鹽堿地不同種植模式對谷子花生生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響

劉 柱，孟維偉，南鎮(zhèn)武，林松明，張 正*，郭 峰，萬書波*

(1.山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟南 250000；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室，山東 濟南 250100；3.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室，山東 濟南 250100)

黃河三角洲是土壤鹽漬化發(fā)育的典型地區(qū)，植物群落組成簡單，生態(tài)環(huán)境脆弱，植被覆蓋率低，土地蒸發(fā)量較大，導(dǎo)致土壤表層不斷積鹽，鹽漬化不斷加重，嚴重制約著該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-2]。間作系統(tǒng)是一種可以充分利用邊行優(yōu)勢，提高光熱資源利用率，具有顯著經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益的生態(tài)系統(tǒng)[3-4]。合理的間作模式可以促進光、熱、水、肥、地的高效利用，減輕病蟲草害，降低生產(chǎn)成本，恢復(fù)退化生態(tài)環(huán)境，提高群體覆蓋和經(jīng)濟效益，促進生物多樣性與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[4-8]。因此，在鹽堿地上推廣合理的作物間作模式具有重要意義。

近年來，關(guān)于鹽堿地作物間作的研究成果較多。已有研究表明，在鹽堿地條件下，棉花花生4∶6等幅間作種植，年際間交替輪作，兩種作物總產(chǎn)量較高，單位效益亦較高，可作為棉花、花生復(fù)合種植技術(shù)的最佳株行配置[9]；膜下滴灌棉田間作鹽生植物不僅可以有效降低土壤含鹽量，增加其含水率，還可以增加棉花產(chǎn)量，提高其水分利用效率，且間作堿蓬和苜蓿的節(jié)水、脫鹽、增產(chǎn)效果較好[10-11]；玉米花生3∶4間作模式利于提高黃河三角洲地區(qū)群體覆蓋度和土地利用效率[7]。

不同作物間作對農(nóng)田系統(tǒng)的影響不同。谷子是禾本科植物，邊行優(yōu)勢明顯[12]。谷子花生間作體系集合了禾本科作物和豆科作物間作的優(yōu)點[13]，其在鹽堿地上的資源利用率、土地復(fù)種指數(shù)、群體覆蓋及產(chǎn)量等方面的研究鮮有報道。因此，本文以谷子、花生單作為對照，研究鹽堿地不同間作種植模式對谷子花生生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，以期為黃河三角洲鹽堿地改良及利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2018年5-9月在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃河三角洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗示范基地(118°37′ E，37°18′ N)進行。該地屬華北濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12 ℃，年降水量約600 mm，年蒸發(fā)量約1800 mm，全年無霜期為202～210 d。供試土壤為砂壤，播前土壤0～20 cm土層有機質(zhì)含量10.8 g/kg，全氮0.8 g/kg，堿解氮32.3 mg/kg，速效磷20.1 mg/kg，速效鉀189.8 mg/kg，鹽分2.1‰，pH值8.5。

試驗以谷子單作(CKM)、花生單作(CKP)為對照，設(shè)置谷子花生2∶2(M2P2)、4∶4(M4P4)兩種等幅間作模式(圖1和圖2)。谷子單作約70萬株/hm2，行距40 cm，株距3.5 cm；花生單作約16萬穴/hm2，壟寬80 cm，1壟2行，2粒播種，穴距15 cm。M2P2帶寬1.6 m，谷子帶0.8 m，約35萬株/hm2，其他同CKM；花生帶0.8 m，約8萬穴/hm2，其他同CKP。M4P4帶寬3.6 m，谷子帶1.8 m，約35萬株/hm2，其他同CKM；花生帶1.8 m，約8萬穴/hm2，其他同CKP。谷子供試品種為濟谷20，花生品種為花育25；基施復(fù)合肥(15-15-15)750 kg/hm2。5月18日谷子、花生同時播種，9月13日谷子收獲，9月23日花生收獲，其他田間管理措施基本一致。

圖1 谷子花生2∶2間作模式(M2P2)田間示意圖 Fig.1 Field schematic diagram of the millet/peanut 2:2 intercropping mode

