間作模式對(duì)谷子與綠豆生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

薛仁風(fēng)，趙 陽(yáng)，王英杰，陳 劍，葛維德

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物研究所，遼寧 沈陽(yáng)110161)

谷子起源于中國(guó)，是世界上最古老的栽培作物之一，被列為小雜糧之首，有“百谷之長(zhǎng)”之稱[1]。綠豆是我國(guó)東北地區(qū)重要的雜糧作物，近些年隨著人們健康飲食意識(shí)的提升，綠豆種植面積逐年擴(kuò)大[2]。農(nóng)作物間作技術(shù)是指在同一田地上生長(zhǎng)時(shí)間相似、生產(chǎn)季節(jié)相近的2種或2種以上的農(nóng)作物按占地寬窄比例分行或分帶種植的一種種植技術(shù)，在我國(guó)具有悠久的歷史。間作模式具有改善作物群體的通風(fēng)透光條件，提高光能及土地、水肥利用率，改善土壤品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，可有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，已取得了明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)[3]。馬秀杰[4]研究發(fā)現(xiàn)，與玉米間作的綠豆單株莢數(shù)和莢粒數(shù)均少于單作綠豆，綠豆產(chǎn)量減少20.6%，與谷子間作的綠豆單株莢數(shù)和產(chǎn)量均高于單作綠豆，綠豆增產(chǎn)3.83%。蔡麗麗[5]研究表明，綠豆與玉米間作的最大經(jīng)濟(jì)效益比例是2∶1。閆峰等[6]研究表明，綠豆與玉米間作的最佳比例為6∶4，間作模式引起的邊際效應(yīng)改善了玉米的農(nóng)藝性狀，降低了綠豆的一些農(nóng)藝性狀。李少明等[7]認(rèn)為，玉米與豆類間作模式下豆類作物能為玉米根系提供部分氮素營(yíng)養(yǎng)。馮良山等[8]研究表明，當(dāng)?shù)睾土姿鼐幱谪S富水平，隨著土壤水分含量的提高，花生葉片水分利用效率呈下降趨勢(shì)，谷子葉片水分利用效率呈先升高后下降的趨勢(shì)；當(dāng)水分和其中一種肥料元素處于豐富水平時(shí)，花生和谷子葉片水分利用效率均隨著另一肥料元素施用量的增加呈先升高后下降趨勢(shì)。田建全等[9]探討了花生與谷子間作下水肥運(yùn)籌對(duì)作物產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，間作條件下花生和谷子產(chǎn)量對(duì)水肥的響應(yīng)較為一致，土壤水分、養(yǎng)分與花生產(chǎn)量相關(guān)性由強(qiáng)至弱依次為土壤水分、氮施用量、磷施用量，與谷子產(chǎn)量相關(guān)性由強(qiáng)至弱依次為土壤水分、磷施用量、氮施用量。目前，禾本科作物與豆科作物，尤其是玉米與綠豆、花生，谷子與花生等的間作模式研究受到高度重視，但是對(duì)谷子與綠豆間作的研究較少[4]，而谷子和綠豆作為東北地區(qū)價(jià)值最高的2種經(jīng)濟(jì)作物，近年來(lái)種植面積逐漸增加。因此，研究谷子與綠豆高光效間作栽培技術(shù)模式對(duì)東北地區(qū)雜糧產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)增效具有重要意義。為此，研究不同谷子與綠豆間作模式對(duì)作物生長(zhǎng)及經(jīng)濟(jì)效益的影響，以期篩選出適合遼寧省的最佳谷子與綠豆間作模式。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年進(jìn)行，試驗(yàn)地為水澆地，土質(zhì)為砂壤土，土壤肥力中等。試驗(yàn)地前茬為小麥。

