基于高產(chǎn)與高效條件下鮮食玉米鮮食大豆帶狀間作田間配置技術(shù)優(yōu)化

舒澤兵 羅萬(wàn)宇 蒲 甜 陳國(guó)鵬 梁 冰 楊文鈺 王小春

研究簡(jiǎn)報(bào)

基于高產(chǎn)與高效條件下鮮食玉米鮮食大豆帶狀間作田間配置技術(shù)優(yōu)化

舒澤兵 羅萬(wàn)宇 蒲 甜 陳國(guó)鵬 梁 冰 楊文鈺 王小春*

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川成都 611130

為了明確西南地區(qū)鮮食玉米鮮食大豆帶狀間作的高產(chǎn)與利于機(jī)械化實(shí)現(xiàn)高效的田間配置技術(shù), 以2個(gè)株高差異較大的鮮食玉米品種為材料, 采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì),綜合分析2種帶寬(高產(chǎn)帶寬2 m和宜機(jī)械化高效帶寬2.4 m)與玉米種植密度(37,500、45,000、52,500和60,000株 hm–2)對(duì)鮮食玉米-大豆帶狀間作系統(tǒng)中群體產(chǎn)量、商品品質(zhì)及種植效益的影響, 明確了高產(chǎn)高效最優(yōu)田間配置。結(jié)果表明, 鮮食玉米產(chǎn)量受玉米密度的影響更顯著, 而鮮食大豆產(chǎn)量主要受帶寬的影響。帶寬和玉米密度顯著影響鮮食玉米商品品質(zhì), 隨著帶寬增加, 矮稈玉米品種一級(jí)果穗率2年平均降低25.78%, 禿尖長(zhǎng)2年平均增加9.55%, 高稈玉米品種則一級(jí)果穗率降低11.76%, 禿尖長(zhǎng)增加17.54%; 隨著玉米密度增加, 2種帶寬下矮稈和高稈玉米品種一級(jí)果穗率均顯著降低, 禿尖長(zhǎng)均顯著增加, 2019年2 m帶寬下矮稈和高稈玉米種植密度從52,500株 hm–2增至60,000株 hm–2, 一級(jí)果穗率分別降低46.16%、27.78%, 禿尖長(zhǎng)分別增加19.44%、14.17%, 2.4 m帶寬下則一級(jí)果穗率分別降低25.01%、23.60%, 禿尖長(zhǎng)分別增加16.46%、11.53%。帶寬、密度對(duì)鮮食大豆2粒莢率和3粒莢率的影響達(dá)顯著水平, 隨著帶寬增加, 帶狀間作大豆2粒和3粒莢率均顯著增加, 與矮稈和高稈玉米品種間作的大豆2粒莢率和3粒莢率2年平均分別增加7.94%和18.88%、8.10%和16.71%; 隨玉米密度增加, 大豆2粒和3粒莢率均顯著降低, 2019年玉米密度從52,500株 hm–2增至60,000株 hm–2, 高稈玉米間作大豆2粒莢率降幅為6.19%～9.09%, 3粒莢率降幅為11.94%～14.39%。通過(guò)主成分綜合評(píng)價(jià)得分和DTOPSIS法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 高產(chǎn)和高效帶寬下, 矮稈和高稈玉米品種帶狀間作鮮食大豆均以52,500株 hm–2和45,000株 hm–2玉米密度各性狀接近理想值, 綜合性狀表現(xiàn)好, 種植效益分別可實(shí)現(xiàn)8.44萬(wàn)元 hm–2和10.09萬(wàn)元 hm–2。

鮮食玉米; 鮮食大豆; 帶狀間作; 帶寬; 密度; 群體產(chǎn)量; 商品品質(zhì)

玉米大豆帶狀復(fù)合種植模式作為我國(guó)西南地區(qū)主推的一種旱地種植模式, 該模式集禾本科與豆科為一體, 采用寬窄行田間配置方式, 在生長(zhǎng)過(guò)程中利用不同作物的生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng), 有效提高了作物群體對(duì)養(yǎng)分、水分和光照等資源的利用效率, 在保證玉米單產(chǎn)的同時(shí)增收大豆, 具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。