圖2 谷子花生4∶4間作模式(M4P4)田間示意圖 Fig.2 Field schematic diagram of the millet/peanut 4:4 intercropping mode

1.2 測定項目及方法

干物質(zhì)及農(nóng)藝性狀：分別于谷子拔節(jié)、抽穗、灌漿、收獲和花生花針、結(jié)莢、飽果、收獲期，每個模式選取代表性樣株谷子15株、花生10株(3次重復(fù)，下同)，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量，計算干物質(zhì)量；并調(diào)查成熟期谷子、花生基本農(nóng)藝性狀。

葉面積及葉面積指數(shù)：采用鮮樣打孔稱質(zhì)量法[7]測谷子、花生葉面積，并計算葉面積指數(shù)。

葉片SPAD值：干物質(zhì)取樣的同時，運用 SPAD-502型葉綠素儀(日本)測谷子倒二葉、花生倒三葉SPAD值，每個重復(fù)30葉片，求均值。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成：于收獲期，單作谷子選取5m 4行樣段，單作花生選取5 m 2壟樣段，2∶2間作選取5 m 2帶樣段，4∶4間作選取5 m 1帶樣段測產(chǎn)，并統(tǒng)計谷子單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、出谷率、千粒質(zhì)量以及花生百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、出仁率。間作谷子和間作花生產(chǎn)量是基于總間作帶占地面積的產(chǎn)量，谷子、花生凈面積產(chǎn)量則為基于實際占地面積的產(chǎn)量[7]。

土地當(dāng)量比(LER)該指標(biāo)用于衡量間作優(yōu)勢， LER>1表示有間作優(yōu)勢，LER<1 則無間作優(yōu)勢。計算公式[7]：LER =Yim/Ysm+Yip/Ysp。

式中：Yim和Yip分別指在間作總面積上谷子和花生的產(chǎn)量(kg/hm2)；Ysm和Ysp分別指單作谷子和花生的產(chǎn)量(kg/hm2)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

運用Microsoft Excel 2010 和SPSS 20.0處理數(shù)據(jù)，采用LSD法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿地不同種植模式對谷子花生干物質(zhì)積累的影響

由表1可看出，鹽堿地不同種植模式對谷子、花生各生育期單株干物質(zhì)量的影響存在差異。谷子拔節(jié)期M2P2和M4P4單株地上部干物質(zhì)量與CKM差異不顯著，但抽穗期、灌漿期和收獲期M2P2和M4P4均顯著高于CKM，且灌漿期和收獲期M2P2顯著高于M4P4；收獲期M2P2和M4P4谷子地上部單株干物質(zhì)量較CKM分別顯著增加22.9%和11.9%。花生花針期M2P2和M4P4單株干物質(zhì)量與CKP差異不顯著，但結(jié)莢期、飽果期和收獲期M2P2和M4P4均顯著低于CKP，且結(jié)莢期和收獲期M2P2顯著高于M4P4，而飽果期則差異不顯著；收獲期M2P2和M4P4花生單株干物質(zhì)量較CKP分別顯著減少15.0%和21.9%。

表1 鹽堿地不同種植模式下谷子花生單株干物質(zhì)量 (g)

注：表中同列不同小寫字母表示處理間差異顯著性p<0.05。下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate the significance of the differencep<0.05. The same as below.