供試谷子品種為遼谷2號(hào)，供試綠豆品種為遼綠7號(hào)，均為遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所自主選育品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，T1：谷子與綠豆4∶2間作；T2：谷子與綠豆2∶1間作；T3：谷子單作；T4：綠豆單作。2017年5月12日播種谷子，種植密度為60萬(wàn)株/hm2；2017年6月2日播種綠豆，種植密度為22.5萬(wàn)株/hm2，田間常規(guī)管理。每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為144 m2，行長(zhǎng)10 m，行距0.6 m。分別于5月30日、6月7日、6月19日進(jìn)行中耕除草，谷子于9月10日收獲，綠豆于8月18日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量和主要表型性狀 在谷子收獲期，從每小區(qū)隨機(jī)選取10 株谷子，調(diào)查株高、莖粗、莖稈質(zhì)量、穗長(zhǎng)、單穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量、出谷率等指標(biāo)，并按小區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。在綠豆成熟期，從每小區(qū)隨機(jī)選取10 株綠豆，調(diào)查根長(zhǎng)、株高、主莖分枝數(shù)、單株莢數(shù)、莢長(zhǎng)、莢粒數(shù)、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量。

1.3.2 抗氧化指標(biāo) 谷子抽穗期和綠豆結(jié)莢期，分別取成熟葉片作為檢測(cè)樣品。MDA(丙二醛)含量、SOD(超氧化物歧化酶)活性和POD(過(guò)氧化物酶)活性的測(cè)定參照李合生[10]的方法。CAT(過(guò)氧化氫酶)活性的測(cè)定參考路明等[11]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0和Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷子與綠豆間作模式對(duì)谷子農(nóng)藝性狀及抗氧化能力的影響

由表1 可知，間作谷子的株高、莖粗、莖稈質(zhì)量、穗長(zhǎng)、單穗質(zhì)量均高于單作谷子。其中，4∶2間作模式谷子株高達(dá)135.8 cm，莖粗達(dá)0.65 cm，莖稈質(zhì)量為10.1 g，穗長(zhǎng)為21.5 cm，單穗質(zhì)量為18.3 g，總體上均顯著高于2∶1間作模式谷子。不同種植模式谷子千粒質(zhì)量和出谷率之間均沒(méi)有顯著差異。

如表2所示，單作谷子葉片MDA含量顯著高于間作谷子，達(dá)到1.02 μmol/g；間作谷子的SOD活性、CAT活性和POD活性均顯著高于單作谷子，其中T1處理3種酶的活性均最高，分別為1.43 U/g、1.41 U/(g·min)、0.85 U/(g·min)。綜上，間作模式能夠激活谷子抗逆相關(guān)酶活性。

2.2 谷子與綠豆間作模式對(duì)綠豆農(nóng)藝性狀及抗氧化能力的影響

如表3所示，與綠豆單作相比，間作綠豆根長(zhǎng)和株高均增加，且2∶1間作模式大于4∶2模式；間作綠豆主莖分枝數(shù)和單株莢數(shù)均降低，莢長(zhǎng)、莢粒數(shù)和百粒質(zhì)量降低，但與單作均無(wú)顯著差異。

表1 谷子與綠豆間作模式對(duì)谷子農(nóng)藝性狀的影響Tab.1 Effects of intercropping modes between millet and mung bean on the agronomic characters of millet

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Notes: Different letters after data within a column indicate significant differences among different treatments (P<0.05)，the same below.

表2 谷子與綠豆間作模式對(duì)谷子葉片抗氧化指標(biāo)的影響Tab.2 The effect of intercropping modes between millet and mung bean on the antioxidant index of millet

表3 谷子與綠豆間作模式對(duì)綠豆農(nóng)藝性狀的影響Tab.3 Effects of intercropping modes between millet and mung bean on the agronomic characters of mung bean

如表4所示，單作綠豆葉片MDA含量顯著低于間作綠豆，T2處理最高，達(dá)到33.4 μmol/g；間作綠豆的SOD、CAT活性均低于單作綠豆，其中T2處理最低，酶活性分別為79.6 U/g、8.3 U/(g·min)；T1和T4處理的POD活性差異不顯著，但二者均顯著高于T2處理。

表4 谷子與綠豆間作模式對(duì)綠豆葉片抗氧化指標(biāo)的影響Tab.4 The effect of intercropping modes between millet and mung bean on the antioxidant index of mung bean

