灌水次數(shù)與施氮量互作對(duì)胡麻/玉米帶田作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響

王曉娟，盧 旭，何海軍

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物研究所，蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730070)

胡麻(LinumusitatissimumL.)和玉米(ZeamaysL.)是中國(guó)重要的糧食經(jīng)濟(jì)作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[1-2]。胡麻作為北方地區(qū)重要的油料和經(jīng)濟(jì)作物，在甘肅省種植面積約1.8×105hm2，年產(chǎn)量約1.4×107t[3]。玉米成為中國(guó)第一大糧食作物，甘肅省種植面積占1.01×106hm2，年產(chǎn)量約5.66×106t[4]。近年來(lái)，為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，帶田種植技術(shù)被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)套種和間作相比，帶狀種植具有更好的增產(chǎn)效果。孫輝等[5]研究報(bào)道，帶狀種植既可以保持水土，又可以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分循環(huán)，達(dá)到不施或少施化肥的目的，楊思存等[6]研究發(fā)現(xiàn)，帶田種植系統(tǒng)有利于提高兩種作物的產(chǎn)量，是經(jīng)濟(jì)效益較高的種植模式。胡麻/玉米帶田是中國(guó)西北沿黃灌區(qū)主要的種植模式之一[7]，劉春芳等[8]早在1999年就在寧夏地區(qū)做了胡麻套種玉米優(yōu)化帶行研究。帶田種植系統(tǒng)有利于農(nóng)作物的增產(chǎn)，水分和肥料在植物生長(zhǎng)過(guò)程中也是不可或缺的。迄今為止，有關(guān)水肥對(duì)胡麻和玉米產(chǎn)量的影響已有報(bào)道[9-10]，但水氮互作對(duì)胡麻/玉米帶田產(chǎn)量影響的研究報(bào)道較少。鑒于此，本試驗(yàn)以胡麻/玉米帶田種植模式為主，研究不同水氮配比對(duì)胡麻/玉米帶田產(chǎn)量的影響，以期為胡麻/玉米帶田的高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

于2015年將試驗(yàn)設(shè)置于甘肅省白銀市農(nóng)科所靖遠(yuǎn)河靖坪試驗(yàn)場(chǎng)，海拔1 570 m，≥10 ℃有效積溫3 100 ℃，無(wú)霜期150 d左右。試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分如表1所示。

表1 土壤養(yǎng)分Table 1 Soil nutrient

1.2 試驗(yàn)材料

胡麻品種采用‘隴亞雜1號(hào)’，玉米品種采用‘隴單10號(hào)’。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用的胡麻玉米的帶田結(jié)構(gòu)為帶寬160 cm，其中胡麻種6行，占100 cm，行距20 cm；玉米種2行，行距30 cm，間距15 cm。二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)胡麻不同灌水次數(shù)(每次每hm2澆水80 m3)和施氮量2個(gè)因素：灌水次數(shù)分快速生長(zhǎng)期澆一次水(W1)、快速生長(zhǎng)期和盛花期各澆一次水(W2)、快速生長(zhǎng)期、盛花期和青果期各澆一次水(W3)共3個(gè)水平；施肥量分3個(gè)水平，總量分別為120 kg/hm2(N1)、180 kg/hm2(N2)和240 kg/hm2(N3)，均分基肥(2/3)和快速生長(zhǎng)期追肥(1/3)兩次施入?？焖偕L(zhǎng)期的施肥結(jié)合灌水進(jìn)行。共設(shè)9個(gè)處理，如表2所示。

表2 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)Table 2 Experimental treatment design

各小區(qū)磷、鉀肥的施用量均為P2O5112.5 kg/hm2、K2O 52.5 kg/hm2。磷、鉀肥品種分別為二銨和硫酸鉀，均作為基肥施用。設(shè)3次重復(fù)，每小區(qū)3個(gè)帶，小區(qū)長(zhǎng)5 m，小區(qū)四周打30 cm埂間隔。在玉米的抽雄期結(jié)合第3次澆水追肥尿素300 kg/hm2，試驗(yàn)四周設(shè)保護(hù)區(qū)1 m。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

