高粱與花生和大豆間作對(duì)其生物量及產(chǎn)量的影響

王頌宇，梁曉紅，付婷婷，劉 靜，南懷林，曹 雄

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所，山西汾陽(yáng) 032200；2.襄垣縣北底鄉(xiāng)人民政府農(nóng)科站，山西襄垣 046200）

高粱作為世界重要的五大谷物之一[1]，因其綜 合抗性強(qiáng)，種植區(qū)域廣泛。近幾年山西省重點(diǎn)發(fā)展小雜糧，其中，高粱種植面積不斷擴(kuò)大，從2015 年的5.123 萬(wàn)hm2發(fā)展到2018 年的7.333 萬(wàn)hm2。在生產(chǎn)實(shí)踐中，連年種植高粱導(dǎo)致植株發(fā)育變差，產(chǎn)量降低[2]，病蟲(chóng)害嚴(yán)重，土地質(zhì)量下降。間作作為一種傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植模式，可利用不同作物間互惠作用高效利用光、熱、水等資源，減少病蟲(chóng)害，改善土壤能力，提高作物產(chǎn)量[3]。已有眾多研究表明，豆科禾本科間作模式通過(guò)種間競(jìng)爭(zhēng)與互補(bǔ)協(xié)調(diào)改善生態(tài)環(huán)境，如小麥和豌豆[4]、玉米和蠶豆[5]、小麥和蠶豆[6]、玉米和大豆[7]等作物間作，增加了作物產(chǎn)量，表現(xiàn)出比較強(qiáng)的土地生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。高粱與大豆、花生間作屬于典型的禾本科與豆科間作種植。尹學(xué)偉等[8]研究認(rèn)為，高粱大豆間作能增加產(chǎn)量構(gòu)成因素，提高周年產(chǎn)量及效益。梁曉紅等[9]研究表明，不同高粱大豆間作模式能提高土地生產(chǎn)力，合理的間作模式可提高間作體系的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。目前對(duì)高粱花生的間作研究甚少。本研究為了適應(yīng)目前機(jī)械化農(nóng)機(jī)的應(yīng)用，選取當(dāng)?shù)貜V泛種植的作物品種，采取4∶8間作模式，初步對(duì)高粱和大豆、高粱和花生單間作模式下的作物不同部位的干物質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量進(jìn)行研究，探討高粱更合理有效的栽培模式，為能有效增產(chǎn)的同時(shí)合理利用土地提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究在山西省汾陽(yáng)市山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所高粱試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)屬于典型的溫帶大陸性氣候，海拔為747.7 m。試驗(yàn)地土壤為砂壤土，前茬作物為谷子，肥力中等。

1.2 試驗(yàn)材料

高粱晉雜22 和晉雜34 均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所提供，在本地生產(chǎn)中推廣面積最大。高稈晉雜22 密度為105 000 株/hm2，田間生長(zhǎng)整齊，抗倒伏能力強(qiáng)，抗病性較強(qiáng)；矮稈晉雜34 密度為150 000 株/hm2，穗位整齊，適宜機(jī)械化收獲?；ㄉ鷷x花10 號(hào)密度為150 000 穴/hm2；大豆晉豆25 密度為150 000 株/hm2。花生和大豆均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物所提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2019 年5 月到9 月，各個(gè)作物主要生育時(shí)期如表1 所示。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置8 個(gè)處理，分別為晉雜22 單作（A）；晉雜34 單作（B）；花生單作（C）；大豆單作（D）；晉雜22/花生＝4∶8（E）；晉雜34/花生＝4∶8（F）；晉雜22/大豆＝4∶8（G）；晉雜34/大豆＝4∶8（H），每個(gè)處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積為6×5＝30 m2。各作物在每個(gè)小區(qū)內(nèi)種植12 行，行距為50 cm。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

于高粱拔節(jié)期、開(kāi)花期、灌漿期和成熟期在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致且生長(zhǎng)良好的高粱、花生和大豆植株各5 株，分別將莖、葉部位置于烘箱在105 ℃下殺青30 min 后，在80 ℃下烘干樣品到恒質(zhì)量，測(cè)定生物產(chǎn)量。

于成熟期每個(gè)小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn)，按含水量14%折算經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010 進(jìn)行計(jì)算和作圖，用SPSS 24.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan 新復(fù)極差法對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高粱與花生大豆間作對(duì)高粱干物質(zhì)積累的影響

從圖1 可以看出，高粱莖干物質(zhì)量從拔節(jié)期到開(kāi)花期增長(zhǎng)較快，開(kāi)花期到成熟期的過(guò)程增長(zhǎng)緩慢。拔節(jié)期和開(kāi)花期時(shí)，A（晉雜22 單作）與間作高粱差異不顯著；灌漿期和成熟期時(shí)，G（晉雜22/大豆）處理間作高粱的莖稈重比A 分別顯著增加29.1%、18.8%。B（晉雜34 單作）處理的莖稈重在拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期時(shí)均高于F（晉雜34/花生）、H（晉雜34/大豆），但差異不顯著。

從圖2 可以看出，高粱葉片干物質(zhì)量從拔節(jié)期到開(kāi)花期時(shí)有較大幅度上升，灌漿期趨于平緩或小幅度下降，成熟期時(shí)又有所升高，基本保持在15～20 g。生育期單間作晉雜22 的葉干物質(zhì)量均差異不顯著。對(duì)于晉雜34 來(lái)說(shuō)，H 處理間作高粱的葉干物質(zhì)量在開(kāi)花期、灌漿期和成熟期時(shí)分別比B、F 處理顯著降低15.4%、12.8%和13.6%；14.1%、20.5%和6.8%；F 處理間作高粱的葉干物質(zhì)量與B 處理差異不顯著。可見(jiàn)，與大豆間作有利于晉雜22 莖生物量的積累；晉雜34/大豆間作抑制晉雜34 葉干物質(zhì)的積累。