帶寬密度配置在玉米大豆帶狀間套作系統(tǒng)中對(duì)提高群體產(chǎn)量效益和品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。研究發(fā)現(xiàn), 成都平原地區(qū)帶寬200 cm、行比2∶3的鮮食玉米鮮食大豆帶狀間作系統(tǒng)有利于提高作物產(chǎn)量和群體經(jīng)濟(jì)效益[4]; Qin等[5]研究表明, 糯玉米/鮮食大豆間作較糯玉米單作群體經(jīng)濟(jì)效益提高34.07%, 較鮮食大豆單作提高106.18%; 葉林等[6]試驗(yàn)表明, 帶寬為200 cm, 玉米窄行行距為40 cm時(shí), 能有效提高玉米大豆套作群體產(chǎn)量。王一帆等[7]試驗(yàn)表明, 增加密度可顯著增加間作優(yōu)勢(shì)和地下部對(duì)間作優(yōu)勢(shì)的貢獻(xiàn)率, 地上地下完全互作利于密植效應(yīng)充分發(fā)揮, 從而獲得較高產(chǎn)量。與粒用玉米、大豆不同, 鮮食玉米收獲鮮嫩果穗、鮮食大豆收獲新鮮莢果直接食用, 除產(chǎn)量外, 品質(zhì)也是影響鮮食玉米和大豆銷售、加工及經(jīng)濟(jì)效益的同等重要因素; 曹慶軍等的試驗(yàn)表明, 高密度種植顯著降低鮮食玉米有效穗長(zhǎng)、出籽率及百粒重等商品性狀[8]; 徐麗等[9]指出, 增加種植密度, 甜玉米穗長(zhǎng)變短, 一級(jí)果穗率降低, 密度對(duì)甜玉米果穗商品性影響顯著。株型是影響作物群體產(chǎn)量的重要因素, 王竹等[10]研究表明, 與緊湊型玉米套作可減緩大豆生長(zhǎng)過(guò)程中的弱光脅迫, 保證大豆高產(chǎn); 馬艷瑋等研究表明, 玉米株高范圍為259～280 cm時(shí), 可獲得較高套作玉米產(chǎn)量[11]; 劉亞利等研究發(fā)現(xiàn), 高稈大穗型、矮稈型和半緊湊型3種株型玉米品種的最佳種植密度差異顯著[12]。目前關(guān)于鮮食玉米、鮮食大豆的多數(shù)研究仍只注重其產(chǎn)量, 忽略了商品品質(zhì)的重要性及其對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響; 對(duì)商品品質(zhì)進(jìn)行分析僅是對(duì)單一性狀進(jìn)行評(píng)價(jià), 而缺乏對(duì)產(chǎn)量和多個(gè)商品品質(zhì)性狀的綜合評(píng)價(jià)[13-14], 且鮮食大豆多以人工收獲, 勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)工費(fèi)時(shí), 諸多因素均制約了日趨增加的鮮食玉米間作鮮食大豆高效種植模式經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。因此本試驗(yàn)以2類株高差異較大的鮮食玉米品種為試驗(yàn)材料, 分別設(shè)置高產(chǎn)和適宜鮮食大豆機(jī)收2種帶寬, 研究在此條件下不同玉米種植密度對(duì)鮮食玉米鮮食大豆帶狀間作群體產(chǎn)量效益及商品品質(zhì)的影響, 明確鮮食玉米間作鮮食大豆的最佳帶寬密度配置, 以期為鮮食玉米和鮮食大豆協(xié)調(diào)高產(chǎn)的田間配置提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與材料選擇

于2018年和2019年在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)崇州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)基地(30°33′27″N, 103°38′34″E)進(jìn)行, 海拔520～530 m, 亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候, 年均氣溫16℃, 年均降雨1012 mm, 年均日照1162 h, 無(wú)霜期285 d。試驗(yàn)地耕層土壤(0～20 cm)含有機(jī)質(zhì)15.2 g kg–1, 全氮2.36 g kg–1, 全磷1.93 g kg–1, 全鉀21.92 g kg–1, pH 7.4。

