麥豆套作對小麥農(nóng)藝性狀和光合特性的影響

王頌宇，楊繡娟，董澤鵬，薛世通，王愛萍，董 琦

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801）

小麥?zhǔn)亲钪饕募Z食作物之一，種植面積居于栽培谷物的首位[1]。間套作可以減少病蟲害發(fā)生，抑制田間雜草生長，增加土壤肥力，增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性，提高復(fù)合群體總產(chǎn)量，是一種高效利用農(nóng)業(yè)自然資源的集約種植模式[2-7]。間套作系統(tǒng)在改進(jìn)光的群體分布、提升光截獲率以及轉(zhuǎn)化效率方面較單作有較大優(yōu)勢。這可能是因?yàn)殚g套作體系所獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特質(zhì)，間套環(huán)境中2種作物的三維組成營造出立體的田間冠層結(jié)構(gòu)，致使光能的分配模式發(fā)生改變[8]。間套作在很多研究中被證實(shí)既能確保作物的良好生長，又使其互相促進(jìn)、補(bǔ)充，克服或減小共生期矛盾，提高土地、時(shí)間、光能、熱能等利用率[9-11]。TANG等[12]闡述間套作體系高產(chǎn)的主要原因是組成作物對于自然資源需求的不同以及間套作會比分別單作能更好促進(jìn)作物的養(yǎng)分吸收。ZHANG等[13]對玉米—豆類間套作的研究顯示，光的利用競爭對作物的株高、產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著影響。李學(xué)敏[14]研究發(fā)現(xiàn)，小麥辣椒玉米間套作可有效改變農(nóng)田小氣候因子，光合有效輻射明顯高于單作。李增嘉等[15]研究表明，增加對玉米—蔬菜間套作種植方式投入比增加對小麥—夏玉米間套和春玉米單作投入更能獲得高產(chǎn)高效。很多學(xué)者進(jìn)行了禾本科和豆科植物間套作對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量等方面影響的研究，但是關(guān)于小麥和豌豆套作的研究報(bào)道較少。

本試驗(yàn)以小麥單作為對照，研究小麥單作以及小麥與豌豆套作模式對小麥株高、莖粗等農(nóng)藝性狀和光合速率、葉綠素含量等光合特性的影響，以期為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供思路和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試冬小麥品種為長4738，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所提供；供試豌豆品種為晉豌豆3號，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院右玉試驗(yàn)站提供。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山西省晉中市山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站，年平均氣溫一般介于5～10℃，小麥處于三葉期、分蘗期、越冬期時(shí)氣溫持續(xù)降低，最低氣溫為-18℃，小麥處于灌漿成熟期，氣溫上升較快，最高氣溫為34℃。土壤前茬作物為小麥，壤土，耕性和肥力較好，耐旱耐澇，適種性廣。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

冬小麥在2016年9月27日播種，豌豆于2017年3月25日播種。采用盆栽試驗(yàn)，設(shè)小麥單作（MT）和小麥豌豆套作（MD）共8個(gè)處理，如表1所示。

表1 試驗(yàn)處理

1.4 測定指標(biāo)及方法

分別于小麥的孕穗期、抽穗期、灌漿期和成熟期，在8個(gè)處理的各個(gè)小區(qū)中選取5株具有代表性的小麥植株，測定小麥的莖粗、株高、黃綠葉分布和節(jié)間長度。在小麥開花期后的 7，14，21，28，35 d，選取8個(gè)處理的各個(gè)小區(qū)中5株生長發(fā)育態(tài)勢一致的小麥植株，用CI-340便攜式光合儀（CID Bio-Science，Inc.USA）測定小麥旗葉的凈光合速率，測定數(shù)據(jù)應(yīng)選擇晴朗無風(fēng)的天氣，在9：00—11：00進(jìn)行測定。每株重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值，使用SPAD-502葉綠素測定儀，測定小麥旗葉的葉綠素含量，每株重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥豌豆套作對小麥農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 小麥豌豆套作對小麥莖粗的影響 從表2可以看出，各處理組莖粗在小麥孕穗期和抽穗期差異不顯著，在灌漿期和成熟期有顯著差異。其中，在灌漿期M1D2處理顯著高于M2D3處理，在成熟期M1D3，M2D2，M2D3處理顯著高于M1D1處理。結(jié)果表明，小麥豌豆套作M1D3和M2D2處理可以顯著提高小麥莖粗。

