玉米間作花生冠層微環(huán)境變化及其與莢果產(chǎn)量的相關(guān)性研究*

林松明, 孟維偉, 南鎮(zhèn)武, 徐 杰, 李 林, 張 正,3, 李新國(guó), 郭 峰, 萬(wàn)書(shū)波**

玉米間作花生冠層微環(huán)境變化及其與莢果產(chǎn)量的相關(guān)性研究*

林松明1,2, 孟維偉2, 南鎮(zhèn)武2, 徐 杰2, 李 林1**, 張 正2,3, 李新國(guó)2, 郭 峰2, 萬(wàn)書(shū)波1,2**

(1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 長(zhǎng)沙 410128; 2. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 濟(jì)南 250100; 3. 山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 濟(jì)南 250000)

種植模式是影響花生冠層內(nèi)透光率、光照度、溫度、濕度等微環(huán)境的重要因素。本試驗(yàn)分別在2015年度和2016年度田間試驗(yàn)中設(shè)花生單作、玉米/花生寬幅間作2個(gè)處理, 監(jiān)測(cè)不同種植模式下花生結(jié)莢期后冠層透光率、光照度、冠層溫、濕度的變化規(guī)律, 并分析其與莢果產(chǎn)量的相關(guān)性。結(jié)果表明: 1)與花生單作相比, 玉米/花生寬幅間作顯著降低了花生冠層的光照度、冠層頂部和中部的透光率及上午9:00—11:00的平均溫度; 增加了冠層平均濕度。2)花生冠層光照強(qiáng)度在晴天隨時(shí)間推延而呈先升后降的單峰曲線, 且單作顯著高于間作; 在上午光照強(qiáng)度上升期和下午光照強(qiáng)度下降期, 單作和間作光照強(qiáng)度差值較大, 而中午太陽(yáng)直射期二者差值減小。間作降低了花生夜間和中午前后的冠層環(huán)境溫度, 二者溫差最高可達(dá)4.9 ℃; 增加了白天冠層相對(duì)濕度, 二者濕度差最高達(dá)21.03%。3)本試驗(yàn)條件下, 結(jié)莢期冠層環(huán)境溫度、冠層光照度及飽果期冠層環(huán)境溫度、冠層光照度均與花生莢果產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān); 冠層環(huán)境濕度則與莢果產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 其中結(jié)莢期達(dá)到極顯著水平。多元線性逐步回歸分析得出, 影響產(chǎn)量的重要環(huán)境因素為結(jié)莢期冠層光照度、結(jié)莢期冠層相對(duì)濕度、飽果期冠層相對(duì)濕度。通徑分析得出, 光照度除了直接影響產(chǎn)量外還有很大部分效應(yīng)是通過(guò)影響冠層環(huán)境濕度進(jìn)而影響花生莢果產(chǎn)量, 說(shuō)明間作條件下協(xié)調(diào)好光照度和冠層濕度的關(guān)系可提高光照度對(duì)產(chǎn)量的正面影響效應(yīng)。本試驗(yàn)條件下, 間作花生冠層光照度、透光率下降, 冠層相對(duì)濕度升高, 是限制花生莢果產(chǎn)量提高的主要?dú)夂蛏鷳B(tài)因子。建議生產(chǎn)中間作為東西向種植, 從而提高間作花生冠層上午9:00—11:00的有效光照度、適當(dāng)降低冠層相對(duì)濕度, 以期提高間作花生莢果產(chǎn)量。

花生/玉米間作; 花生關(guān)鍵生育期; 寬幅間作; 冠層微環(huán)境; 花生莢果產(chǎn)量

花生()是我國(guó)重要的油料和經(jīng)濟(jì)作物, 在保障我國(guó)食用油安全方面具有舉足輕重的作用。但受保障國(guó)家糧食安全政策的影響及耕地資源約束, 單作花生種植面積增長(zhǎng)空間有限[1]。間套作是我國(guó)農(nóng)業(yè)的精髓, 是將生態(tài)位不同的作物, 在相同季節(jié)合理配置在一起, 形成充分利用各種自然資源的高效植物群落, 從而大幅度提高作物產(chǎn)量, 實(shí)現(xiàn)資源的高效利用[2-5]?；ㄉc禾本科作物寬幅間作, 不僅可以增加花生種植面積, 確保油料作物產(chǎn)量, 還可以通過(guò)年季間輪作, 充分利用花生固氮能力, 實(shí)現(xiàn)種地養(yǎng)地結(jié)合。尤其是玉米()/花生3∶4寬幅間作模式(3行玉米4行花生), 充分利用了玉米行間邊際效應(yīng)和單株生產(chǎn)潛力, 保障玉米穩(wěn)產(chǎn)或少減產(chǎn), 擠出寬帶間套種植花生, 是實(shí)現(xiàn)糧油均衡增產(chǎn)的一種重要間作模式[6-7], 符合當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)穩(wěn)糧增油形勢(shì)。

