玉米-花生間作行比與磷肥施用對(duì)玉米干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響

胡莎莎， 王 飛， 李亞輝， 孔 樂， 尹 飛， 劉 領(lǐng)， 付國占， 焦念元

(河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 河南 洛陽 471003)

合理的間套作能夠優(yōu)化水、肥、氣、熱等資源的利用，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)、高效[1-4]。在華北平原地區(qū)，玉米-花生間作是一種較為常見的豆禾作物間作方式，在解決糧油爭地和提高作物經(jīng)濟(jì)效益方面起著重要作用。研究表明，玉米-花生間作優(yōu)勢來源于地下和地上種間共同作用的結(jié)果[5]。地下部，間作玉米根系分泌麥根酸類物質(zhì)可有效活化土壤中難溶性鐵，被與其間作的花生吸收[6]，改善花生鐵營養(yǎng)，促進(jìn)花生固氮，固定的氮又可為玉米提供氮源[7]；同時(shí)，玉米-花生間作還能增強(qiáng)土壤酶活性，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分有效性[8-9]；而地上部，玉米、花生高矮相間，形成傘狀復(fù)合群體結(jié)構(gòu)，改變玉米與花生的生態(tài)位置，提高群體光能截獲率[10]，并改善作物光合特性[11]。相比單作，玉米-花生間作可增強(qiáng)玉米冠層的日均光強(qiáng)，提高玉米功能葉的光合飽和點(diǎn)和CO2羧化能力，從而增強(qiáng)玉米對(duì)強(qiáng)光的利用[12]；提高間作花生葉綠素b含量，增強(qiáng)花生對(duì)弱光光能捕獲能力，從而提高對(duì)弱光利用[13]，實(shí)現(xiàn)對(duì)光能的分層、立體集約利用。因此，玉米-花生間作具有明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢[11-15]。焦念元等[15]研究認(rèn)為，玉米冠層的日均光照隨玉米-花生間作行比的增加而增強(qiáng)，表觀量子效率、氣孔導(dǎo)度、羧化效率、電子傳遞速率、磷酸丙糖利用率和蒸騰速率隨間作花生行比的增加逐漸提高。為深入了解玉米-花生間作模式下不同行比與磷肥施用對(duì)玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，以玉米-花生間作不同行比及磷肥施用與否為研究對(duì)象，分析玉米-花生間作不同處理玉米的單株葉面積、干物質(zhì)積累、灌漿速率、植株性狀、產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量的變化特點(diǎn)，旨在為玉米-花生間作模式下玉米高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年在河南科技大學(xué)農(nóng)場進(jìn)行，試驗(yàn)地土壤0～20 cm，耕層土壤容重1.31 g/cm3，堿解氮33.86 mg/kg，速效磷3.46 mg/kg，有效鐵5.98 mg/kg，有機(jī)質(zhì)10.72 g/kg，pH 7.56。試驗(yàn)地處溫帶，屬半濕潤、半干旱的大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫在12.1～14.6℃，年平均降雨量600 mm，年平均蒸發(fā)量2 113.7 mm，年平均輻射量491.5 kJ/cm2，年日照時(shí)2 300～2 600 h，無霜期215～219 d。

1.2 試驗(yàn)材料

玉米品種：鄭單958；花生品種：花育16。均購買于種子公司。鄭單958屬于緊湊型中穗型玉米雜交種，花育16為結(jié)果較集中的普通型大花生品種。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以玉米-花生間作不同行比種植模式和不同施磷量為試驗(yàn)因子進(jìn)行雙因素完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)。種植模式設(shè)玉米-花生間作行比為2∶2、2∶4、2∶8和單作玉米4個(gè)水平，分別記作IM2∶2、IM2∶4、IM2∶8和SM；施磷量設(shè)P0(不施磷肥)和P1(P2O5，180 kg/hm2)2個(gè)水平。