選用株型較矮玉米品種: 2018年為申白甜糯1號(hào), 平均株高203.5 cm, 穗位高83.3 cm, 2019年為農(nóng)科玉368, 平均株高214.0 cm, 穗位高84.1 cm; 株型較高品種為榮玉甜9號(hào), 平均株高272.9 cm, 穗位高95.8 cm。鮮食大豆選用奎鮮2號(hào), 有限結(jié)莢習(xí)性, 株型收斂, 株高35.6 cm, 主莖節(jié)數(shù)8.8個(gè), 有效分枝3.3個(gè)(西南玉米區(qū)矮稈鮮食玉米株高: 低于220 cm; 高稈鮮食玉米株高: 高于250 cm)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)(圖1), 2018年主區(qū)因素A為帶寬, A1: 200 cm、A2: 240 cm, 副區(qū)因素B為玉米密度, B1: 37,500株 hm–2、B2: 45,000株 hm–2、B3: 52,500株 hm–2; 2019年主區(qū)因素A為帶寬, A1: 200 cm、A2: 240 cm, 副區(qū)因素B為玉米密度, B1: 45,000株 hm–2、B2: 52,500株 hm–2、B3: 60,000株 hm–2。共12個(gè)處理, 每個(gè)處理3次重復(fù), 共36個(gè)小區(qū), 每個(gè)小區(qū)種2帶, 帶長(zhǎng)10 m。2018年鮮食玉米于4月1日播種, 2019年于4月17日播種, 玉米行距為40 cm, 鮮食大豆在同一時(shí)間點(diǎn)播于玉米帶之間,玉豆行比均為2∶3, 大豆行距30 cm, 種植密度為105,000株 hm–2, 帶寬200 cm、240 cm時(shí), 玉米大豆行間距分別為50 cm、70 cm, 鮮食玉米和鮮食大豆均穴植雙株。玉米大豆帶狀間作田間布局如圖1所示。

圖1 玉米大豆帶狀間作田間布局圖

鮮食玉米全生育期共施純氮240 kg hm–2, 按底肥∶拔節(jié)肥∶攻苞肥為3∶2∶5比例施用, 底肥每公頃另配施過(guò)磷酸鈣600 kg (含P2O512%)、氯化鉀150 kg (含K2O 60%), 鮮食大豆底肥每公頃配施氯化鉀60 kg, 過(guò)磷酸鈣600 kg, 尿素75 kg, 追肥為初花后施尿素75 kg hm–2, 其他管理同大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量 鮮食玉米于最佳采收期, 小區(qū)實(shí)收折算實(shí)際產(chǎn)量, 并用均重法每小區(qū)選取10個(gè)果穗, 測(cè)定10個(gè)果穗帶苞葉鮮穗重、去苞葉鮮穗重, 穗長(zhǎng)、穗粗和禿尖長(zhǎng)等穗部性狀。鮮食大豆于最佳采收期, 小區(qū)實(shí)收折算實(shí)際產(chǎn)量, 并考察每小區(qū)的有效株數(shù); 選取小區(qū)中間區(qū)域連續(xù)10株鮮食大豆, 測(cè)定單株有效莢數(shù)、1粒莢、2粒莢、3粒莢等指標(biāo)。

1.3.2 商品品質(zhì) 鮮食玉米: 計(jì)算出苞率(%, 出苞率=去苞葉鮮穗重/帶苞葉鮮穗重×100)、單穗重、果穗整齊度(玉米單穗產(chǎn)量變異系數(shù)的倒數(shù)與果穗整齊度呈正相關(guān), 可直接反映玉米果穗整齊度)、一級(jí)果穗率(根據(jù)DB 14/T 1188-2016甜玉米鮮穗質(zhì)量分級(jí), 有效穗長(zhǎng)≥20 cm為一級(jí)果穗, ≥18 cm為二級(jí)果穗, ≥16 cm為三級(jí)果穗, <16 cm為四級(jí)果穗; 根據(jù)DB 14/T 867-2014鮮食糯玉米果穗等級(jí)劃分, 有效穗長(zhǎng)在17～19 cm范圍內(nèi)為一級(jí)果穗, 15.0～16.9 cm為二級(jí)果穗, 14.0～14.9 cm為三級(jí)果穗, <14 cm為四級(jí)果穗)。鮮食大豆: 計(jì)算1粒莢率、2粒莢率和3粒莢率。