作物冠層微環(huán)境是指農(nóng)田中作物冠層形成的特殊小氣候, 主要包括作物群體冠層內(nèi)光照、溫度、相對(duì)濕度和CO2等農(nóng)業(yè)氣象要素的綜合狀況, 受氣候、種植方式、密度和栽培管理措施等綜合因素影響較大, 在很大程度上影響了作物生長(zhǎng)發(fā)育、光合效率和產(chǎn)量形成。作物冠層溫、濕度是由土壤-植物-大氣連通體內(nèi)的熱量和水汽流決定的, 既能反映作物和大氣之間的能量交換, 也是影響作物葉片光合性能和產(chǎn)量的重要因素[8]。合理的種植方式和密度, 使作物得到合理分布, 不僅可以改善植株的冠層結(jié)構(gòu), 而且通過(guò)影響水、熱、氣等微環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)植物與環(huán)境的相互作用, 最終影響植物群體的生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量[9-10]。然而, 目前關(guān)于玉米/花生寬幅間作體系對(duì)低位作物花生的冠層微環(huán)境影響規(guī)律及其與花生莢果產(chǎn)量的相關(guān)性尚不明確。本試驗(yàn)通過(guò)研究玉米間作對(duì)花生冠層微環(huán)境、光合特性及產(chǎn)量的影響規(guī)律, 探索寬幅間作花生產(chǎn)量提高的限制因素, 以期通過(guò)農(nóng)藝措施針對(duì)性改善玉米花生寬幅間作系統(tǒng)田間小氣候, 從而為進(jìn)一步促進(jìn)間作花生產(chǎn)量的提高提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

試驗(yàn)分別于2015年6—10月和2016年6—10月在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所濟(jì)南試驗(yàn)基地進(jìn)行(36°42′N, 117°04′E), 試驗(yàn)區(qū)海拔24 m, 年平均氣溫13.8 ℃, 平均無(wú)霜期178 d左右, 年平均降水量680 mm, 年日照時(shí)數(shù)1 870 h。試驗(yàn)地土壤為壤土, 播前試驗(yàn)地耕層(0~20 cm)土壤有機(jī)質(zhì)為13.67 g?kg-1, 全氮為0.55 g?kg-1, 堿解氮為74.43 mg?kg-1, 速效磷為13.76 mg?kg-1, 速效鉀為134.49 mg?kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)供試玉米品種為‘登海605’, 花生品種為‘花育25號(hào)’?！呛?05’為耐密、高產(chǎn)、緊湊型品種, ‘花育25號(hào)’為較耐蔭、大果、高產(chǎn)品種。試驗(yàn)設(shè)花生單作和玉米/花生間作2種種植模式(玉米/花生間作布置詳見(jiàn)圖1)。間作種植規(guī)格: 玉米和花生行比為3∶4, 玉米小行距55 cm, 株距為14 cm; 間作花生壟距85 cm, 壟高10 cm, 一壟2行, 小行距30 cm, 大行距50 cm, 單粒播種, 穴距10 cm; 單作花生種植規(guī)格同間作花生。

小區(qū)面積為84 m2, 隨機(jī)排列, 重復(fù)3次。各處理的基施氮、磷、鉀肥量相同, 均為N 120 kg?hm-2、P2O5120 kg?hm-2和 K2O 120 kg?hm-2。氮肥采用含氮量為46%的尿素, 磷肥為磷酸二氫鉀KH2PO4(P2O5: 52%, K2O: 35%), 鉀肥為磷酸二氫鉀和氯化鉀KCl(K2O: 55%)。間作玉米帶在玉米大喇叭口期追施尿素氮肥120 kg?hm-2, 花生帶不追肥。其他栽培管理按花生高產(chǎn)要求進(jìn)行。2015年6月26日播種, 10月6日收獲; 2016年6月25日播種, 10月5日收獲。