參考白崗栓等[11]的方法播前測(cè)定土壤30 cm土層的基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、pH；3月31日播種胡麻，4月20日出苗；5月9日播種玉米，6月5日出苗。5月25日澆第一水，同時(shí)追施3個(gè)水平施氮量的1/3尿素，6月30日灌第二水，7月20日灌第三水。胡麻于7月27日收獲，玉米10月8日收獲。胡麻、玉米出苗后調(diào)查基本苗，依照《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范》[12]測(cè)定保苗率；胡麻收獲前調(diào)查總莖數(shù)；記錄各處理胡麻和玉米的生育時(shí)期；胡麻、玉米出苗后，每隔15 d取一次樣(包括根系)，每小區(qū)胡麻取樣10～30株，每小區(qū)玉米取樣5株，采用烘干法[13]測(cè)定干物質(zhì)量，HemiView數(shù)字植物冠層分析儀測(cè)定葉面積指數(shù)[14]。收獲時(shí)按小區(qū)實(shí)收面積計(jì)產(chǎn)。每小區(qū)取胡麻植株樣品20株，在室內(nèi)考種，參考李玥等[2]測(cè)定包括株高、分莖數(shù)、分枝數(shù)、單株蒴果數(shù)、蒴果大小、蒴果種子粒數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量、出籽率、籽粒產(chǎn)量等考種項(xiàng)目。每小區(qū)取玉米植株樣品10株，參考楊蕊菊等[10]測(cè)定包括果穗長(zhǎng)度、穗粗、穗行數(shù)、每穗粒數(shù)、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、禿頂率、出籽率、百粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量等考種項(xiàng)目。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用 Excel 2010和SPSS 19.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、方差分析( LSD 法)、 主成分分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 胡麻/玉米帶田葉面積指數(shù)變化動(dòng)態(tài)分析

2.1.1 胡麻的葉面積 從圖1看出，在整個(gè)生育期，胡麻葉面積指數(shù)表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，從出苗期到盛花期胡麻葉面積上升，青果期下降；不同生育期，胡麻葉面積指數(shù)變化明顯。每個(gè)時(shí)期，隨著灌水次數(shù)和氮肥的增加，胡麻葉面積指數(shù)都有不同程度升高，各時(shí)期 T1處理下胡麻葉面積指數(shù)最小，T9處理下最大，T1和T9間差異顯著(P<0.05)。在同一施氮處理下，胡麻葉面積指數(shù)隨著灌水次數(shù)的增多而升高；在同一灌水處理下，胡麻葉面積指數(shù)隨著施氮量的增加而升高。在盛花期9個(gè)處理胡麻葉面積指數(shù)均達(dá)到最大值，T9(1.86)處理胡麻葉面積指數(shù)最大，其次是T8(1.84)、T6(1.78)和T7(1.78)。

不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，下同 Different lowercase letters indicate significant differences(P<0.05),the same below

2.1.2 玉米的葉面積 如圖2所示，在整個(gè)生育期內(nèi)，玉米葉面積指數(shù)呈先上升后下降的趨勢(shì)，拔節(jié)期到灌漿期上升，蠟熟期下降；不同生育期，玉米葉面積指數(shù)變化明顯。每個(gè)時(shí)期，隨著灌水次數(shù)和氮肥的增加，玉米葉面積指數(shù)都有不同程度升高，各時(shí)期 T1處理下玉米葉面積指數(shù)最小，T9處理下最大，T1和T9差異性顯著(P<0.05)。在同一施氮處理下，玉米葉面積指數(shù)隨著灌水次數(shù)的增多而升高；在同一灌水處理下，玉米葉面積指數(shù)隨著施氮量的增加而升高，在灌漿期，9個(gè)處理玉米葉面積指數(shù)均達(dá)到最大值，T9處理玉米葉面積指數(shù)(4.423)最大，其次是T6(4.345)和T8 (4.336)，3個(gè)處理間差異不顯著(P>0.05)。

2.2 胡麻/玉米帶田的干物質(zhì)量變化動(dòng)態(tài)分析

2.2.1 胡麻的干物質(zhì)量 從圖3看出，在整個(gè)生育期，胡麻干物質(zhì)量隨著水肥的增加呈上升趨勢(shì)。從出苗期-盛花期，胡麻干物質(zhì)量均是在T1處理下最少，T9處理下最多，T1和T9間差異顯著(P<0.05)。青果期，各處理胡麻干物質(zhì)量均達(dá)最大值，T8處理(14.2×103kg/hm2)的胡麻干物質(zhì)量最大，其次是T5(13.2×103kg/hm2)和T9(13.1×103kg/hm2)，T1(8.9×103kg/hm2)胡麻干物質(zhì)量最小，各處理差異顯著(P<0.05)。盛花期，同一氮肥處理下，隨著灌水次數(shù)的增多，胡麻葉面積顯著上升。