2.1.2 小麥豌豆套作對小麥株高的影響 由表3可知，各處理小麥株高在小麥生長后期的4個(gè)時(shí)期中均有顯著差異。其中，在孕穗期M1D3處理顯著高于M1T和M2T處理；在抽穗期，M1D3處理顯著高于M1D1和M1D2處理；在灌漿期，M1D2處理顯著高于 M1D3，M2D3，M1T處理；在成熟期，M1D1，M1D3處理顯著高于M2T處理。結(jié)合4個(gè)生育時(shí)期總體表明，小麥豌豆套作相對小麥單作提高了小麥株高，其中，M1D3處理尤為顯著。

表2 小麥豌豆套作對小麥莖粗的影響 mm

表3 小麥豌豆套作對小麥株高的影響 cm

2.1.3 小麥豌豆套作對小麥黃綠葉分布情況的影響 由圖1可知，4個(gè)時(shí)期中，8個(gè)處理的黃葉均呈現(xiàn)越來越多的趨勢，到成熟期均為黃葉。從孕穗期開始小麥黃葉便多于綠葉，這可能是與小麥的環(huán)境條件有關(guān)。與小麥豌豆套作相比，小麥單作（尤其是M1T處理）在孕穗期、抽穗期和灌漿期的綠葉較多，因?yàn)閺耐寥牢盏臓I養(yǎng)物質(zhì)全部用于小麥生長，而小麥豌豆套作時(shí)豌豆會分得部分營養(yǎng)，在灌漿期M1D1和M2D1處理的綠葉明顯比M1D2，M1D3和M2D2處理綠葉多。說明小麥單作（M1T，M2T）或套作中豌豆播量少的處理（M1D1，M2D1）綠葉在葉片中占比較大，從而有利于制造更多的光合產(chǎn)物。

2.1.4 小麥豌豆套作對小麥節(jié)間長度的影響 穗下節(jié)長與株高相關(guān)密切[16]，一般認(rèn)為穗下節(jié)的長短對植株高矮影響最大[17]。從圖2可以看出，在孕穗期，M1D3，M2D1和M2D2處理的第1節(jié)間較短，穗下節(jié)較長，M1D2處理雖然第1節(jié)間在所有處理中最長，但穗下節(jié)也最長；在抽穗期，M1D3，M2T和M1D2處理的第1節(jié)間長度較短，穗下節(jié)較長；在灌漿期，M1D3和M2D1處理第1節(jié)間較短，穗下節(jié)相對較長；在成熟期，M1D3和M2D3處理的第1，2節(jié)間較短，穗下節(jié)長，尤其是M1D3處理最為明顯。綜合4個(gè)時(shí)期可以得出，套作處理中穗下節(jié)較長，其中，M1D3處理的節(jié)間長度是使小麥長高的最合適比例，同時(shí)也與2.1.2研究小麥株高的結(jié)論相符合。

2.2 小麥豌豆套作對小麥光合特性的影響

2.2.1 小麥豌豆套作對小麥旗葉光合速率的影響

從圖3可以看出，在小麥開花后7～14 d，除了M2T和M2D1處理外，其他處理的旗葉光合速率均呈上升趨勢；在開花后的14～35 d，所有處理的光合速率都持續(xù)下降，在第35天達(dá)到最低點(diǎn)。M2T處理光合速率雖然一直降低，但相對其他處理基本處于較高的水平，M2D3處理在開花第35天光合速率最高，說明小麥單作時(shí)播量較高的處理和小麥豌豆套作以M2D3的播種比例對于小麥籽粒的形成和發(fā)育有利。

2.2.2 小麥豌豆套作對小麥旗葉葉綠素含量的影響 從圖4可以看出，隨著開花時(shí)間的增加，各處理小麥旗葉葉綠素含量都呈逐步下降的趨勢（M1D1和M1D3處理除外），開花后35 d葉綠素含量最低。