圖1 玉米/花生間作3∶4模式田間種植布局圖

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 冠層透光率的測(cè)定

花生冠層透光率的測(cè)定用英國(guó)產(chǎn)Sunscan冠層分析系統(tǒng)測(cè)定冠層透光率。分別在花生結(jié)莢期(8月下旬)、飽果成熟期(9月中旬), 于晴天上午9:00—11:00, 垂直于花生壟方向水平放置, 測(cè)定花生壟上冠層頂部10 cm處自然光總輻射0(探頭面水平向上)、冠層中部(冠層向下1/3冠層高的位置)散射光1、冠層下部(冠層向下2/3冠層高的位置)散射光2, 以單作花生冠層頂部自然光總輻射0單為對(duì)照, 計(jì)算冠層頂部透光率(0間/0單)、中部透光率(1/0)和下部透光率(2/0)。

1.3.2 冠層光照強(qiáng)度的測(cè)定

從玉米抽雄開(kāi)花后開(kāi)始用自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)(花生冠層頂部10 cm處, 單作、間作氣象站探頭均安裝于2壟花生行間, 光照強(qiáng)度測(cè)定探頭與花生壟平行), 半小時(shí)記錄一次, 重點(diǎn)分析花生關(guān)鍵期(結(jié)莢期、飽果期、成熟期)光照強(qiáng)度(9:00—11:00平均值)比較及典型晴天冠層光照強(qiáng)度日變化規(guī)律。

1.3.3 冠層環(huán)境溫、濕度的測(cè)定

玉米抽雄開(kāi)花后開(kāi)始用自動(dòng)氣象站溫度計(jì)和濕度計(jì)探頭分別監(jiān)測(cè)花生冠層(花生冠層頂部10 cm處, 單作、間作氣象站探頭均安裝于2壟花生行間, 溫、濕度測(cè)定探頭與花生壟垂直)溫、濕度, 半小時(shí)記錄一次, 重點(diǎn)分析花生關(guān)鍵期(結(jié)莢期、飽果期、成熟期)溫、濕度(9:00—11:00平均值)及典型晴天冠層溫、濕度日變化規(guī)律。

1.3.4 產(chǎn)量測(cè)定

各小區(qū)取2壟2 m長(zhǎng)的樣段作為小區(qū)的待測(cè)樣點(diǎn), 測(cè)量實(shí)收面積, 間作4行花生靠近玉米的2行合計(jì), 作為間作邊行; 遠(yuǎn)離玉米行的中間2行作為間作中間行, 并收獲樣點(diǎn)內(nèi)全部花生調(diào)查株數(shù), 連續(xù)調(diào)查10株單株飽果數(shù), 刨收、摘果、去雜后自然風(fēng)干, 計(jì)算莢果產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作圖表, 采用SPSS 19.0系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, LSD法檢驗(yàn)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米/花生寬幅間作對(duì)花生冠層透光率的影響

由表1可以看出, 在花生結(jié)莢期和飽果期, 玉米/花生寬幅間作顯著降低了花生冠層頂部和冠層中部的透光率, 結(jié)莢期和飽果期間作冠層頂部透光率分別比單作降低38.57%和34.00%, 冠層中部透光率分別降低21.96%和63.69%。間作花生冠層下部透光率與花生單作處理差異未達(dá)顯著水平。

表1 玉米/花生寬幅間作對(duì)花生關(guān)鍵生育期冠層透光率的影響

不同小寫字母單作和間作間差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters mean significant differences between intercropping and mono-cropping at 0.05 level.

2.2 玉米/花生寬幅間作對(duì)花生冠層光照強(qiáng)度的影響

2.2.1 花生關(guān)鍵生育期冠層光照強(qiáng)度的差異

由表2可以看出, 在花生關(guān)鍵生育期, 單作、間作冠層光照度隨生育進(jìn)程呈降低趨勢(shì), 這與本試驗(yàn)區(qū)域太陽(yáng)輻射強(qiáng)度自8月份至10月份的逐漸降低規(guī)律一致。同一生育期, 玉米/花生寬幅間作處理顯著降低了花生冠層光照度, 兩年度間作分別比單作降低30.68%~45.86%和22.21%~33.87%。

表2 2015年和2016年玉米/花生寬幅間作對(duì)花生關(guān)鍵生育期冠層光照強(qiáng)度的影響

不同小寫字母單作和間作間差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters mean significant differences between intercropping and mono-cropping at 0.05 level.

