間作種植模式對玉米和大豆干物質(zhì)積累與產(chǎn)量影響分析

汪宏偉，杜勇芝

（第四儲備資產(chǎn)管理局，山東 青島 266000）

間作種植是一種在同一塊土地上，根據(jù)不同作物生存環(huán)境需要，科學(xué)種植兩種及以上作物的種植活動，已經(jīng)成為了提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和種植戶經(jīng)濟效益的有效方式?，F(xiàn)階段，將間作種植模式應(yīng)用到玉米與大豆的種植活動中，可以有效提高土地的利用率，為植物增產(chǎn)提供有效支持。

相較于傳統(tǒng)單作種植方式，間作種植作是一種可以充分利用耕地資源，實現(xiàn)土地、陽光、水分、營養(yǎng)等資源在空間、時間上集約性利用的種植方式?，F(xiàn)階段，較常見的間作方式包括玉米與大豆、玉米與花生、小麥與玉米、小麥與鷹嘴豆、小麥與棉花等。這些作物間作方式的應(yīng)用在一定程度上提升了農(nóng)作物的總產(chǎn)量，不僅可以提升種植戶的經(jīng)濟效益，還可以提高我國糧食生產(chǎn)水平與農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的穩(wěn)定性，為當(dāng)前社會經(jīng)濟穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)[1]。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

受城市化進程不斷加快、工業(yè)化進程發(fā)展迅速的影響，我國農(nóng)業(yè)耕地面積不斷縮小。為保證糧食安全，間作種植模式作為一種較為安全、穩(wěn)定的作物種植模式，受到了人們的廣泛關(guān)注。在此過程中，玉米與大豆的間作模式是當(dāng)前我國北方地區(qū)較為常見的一種作物間作模式。為切實了解間作種植模式的效果，相關(guān)工作人員于2017—2018 年進行了玉米與大豆間作種植試驗。試驗農(nóng)田土壤為潮土，地面向下到65 cm 處的土壤主要為壤質(zhì)黏土，之后75 cm 的土壤土質(zhì)主要為沙壤土。在間作種植前，采用測土配方法對土壤的肥力進行檢測，每1 kg 試驗田耕層土壤中含有9.8 g 有機質(zhì)、0.78 g 全氮、56.4 mg 堿解氮、10.5 mg 速效磷、52.6 mg 速效鉀。

在試驗過程中，選擇的玉米品種為鄭單958、大豆品種為豫豆22。為切實了解間作種植模式的效果，將試驗農(nóng)田劃分成了4 種。第一種和第二種均為單作模式，第一種為單作玉米（SM），玉米的行距約為50 cm，株距約為30 cm；第二種為單作大豆（SSB），在種植過程中，大豆的行距約為30 cm，穴距約為20 cm。第三種和第四種均為玉米與大豆間作，第三種間作采用的種植方式為種1 行玉米，種3 行大豆（I1）；第四種間作采用的種植方式為種兩行玉米，種3 行大豆（I2）。兩種間作的玉米與大豆間行間距為30 cm，玉米行距為30 cm、株距為30 cm，大豆行距為30 cm，穴距為20 cm。在試驗過程中，每種模式用4 塊6 m×10 m 的試驗田進行種植，并且兩年間大豆與玉米的播種時間相同，均在當(dāng)年4 月[2]。

在播種玉米與大豆前，對試驗區(qū)域進行翻耕處理，撒施肥料。在播種玉米與大豆前，控制翻耕深度約30 cm，并為每個試驗田撒播施0.4 kg 純氮、1.0 kg 磷與0.8 kg 鉀肥。在作物拔節(jié)期，為每個試驗田施加2 kg 尿素。在本次試驗過程中，作物種植方向為南北向，在作物生長過程中，充分供水、人工除草，保證作物管理能夠滿足玉米與大豆正常生長要求。

1.2 測定項目

在玉米與大豆間作種植試驗過程中，為切實了解不同種植狀態(tài)下作物的生長情況，可以定期對作物的葉面積、地上部分生物量、產(chǎn)量及組成、土地當(dāng)量比等信息進行數(shù)據(jù)測量，便于更好地了解作物的生長情況。

1.2.1 葉面積

在作物生育期間，每隔7 d 用量測法測量一次各試驗田內(nèi)作物的葉面積，然后計算全田的面積對單作與間作作物的葉面積指數(shù)（LAI）。在測量過程中，單作試驗田內(nèi)可以選取5 株作物作為測量樣本；在間作試驗田內(nèi)需要各選取5 株玉米與大豆作為樣本。

1.2.2 地上部分生物量

在作物生育期間，每隔7 d 測定一次作物地上部分的生物量。在測量過程中，單作試驗田內(nèi)可選取5 株作物作為測量樣本，在間作試驗田內(nèi)需要各選取5 株玉米與大豆作為樣本。同時，為進一步提升測量的準(zhǔn)確性，在測量玉米樣本的地上部分生物量時，可以將樣本分解為葉片、莖稈、葉鞘、苞葉、穗軸、籽粒。在測量大豆樣本地上部分生物量時，可將樣本分解為葉片、莖稈、葉柄與豆莢。同時，為進一步提升測量工作的可靠性，可以先將采集的新鮮樣品放在105 ℃的環(huán)境下進行1 h 的殺青處理，然后再將溫度調(diào)至80 ℃，烘干樣本，并對其進行稱重處理[3]。

