而有降低的趨勢，過量施氮也并不能增加玉米對氮素的吸收，因而氮素利用率也隨施氮量的增加而降低[20]。單作花生苗期隨著施氮水平的增加，根鮮質(zhì)量、地上部分干質(zhì)量呈增加趨勢[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，單作條件下，玉米株高、地上莖稈葉片鮮質(zhì)量、穗質(zhì)量、根系鮮質(zhì)量，花生株高、地上鮮質(zhì)量、總果數(shù)、鮮果質(zhì)量、根系鮮質(zhì)量均隨著施氮量的增加先顯著增加，施氮量進一步增加增量不顯著，尤其地上部性狀更為顯著， 說明在一定范圍內(nèi)氮素能促進單作玉米及花生植株中早期地上及地下部營養(yǎng)體的生長發(fā)育，隨著氮素增加(N0～N1)植株營養(yǎng)體生物量及果實質(zhì)量均顯著增加，但氮素進一步增加(N1～N2)，植株對氮素的利用率降低，各項指標(biāo)增量不顯著。在本試驗條件下，單作條件N2水平下，玉米、花生生物量、根系及果實質(zhì)量最高。前期研究表明[9]，玉米花生間作體系適當(dāng)?shù)拈g作帶型能促進玉米產(chǎn)量的增加，而由于高桿作物玉米對花生的遮蔭影響，與單作相比，花生產(chǎn)量下降，這與本試驗研究結(jié)果一致。

有研究表明，玉米間作馬鈴薯，間作的根系質(zhì)量密度大于單作[22]。玉米花生間作體系，間作中的玉米干物質(zhì)積累量與單作接近，間作花生干物質(zhì)積累量較單作明顯下降[23]。本研究表明，不同施氮處理(N0、N1、N2)下，間作玉米株高及地上莖稈葉片鮮質(zhì)量與單作無顯著差別，但根系鮮質(zhì)量高于單作，穗質(zhì)量高于單作，其中N1處理下根系及結(jié)實情況最好，表明玉米花生間作體系，生育中早期高稈作物玉米的營養(yǎng)生長與單作無顯著差異，但能促進間作玉米根系生長發(fā)育，是該間作體系獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵，同時適宜的氮肥能促進間作體系玉米根系的生長。在本研究中玉米根系在N1處理下最好，結(jié)實也最好。有研究表明[24]，多年生花生，不同程度遮蔭處理2個月后，隨著遮蔭度的增加，植株株高增加，植株鮮質(zhì)量降低，但相對下降緩慢， 20%遮蔭度時，植株鮮質(zhì)量與全光照下無明顯差異，本研究表明，不同施氮處理(N0、N1、N2)下，間作花生株高及側(cè)枝長顯著高于單作條件下，說明間作條件下，高稈作物玉米隨著株高增加，對花生形成遮蔭，遮蔭引起花生形態(tài)發(fā)生變化，與單作相比植株株高較高，側(cè)枝更長，結(jié)節(jié)伸長，葉柄更長，植株結(jié)構(gòu)較為松散，葉片間重疊減少，有利于植物接收光線。因此生育早中期，高稈玉米對花生的遮蔭持續(xù)時間尚短，且花生植株對遮蔭主動進行形態(tài)適應(yīng)，植株顯著增高，遮蔭對營養(yǎng)體生長影響并不顯著，除N0處理，花生根系發(fā)育營養(yǎng)體較單作差，鮮果質(zhì)量顯著降低。有研究表明，在播種時施用氮肥使花生幼苗的根瘤數(shù)目大量減少[25]。本研究表明，無論單作還是間作體系中，氮素均能抑制花生根瘤的生長發(fā)育。

前期研究表明，玉米花生在不同的間作帶型、不同種植密度及不同施氮、磷水平下均具有間作優(yōu)勢，尤其在低氮、高磷條件下間作優(yōu)勢最顯著[9,26]。本研究表明，三種不同施氮處理下，玉米花生2:4間作均具有間作優(yōu)勢，且低氮條件下間作優(yōu)勢最顯著，這與前期研究結(jié)果一致。在玉米花生間作體系中，高稈作物玉米是優(yōu)勢作物，且隨著施氮量的增加，其競爭力更強。

有研究表明[27]，在不同生育期玉米葉片葉綠素含量隨施氮量的增加而增大，追肥能顯著提高葉片葉綠素含量，葉片SPAD值與葉綠素含量兩者均可以對玉米進行氮素營養(yǎng)的診斷。何承剛研究表明，在同一施氮水平下，間套作小麥旗葉葉綠素含量大于相應(yīng)單作；在相同施氮水平下 ，單作玉米葉綠素含量高于相應(yīng)間套作玉米；單作和間套作玉米孕穗期葉綠素含量與其蛋白質(zhì)含量之間也呈顯著正相關(guān)[28]。 彭建宗在多年生花生出苗后進行遮蔭處理，60 d后測定相關(guān)指標(biāo)，結(jié)果表明遮蔭導(dǎo)致其葉綠素含量的升高，80%的遮蔭度葉綠素含量增加了105%[21]。

本研究表明，無論單作還是間作，玉米及花生葉片葉綠素含量均表現(xiàn)為隨施氮量的增加先大幅增加，后施氮量進一步增加，增幅降低。表明無論單作還是間作，氮素均能促進玉米及花生植株葉綠素含量的增加，施氮量超過一定范圍，葉綠素含量增速降低。播種后70 d，單作玉米葉片葉綠素含量高于相同施氮處理間作玉米，花生則反之，主要因為本試驗相同施氮水平的單/間作處理的單位面積施氮量一致，與單作玉米相比，由于間作體系存在花生對氮肥的競爭性吸收，故間作體系中玉米施氮量更低，而花生在短期遮蔭條件下，表現(xiàn)出與多年生花生相似的適應(yīng)性反應(yīng)，葉綠素含量升高，提高植株在弱光環(huán)境的捕光能力。唐秀梅研究表明，與單作對照相比，花生木薯間作體系，播種90 d后花生葉片的葉綠素含量降低[29]，與本研究結(jié)論不同，可能由于測定時間不同，隨高稈作物遮蔭時間延長，植物雖然表現(xiàn)出各項適應(yīng)性，但對其生長發(fā)育的影響會隨不利因素的延長而加重。