2.2.2 花生關(guān)鍵生育期冠層光照度日變化規(guī)律

由圖2可以看出, 花生結(jié)莢期和飽果期光照度從凌晨太陽(yáng)升起至黃昏太陽(yáng)落下的一段時(shí)間內(nèi)均隨時(shí)間延續(xù)呈先升高后降低趨勢(shì), 單作、間作均呈單峰曲線, 且單作明顯高于間作。圖2還可以看出, 在上午光照強(qiáng)度上升期和下午光照強(qiáng)度下降期, 單作和間作光照強(qiáng)度差值較大, 而中午太陽(yáng)直射期二者差值減小。且結(jié)莢期單作和間作花生冠層光照度峰值高于其對(duì)應(yīng)處理的飽果期峰值。

2.3 玉米/花生寬幅間作對(duì)花生冠層溫度的影響

2.3.1 冠層上午9:00—11:00平均溫度的差異

由表3可以看出, 在花生同一生育期, 單作花生冠層上午9:00—11:00的平均溫度均顯著高于間作花生, 兩年度玉米/花生寬幅間作處理花生冠層上午9:00—11:00的平均溫度分別比單作降低1.69~2.01 ℃和1.39~1.89 ℃。

2.3.2 冠層溫度日變化規(guī)律

由圖3可以看出, 各處理的冠層空氣溫度日變化趨勢(shì)基本符合太陽(yáng)輻射熱量規(guī)律, 白天溫度較高, 夜間溫度均低。間作花生冠層溫度在上午升溫階段、下午降溫階段與單作花生相差較小, 而中午前后(約上午10:00至下午16:00)和夜間(約傍晚18:00至次日凌晨6:00)明顯低于單作。間作降低了花生夜間和中午前后的冠層溫度, 二者溫差最高可達(dá)4.9 ℃。

圖2 2015年和2016年玉米/花生寬幅間作對(duì)花生關(guān)鍵生育期冠層光照強(qiáng)度日變化的影響

MP表示單作花生, IP表示間作花生。MP is mono-cropping peanut, IP is intercropping peanut.

表3 2015年和2016年玉米/花生寬幅間作對(duì)花生關(guān)鍵生育期冠層溫度的影響

不同小寫字母單作和間作間差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters mean significant differences between intercropping and mono-cropping at 0.05 level.

2.4 玉米/花生寬幅間作對(duì)花生冠層相對(duì)濕度的影響

2.4.1 花生關(guān)鍵生育期冠層相對(duì)濕度的差異

由表4可以看出, 在花生同一生育期, 單作花生冠層上午9:00—11:00的平均相對(duì)濕度顯著低于間作花生, 兩年度玉米/花生寬幅間作處理花生冠層上午9:00—11:00的相對(duì)濕度分別比單作提高5.17%~ 13.26%和6.90%~9.71%。

2.4.2 花生關(guān)鍵生育期冠層相對(duì)濕度日變化規(guī)律

由圖4可以看出, 不同時(shí)期各處理的冠層空氣濕度日變化隨時(shí)間進(jìn)程均呈先下降后上升的趨勢(shì)。單作與間作冠層濕度的差異基本由太陽(yáng)升起后開(kāi)始加大。間作花生冠層濕度在白天明顯高于單作, 二者濕度差最高可達(dá)21.03%, 最高濕度差出現(xiàn)在2016年度飽果期的上午7:30。

2.5 玉米/花生寬幅間作對(duì)花生產(chǎn)量的影響及其與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性分析

由表5可以看出, 兩年度花生莢果產(chǎn)量和單株飽果數(shù)均為單作處理顯著高于間作中間行和間作邊行, 間作中間行莢果產(chǎn)量和單株飽果數(shù)高于間作邊行產(chǎn)量, 但兩處理均未達(dá)顯著水平; 不同種植模式對(duì)花生每公頃株數(shù)無(wú)顯著影響。從表5還可以看出, 花生百果重和百仁重均以單作處理最低, 間作有增加花生百果重、百仁重和出仁率的趨勢(shì), 其中2015年度間作中間行百果重與單作差異達(dá)顯著水平。

圖3 2015年和2016年玉米/花生寬幅間作對(duì)花生關(guān)鍵生育期冠層溫度日變化的影響

MP表示單作花生, IP表示間作花生。MP is mono-cropping peanut, IP is intercropping peanut.