在開花后 7～21 d 期間，M2D1，M2D2，M1T及M2T處理的葉綠素含量下降幅度很小，在開花后7～28 d期間，M1D1處理的葉綠素含量下降幅度較小，可能當(dāng)時(shí)的溫度與葉綠素形成的最適溫度相一致，而之后各個(gè)處理葉綠素下降幅度較大，原因可能與高溫不適宜葉綠素形成有關(guān)。

在套作處理中，豌豆播種量少的處理的葉綠素含量明顯比豌豆播種量較多的處理含量高，與前面

2.1.3研究的黃綠葉分布情況在同一時(shí)期結(jié)果一致；單作處理M1T的葉綠素含量在各個(gè)時(shí)期均低于M1D1和M2D1處理，M2T處理在開花后35 d相對于各個(gè)處理葉綠素含量最低。因此，套作處理M1D1和M2D1優(yōu)于單作處理。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

劉興艷[18]在玉米—大豆間作和施氮對玉米產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的研究中，間作玉米的株高比單作玉米的株高低。這與本試驗(yàn)得到的小麥豌豆套作能使小麥莖稈和穗下節(jié)增長的結(jié)論相反，可能是小麥豌豆套作處理中間距比小麥單作間距小，小麥和豌豆之間的競爭增強(qiáng)，促使小麥吸收養(yǎng)分，從而株高較小麥單作時(shí)高；也有可能是根瘤菌對小麥的促進(jìn)作用比對玉米的作用強(qiáng)。其具體的原因還需要進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)中，小麥單作播量高的處理M2T在各個(gè)時(shí)期中光合速率處在較高水平，套作中的M2D3處理在開花后35 d光合速率處于最高，利于小麥籽粒生成。這與王秀領(lǐng)等[19]研究的間作能夠提高玉米光合速率的結(jié)果不太一致。這可能是小麥單作播量高會增加競爭力，爭奪陽光資源，從而增強(qiáng)光合速率。

葉綠素是高等植物進(jìn)行光合作用的一類色素，在光吸收中起重要作用，因而，對小麥旗葉光合強(qiáng)度有直接影響。王倩[20]進(jìn)行了玉米花生間作對玉米光合特性及產(chǎn)量形成的影響研究，結(jié)果表明，間作能將玉米功能葉片內(nèi)的葉綠素含量提升。這與本試驗(yàn)得到的結(jié)論一致。但在本試驗(yàn)的套作處理中，豌豆播種量少的處理（M1D1和M2D1）的葉綠素含量明顯比豌豆播種量較多的處理含量高，套作中豌豆根系可以固定空氣中的氮從而增加土壤中的氮含量，因此，葉綠素含量增多；豌豆含量多的套作處理，2種作物之間的競爭會變大，小麥營養(yǎng)不足提前衰老，使葉綠素含量降低。說明套作能使葉綠素含量升高的最適比例在（6.25∶1）～（7.5∶1）。

本試驗(yàn)是在小麥豌豆套作模式下研究不同套作的處理組合對小麥農(nóng)藝性狀及其光合特性的影響，而對于不同套作處理對小麥的理化指標(biāo)和產(chǎn)量的影響還需進(jìn)一步研究，為田間小麥豌豆套作管理提供參考依據(jù)。

3.2 結(jié)論

本試驗(yàn)研究表明，小麥豌豆套作可以增加小麥莖粗，其中，M1D2和M2D3處理顯著提高小麥莖粗，尤其是在成熟期提高幅度最大；小麥的穗下節(jié)長與小麥株高有一定的正相關(guān)性，結(jié)合小麥株高和各個(gè)節(jié)間長度分析得出，小麥豌豆套作能使小麥莖稈和穗下節(jié)增長，M1D3處理更為顯著；在黃綠葉分布情況方面，套作模式下豌豆比例越大綠葉越少，小麥單作中M1T處理及套作中豌豆比例較少的處理M1D1和M2D1有利于功能葉的形成和維持；小麥單作時(shí)播量較高的處理M2T和套作處理中M2D3的播種比例能夠提高小麥光合速率；套作中M1D1和M2D1處理利于形成葉綠素，增強(qiáng)小麥的光合強(qiáng)度。這些結(jié)果表明，小麥豌豆套作有利于提高小麥生育后期的株高、莖粗、節(jié)間長和葉綠素含量，適宜小麥生長。