玉米-花生間作行比2∶2、2∶4、2∶8分別為2行玉米與2行、4行和8行花生間作。單作玉米行距0.6 m，株距0.25 m，密度 66 667株/hm2。間作玉米行距0.4 m，株距0.2 m；間作花生行距0.3 m，穴距0.2 m，玉米花生行間距0.35 m。3種間作模式的玉米密度分別為71 428株/hm2、50 000株/hm2和31 250株/hm2，花生密度分別為71 428穴/hm2、100 000穴/hm2和12 5000穴/hm2，每個(gè)處理3次重復(fù)。磷肥作底肥一次性基施，花生間作施氮量為90 kg/hm2，基施；玉米單作、間作施氮量均為180 kg/hm2，按基追比1∶1分2次施用，追肥在玉米大喇叭口期開溝追施。其他田間雜草防除、灌溉等管理同大田生產(chǎn)。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1) 干物質(zhì)。在玉米出苗后25 d (拔節(jié)期)、40 d (小喇叭口期)、50 d (大喇叭口期)、60 d (開花期)、68 d(灌漿期)、 80 d (乳熟期)、100 d (蠟熟期)和120 d (收獲期)，各小區(qū)分別取具有代表性玉米植株2株，分莖、葉、穗3部分于105℃殺青30 min后75℃烘干至恒重，稱重。

2) 單株葉面積。在測定干物質(zhì)的同時(shí)，各處理用打孔器取一定面積(S1)的玉米綠色葉片，烘干稱質(zhì)量(M1)，其他綠葉面積烘干稱質(zhì)量(M2)，總面積為S，據(jù)公式S=S1× (M1+M2)/M1可求得玉米單株葉面積。

3) 灌漿速率。分別于玉米開花后0 d、8 d、20 d、40 d和57 d取生長均勻一致、具有代表性的3個(gè)果穗，在105℃殺青30 min后75℃烘干至恒重，稱重。

4) 植株與穗部性狀。在玉米收獲期，每小區(qū)選取10株代表性植株，分別測定株高、穗位高和重心高度，然后取下果穗進(jìn)行考種，調(diào)查穗長、穗粗、禿頂長、穗行數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重。

5) 產(chǎn)量。成熟期分別選取具有代表性的4 m雙行玉米植株，風(fēng)干后測玉米籽粒質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)量。

6) 偏土地當(dāng)量比。玉米偏土地當(dāng)量比根據(jù)公式PLER-M=Yim/Ymm計(jì)算。 式中，PLER-M為玉米偏土地當(dāng)量比，Yim和Ymp分別為間作玉米和單作玉米產(chǎn)量。

7) 間作優(yōu)勢評(píng)價(jià)。Fm為間作玉米所占間作體系中的面積比例，本研究中，玉米-花生間作行比2∶2、2∶4、2∶8模式的Fm分別為0.57、0.40和0.25。當(dāng)PLER-M>Fm時(shí)，間作玉米為間作產(chǎn)量優(yōu)勢；當(dāng)PLER-M

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 22.0和Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)玉米單株葉面積的影響

2.1.1 玉米-花生間作行比 由圖1可知，在玉米小喇叭口期(出苗后40 d)以前，SM、IM2∶2、M 2∶4和IM2∶8處理的玉米單株葉面積差異不明顯；在大喇叭口期(苗后50 d)至乳熟期(苗后80 d)，單株葉面積各處理間表現(xiàn)為IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM；乳熟期至收獲期(苗后80～120 d)均表現(xiàn)為IM2∶4>IM2∶8>IM2∶2> SM，玉米單株葉面積間作處理均顯著高于單作玉米處理(P<0.05)。

圖1 玉米-花生間作不同處理玉米的單株葉面積

2.1.2 施磷量 與不施磷相比，施磷明顯提高玉米-花生間作體系中玉米的單株葉面積，尤其開花期(苗后60 d)施磷處理的IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8分別較不施磷處理提高29.6%、30.4%和28.7%，收獲期(苗后120 d)分別較不施磷處理的高38.5%、47.1%和47.7%，差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.2 不同處理對(duì)玉米單株干物質(zhì)積累的影響

2.2.1 玉米-花生間作行比 由圖2看出，在玉米大喇叭口期(苗后50 d)以前，IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8處理的單株干物質(zhì)量差異不明顯；大喇叭口期至收獲期(苗后50～120 d)，隨玉米-花生間作行比增加玉米單株干物質(zhì)量呈增大趨勢，各處理表現(xiàn)為IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM，間作處理均明顯高于單作玉米。表明玉米-花生間作體系中玉米單株干物質(zhì)量隨間作行比增加而增加。

2.2.2 施磷量 開花期(苗后60 d)IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8處理的玉米單株干物質(zhì)量分別較不施磷處理高41.9%、42.1%和44.2%，收獲期(苗后120 d)分別較不施磷高14.3%、14.7%和15.9%。表明，施磷能提高玉米-花生間作體系中玉米單株干物質(zhì)積累量，其增幅隨玉米-花生間作行比增加而增加。