表4 2015年和2016年玉米花生寬幅間作對(duì)花生關(guān)鍵生育期冠層相對(duì)濕度的影響

不同小寫字母單作和間作間差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters mean significant differences between intercropping and mono-cropping at 0.05 level.

由表5還可以看出, 花生單作條件下, 單株飽果數(shù)和莢果產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān), 其他性狀與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系未達(dá)到顯著水平?；ㄉg作條件下百果重和出仁率與莢果產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān), 單株飽果數(shù)與每公頃株數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān), 百果重和出仁率顯著正相關(guān); 其他性狀間相關(guān)關(guān)系不顯著。說(shuō)明間作條件下適當(dāng)降低密度可進(jìn)一步提高單株飽果率。

2.6 不同冠層微環(huán)境因子與間作花生莢果產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由表6看出, 單作模式下, 結(jié)莢期環(huán)境濕度與花生莢果產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān), 飽果期各因子之間相關(guān)性不顯著; 間作模式下結(jié)莢期環(huán)境濕度與環(huán)境溫度、莢果產(chǎn)量均呈極顯著負(fù)相關(guān), 環(huán)境溫度與莢果產(chǎn)量呈顯著正相關(guān), 飽果期各因子之間相關(guān)性不顯著。綜合兩種模式分析, 結(jié)莢期冠層環(huán)境溫度、冠層光照度及飽果期冠層環(huán)境溫度、冠層光照度均與花生莢果產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān), 冠層環(huán)境濕度則與莢果產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān), 其中結(jié)莢期達(dá)到極顯著水平。結(jié)莢期和飽果期冠層環(huán)境溫度與冠層環(huán)境濕度均呈極顯著負(fù)相關(guān), 冠層光照度與冠層環(huán)境溫度呈正相關(guān), 但與冠層環(huán)境濕度呈負(fù)相關(guān)。

圖4 2015年和2016年玉米/花生寬幅間作對(duì)花生關(guān)鍵生育期冠層相對(duì)濕度日變化的影響

表5 2015年和2016年玉米/花生寬幅間作的花生產(chǎn)量和構(gòu)成因素及其相關(guān)性

不同小寫字母單作和間作間差異顯著(<0.05)。**和*分別表示相關(guān)性極顯著水平(<0.01)和顯著水平(<0.05)。MP表示單作花生, ERIP表示間作邊行花生, MRIP表示間作中間行花生。Different lowercase letters mean significant differences between intercropping and mono-cropping at 0.05 level. ** and * mean significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively. MP is mono-cropping peanut, ERIP is edge row of intercropping peanut, MRIP is middle row of intercropping peanut.

表6 單作和間作花生莢果產(chǎn)量與關(guān)鍵生育期冠層微環(huán)境因子的相關(guān)性分析

**和*分別表示相關(guān)性極顯著水平(<0.01)和顯著水平(<0.05)。** and * mean significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively.

2.7 不同冠層微環(huán)境因子與花生莢果產(chǎn)量多元線性逐步回歸

進(jìn)行不同種植模式花生莢果產(chǎn)量與主要冠層微環(huán)境因子的多元線性逐步回歸, 會(huì)自動(dòng)剔除無(wú)統(tǒng)計(jì)顯著性的變量, 以篩選出影響產(chǎn)量的重要因子, 結(jié)果如表7所示。

由表7可得回歸模型:

單作方程為:=7 093.231?40.5052(1)

其中, 方差比=44.08, 相關(guān)系數(shù)=0.958, 決定系數(shù)2=0.917。

單作條件下, 結(jié)莢期冠層濕度(2)對(duì)產(chǎn)量具負(fù)效應(yīng), 單作條件冠層光照強(qiáng)度與冠層環(huán)境溫度重復(fù)間差異較小, 統(tǒng)計(jì)無(wú)顯著性而被剔除。

間作方程為:=7 253.638?40.6452?12.4245(2)

