帶寬、行比配置對玉米農(nóng)藝性狀及干物質(zhì)積累影響

封 亮，王淑彬，楊文亭，楊濱娟，周 泉，黃國勤

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/生態(tài)科學(xué)研究中心，江西 南昌 330045）

【研究意義】間套作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種重要的種植制度，是在時間和空間上實(shí)現(xiàn)種植集約化的一種栽培方式，在作物病蟲害生物防治[1]、雜草抑制[2]、作物品質(zhì)改善[3]以及減少對栽培環(huán)境負(fù)面影響等方面都表現(xiàn)出單作系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢[4]。玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式是禾本科/豆科間套作種植的主要模式之一，具有明顯增產(chǎn)節(jié)肥優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)土地用養(yǎng)結(jié)合和養(yǎng)分互補(bǔ)[5]，且具有充分利用空間資源、光能資源、土壤養(yǎng)分、水分資源及培肥地力的作用[6]。此外豆科與禾本科間套作體系有共生固氮、氮轉(zhuǎn)移和更優(yōu)的邊際效益，且具有省工、節(jié)本、高產(chǎn)高效和利于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)[7]，因此在生物學(xué)特性、時空搭配、資源利用上是典型的黃金搭檔[8]。【前人研究進(jìn)展】由于玉米株型較高，大豆株型較矮，如何調(diào)整田間作物布局方式，使其最大限度地利用光、溫、水、肥資源，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勢作物玉米在發(fā)揮最大邊際效應(yīng)的同時減少對弱勢作物大豆的影響，提高復(fù)合作物群體的產(chǎn)值和效益，是玉米-大豆間作模式中迫切解決的問題[9-11]。羅萬宇等[12]研究表明間作鮮食玉米產(chǎn)量隨帶寬行比的增加呈逐漸降低的趨勢，其穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量變化趨勢與產(chǎn)量一致；代旭峰等[13]研究表明當(dāng)玉米每667 m2種植密度超過3 500 株時，隨著行距配置的增大，群體與個體之間的矛盾加劇，光合產(chǎn)物主要用于促進(jìn)營養(yǎng)生長，抑制生殖生長；婁瑩[14]認(rèn)為玉米行距擴(kuò)大，玉豆間距小于0.6 m 時，套作遮蔭加重，大豆植株生長受到抑制，作物群體生物量及產(chǎn)量生產(chǎn)效率降低，湯復(fù)躍等[15]結(jié)果表明“玉米‖大豆”不同行比及玉米株型配置處理下玉米競爭力強(qiáng)于大豆，群體玉米和大豆產(chǎn)量都顯著低于單作，群體總產(chǎn)量顯著高于單作，因此寬窄行種植更有利于大豆的生長發(fā)育。所以合理的行距配置可以建造良好的群體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)作物群體與個體的發(fā)展[16]，可以改善作物群體內(nèi)部的通風(fēng)透光條件充分利用不同層次的光資源，提高作物的光能利用率[17-21]，有利于作物干物質(zhì)的積累、養(yǎng)分的吸收利用以及經(jīng)濟(jì)效益的提高[22-24]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】當(dāng)前我國在玉米間作大豆栽培方面已有一些研究，主要集中在作物產(chǎn)量[25-26]、生理[27-30]、品質(zhì)[31-32]，且主要集中在西南地區(qū)。但是玉米間作大豆不同帶寬、不同行比配置種植模式在南方丘陵紅壤旱地干物質(zhì)積累、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量等方面的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)保證種植密度不變，通過調(diào)整植株的帶寬、行比，探究出適宜的株行距配置模式，以此來增加玉米、大豆產(chǎn)量，提高農(nóng)民收益。以期為江西省丘陵紅壤旱地提供適宜的玉米間作大豆種植模式和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米品種為吉祥1 號，大豆品種為旱豆1 號。本試驗(yàn)設(shè)在江西省紅壤所內(nèi)(116o20′E，28o15′N)，該點(diǎn)屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降水量1 537 mm，年蒸發(fā)量1 100～1 200 mm，年均氣溫17.7～18.5 ℃，最冷月（1月）平均氣溫為4.6 ℃，最熱月（7月）平均氣溫為28.0～29.8 ℃。海拔高度25～30 m，坡度5 ℃，為典型的低丘紅壤地區(qū)。試驗(yàn)前土壤pH 5.72，有機(jī)質(zhì)19.70 mg/kg，堿解氮102.76 mg/kg，有效磷12.80 mg/kg，速效鉀174.08 mg/kg，全氮1.23 g/kg，全磷0.47 g/kg，全鉀23.46 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，7 個處理，每個處理種2 帶，帶長5 m，重復(fù)3 次，窄行玉米、大豆均40 cm，玉米每666.7 m2密度4 000 株，大豆每666.7 m210 000 株，單株定植。春玉米和春大豆播種時間為4 月8 日，春大豆于7 月11 日收獲，春玉米于7 月30 日收獲。玉米全生育期共施純氮270 kg/hm2，按底肥∶拔節(jié)肥∶穗肥3∶2∶5 比例施用，玉米底肥每公頃配施過磷酸鈣600 kg（含P2O512%），氯化鉀150 kg（含K2O 60%），大豆基肥配施尿素75 kg/hm2、過磷酸鈣600 kg/hm2、氯化鉀60 kg/hm2、追肥為初花后施尿素75 kg/hm2，其它管理同大田。