圖2 玉米-花生間作不同處理玉米單株干物質(zhì)量

2.3 不同處理對(duì)玉米灌漿速率的影響

2.3.1 玉米-花生間作行比 玉米單穗重是衡量玉米果穗灌漿速率的重要指標(biāo)之一。從圖3看出，隨著玉米果穗灌漿進(jìn)程的推進(jìn)，不同行比處理玉米單穗重差異逐漸增大，呈IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM趨勢。乳熟期(花后20 d)后，IM2∶4和IM2∶8的玉米單穗重均顯著高于IM2∶2。說明，玉米-花生間作體系中玉米單穗重隨玉米-花生間作行比的增大而增加，且均高于單作玉米。

2.3.2 施磷量 收獲期(苗后120 d)IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8玉米單穗重施磷處理較未施磷處理分別高18.22%、15.41%和10.45%，差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。說明，施磷肥能提高玉米-花生間作體系中玉米單穗重。

圖3 玉米-花生間作不同處理玉米的單穗重

2.4 不同處理對(duì)玉米植株性狀及穗部性狀的影響

2.4.1 玉米-花生間作行比 從表1看出，玉米-花生間作體系中玉米株高、穗位高和重心高度均表現(xiàn)為IM2∶2>IM2∶4>IM2∶8，且均低于單作玉米；玉米穗長、行粒數(shù)和百粒重均表現(xiàn)為IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2，禿尖長表現(xiàn)為IM2∶4> IM2∶2>IM2∶8。說明，玉米-花生間作行比越大越有利于改善玉米的植株性狀和穗部性狀。

2.4.2 施磷量 與不施磷相比，施磷減小玉米-花生間作體系中玉米禿尖長，增加株高、穗位高、重心高度、穗長、穗粗、行粒數(shù)和百粒重 (表1)。說明，施磷顯著改善玉米-花生間作體系中玉米穗部性狀。

表1玉米-花生間作不同處理玉米的植株性狀及穗部性狀

Table 1 Agronomic traits and ear traits of maize under different row ratios between maize and peanut intercropping

施磷水平Phosphorus application rate種植模式Cropping pattern株高/cmPlant height穗位高/cmEar height重心高度/cmHeight of center of gravity穗長/cmEar length禿尖長/cmBare top length穗粗/cmEar diameter穗行數(shù)Ear row行粒數(shù)Grains per row百粒重/(g/100)100-Grain weightP0SM242.33 a104.33 a97.67 a16.44 b1.22 a4.82 b14.07 b32.04 b30.61 bIM2∶2228.00 b101.33 a93.00 b16.51 b1.05 b4.85 b14.20 b32.97 ab31.76 abIM2∶4209.00 c81.00 b80.67 c17.06 b1.06 b4.89 b14.53 a35.37 a32.57 aIM2∶8197.00 d74.67 c75.00 d17.90 a1.03 b4.99 a14.53 a35.18 ab32.82 aP1SM244.67 a104.00 a94.67 a18.30 b0.81 a5.01 b14.37 b37.50 b35.39 bIM2∶2233.00 b103.33 a97.00 a18.77 b0.73 ab5.13 a14.40 b38.34 ab36.10 abIM2∶4216.33 c90.00 b84.00 b19.24 ab0.65 bc5.16 a15.33 ab40.01 a37.07 abIM2∶8207.67 d84.00 c83.00 b20.13 a0.62 c5.15 a15.00 a40.02 a37.26 a

注：相同磷(P)處理同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different letters in the same column indicate significant difference atP<0.05 level.

2.5 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量及偏土地當(dāng)量比的影響

2.5.1 玉米-花生間作行比 由表2看出，玉米-花生間作體系中玉米的實(shí)際產(chǎn)量和偏土地當(dāng)量比均表現(xiàn)為IM2∶2>IM2∶4>IM2∶8。與間作玉米所占面積比(Fm)相比，PLER-M增幅表現(xiàn)為IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2。玉米-花生間作體系中玉米產(chǎn)量隨間作行比增加而減少，玉米產(chǎn)量間作優(yōu)勢隨間作行比增加而增加。表明，隨著玉米-花生間作行比增加玉米產(chǎn)量優(yōu)勢越高。