2.2.2 玉米的干物質(zhì)質(zhì)量 從圖4看出，整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，玉米干物質(zhì)量隨著水肥的增加呈上升趨勢(shì)。每個(gè)時(shí)期，隨著灌水次數(shù)和氮肥的增加，玉米干物質(zhì)量都有不同程度升高，各時(shí)期 T1處理下玉米干物質(zhì)量最小，T9處理下最大，T1和T9差異顯著(P<0.05)。在蠟熟期，各處理玉米干物質(zhì)量達(dá)最大值，T9處理(34.2×103kg/hm2)最大，其次是T6(33.6×103kg/hm2)和T8(33.2×103kg/hm2)，3個(gè)處理間差異不顯著(P>0.05)。

圖2 不同時(shí)期胡麻/玉米帶田中玉米的葉面積指數(shù)變化Fig.2 Changes of leaf area index of maize in flax/maize intercropping in the different stage

圖3 不同時(shí)期胡麻/玉米帶田中胡麻的干物質(zhì)量變化Fig.3 Changes of dry matter mass of flax in flax/maize intercropping in the different stage

2.3 胡麻/玉米帶田產(chǎn)量構(gòu)成因素主成分分析

2.3.1 胡麻產(chǎn)量構(gòu)成因素 利用 SPSS 19.0 對(duì)表3中胡麻的產(chǎn)量要素進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如表 4所示。

圖4 不同時(shí)期胡麻/玉米帶田中玉米的干物質(zhì)量變化Fig.4 Changes of dry matter mass of maize in flax/maize intercropping in the different stage

表3 胡麻/玉米帶田胡麻產(chǎn)量及產(chǎn)量要素Table 3 Yield and its comporents of flax in flax/maize intercropping

表4 方差分解主成分提取分析Table 4 Variance decomposition main component extraction analysis table

主成分個(gè)數(shù)提取原則為主成分對(duì)應(yīng)的特征值大于 1 的前 m 個(gè)主成分[15]。通過(guò)表 4可知， 提取特征根大于 1 的主成分，提取到前 3 個(gè)主成分，第一主成分、第二主成分和第三主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為49.728%、23.664%、15.593%，前3項(xiàng)主成分貢獻(xiàn)率累計(jì)達(dá)到88.985%。選取3 個(gè)主成分來(lái)反映胡麻產(chǎn)量要素在各主成分上的有效載荷，結(jié)果如表 5 所示。

表5 主成分分析成分矩陣Table 5 Principal component analysis component matrix

由表5可知出籽率、千粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量、單株蒴果數(shù)、株高、分枝數(shù)在第一主成分有較高成分，表明這6個(gè)產(chǎn)量要素的變化對(duì)產(chǎn)量的影響起重要作用；蒴果種子粒數(shù)和株高在第二主成分中有較高成分，表明這2個(gè)產(chǎn)量要素的變化對(duì)產(chǎn)量的影響較大；分莖數(shù)在第三主成分中有較高成分，表明分莖數(shù)的變化對(duì)產(chǎn)量的影響較大，綜合以上數(shù)據(jù)，9個(gè)處理中，所有產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)胡麻產(chǎn)量的影響大小表現(xiàn)為：出籽率>千粒質(zhì)量>單株粒質(zhì)量>單株蒴果數(shù)>分枝數(shù)>蒴果種子粒數(shù)>株高>分莖數(shù)。

2.3.2 玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素主成分分析 利用 SPSS 19.0 對(duì)上表中玉米的產(chǎn)量要素(表6)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如表7所示。

表6 胡麻/玉米帶田玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量要素Table 6 Yields and its components of maize in flax/maize intercropping

表7 方差分解主成分提取分析表Table 7 Variance decomposition main component extraction analysis table