1.2.3 產(chǎn)量及組成

在作物成熟后，可以在單作試驗田內(nèi)取中間5 行測量作物的產(chǎn)量，在間作小區(qū)內(nèi)取中間部分的條帶測量作物產(chǎn)量。在測量玉米與大豆作物產(chǎn)量時，可以記錄玉米與大豆籽粒含水量為14%時的重量。在收獲時，可以在單作試驗區(qū)內(nèi)取10 株作物對其進行考種處理，在間作試驗區(qū)分別選取10 株玉米與大豆進行考種處理，記錄每株大豆的大豆莢以及每個豆莢內(nèi)豆粒的數(shù)量、每株玉米的玉米穗數(shù)以及每穗玉米的穗長、穗粒數(shù)。

1.2.4 土地當(dāng)量比

計算土地當(dāng)量比計算方式見式（1）。

式中：LER 指土地的當(dāng)量比；YSBI指間作條件下大豆的籽粒量，單位為kg/hm2；YSBS指單作條件下大豆的籽粒量，單位為kg/hm2；YMI指間作條件下玉米的籽粒量，單位為kg/hm2；YMS指單作條件下玉米的籽粒量，單位為kg/hm2。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在完成上述數(shù)據(jù)信息的獲取記錄工作后，用SPSS 13.0 對數(shù)據(jù)信息進行LSD 單因素方差分析，并將分析結(jié)果用MATLAB 7.0 軟件進行曲線擬合處理。

2 結(jié)果和討論

玉米與大豆作為典型的禾本科與豆本科植物，在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，采用間作種植模式，可以有效提高土地的復(fù)種指數(shù)，提升農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，促進作物的光合作用，抑制雜草生長，為后續(xù)作物的健康生長與作物種植效益提高提供有效支持?，F(xiàn)階段，為切實了解如何種植才能使間作作物的產(chǎn)量達到最大值，需要對不同種植模式下作物的各項數(shù)據(jù)進行分析。

2.1 葉面積指數(shù)

對生育期下4 種種植方式的作物葉面積指數(shù)變化情況進行調(diào)查分析可知，在作物播種后80 d 左右，單作玉米的LAI 為3.69，單作大豆的LAI 為6.02，玉米與大豆的LAI 均達到了最大值；I1玉米的LAI 比單作玉米低，I2玉米與單作玉米間的LAI 差值在0.5 以內(nèi)，而I1與I2大豆的LAI 都比單作大豆低；兩年間的葉面積指數(shù)變化情況相似。

2.2 地上部分干物質(zhì)積累

在播種80 d 前，不同種植方式下的玉米干物質(zhì)量并不存在明顯差別。在播種80 d 后，I1、I2模式下的玉米干物質(zhì)量比單作玉米的干物質(zhì)量高，并且兩者間的差值較為明顯，但兩種間作模式下的玉米干物質(zhì)量間的差值并不大，并且此時地上部分的玉米干物質(zhì)量沒有達到極顯著水平。在作物生育期內(nèi)，在不同種植模式下的大豆干物質(zhì)量并沒有出現(xiàn)明顯差別。

分析不同種植模式下玉米、大豆單株干物質(zhì)積累情況動態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，作物干物質(zhì)積累動態(tài)變化曲線形狀接近“S”形，可以用Logistic 方程對其進行擬合處理，具體計算如公式（2）所示。

式中：DM指干物質(zhì)的重量，DAS 指作物播種后的天數(shù)，a 指可能達到的最大干物質(zhì)重，b 指擬合參數(shù)其中，c 指順式增長速率。

可以用MATLAB 軟件的曲線擬合工具箱對數(shù)據(jù)信息進行擬合處理，然后對擬合結(jié)果進行分析，可以了解到玉米與大豆的干物質(zhì)量積累模型參數(shù)在0.99 以上，相關(guān)性達到了極顯著水平[4]。

2.3 植物器官干物質(zhì)積累

在作物種植過程中，干物質(zhì)積累分配情況與作物最終的經(jīng)濟效益間存在直接聯(lián)系。為切實提升作物產(chǎn)量，對植物器官干物質(zhì)積累動態(tài)進行分析。在本次試驗過程中，間作種植模式下玉米與大豆的生長環(huán)境較單作種植模式發(fā)生了極大變化，使間作種植模式下作物的干物質(zhì)積累、同化情況與單作種植模式也出現(xiàn)了一定的差別。在作物生長過程中，受邊際效益的影響，間作種植模式下作物的干物質(zhì)積累分配情況與單作種植模式間存在一定差別，即在I1模式下，間作玉米各器官的干物積累量最大，I2模式下，間作玉米各器官干物質(zhì)積累量位列第二，單作玉米各器官干物質(zhì)積累量最小。在不同種植條件下，大豆各器官干物質(zhì)積累量差距較小，除了籽粒、豆莢外，大豆各器官干物質(zhì)積累量動態(tài)變化情況均呈現(xiàn)出單峰曲線的狀態(tài)，并且不同器官的干物質(zhì)積累量高峰出現(xiàn)時間之間存在一定差別。利用Logistic 方程對玉米莖稈、葉片干物質(zhì)積累情況進行擬合，用二次曲線對玉米葉鞘、苞葉、穗軸干物質(zhì)積累動態(tài)進行擬合，利用線性方程對玉米籽粒干物質(zhì)積累過程進行擬合，擬合方程參數(shù)如表1、表2、表3 所示。