表1 不同帶寬、行比田間配置試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Design table of field configuration experiment with different bandwidth and row ratio

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀的測定 從玉米播種30 d開始，每個小區(qū)選取3株長勢一致的玉米，每隔15 d測定株高、葉面積，整個生育期共測5次，同時取3株長勢一致的玉米帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行干物質(zhì)的測定。

1.3.2 葉面積指數(shù)

單株葉面積為每株單葉葉面積之和。

1.3.3 玉米干物質(zhì)積累 將取回來的3株玉米樣品分莖、葉、穗分別裝于紙袋中。在105 ℃下殺青30 min，再于80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量。

玉米干物質(zhì)相對生長速率：

式（3）中t1、t2分別為相鄰兩次測定玉米干物質(zhì)的時間，Q1、Q2分別為t1、t2時測定的玉米干物質(zhì)；ln 為自然對數(shù)。

1.3.4 產(chǎn)量的測定 玉米收獲前統(tǒng)計(jì)各個小區(qū)的株數(shù)、有效穗數(shù)，成熟時取10 穗進(jìn)行考種，測定千粒質(zhì)量、每穗粒質(zhì)量、穗粗、穗長、禿尖長、行粒數(shù)、穗行數(shù)、株高、莖粗、穗位高。各小區(qū)收獲時未取樣的一帶實(shí)打?qū)嵤諟y產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2019 軟件統(tǒng)計(jì)處理數(shù)據(jù)，利用SPSS Statistics20 對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，Duncan 法對各項(xiàng)測定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較和皮爾遜雙尾相關(guān)性分析，采用Origin2018 進(jìn)行圖形制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同帶寬、不同行比種植模式對玉米株高變化的影響

由表2可知，隨著生育期的推進(jìn)，不同帶寬、不同行比處理的玉米株高呈先增后降趨勢。玉米播種第75 天時達(dá)到最大值，處理P=處理Q＞處理N＞處理M＞處理S＞處理R，株高范圍為183.67～198.33 cm，且處理N、處理P、處理Q 與其他各處理都呈顯著差異，由處理M、處理N、處理R 得出帶寬越大，行比越大、株高呈先增后減態(tài)勢，有利于植株抗倒伏；玉米播種第75 天時，除過處理R，其它各處理的株高均大于凈作，表明凈作玉米在生長過程中由于玉米葉片的遮蔭作用，對玉米生長過程產(chǎn)生了抑制作用，也由此說明間作玉米能充分利用光、熱資源使得玉米株高優(yōu)于單作；從播種后第60天至第90天時，處理P 的株高最大，可說明帶寬2.4 m，行比2:4 的田間配置種植模式在玉米生殖生長階優(yōu)于其它田間配置；在玉米播種第75 天時，處理P、處理Q 株高為198.33 cm，分別比處理M、處理N、處理R 高出6.25%、3.12%、7.98%；在播種后第90 天時，處理P、處理Q 與其它處理相比較呈極顯著差異，本試驗(yàn)還可得出帶寬為2.4 m 時、隨行比增加、株高增大；帶寬為2.8 m時，隨行比增加、株高減小，越有利于抗倒伏。