2.3 不同種值模式的產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益分析

由表5可知，間作模式的總產(chǎn)量均高于單作模式。按2018年遼寧省谷子4元/kg、綠豆10元/kg的價(jià)格分析各種植模式的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)現(xiàn)，谷子、綠豆單作的經(jīng)濟(jì)效益和利潤(rùn)均低于谷子與綠豆間作模式，谷子與綠豆4∶2間作模式的經(jīng)濟(jì)效益和利潤(rùn)最高，谷子和綠豆的經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)26 282.0元/hm2與5 825.0元/hm2。按照當(dāng)年谷子和綠豆生產(chǎn)成本計(jì)算，該間作模式生產(chǎn)成本為9 600元/hm2，純利潤(rùn)可達(dá)22 185.93元/hm2，相比單作谷子利潤(rùn)增加27.1%，相比單作綠豆利潤(rùn)增加3.95倍。

表5 不同種植模式經(jīng)濟(jì)效益的對(duì)比分析Tab.5 Comparison of economic benefits of different planting modes

注：生產(chǎn)成本主要包括土地租金、種子、化肥、農(nóng)藥及人工等費(fèi)用。

Note：Production costs mainly include land rent,and costs of seeds,fertilizers,pesticides and labor,et al.

3 結(jié)論與討論

隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革深入推進(jìn)，東北地區(qū)玉米始終維持在較低價(jià)格，而雜糧生產(chǎn)借助政策的扶持正逐步受到重視，發(fā)展高質(zhì)量的特色雜糧產(chǎn)業(yè)，探索不同種植模式的經(jīng)濟(jì)效益，將為東北地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)和保障農(nóng)民收入奠定重要基礎(chǔ)[12]。農(nóng)作物間作是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的偉大創(chuàng)造，具有悠久歷史。農(nóng)作物種間合理間作不但能夠提高光、熱、水分和養(yǎng)分等資源的利用效率，同時(shí)還能有效減輕病、蟲(chóng)、草等引起的危害，減少化肥農(nóng)藥的施用量，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，提高群體產(chǎn)量和整體經(jīng)濟(jì)效益[3]。

谷子和綠豆是北方常見(jiàn)的耐旱作物，綠豆經(jīng)濟(jì)效益高，谷子耐旱、耐貧瘠[13-14]。因此，谷子和綠豆間作的栽培模式可以有效減少耕作重茬引起的產(chǎn)量降低和病蟲(chóng)害頻發(fā)等問(wèn)題。谷子和綠豆間作可以提高光能利用效率，另外，間作模式作物地下根系深淺分布不同，可以合理利用水肥。谷子與綠豆間作是遼寧省西部干旱、半干旱地區(qū)生產(chǎn)中一種典型的種植方式，在相同的地理?xiàng)l件和合理的田間管理方法下，谷子與綠豆間作模式能夠通過(guò)合理配置復(fù)合群體的結(jié)構(gòu)，充分挖掘綠豆和谷子各自的生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)較高的綜合效益，但目前關(guān)于谷子、綠豆間作模式探討與優(yōu)化的研究成果卻很少。馬秀杰[4]研究表明，與谷子間作的綠豆單株莢數(shù)和產(chǎn)量均高于單作綠豆，綠豆增產(chǎn)3.83%。由于參試的谷子的株高和綠豆相差不大，谷子對(duì)綠豆遮光影響較小，因此二者比較適合間作。本研究結(jié)果表明，谷子與綠豆4∶2、2∶1兩種間作模式的經(jīng)濟(jì)效益均明顯高于谷子單作和綠豆單作，其中，4∶2間作模式的經(jīng)濟(jì)效益最好。綠豆在間作模式下產(chǎn)量、相關(guān)農(nóng)藝性狀和生理指標(biāo)降低，可能是由于選用的谷子植株偏高等原因造成田間通風(fēng)透光條件較差，導(dǎo)致綠豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛、生殖生長(zhǎng)受到影響所致。本研究只是對(duì)谷子與綠豆不同比例間作模式進(jìn)行了初步探索，其互作機(jī)制和技術(shù)要點(diǎn)尚有待于進(jìn)一步探索。