2.5.2 施磷量 IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8處理玉米產(chǎn)量施磷較不施磷分別高4.16%、4.20%和6.79%，差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。表明，施磷能提高玉米-花生間作體系中玉米產(chǎn)量。

表2玉米-花生間作不同處理玉米的產(chǎn)量與偏土地當(dāng)量比

Table 2 Yield and partial land equivalence ratio of maize under different row ratios between maize and peanut intercropping

施磷水平Phosphorus application rate種植模式Cropping pattern產(chǎn)量/(kg/hm2)Yield玉米偏土地當(dāng)量比PLER-M玉米所占土地面積比FmPLER-M比 Fm增幅/%P0SM10 408±213---IM2∶29 743±1150.940.5764.9IM2∶47 337±1260.700.4075.0IM2∶85 120±1930.490.2596.0P1SM12 826±518---IM2∶212 506±10790.980.5771.9IM2∶49 421±5260.730.4082.5IM2∶86 389±240.500.25100

3 結(jié)論與討論

外界環(huán)境對(duì)作物的生長發(fā)育有重要的調(diào)控效應(yīng)，作物代謝、結(jié)構(gòu)與功能等也會(huì)隨外界環(huán)境變化而變化，以適應(yīng)和優(yōu)化作物自身生長發(fā)育進(jìn)程[16-18]。玉米-花生間作高矮交錯(cuò)形成傘狀冠層結(jié)構(gòu)，相比單作玉米能明顯提高玉米穗位葉的光照強(qiáng)度，并且隨玉米-花生間作行比增大而增強(qiáng)，其羧化固定CO2和利用強(qiáng)光的能力逐漸提高[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)，玉米-花生間作體系中玉米單株干物質(zhì)量和單穗重隨間作花生行比增大而增加，說明光強(qiáng)增強(qiáng)能促進(jìn)玉米干物質(zhì)向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)和產(chǎn)量形成，這與高陽等[19]的研究一致。磷素作為作物光合作用基本原料之一，施磷能提高間作玉米羧化固定CO2和凈光合速率[14]，因此，施磷能增大玉米-花生間作體系中玉米單株葉面積，促進(jìn)干物質(zhì)積累，這與玉米大豆套作體系的研究結(jié)果一致[20-21]。

研究表明，玉米-花生間作體系中玉米株高、穗位高和重心高度隨著玉米-花生間作行比的增大而降低，這可能是因間作花生行比增大，光照強(qiáng)度增強(qiáng)，有利于提高玉米抗倒伏能力，這與遮陰會(huì)導(dǎo)致玉米倒伏能力下降[22]原理相吻合。隨玉米-花生間作行比增大，玉米果穗禿尖長度減小，穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)及百粒重增加，說明增加光強(qiáng)有利于改善玉米產(chǎn)量構(gòu)成，這與戰(zhàn)秀梅等[23]的研究結(jié)果一致。從玉米產(chǎn)量看，由于玉米-花生間作體系中玉米所占面積比隨間作花生行比增大而減小，玉米實(shí)際產(chǎn)量和偏土地當(dāng)量比隨間作花生行比增大而顯著降低，但偏土地當(dāng)量比均大于其所占面積比，表現(xiàn)顯著的產(chǎn)量間作優(yōu)勢，這與前人研究的玉米-花生間作體系中玉米產(chǎn)量間作優(yōu)勢明顯[14]的結(jié)論一致。與不施磷相比，施磷能顯著提高玉米-花生間作體系中玉米產(chǎn)量。

從玉米-花生間作體系中玉米個(gè)體生長情況看，玉米單株干物質(zhì)量和單穗重隨玉米-花生間作行比增大而增加，間作花生行比增大玉米植株性狀和穗部性狀明顯改善。乳熟期以后，玉米-花生行比2∶8處理的比2∶4處理的玉米葉片衰老快，單株葉面積玉米-花生行比2∶8處理低于2∶4處理。從群體產(chǎn)量看，玉米-花生間作體系中玉米產(chǎn)量和偏土地當(dāng)量比隨玉米-花生間作行比增大而減少。綜合分析認(rèn)為，玉米-花生間作模式中，以玉米-花生行比2∶4較適宜，配合施用磷肥后既能充分發(fā)揮間作玉米個(gè)體生產(chǎn)潛力，又能確保較高玉米產(chǎn)量和間作優(yōu)勢。