2.2 鹽堿地不同種植模式對谷子花生葉面積及葉面積指數(shù)的影響

由表2可看出，鹽堿地不同種植模式使谷子、花生各生育期單株葉面積及葉面積指數(shù)產(chǎn)生差異。抽穗期M2P2和M4P4谷子單株葉面積與CKM差異不顯著，但拔節(jié)期、灌漿期和收獲期均顯著高于CKM，且M2P2較CKM增加了16.8%～50.0%。拔節(jié)期、灌漿期和收獲期M2P2和M4P4谷子葉面積指數(shù)較CKM顯著提高16.0%～50.0%，且M2P2和M4P4間差異不顯著；但抽穗期M4P4與CKM或M2P2間差異均不顯著。花針期、結(jié)莢期M2P2和M4P4花生單株葉面積顯著低于CKP，而飽果期差異不顯著，收獲期則顯著高于CKP；且花針期、結(jié)莢期和收獲期M2P2花生單株葉面積又顯著高于M4P4。鹽堿地不同種植模式下，各生育期花生葉面積指數(shù)與單株葉面積的差異顯著性表現(xiàn)一致；花針期、結(jié)莢期M2P2和M4P4花生葉面積指數(shù)顯著低于CKP，而飽果期差異不顯著，收獲期M2P2和M4P4花生葉面積指數(shù)較CKP顯著增加78.3%和46.0%，且M2P2較M4P4顯著增加22.1%。

2.3 鹽堿地不同種植模式對谷子花生葉片SPAD值的影響

由表3可看出，鹽堿地不同種植模式對谷子、花生各生育期SPAD值的影響不同。谷子各生育期M2P2葉片SPAD值顯著高于CKM，而M4P4葉片SPAD值僅收獲期顯著高于CKM，但M2P2葉片SPAD值與M4P4差異不顯著；收獲期M2P2和M4P4葉片SPAD值較CKM分別顯著增加17.5%和9.9%?；ㄉ魃贛2P2葉片SPAD值與CKP差異不顯著；而花針期、收獲期M4P4葉片SPAD值與CKP差異不顯著，但結(jié)莢期、飽果期M4P4顯著高于CKP；且結(jié)莢期M4P4葉片SPAD值顯著高于M2P2。

表2 鹽堿地不同種植模式下谷子花生單株葉面積及葉面積指數(shù)

表3 鹽堿地不同種植模式下谷子花生葉片SPAD值

2.4 鹽堿地不同種植模式對谷子花生農(nóng)藝性狀的影響

由表4可以看出，鹽堿地不同種植模式使收獲期谷子株高、莖粗、穂長及穂粗，收獲期花生主莖長、側(cè)枝長、分枝數(shù)及主莖節(jié)數(shù)產(chǎn)生差異。鹽堿地不同種植模式下，谷子株高、莖粗、穂長和穂粗的變化趨勢基本一致，即M2P2>M4P4>CKM，且M2P2較CKM分別顯著增加3.7%、18.9%、8.9%和15.2%。鹽堿地不同種植模式下，花生主莖節(jié)數(shù)差異不顯著；M2P2 和M4P4主莖長、側(cè)枝長差異不顯著，但顯著低于CKP；M2P2和CKP分枝數(shù)差異不顯著，但顯著大于M4P4。

表4 鹽堿地不同種植模式下谷子花生農(nóng)藝性狀 (收獲期)

2.5 鹽堿地不同種植模式對谷子花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表5和表6可以看出，鹽堿地不同種植模式使谷子、花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素產(chǎn)生差異，且對土地當(dāng)量比影響顯著。M2P2和M4P4谷子產(chǎn)量較CKM分別顯著降低30.5%和36.0%，但凈面積產(chǎn)量較CKM分別顯著提高38.9%和28.0%；M2P2和M4P4花生產(chǎn)量較CKP分別顯著降低56.8%和60.4%，而凈面積產(chǎn)量較CKP則分別顯著降低13.6%和20.8%。與CKP相比，M2P2和M4P4對花生百仁質(zhì)量的影響差異不顯著，但使百果質(zhì)量分別顯著降低16.4%和33.0%，且出仁率分別顯著降低4.1%和5.1%。與CKM相比，M2P2和M4P4使谷子單穂質(zhì)量分別顯著增加12.1%和8.6%，使單穂粒質(zhì)量分別顯著增加10.9%和6.5%，使千粒質(zhì)量分別增加8.3%和5.5%，但出谷率差異不顯著。本試驗條件下，M2P2和M4P4的土地當(dāng)量比均大于1.0，且M2P2大于M4P4，即谷子花生間作優(yōu)勢明顯， M2P2優(yōu)于M4P4。