其中, 方差比:=132.309, 相關(guān)系數(shù)=0.994, 決定系數(shù)2=0.989。

間作條件下, 結(jié)莢期冠層濕度(2)和飽果期冠層濕度(5)對(duì)產(chǎn)量均為負(fù)效應(yīng)。間作條件下冠層光照強(qiáng)度、冠層環(huán)境溫度不同重復(fù)間差異較小, 亦被剔除。

本文主要目的是分析明確間作、單作的不同冠層微環(huán)境差異是如何影響花生莢果產(chǎn)量的, 因此, 重點(diǎn)對(duì)單作、間作兩種模式下冠層微環(huán)境因子與花生莢果產(chǎn)量多元線性回歸進(jìn)行分析, 明確間作模式下對(duì)花生莢果產(chǎn)量具有顯著性影響的冠層微環(huán)境因子。

綜合單作、間作兩個(gè)模式的兩年數(shù)據(jù)分析得出方程為:

=8 474.331+0.0113?50.3442?22.4475(3)

其中, 方差比=104.65, 相關(guān)系數(shù)=0.987, 決定系數(shù)2=0.975。從回歸方程可以看出, 這3個(gè)自變量可以解釋97.5%的因變量變異, 其中結(jié)莢期冠層光照度(3)對(duì)產(chǎn)量的作用為正效應(yīng); 結(jié)莢期冠層相對(duì)濕度(2)、飽果期冠層相對(duì)濕度(5)對(duì)產(chǎn)量的作用為負(fù)效應(yīng)。

2.8 不同冠層微環(huán)境因子與花生莢果產(chǎn)量的通徑分析

通過(guò)對(duì)產(chǎn)量有顯著影響的以上3個(gè)因子的通徑分析, 可以揭示冠層微環(huán)境因子對(duì)產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)、間接通徑系數(shù)和綜合效應(yīng), 結(jié)果如表8所示?；ㄉY(jié)莢期光照對(duì)產(chǎn)量的直接作用系數(shù)為0.326 6, 間接效應(yīng)為0.612 5, 說(shuō)明光照度除了直接影響產(chǎn)量外還有很大部分效應(yīng)是通過(guò)影響冠層環(huán)境濕度間接影響花生莢果產(chǎn)量的。說(shuō)明協(xié)調(diào)好光照度和冠層濕度的關(guān)系可提高光照度對(duì)產(chǎn)量的正面影響效應(yīng)。

表7 單作和間作花生莢果產(chǎn)量與冠層環(huán)境因子回歸模型系數(shù)

因變量為莢果產(chǎn)量(Y)。Dependent variable is pod yield.

表8 不同冠層微環(huán)境因子與花生莢果產(chǎn)量的通徑系數(shù)

3 討論與結(jié)論

3.1 與玉米間作的花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成變化

研究表明, 玉米/花生間作模式在一定階段后能夠有效改善花生的根瘤生長(zhǎng), 具有顯著的增氮作用[11], 同時(shí), 玉米/花生間作增強(qiáng)了玉米利用強(qiáng)光的能力和花生利用弱光的能力, 實(shí)現(xiàn)了群體對(duì)光的分層、立體的高效利用, 間作體系土地當(dāng)量比大于1, 具有明顯的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)[6,12]。因此, 玉米、花生間作成為近些年來(lái)我國(guó)黃淮海平原地區(qū)發(fā)展最快的一種間作模式。然而, 與高稈作物間作的花生因遮蔭使復(fù)合系統(tǒng)花生光合有效輻射減弱, 花生產(chǎn)量和生物量明顯下降[13]。有研究數(shù)據(jù)得出, 與玉米間作的花生比單作花生少截獲27%的光合有效輻射[14]。因此, 在玉米/花生間作模式中, 生育后期玉米遮蔭導(dǎo)致光照不足是限制間作花生產(chǎn)量的主要因素之一。間作條件下, 花生有效分枝數(shù)、單株有效果數(shù)顯著降低, 百仁重略微降低[14]。本研究表明, 間作顯著降低了單株飽果數(shù)和莢果產(chǎn)量, 而百果重、百仁重及出仁率均有不同程度升高, 這可能與間作花生單株飽果數(shù)顯著降低, 而促進(jìn)莢果飽滿度增加有關(guān)。