2.2 不同帶寬、不同行比種植模式下對玉米葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)（LAI）的大小是衡量群體光合生產(chǎn)能力的一個重要指標(biāo)。從圖1 可以看出，各處理對玉米葉面積指數(shù)的影響均表現(xiàn)為隨生育期的推進(jìn)呈先增加后降低的趨勢。在播種后第30 天時各處理間的葉面積指數(shù)基本相同，差異性較小，在玉米播種后第45 天到第60 天時葉面積指數(shù)迅速增加，植株正處于營養(yǎng)生長旺盛階段；在播種后第75天時各處理的LAI值達(dá)到最大，在播種后第75天至第90天葉面積指數(shù)呈下降趨勢；在第60 天至第90 天期間，帶寬2.8 mLAI值高于帶寬2.4 m 的LAI值，在第75天到第90 天時帶寬2.8 m 下降的LAI值也比其它處理緩慢，說明帶寬2.8 m 的田間配置模式使LAI值能增加得更快，后期葉面積的降值也相對較小，維持較長時期的光合作用，延緩了葉片的衰老，有利于制造更多的光合產(chǎn)物；第75 天時處理Q 的LAI值最大，為2.14，順序表現(xiàn)由大到小依次為處理Q、處理R、處理N、處理P、處理M 和處理S，分別比處理M、處理N、處理P、處理R 和處理S提高了19.55%、16.94%、18.23%、3.38%和25.15%；在第45天、第75天、第90天，不同帶寬、不同行比處理的間作玉米LAI值都高于凈作玉米，說明凈作玉米中可能是玉米葉的遮蔭作用影響了葉面積指數(shù)，從側(cè)面也說明間作有利于LAI值的增加。

圖1 不同間作模式對玉米葉面積指數(shù)的影響Fig.1 Effect of different intercropping modes on leaf area index of Maize

2.3 不同帶寬、不同行比種植模式下對不同時期玉米干物質(zhì)積累的影響

從圖2 可以看出，玉米干物質(zhì)積累量隨著玉米生育期的推進(jìn)呈不斷增長趨勢且變化大致相同，在播種后90 d時達(dá)到最大值。在播種后30 d時，因?yàn)橛衩自诔跗谏L階段，干物質(zhì)積累少，也由于植株矮小，群體內(nèi)個體間的競爭較小所致。在播種后60 d時，處理M 的干物質(zhì)積累量最大，處理R 的田間配置的干物質(zhì)積累量最小，說明行比相同，增加帶寬不利于玉米干物質(zhì)的積累。

圖2 不同植株模式對干物質(zhì)積累量的影響Fig.2 Effect of different plant models on dry matter accumulation

從播種后60～75 d時，玉米處于生殖生長階段，植株的光合作用加強(qiáng)，“源”中的營養(yǎng)物質(zhì)不斷地運(yùn)輸?shù)健皫臁?，因此這一時期的干物質(zhì)積累速率增大。在播種后75 d時，玉米干物質(zhì)積累量由大到小依次為處理N、處理M、處理P、處理Q 和處理R，處理N的干物質(zhì)積累量最大，為7 843.57 kg/hm2，與其它處理呈極顯著差異，分別比處理M、處理P、處理Q、處理R高出了9.13%、43%、47.86%、102.91%。

播種后90 d時，各處理干物質(zhì)積累量達(dá)到最大，其中處理P的玉米干物質(zhì)積累量最大，為11 568.39 kg/hm2，比處理N 的干物質(zhì)積累量高出1 299.16 kg/hm2，帶寬2.4 m 比帶寬2 m、帶寬2.8 m 平均干物質(zhì)積累量分別高出0.69%、21.14%，隨著帶寬的增加，玉米干物質(zhì)積累量先增加后降低，說明2.4 m 帶寬的干物質(zhì)積累量優(yōu)于帶寬2 m、帶寬2.8 m，因此帶寬2.4 m 在光溫水資源調(diào)配、行間通風(fēng)方面比帶寬2 m、帶寬2.8 m更具有優(yōu)勢。