通過(guò)表 7可知， 提取特征根大于 1 的主成分，提取到前 2個(gè)主成分，第一主成分和第二主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為43.107%、26.217%，前兩項(xiàng)主成分貢獻(xiàn)率累計(jì)達(dá)到69.324%。選取兩個(gè)主成分來(lái)反映玉米產(chǎn)量要素在各主成分上的有效載荷，結(jié)果如表 8 所示。

由表8可知株高、穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)在第一主成分有較高成分，表明這5個(gè)產(chǎn)量要素的變化對(duì)產(chǎn)量的影響起重要作用；百粒質(zhì)量和出籽率在第二主成分中有較高成分，表明這2個(gè)產(chǎn)量要素的變化對(duì)產(chǎn)量的影響較大，綜合以上數(shù)據(jù)，9個(gè)處理中，所有產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)玉米產(chǎn)量的影響大小表現(xiàn)為：株高>穗粗>穗長(zhǎng)>穗行數(shù)>行粒數(shù)>百粒質(zhì)量>禿尖長(zhǎng)>出籽率。

2.4 胡麻/玉米帶田產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益分析

從表9來(lái)看，各處理胡麻產(chǎn)量、玉米產(chǎn)量、胡麻/玉米帶田總產(chǎn)量、胡麻產(chǎn)值、玉米產(chǎn)值和胡麻/玉米帶田總產(chǎn)值差異顯著(P<0.05)，T5(1 858.80 kg/hm2)、T6(1 826.86 kg/hm2)和T8(1 788.61 kg/hm2)的胡麻產(chǎn)量居9個(gè)處理的前三位，T9(11 502.35 kg/hm2)、T6(1 826.86 kg/hm2)和T8(1 788.61 kg/hm2)的玉米產(chǎn)量居9個(gè)處理的前三位。T6(31 352.46元/hm2)和T8(31 474.19元/hm2)胡麻/玉米帶田總產(chǎn)值居9個(gè)處理的前二位。

表8 主成分分析成分矩陣Table 8 Principal component analysis component matrix

表9 胡麻/玉米帶田產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益Table 9 Yields and economic benefits in flax/maize intercropping

3 討 論

3.1 不同處理對(duì)胡麻/玉米帶田葉面積指數(shù)的影響

葉面積是植物截獲光能的物質(zhì)載體，合理的葉面積指數(shù)是反映作物群體光合能力的重要指標(biāo)[16]。適宜的葉面積指數(shù)能夠保證光熱資源的有效利用，可以避免作物植株、葉片間的相互遮蔽，創(chuàng)造一個(gè)通風(fēng)透光性良好的群體環(huán)境，有利于光合作用的進(jìn)行和有機(jī)物的合成，進(jìn)而獲得高產(chǎn)[17-18]，在整個(gè)生育期，9個(gè)處理下胡麻/玉米帶田胡麻組和玉米組的葉面積指數(shù)均呈現(xiàn)“單峰”曲線的變化動(dòng)態(tài)，這與王強(qiáng)等[19]、張守林等[20]研究結(jié)論一致。本試驗(yàn)中，每個(gè)時(shí)期胡麻葉面積指數(shù)和玉米葉面積指數(shù)都是在T1(W1N1)處理下最小，T9(W3N3)處理下最大，T9(W1N1)和T1(W3N3)相比灌水次數(shù)增加了2次、施肥量增加了120 kg/hm2，比較T1和T9各時(shí)期胡麻葉面積指數(shù)上升幅度可得知：出苗期(80%)>青果期(54%)>樅形期(47%)>盛花期(26%)>現(xiàn)蕾期(22%)；比較T1和T9各時(shí)期玉米葉面積指數(shù)上升幅度可得知出苗期(25%)>蠟熟期(22%)>拔節(jié)期(10%)>抽雄期(8%)、灌漿期(8%)。這說(shuō)明在出苗期和青果期增加水肥能顯著提高胡麻的葉面積指數(shù)。

3.2 不同處理對(duì)胡麻/玉米帶田干物質(zhì)量的影響

劉偉等[21]研究認(rèn)為，干物質(zhì)量在一定范圍內(nèi)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，籽粒產(chǎn)量隨干物質(zhì)量的增加而增加，即干物質(zhì)量越多，籽粒產(chǎn)量也就越高。在整個(gè)生育期，9個(gè)處理胡麻/玉米帶田的干物質(zhì)量均表現(xiàn)出“直線”上升的變化趨勢(shì)。