3.2 間作花生冠層微環(huán)境及其與產(chǎn)量的相關(guān)性

冠層微環(huán)境是影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要環(huán)境條件[15]。冠層微環(huán)境除受當(dāng)?shù)匦纬纱髿夂虻母鞣N因子的影響以外, 還受作物種類及共生長(zhǎng)狀況、種植密度和冠層結(jié)構(gòu)等因素的影響[16-17]。不同種植方式, 通過(guò)影響冠層結(jié)構(gòu), 進(jìn)而影響冠層內(nèi)的光照、溫度、濕度和CO2等因素, 最終影響群體的光合效率和作物產(chǎn)量。良好的冠層微環(huán)境能夠提高群體對(duì)自然資源的利用效率, 從而增加光合物質(zhì)的合成, 提高作物產(chǎn)量[17]。冠層光照度和透光率是反映植株冠層光照情況和群體內(nèi)部透光程度的指標(biāo), 可以影響光合作用、有機(jī)物合成, 最終影響產(chǎn)量。在間作復(fù)合系統(tǒng)中, 高稈作物和矮稈作物產(chǎn)生相互遮蔭作用, 導(dǎo)致群體光分布和光透過(guò)率出現(xiàn)差異, 間作可提高高位作物的透光率, 但遮蔭降低了低位作物的透光率[18-19]。本研究中, 玉米/花生寬幅間作花生冠層光照強(qiáng)度較單作顯著降低, 且冠層頂部和中部的透光率顯著降低, 但冠層下部透光率與花生單作比較無(wú)顯著差異?？赡苁且?yàn)榛ㄉ趯酉虏坑糸], 單作和間作透光率均較低造成的。

冠層溫、濕度是衡量農(nóng)田小氣候的重要指標(biāo), 冠層溫、濕度的變化不僅會(huì)影響作物的光合作用、物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)及其生理代謝功能, 還對(duì)作物產(chǎn)量形成起著重要的作用[20], 是作物群體的一個(gè)綜合性指標(biāo), 是作物群體內(nèi)、外在因素共同作用的反映[21]。有研究得出, 花生產(chǎn)量性狀與冠層溫度密切相關(guān), 尤其是飽果率、百果質(zhì)量和產(chǎn)量[22]。有研究認(rèn)為, 在花生生育期內(nèi), 白天較高的溫度有利于光合產(chǎn)物的積累, 而結(jié)莢期較低的冠層相對(duì)濕度有利于延緩花生葉片衰老[9]。本研究中, 兩年度玉米/花生寬幅間作花生冠層上午9:00—11:00的平均溫度均比單作降低, 而相對(duì)濕度則比單作提高, 均不利于間作花生產(chǎn)量的提高。為了確定不同冠層微環(huán)境因子對(duì)產(chǎn)量形成的直接作用和間接作用, 本文通過(guò)通徑分析對(duì)各因子簡(jiǎn)單相關(guān)中的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行剖析得出, 間作冠層環(huán)境溫度對(duì)花生產(chǎn)量影響統(tǒng)計(jì)不顯著, 而間作花生冠層光照強(qiáng)度的降低、冠層相對(duì)濕度的升高則直接或間接負(fù)面影響花生莢果產(chǎn)量的提高。間作花生冠層相對(duì)濕度和光照強(qiáng)度是造成間作遮蔭條件下花生產(chǎn)量顯著降低的重要環(huán)境因子。

本試驗(yàn)條件下, 玉米/花生間作遮蔭導(dǎo)致的間作花生冠層光照度、透光率下降, 以及冠層相對(duì)濕度升高是限制花生莢果產(chǎn)量提高的主要?dú)夂蛏鷳B(tài)因子。生產(chǎn)中可改南北種植為東西向間作種植, 從而提高間作花生冠層上午9:00—11:00的有效光照度、適當(dāng)降低其冠層相對(duì)濕度, 同時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低間作花生種植密度, 提高其單株生產(chǎn)能力, 以期提高間作花生莢果產(chǎn)量。

發(fā)展穩(wěn)糧增油的玉米/花生間作模式, 在穩(wěn)定糧食產(chǎn)量的基礎(chǔ)上擴(kuò)大花生種植面積、提高食用植物油供應(yīng)量對(duì)國(guó)家糧油作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、增加農(nóng)民受益、保障食用油安全具有重要意義。關(guān)于間作遮陰花生農(nóng)田小氣候變化規(guī)律及其對(duì)產(chǎn)量的作用研究剛剛起步, 提高間作花生產(chǎn)量的適宜種植角度及其他促產(chǎn)調(diào)控措施還需繼續(xù)深入研究。

