玉米和不同作物間作對(duì)資源利用率及產(chǎn)量的影響

鄧琪

（深圳郵局海關(guān) 廣東深圳 518000）

甜玉米具有優(yōu)質(zhì)的口感和獨(dú)特的風(fēng)味，深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)，市場(chǎng)需求量逐漸增加。由于復(fù)種指數(shù)高、生產(chǎn)周期短、種植收益好等特點(diǎn)，近幾年來(lái)種植面積不斷增加[1]。廣東省是甜玉米種植大省，由于生產(chǎn)成本較低和經(jīng)濟(jì)效益較好，常年連作成為廣東地區(qū)的主要種植模式，導(dǎo)致土壤肥力下降，作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低，為甜玉米種植可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)很多問(wèn)題[2]。因此，采取合理的措施解決連作，促進(jìn)廣東省甜玉米的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

間作是一種基于生物多樣性的種植模式，長(zhǎng)期以來(lái)受到人們的重視，具有養(yǎng)分高效利用、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)[3]，研究表明，間作可以充分利用不同作物間某些互利關(guān)系，通過(guò)改善根系在土壤中的分布和形態(tài)，組成合理的復(fù)合群體結(jié)構(gòu)，充分利用養(yǎng)分和土地資源[4]。此外，間作有利于構(gòu)建合理的作物冠層結(jié)構(gòu)，提高作物通風(fēng)透光能力，延長(zhǎng)光能的利用時(shí)間，從而提高光能利用率，保證作物穩(wěn)產(chǎn)增收[5]。張曉娜等[6]研究表明，間作種植模式可通過(guò)影響作物干物質(zhì)積累量和分配比例影響作物產(chǎn)量構(gòu)成因子，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量。夏國(guó)綿等[7]研究表明，甜玉米和大豆間作后，甜玉米雌穗變短變細(xì)，穗行數(shù)和行粒數(shù)減少，大豆單株有效莢減少，但是由于較大的邊際效應(yīng)，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增加，種植效益提高。張昆等[8]研究表明，與單作花生相比，玉米花生間作顯著增加花生飽果期的冠層透光率，玉米∶花生為3∶6的模式是一種較為理想的玉米花生間作模式，有助于穩(wěn)糧增油生產(chǎn)。目前對(duì)玉米間作研究較多，但大多都研究間作后作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的關(guān)系，有關(guān)玉米間作和資源利用率的研究相對(duì)較少。因此，本試驗(yàn)研究甜玉米和不同作物間作，作物產(chǎn)量及資源利用率的變化特征，為甜玉米的合理栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣地概況試驗(yàn)于 2020年在廣州市增城區(qū)小樓鎮(zhèn)棠廈村進(jìn)行，該地區(qū)處南亞熱帶，屬亞熱帶典型的季風(fēng)海洋氣候區(qū)，年平均降雨量1 384～2 278 mm，平均氣溫21.9～22.8℃，年日照時(shí)數(shù)1 289～1 780 h，試驗(yàn)地土壤為赤紅壤土，試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)含量20.54 g/kg，堿解氮含量77.8 mg/kg，速效磷含量73.45 mg/kg，速效鉀74.48 mg/kg。

1.1.2 試材試驗(yàn)選用玉米品種為粵甜9號(hào)，由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所提供。供試大豆品種為毛豆 3，由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供，供試花生品種為粵油79，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。氣象數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象網(wǎng)提供（http://data.cma.cn/data/cdcindex/cid/f0fb4b55508804ca.html）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于2020年進(jìn)行，采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，種植制度試驗(yàn)為一年兩季，春季為 3月至7月，秋季為8月至11月，試驗(yàn)設(shè)置5種模式，分別為玉米單作（MM），玉米/大豆間作（MS）、玉米/花生間作（MP）、大豆單作（SS）和花生單作（PP）。種植采用寬窄行種植，玉米施肥量為N 120 kg/hm2，P5O290 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2作基肥，拔節(jié)期追施N 60 kg/hm2，大豆、花生底肥施氮 60 kg/hm2，P2O570 kg/hm2、K2O 70 kg/hm2。

圖1 試驗(yàn)期間日平均氣溫和降水量

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.2 .1 干物質(zhì)積累量在成熟期隨機(jī)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的玉米、大豆、花生植株，擦洗干凈表面的水分和灰塵，在105℃下殺青30 min，在70℃烘干至恒重，測(cè)定樣品干物質(zhì)重。

1.2.2 .2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素各處理在籽粒生理成熟5 d后收獲，每小區(qū)取4 m2測(cè)定產(chǎn)量。每小區(qū)選取具有代表性的連續(xù)10株玉米、大豆和連續(xù)20穴花生考種，測(cè)定單株粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子。

1.2.2 .3 間套作優(yōu)勢(shì)土地當(dāng)量比（LER）=Yim/Ymm+Yis(ip)/Yss(pp)