表5 鹽堿地不同種植模式下谷子花生產(chǎn)量構(gòu)成因素

表6 鹽堿地不同種植模式下谷子花生產(chǎn)量及土地當(dāng)量比

3 討論與結(jié)論

作物間作系統(tǒng)由于是在同一塊田地上至少相間種植兩種作物，因此間作群體內(nèi)不同作物必然會對資源的利用產(chǎn)生競爭，一方面是對生存空間的競爭，另一方面是對光、熱、水、肥、地等資源需求的競爭[4,8]。間作系統(tǒng)生產(chǎn)力進一步提高的關(guān)鍵包括如何通過合理的作物布局、品種搭配來增加整個系統(tǒng)中光截獲及利用，如何減少遮陰導(dǎo)致的低位作物光脅迫，進而發(fā)揮邊行優(yōu)勢[4,14-16]。本研究發(fā)現(xiàn)，間作谷子干物質(zhì)量在抽穗期、灌漿期和收獲期均顯著高于單作谷子，且灌漿期和收獲期2∶2間作模式顯著高于4∶4間作模式；而間作花生干物質(zhì)積累量各生育期均低于單作花生。這可能是因為鹽堿地間作谷子花生在生育前期因光截獲及利用的競爭較小，兩種作物單株干物質(zhì)量差異均不顯著；而后期因谷子遮陰導(dǎo)致的花生受光脅迫，從而導(dǎo)致間作花生單株干物質(zhì)量低于單作，且間作谷子單株地上部干物質(zhì)量又因邊行優(yōu)勢而高于單作谷子。玉米花生間作研究結(jié)果表明，高低相錯生態(tài)位的作物間作能夠改變作物受光面，使作物能夠截獲更多的光，從而不同程度地影響間作群體的光能利用、作物干物質(zhì)積累及農(nóng)藝性狀[16-19]。

光能對作物產(chǎn)量形成起著至關(guān)重要的作用，鹽堿地谷子花生間作與單作凈面積產(chǎn)量、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異也可能與此有關(guān)。另有大量研究表明，作物產(chǎn)量與作物截獲的輻射能量呈正相關(guān)關(guān)系[15,19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)，兩種間作模式下花生產(chǎn)量差異不顯著，但其凈面積產(chǎn)量低于單作而2∶2間作模式下谷子產(chǎn)量顯著高于4∶4間作模式下，且兩種間作模式谷子凈面積產(chǎn)量均顯著高于單作谷子。這也可能是因為受邊際效應(yīng)的影響，高位作物發(fā)揮邊行優(yōu)勢而顯著增產(chǎn)，處于邊際劣勢的花生產(chǎn)量有所下降[21]。鹽堿地花生谷子間作下，谷子各生育期單株葉面積和葉面積指數(shù)均高于單作谷子，且兩種間作模式差異不顯著；而間作花生花針期、結(jié)莢期和飽果期單株葉面積和葉面積指數(shù)低于單作花生，收獲期則高于單作花生，且2∶2間作模式高于4∶4間作模式。這可能是間作改善了花生通風(fēng)透光條件，有利于前期營養(yǎng)生長，延緩生育后期衰老[4,19]，進而說明與谷子、花生單作相比，谷子花生間作有利于提高作物覆蓋度。但也有研究發(fā)現(xiàn)，間作花生地上部莖葉的生長并沒有顯著的增長，但間作群體中作物的葉面積指數(shù)均高于單作[16]。

鹽堿地谷子花生2∶2間作模式和谷子花生4∶4間作模式土地當(dāng)量比均大于1.0，且谷子花生2：2間作模式土地當(dāng)量比大于4∶4間作模式，說明谷子花生間作具有提高土地生產(chǎn)力的優(yōu)勢，且谷子花生2∶2間作模式優(yōu)于4∶4間作模式。此外，谷子花生2：2間作模式在干物質(zhì)積累、作物群體覆蓋、產(chǎn)量及其構(gòu)成等方面均優(yōu)于谷子花生4∶4間作模式。由此可見，該地區(qū)推廣谷子花生2∶2間作種植模式利于提高作物群體覆蓋和土地生產(chǎn)力，從而促進作物高效生態(tài)共生、鹽堿土地改良利用與可持續(xù)發(fā)展。