2.2 高粱與花生間作對(duì)花生干物質(zhì)積累的影響

從圖3、4 可以看出，花生莖稈和葉片干物質(zhì)量從幼苗期到飽果成熟期持續(xù)升高，在飽果成熟期時(shí)最高。自開(kāi)花期始間作處理花生的莖葉干物質(zhì)量均低于單作處理，成熟期達(dá)到顯著水平；與C 相比，E、F 處理的間作花生的莖干物質(zhì)量分別顯著降低27.6%、39.0%，葉干物質(zhì)重分別顯著降低18.8%、24.4%，說(shuō)明間作模式抑制花生莖葉干物質(zhì)的積累。

2.3 高粱與大豆間作對(duì)大豆干物質(zhì)積累的影響

從圖5 可以看出，生育期大豆單作的莖干物質(zhì)量均高于間作。與D 相比，大豆結(jié)莢期時(shí)G、H 處理間作大豆的莖干物質(zhì)量分別顯著降低38.7%、55.1%；鼓粒期時(shí)G、H 處理間作大豆的莖干物質(zhì)量分別降低12.6%、19.3%；成熟期時(shí)分別降低14.8%、12.6%。從結(jié)莢期到成熟期，D 的莖干物質(zhì)量增加48.1%，而間作G、H 分別增加106%、181.9%，說(shuō)明從結(jié)莢期開(kāi)始，間作大豆的生物量積累速率高于單作。

從圖6 可以看出，隨著生育期推進(jìn)大豆的葉干物質(zhì)量不斷上升，結(jié)莢期到鼓粒期時(shí)D 上升幅度較大，達(dá)到7.78 g。開(kāi)花期和結(jié)莢期時(shí)三個(gè)處理的葉干物質(zhì)量差異不顯著，鼓粒期D 處理的葉干物質(zhì)量分別比G、H 處理間作大豆顯著提高48.5%和70.2%。

2.4 高粱與花生大豆間作對(duì)生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響

由表2 可知，與相應(yīng)單作相比，間作作物的生物產(chǎn)量差異均不顯著。與A 相比，G 處理的間作高粱的生物產(chǎn)量提高15.4%；E 處理的間作高粱的生物產(chǎn)量降低0.4%。與B 相比，F(xiàn)、H 處理的間作高粱的生物產(chǎn)量分別降低2.9%、15.8%；F 處理間作高粱的生物產(chǎn)量比H 提高15.3%。E、F 處理間作花生的生物產(chǎn)量比C 分別降低23.2%、31.8%。G、H 處理間作大豆的生物產(chǎn)量比D 分別降低14.7%，14.6%。

表2 高粱/花生、高粱/大豆對(duì)成熟期作物生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響

從經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量看，間作高粱的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著低于相應(yīng)的單作高粱。E、G 處理的間作晉雜22 產(chǎn)量分別達(dá)到單作晉雜22 的77.18%、77.91%；F、H 處理的間作晉雜34 產(chǎn)量分別達(dá)到單作晉雜34 的76.96%、76.65%。與單作花生的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量相比，E 處理的花生經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著降低19.93%，處理F 的花生經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量差異不顯著，降低12.02%。間作大豆的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著低于單作大豆，G、H 處理間作大豆的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量比單作分別顯著降低20.24%、16.29%。從混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量看，晉雜22/大豆、晉雜22/花生的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與單作晉雜22 的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量不顯著，晉雜22/ 大豆的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量比單作晉雜22 提高2.66%。晉雜34/大豆、晉雜34/花生的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與單作晉雜34 的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量差異不顯著，分別比單作提高1.62%和0.36%。

3 結(jié)論與討論

與相應(yīng)單作相比，G 處理的間作高粱的生物產(chǎn)量提高15.4%；其他處理的間作作物的生物產(chǎn)量都不同程度降低，但均差異不顯著。王雅梅等[10]在玉米、大豆不同寬幅間作對(duì)大豆群體產(chǎn)量影響的研究中得出，間作降低了大豆的地上部生物量，這與本試驗(yàn)研究的對(duì)于大豆的莖、葉干物質(zhì)量的結(jié)果一致。但與晉雜22/大豆間作可提高間作高粱生物產(chǎn)量，這與黃營(yíng)等[11]研究結(jié)果一致?？赡茉蚴歉吡淮蠖归g作中高粱作為優(yōu)勢(shì)作物發(fā)揮了一定邊際效應(yīng)，最終表現(xiàn)為提高了地上部的整株生物產(chǎn)量。劉靈艷[12]研究表明，高粱花生間作降低花生的干物質(zhì)質(zhì)量；高硯亮等[13]在玉米與花生間作種植模式下，得到花生干物質(zhì)積累量較單作明顯下降；劉穎等[14]研究表明，玉米花生間作整個(gè)生育期全株花生的干物質(zhì)積累量顯著低于單作。結(jié)果都與本試驗(yàn)得出花生單作時(shí)，有關(guān)生物量的各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于間作一致。晉雜22/大豆的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量比晉雜22 單作提高2.66%；晉雜34/大豆、晉雜34/花生的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別比晉雜34 單作提高1.62%和0.36%，而晉雜34/花生的高粱的生物產(chǎn)量比晉雜34/大豆提高15.3%。因此，綜合分析，晉雜34 適宜與花生間作，晉雜22 適宜與大豆間作。