式中：Yim和Yis(ip)分別代表間套作總面積上作物的產(chǎn)量，Ymm和Yss(pp)分別為相應(yīng)單作作物的產(chǎn)量。當(dāng)LER＞1，表明間套作有優(yōu)勢(shì)，當(dāng)LER＜1，表明間套作沒(méi)有優(yōu)勢(shì)[9]。

1.2.2 .4 資源利用率光能生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量/單位面積的太陽(yáng)輻射

降水生產(chǎn)效率=產(chǎn)量/降水量

有效積溫生產(chǎn)效率=單位面積籽粒產(chǎn)量/生育期間有效積溫

光能利用效率(RUE)=W×H/∑Q×100%

式中，H為每克干物質(zhì)燃燒時(shí)釋放出的熱量，玉米干重?zé)嶂禐?.807×104J/g，大豆干重?zé)嶂禐?.145×104J/g，花生干重?zé)嶂禐?3.01×104J/g，W是干物質(zhì)的積累量；∑Q是生育期間的總光照輻射量。

太陽(yáng)總輻射Q=Q0(a＋bS/S0)，式中，Q0為天文輻射，S為太陽(yáng)實(shí)測(cè)日照時(shí)數(shù)，S0為太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)，S/S0為日照百分率，a、b為待定系數(shù)[10]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析測(cè)定數(shù)據(jù)采用 Excel 2010和SPSS 22.0版軟件進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米和不同作物間作對(duì)干物質(zhì)積累量的影響

干物質(zhì)積累量能夠直觀反映作物生長(zhǎng)狀況。由表1可知，各作物單作干物質(zhì)積累量大于間作，在春季，MM干物質(zhì)積累量分別比MS和MP高出24.13%和 16.64%，SS比 MS高出 196.91%，PP比 MP高出 204.65%。干物質(zhì)總和表現(xiàn)為MS＞MP＞SS＞MM＞PP，MS 和 MP 干物質(zhì)積累量最大，兩處理間差異不顯著。從干物質(zhì)總和來(lái)看，間作大于單作。在秋季，MM干物質(zhì)積累量顯著高于MS和MP，MP顯著高于MS。干物質(zhì)總和表現(xiàn)為 MS＞MP＞MM＞SS＞PP，MS 干物質(zhì)積累量最大，各處理除了SS和PP處理外，其他處理間差異均顯著。

表1 玉米和不同作物間作對(duì)干物質(zhì)積累量的影響單位：t/hm2

2.2 玉米和不同作物間作對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，間作處理下，春季玉米的有效株數(shù)顯著降低；穗粒數(shù)顯著升高，MS和MP處理分別比MM高出9.14%和8.09%，各處理表現(xiàn)為MS＞MP＞MM，處理間差異均顯著，間作百粒重顯著高于單作，MS和MP處理分別比MM高出2.21%和2.98%，MS和MP處理間沒(méi)有顯著差異。產(chǎn)量表現(xiàn)為MM＞MP＞MS，MM顯著高于MS和MP，MS和MP處理間沒(méi)有顯著差異。秋季MS和MP處理穗粒數(shù)分別比MM顯著高出9.87%和6.25%，百粒重分別比MM顯著高出2.44%和3.64%，產(chǎn)量表現(xiàn)為MM＞MP＞MS，處理間差異均顯著，MM顯著高于MS和MP，MS產(chǎn)量顯著高于MP。

表2 玉米和不同作物間作對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.3 玉米和大豆間作對(duì)大豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，間作處理下，春季大豆的有效株數(shù)顯著降低，每株粒數(shù)低于單作，差異不顯著，百粒重顯著降低，MS比SS低4.64%，產(chǎn)量顯著降低，MS比SS低47.63%。秋季間作處理的每株粒、百粒重和產(chǎn)量均顯著低于單作，MS分別比SS低 3.58%、6.39%和 4.99%。春季 SS處理和MS處理的產(chǎn)量均高于秋季。

表3 玉米和大豆間作對(duì)大豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.4 玉米和花生間作對(duì)花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4可知，間作處理下，春季花生的有效株數(shù)顯著降低，單株果數(shù)顯著低于單作，MP比PP低7.58%，百果重顯著降低，MP比PP低3.59%，產(chǎn)量顯著降低，MP比PP低50.38%。秋季間作處理的單株果數(shù)、百果重和產(chǎn)量均顯著低于單作，MP分別比PP低10.51%、2.78%和51.49%。

表4 玉米和不同作物間作花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.5 玉米和不同作物間作對(duì)總產(chǎn)量和土地當(dāng)量比的影響