在青果期9個(gè)處理胡麻干物質(zhì)量均達(dá)到最高峰，這和閆志利等[22]研究結(jié)果一致。崔紅艷等[9]研究水氮互作對(duì)胡麻干物質(zhì)量及產(chǎn)量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，胡麻的干物質(zhì)量隨著水肥的增多而增加，且氮肥的效應(yīng)強(qiáng)于水的效應(yīng)。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，胡麻干物質(zhì)量隨灌水次數(shù)和施氮量的增加而增加，施氮的效果強(qiáng)于灌水，這和崔紅艷等[9]研究結(jié)論不盡一致，這可能與胡麻品種有關(guān)。在生育后期-青果期T5(13.2×103kg/hm2)>T6(12.2×103kg/hm2)，T8(14.2×103kg/hm2)>T9(13.2×103kg/hm2)，這或許是水肥充足易造成胡麻倒伏，從而導(dǎo)致胡麻干物質(zhì)量下降。

李文娟等[23]研究表明增施氮肥對(duì)胡麻干物質(zhì)量和產(chǎn)量的提高起著重要作用。孫文濤等[1]研究滴灌施肥條件下玉米水、氮及磷的耦合效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)影響玉米產(chǎn)量的主要因素是氮素，其次是灌水和磷素。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)玉米干物質(zhì)量隨著灌水次數(shù)和施氮量的增加而增多，氮肥效應(yīng)強(qiáng)于水分效應(yīng)。

3.3 胡麻/玉米帶田產(chǎn)量因素主成分分析及產(chǎn)量和產(chǎn)值分析

閆志利等[24]研究認(rèn)為提高胡麻百粒質(zhì)量和單株蒴果有利于提高胡麻產(chǎn)量。李玥等[2]研究胡麻產(chǎn)量形成模擬模型發(fā)現(xiàn)單株蒴果數(shù)、蒴果種子粒數(shù)、千粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量對(duì)胡麻產(chǎn)量有著顯著影響。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，9個(gè)處理，所有產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)胡麻產(chǎn)量的影響大小表現(xiàn)為：出籽率>千粒質(zhì)量>單株粒質(zhì)量>單株蒴果數(shù)>分枝數(shù)>蒴果種子粒數(shù)>株高>分莖數(shù)。

楊蕊菊等[10]研究發(fā)現(xiàn)施水量和施氮量與小麥/玉米帶田間作玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素：株高、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量均呈顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，9個(gè)處理中，所有產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)玉米產(chǎn)量的影響大小表現(xiàn)為：株高>穗粗>穗長(zhǎng)>穗行數(shù)>行粒數(shù)>百粒質(zhì)量>禿尖長(zhǎng)>出籽率。

本研究中，胡麻在處理T5(W2N2)、 T6(W3N2)、T8(W2N3)中每hm2產(chǎn)量和產(chǎn)值最高，居9個(gè)處理的前三位，玉米在處理T9(W3N3)、T6(W3N2)和T8(W2N3)的每hm2產(chǎn)量及產(chǎn)值最高，居9個(gè)處理的前三位。處理T6(W3N2)和T8(W2N3)的胡麻/玉米帶田總產(chǎn)值最高。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)不同灌水和施氮量處理的胡麻/玉米帶田的葉面積指數(shù)、干物質(zhì)量、產(chǎn)量要素、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的系統(tǒng)研究，總結(jié)出適宜甘肅白銀的胡麻/玉米帶田灌水量和施氮量模式，T8-二次灌水三水平施氮量和T6-三次灌水二水平施氮量。這2種模式的胡麻/玉米帶田自我調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，能夠?qū)⒍叩膬?yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，將共生期間競(jìng)爭(zhēng)造成的影響降到最低。這2個(gè)模式的胡麻/玉米帶田每hm2總產(chǎn)值分別為T(mén)6(31 352.46元/hm2)、T8(31 474.19元/hm2)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，居9個(gè)處理的前二位。在耕地資源日益短缺的形勢(shì)下，因地制宜地種植帶田，合理灌水施肥，充分利用當(dāng)?shù)氐墓鉄嶙匀毁Y源，能夠大大提高土地的利用率，對(duì)增加農(nóng)民的糧食和收入具有重要作用。