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Canopy microenvironment change of peanut intercropped with maize and its correlation with pod yield*

LIN Songming1,2, MENG Weiwei2, NAN Zhenwu2, XU Jie2, LI Lin1**, ZHANG Zheng2,3,LI Xinguo2, GUO Feng2, WAN Shubo1,2**

(1. College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. Shandong Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Genetic Improvement and Ecological Physiology of Shandong Province, Jinan 250100, China; 3. College of Life Science, Shandong Normal University, Jinan 250000, China)

Field trials of the single cropping of peanuts and broad-sown intercropping of maize and peanuts were conducted in 2015 and 2016. Changes in peanut canopy transmittance, light intensity, canopy temperature, and humidity after the podding stage under different planting modes were monitored, and the correlations between them and pod yield were analyzed. Our results showed that, first, compared with a peanut monoculture, maize/peanut intercropping significantly reduced the light intensity of the canopy, the transmittance of the top and middle canopy, and the average temperature of the canopy from 9:00 a.m. to 11:00 a.m., and increased the average humidity of the canopy. Second, peanut canopy light intensity exhibited a single peak curve on sunny days, and the canopy light intensity of monocultured peanuts was significantly higher than that of intercropping. The difference in light intensity between a monoculture and intercropping was greater in the morning (when light intensity increased) and the afternoon (when light intensity decreased), while the difference between the two values decreased at noon during the direct-sunlight period. The ambient canopy temperature of peanuts decreased under intercropping in the night and before and after noon, compared with monoculture, with an observed highest difference of 4.9 ℃. Intercropping increased the relative humidity of the canopy during daytime, with a recorded highest difference of 21.03%. Third, under experimental conditions, the canopy environmental temperature and illumination at the podding stage were positively correlated with peanut pod yield, while the canopy environmental humidity was negatively correlated with pod yield, especially at the podding stage. Multivariate linear stepwise regression analysis showed that the most important environmental factors affecting peanut yield were canopy illumination and circumferential humidity at podding stage, and canopy circumferential humidity at the full-fruit stage. Path analysis showed that, besides directly affecting yield, illumination had a high impact on peanut pod yield by affecting canopy environmental humidity, indicating that the positive effect of illumination on yield can be improved by coordinating the relationship between illumination and humidity under intercropping conditions. In this experiment, the decrease in canopy light intensity and transmittance of intercropping and the increase in canopy relative humidity of intercropping were the main climatic factors limiting pod yield. It is possible that the yield of intercropped peanuts could be increased by planting them from east to west, which will increase the effective illuminance of the canopy at 9:00–11:00 a.m. and reduce the relative humidity.

Maize/peanut intercropping; Key growth stages of peanut; Wide row-spacing intercropping; Canopy micro-environment; Peanut pod yield

S565.2; S344.2

* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0201000)、山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(SD2019ZZ011)、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目(CXGC2018E01)和山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017GNC13107)資助

萬(wàn)書(shū)波, 主要從事花生栽培生理研究, E-mail: wansb@saas.ac.cn; 李林, 主要從事花生栽培研究, E-mail: lilindw@163.com

林松明, 主要從事花生高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培生理生態(tài)研究。E-mail: linsm6312@163.com

2019-07-13

2019-10-08

* This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2018YFD0201000), the Major Agricultural Applied Technological Innovation Projects of Shandong Province (SD2019ZZ011), the Agricultural Science and Technology Innovation Project of Shandong Academy of Agricultural Sciences (CXGC2018E01) and Shandong Key Research and Development Program (2017GNC13107).

WAN Shubo, E-mail: wansb@saas.ac.cn; LI Lin, E-mail: lilindw@163.com

Jul. 13, 2019;

Oct. 8, 2019

10.13930/j.cnki.cjea.190525

林松明, 孟維偉, 南鎮(zhèn)武, 徐杰, 李林, 張正, 李新國(guó), 郭峰, 萬(wàn)書(shū)波. 玉米間作花生冠層微環(huán)境變化及其與莢果產(chǎn)量的相關(guān)性研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2020, 28(1): 31-41

LIN S M, MENG W W, NAN Z W, XU J, LI L, ZHANG Z, LI X G, GUO F, WAN S B. Canopy microenvironment change of peanut intercropped with maize and its correlation with pod yield[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(1): 31-41