由表5可知，玉米、大豆和花生間作產(chǎn)量均顯著低于單作。春季產(chǎn)量總和表現(xiàn)為 MP＞MS＞MM＞PP＞SS。MS處理的總產(chǎn)量顯著高于SS，高于MM但差異不顯著；MP處理總產(chǎn)量顯著高于PP和 MM，分別高出 102.44%和 4.11%；MS和MP處理的土地當(dāng)量比分別為1.31和1.28，且MS顯著高于MP。秋季變化趨勢(shì)和春季相似，MS處理的總產(chǎn)量顯著高于 SS，高于 MM 但差異不顯著；MP處理總產(chǎn)量顯著高于PP和MM，分別高出9.39%和3.38%；MS和MP處理的土地當(dāng)量比分別為1.29和1.26，MS顯著高于MP。

表5 玉米和不同作物間作對(duì)總產(chǎn)量和土地當(dāng)量比的影響

2.6 玉米和不同作物間作對(duì)資源利用率的影響

由表6可知，各處理間資源利用率存在明顯差異，在春季，光能生產(chǎn)效率表現(xiàn)為 MP＞MS＞MM＞PP＞SS，MP、MS、MM 處理差異不顯著，但顯著高于 PP和 SS，光能利用率表現(xiàn)為 MP＞MS＞MM＞PP＞SS，MP處理最高，顯著高于其它處理。MS處理和MM差異不顯著。水分生產(chǎn)率MS和MP處理間差異不顯著。有效積溫生產(chǎn)率變化趨勢(shì)和光能生產(chǎn)效率相似。秋季各指標(biāo)變化趨勢(shì)和春季相似。秋季光能生產(chǎn)效率高于春季，水分生產(chǎn)率和有效積溫生產(chǎn)率低于春季。

表6 玉米和不同作物間作對(duì)資源利用率的影響

3 討論

增加作物產(chǎn)量有賴于田間管理和栽培技術(shù)，改善作物布局，提高光溫資源利用率，依靠群體發(fā)揮增產(chǎn)潛力是實(shí)現(xiàn)作物超高產(chǎn)的重要措施之一[11]。間作是一個(gè)生產(chǎn)力高，資源高效利用的系統(tǒng)。間作體系中作物的競(jìng)爭(zhēng)與互補(bǔ)提高養(yǎng)分利用效率，從而提高土地當(dāng)量比，進(jìn)而增加了作物的產(chǎn)量[12]。本研究結(jié)果表明，在玉米/大豆和玉米/花生間作模式下，作物總干物質(zhì)量和總產(chǎn)量顯著增加，一方面，提高了在空間和時(shí)間上作物對(duì)養(yǎng)分、水和光等自然資源的充分利用，利用了不同作物對(duì)自然資源需求的時(shí)間差，特別是礦質(zhì)養(yǎng)分利用的時(shí)間差，從而提高總產(chǎn)量[13]。另一方面，間作體系增產(chǎn)的原因可能與物種的多樣性相關(guān)，間作體系中增加了作物的物種多樣性，物種多樣性能夠維持間作體系高產(chǎn)的時(shí)空穩(wěn)定性，發(fā)生植物內(nèi)部或物種間的競(jìng)爭(zhēng)與促進(jìn)[14]。

其中玉米的穗粒數(shù)、百粒重顯著增加，而大豆和花生的每株粒數(shù)（單株果樹(shù)）和百粒（果）重呈下降的變化趨勢(shì)，可能是由于玉米為高稈作物，減小種植密度，增加了通風(fēng)透光性，為植株生長(zhǎng)營(yíng)造良好的環(huán)境，而大豆和花生為矮稈作物，生長(zhǎng)后期受到玉米的影響，對(duì)光溫水的利用率不足，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)和產(chǎn)量受到限制。

間作不僅可以提高單位面積上土地生產(chǎn)力，增強(qiáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且可以最大限度提高自然資源的利用效率[15]，合理的間作種植能夠提高葉片對(duì)光能的截獲量和光能轉(zhuǎn)化效率，從而提高作物群體的光能利用率，增加作物產(chǎn)量[16]。藺芳等[17]研究表明，與單作相比，間作提高了光合有效輻射截獲率和光能利用率。陳偉[18]研究表明，間作春玉米躲避夏澇對(duì)產(chǎn)量的影響，同時(shí)間作系統(tǒng)表現(xiàn)出水分的補(bǔ)償效益以緩解春旱帶來(lái)的影響，光溫水資源利用率最高。本研究表明，和單作相比，間作模式對(duì)作物光能生產(chǎn)效率、降水生產(chǎn)效率、有效積溫生產(chǎn)效率和光能利用效率均有顯著的提升，和前人研究結(jié)果一致。

間作模式下作物總干物質(zhì)量、產(chǎn)量及光溫水利用效率顯著提高，土地當(dāng)量比大于 1，且玉米和大豆間作大于玉米和花生間作。因此，間作種植模式影響作物干物質(zhì)積累量和光溫水利用效率，從而影響作物產(chǎn)量構(gòu)成因子及產(chǎn)量。2種間作種植模式相比，玉米花生間作的增產(chǎn)效應(yīng)較高。