表1 不同種植模式下玉米各器官干物質(zhì)積累Logistic 方程

表2 不同種植模式下玉米各器官干物質(zhì)積累二次曲線DM=a+b×DAS+c×DAS2

表3 不同種植模式下玉米各器官干物質(zhì)積累線性方程DM=a+b×DAS

2.4 作物器官干物質(zhì)運轉(zhuǎn)

對作物生長規(guī)律進行分析可以了解到，莖稈、葉片等器官可以向作物籽粒提供光合作用的產(chǎn)物，這些器官中的干物質(zhì)積累量達到最大后，會在不同階段將自身因光合作用產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到籽粒中。對于玉米來說，在物質(zhì)轉(zhuǎn)換分配時，間作種植模式下，作物的營養(yǎng)物質(zhì)移動量最大，轉(zhuǎn)化率較高；而對于大豆來說，單作種植模式下大豆各器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率要比間作種植模式更高。在不同模式下，除了苞葉轉(zhuǎn)換率I1（5.77%）＞SM（2.53%）＞I2（2.82%）外，玉米的其他器官轉(zhuǎn)換率都為I1＞I2＞SM，玉米葉片I1、I2、SM 的轉(zhuǎn)換率分別為4.98%、3.32%、2.59%，莖稈I1、I2、SM的轉(zhuǎn)換率分別為4.39%、2.95%、2.75%，葉鞘I1、I2、SM的轉(zhuǎn)換率分別為3.91%、3.55%、2.30%，苞葉I1、I2、SM的轉(zhuǎn)換率分別為5.77%、2.53%、2.82%。在不同模式下，大豆的各器官轉(zhuǎn)換率都為SSB＞I1＞I2，具體來說，大豆葉片SSB、I1、I2、的轉(zhuǎn)換率分別為19.06%、14.74%、11.45%，莖稈SSB、I1、I2的轉(zhuǎn)換率分別為11.72%、11.48%、9.76%，葉柄SSB、I1、I2的轉(zhuǎn)換率分別為8.55%、6.28%、5.87%。

2.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量組成因素

相較于單種作物，間種模式下玉米、大豆的群體內(nèi)作物高度相間分布，使得農(nóng)田內(nèi)平面受光狀態(tài)發(fā)生了一定改變，給作物光合作用的順利進行創(chuàng)造了條件，同時為提升作物產(chǎn)量以及改變產(chǎn)量組成創(chuàng)造了環(huán)境條件。分析數(shù)據(jù)可知，在I1、I2、模式下大豆的株高比單作模式下更高，但兩者間差異并不明顯，同時單作大豆的豆莢粒數(shù)與百粒重比間作模式下更高，但不同種植模式下豆莢粒數(shù)與百粒重之間的差距沒有達到顯著水平。在I1、I2、模式下玉米的株高、穗長、穗行數(shù)都比單作玉米更大，但不同種植模式下這些數(shù)據(jù)之間的差異也沒有達到顯著水平，玉米的百粒重并不存在顯著差異。在單作條件下，玉米的籽粒產(chǎn)量最高；在玉米與大豆間作情況下，玉米的實際播種面積較單作條件下較小，播種密度下降，使玉米的籽粒產(chǎn)量隨之下降。在間作環(huán)境下，大豆的籽粒產(chǎn)量也有所下降，但玉米與大豆的總籽粒產(chǎn)量比單作條件下更高。

3 結(jié)論

首先，對單作種植與間作種植模式進行比較后可以發(fā)現(xiàn)，不同種植模式下作物的生長環(huán)境發(fā)生了一定的變化，受各種因素的影響，間作種植模式下玉米地上部分干物質(zhì)積累量、分配情況和單作種植模式下玉米地上部分物質(zhì)積累量、分配情況間存在著顯著的差異，但不同種植模式下的大豆干物質(zhì)量間的差別則比較小。其次，在生長過程中，玉米與大豆的干物質(zhì)積累過程呈“S”形，利用Logistic 方程分析不同種植條件下的玉米、大豆單株干物質(zhì)積累動態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，其相關(guān)性都達到了極顯著水平（P＜0.01）。再次，分析干物質(zhì)轉(zhuǎn)移與分配情況可以發(fā)現(xiàn)，間作模式下玉米干物質(zhì)移動量更大、移動速度更快，但單作情況下大豆各器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移速率比間作模式下更快。