2.4 不同帶寬、不同行比種植模式下對不同時期玉米干物質(zhì)相對生長速率的影響

由圖3可看出，在玉米整個生育期內(nèi)干物質(zhì)相對生長速率呈先快后慢趨勢，在玉米播種后30～45 d期間，干物質(zhì)相對生長速率表現(xiàn)由大到小依次為：M、N、Q、P 和R，處理M、N 和處理P、Q 兩處理間無顯著性差異，因?yàn)橹仓晏幱跔I養(yǎng)生長階段，所以此階段干物質(zhì)相對生長速率最低，在45～60 d 生長階段，處理P 的干物質(zhì)相對生長速率最大，為0.53，比處理Q 高出6%，處理M、N、R處理間無顯著性差異，說明玉米播種后45～60 d生長階段，處理M、N、R 種植模式在干物質(zhì)相對生長速率一致，在播種60～75 d期間，處理R干物質(zhì)相對生長速率最小，為0.47，相比較播種后45～60 d 減小10.6%，原因可能是試驗(yàn)誤差所致，處理M、N 兩處理間無顯著性差異，在播種后75～90 d期間，處理P、R 的相對增長速率相同，均為0.58，與處理M 有顯著性差異，與處理N、Q 有極顯著性差異，處理P在播種后75～90 d期間比60～75 d相對生長速率增加11.54%，較其它處理仍保持較高的增長速率，說明處理P在生長末期有利于干物質(zhì)的積累。

圖3 不同時期玉米干物質(zhì)相對生長速率Fig.3 Relative growth rate of corn dry matter in different periods

2.5 不同帶寬、不同行比種植模式下產(chǎn)量構(gòu)成要素對玉米產(chǎn)量影響

由表3處理M、處理N、處理P可得出帶寬2 m，帶寬2.4 m對玉米產(chǎn)量無顯著性差異，處理M、處理N、處理P與處理Q、處理R、處理S在產(chǎn)量中呈極顯著差異，說明隨帶寬的增加，不利于間作玉米增產(chǎn)。不同處理間穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒質(zhì)量之間沒有顯著差異，不同帶寬、行比田間配置對穗長、禿尖長的影響較大，處理M、處理N、處理S 3 個處理間穗長無顯著差異，凈作玉米的禿尖長最大，處理P 的禿尖長最小，說明間作玉米可以減少禿尖長度，從而提高產(chǎn)量。帶寬相同，隨行比增加，玉米產(chǎn)量增加，處理P玉米的產(chǎn)量最高，為6 977.78 kg/hm2，比處理N 的玉米產(chǎn)量高出427.78 kg/hm2，可能是處理P 的禿尖長最小等原因所致。從表3中還可得出帶寬相同，隨行比增加，穗粗減小，穗長減小、行粒數(shù)減小、千粒質(zhì)量減小、產(chǎn)量增加。

表3 行距配置方式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.3 Effect of row spacing on corn Yield and yield components

3 結(jié)論與討論

不同的帶寬、行比配置對玉米株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量構(gòu)成等因素影響各不相同，通過合理的田間配置，協(xié)調(diào)各要素間的均衡關(guān)系，獲得群體高產(chǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米每666.7 m2種植密度為4 000株，帶寬2.4 m行比2∶4的田間配置種植模式下，改善了田間通風(fēng)狀況，個體與群體更加協(xié)調(diào)，株高最高，干物質(zhì)積累量最大、玉米產(chǎn)量最高。

試驗(yàn)中不同帶寬、行比田間配置對玉米的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)不同。代旭峰等[13]的研究結(jié)果表明隨著行距配置的增大，株高、穗位高、光合速率、穗位葉葉面積呈先上升后下降的趨勢，莖粗呈下降趨勢。試驗(yàn)表明在密度一定時，隨著帶寬增加，株高和莖粗呈先上升后下降趨勢，這與代旭峰等[13]的研究結(jié)果一致。不同處理間穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒質(zhì)量之間沒有顯著差異，說明不同帶寬、行比配置對其影響不大，帶寬為2.4 m 時株高最高、穗長最長、禿尖長最小、千粒質(zhì)量最大，說明帶寬2.4 m 相較于其它處理更益于植株生長。株高越高、禿尖長越小、干物質(zhì)積累量越大，產(chǎn)量越高，原因可能是在玉米生長后期玉米植株各個器官中，苞葉、莖稈、鞘、植株葉片中積累的干物質(zhì)向穗、籽粒中大量轉(zhuǎn)移；間作模式下玉米品種的株高高于凈作玉米，這和孟凡凡等[33]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致，原因可能為試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同、施肥情況不同、生長環(huán)境等因素不同所致，在后期的試驗(yàn)中還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

在整個生育期內(nèi)葉面積指數(shù)表現(xiàn)出“慢—快—慢”增長趨勢，變化情況和張海軍[34]、蒲甜[35]、佟屏亞[36]等人的研究結(jié)果一致，帶寬2.8 m，行比2∶3在播種后60 d至90 d中，葉面積指數(shù)一直處于最高態(tài)勢，說明帶寬2.8 m，行比2∶3 的種植模式在植株生長后期有利于延緩葉片的衰老。在玉米播種后75 d 到90 d 期間內(nèi)，不同處理間作玉米葉面積指數(shù)均高于凈作玉米，原因可能是在凈作玉米生長后期由于玉米葉的遮蔽作用，下層葉片不能進(jìn)行正常的光呼吸，致使玉米植株先于間作玉米衰老。

試驗(yàn)結(jié)果表明玉米產(chǎn)量與干物質(zhì)積累呈正相關(guān)，干物質(zhì)積累越多，產(chǎn)量越高。該試驗(yàn)結(jié)果與齊尚紅[37]、戰(zhàn)秀梅等[38]的結(jié)果吻合，在試驗(yàn)中帶寬2.4 m、行比2∶4的干物質(zhì)積累最大，產(chǎn)量最高，且隨著帶寬的增大干物質(zhì)積累量呈先增后減的趨勢，這與蒲甜等[35]的結(jié)果一致，原因可能是帶寬2.4 m、行比2∶4 在成熟期玉米植株還保持著較高的干物質(zhì)積累速率，光合同化器官保持較高的活力，保證了生長后期有較高的光合生產(chǎn)能力，延緩了植株的衰老，使得葉片、莖稈中的營養(yǎng)物質(zhì)積累有益于向籽粒中轉(zhuǎn)移。在試驗(yàn)中帶寬增大，葉面積指數(shù)增大，干物質(zhì)積累減小，原因可能是玉米成熟期帶寬2.8 m的田間配置模式使植株器官內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒中的運(yùn)輸速率不及帶寬2.4 m，致使帶寬2.8 m 的玉米產(chǎn)量減小，所以合理帶寬田間配置能促進(jìn)干物質(zhì)積累，為產(chǎn)量的提高奠定基礎(chǔ)。

試驗(yàn)中間作玉米處理帶寬2.4 m、行比2∶4 的玉米產(chǎn)量最高。白杰等[39]研究表明通過合理的栽培措施，提高玉米的干物質(zhì)積累量，促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒分配，最終提高玉米的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。試驗(yàn)中不同的田間配置種植模式收獲期玉米產(chǎn)量也不相同，因此玉米產(chǎn)量與帶寬、行比配置有密切相關(guān)性。本試驗(yàn)中間作玉米模式下帶寬2.4 m、行比2∶4 的玉米產(chǎn)量最高，相比于帶寬2.4 m、行比2∶3 在成熟期有充足的干物質(zhì)積累量，使得有充足的養(yǎng)分由源運(yùn)輸?shù)綆?，從而保證了穗部尖端籽粒的灌漿效果，減少了禿尖長度，最終提高了籽粒產(chǎn)量。試驗(yàn)表明帶距相同、產(chǎn)量增加，原因可能是隨行比的增加，大豆植株給玉米提供充足的氮素、禿尖長減小等原因所致；行比相同、帶寬增加，產(chǎn)量降低，原因可能是植株個體競爭光、溫、水等資源、土地利用率低導(dǎo)致禿尖長增加、穗粒質(zhì)量減小、干物質(zhì)積累量減小等原因才使得產(chǎn)量降低。