1.3.3 產(chǎn)量與商品品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià) 采用主成分分析法和DTOPSIS法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 其中DTOPSIS法[15]具體步驟如下:

(1) 設(shè)有個(gè)處理,個(gè)性狀, 建立評(píng)價(jià)矩陣A

(2) 無(wú)量綱化處理

正向指標(biāo):Z= Y/Y,max,Y,max= max(Y)

負(fù)向指標(biāo):Z= Y,min/Y,Y,min= min(Y)

(3) 建立決策矩陣R

R=W×Z,W是第個(gè)指標(biāo)的權(quán)重

(4) 建立各個(gè)處理的正理想解與負(fù)理想解

(5) 計(jì)算各處理與理想解的相對(duì)接近度

與正理想解的距離

與負(fù)理想解的距離

與理想解的相對(duì)接近度

1.3.4 經(jīng)濟(jì)效益 按照當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)價(jià)格計(jì)算鮮食玉米鮮食大豆帶狀間作的總經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總及整理, 并用DPS7.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 利用SPSS 20.0進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮食玉米、大豆產(chǎn)量對(duì)帶寬、玉米密度的響應(yīng)

為了解鮮食玉米、大豆產(chǎn)量對(duì)帶寬及玉米種植密度的響應(yīng)情況, 通過(guò)擬合二元二次雙曲面方程, 定量化分析帶寬及玉米種植密度與鮮食玉米、大豆產(chǎn)量的關(guān)系(圖2): 矮稈玉米品種產(chǎn)量1= –2.20971–210.12604B+14740.51139D+ 0.52773B2–1247.00943D2–8.12848B×D (<0.01,2=0.9444); 與矮稈品種間作的大豆產(chǎn)量2= 0.0133–2781.44002B+ 104.25764D–0.28154B2+77.16722D2+7.50555B×D (<0.01,2=0.9137); 高稈玉米品種產(chǎn)量3= 0.99895–171.92818B+ 15198.86433D+0.41743B2–1390.08691D2–6.73821B×D (< 0.01,2=0.9697); 與高稈品種間作的大豆產(chǎn)量4= –0.29036+558.17407B+ 20.76815D+0.03609B2–33.3306D2– 3.36524B×D (<0.01,2=0.9888)。

從回歸方程來(lái)看,值均小于0.01,2值均大于0.9, 表明建立的回歸模型精度較高, 可用于鮮食玉米、大豆產(chǎn)量的分析。由回歸方程的一次項(xiàng)偏回歸系數(shù)可知, 玉米種植密度(D)對(duì)鮮食玉米產(chǎn)量影響程度均大于帶寬(B), 而帶寬(B)對(duì)鮮食大豆產(chǎn)量的影響程度大于玉米種植密度(D)。由回歸方程可知, 矮稈和高稈玉米品種分別在200 cm、52,653株 hm–2和200 cm、49,898株 hm–2帶寬與密度的組合下獲得最高產(chǎn)量為13,563.84株 hm–2、16,816.68株 hm–2; 與矮稈玉米品種間作的大豆和與高稈玉米品種間作的大豆均在235 cm、37,500株 hm–2帶寬與密度的組合下獲得最高產(chǎn)量為6221.49株 hm–2、5658.84株 hm–2。結(jié)果表明, 無(wú)論是高稈玉米還是矮稈玉米與大豆帶狀間作, 隨著帶寬增加, 鮮食玉米產(chǎn)量降低, 鮮食玉米密度適當(dāng)降低, 大豆的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)更突出。

圖2 產(chǎn)量與帶寬、密度的關(guān)系

2.2 帶寬、玉米密度對(duì)帶狀間作鮮食玉米和大豆商品品質(zhì)的影響

2.2.1 鮮食玉米商品品質(zhì) 帶寬和玉米密度顯著影響鮮食玉米商品品質(zhì), 隨帶寬增加, 矮稈玉米品種一級(jí)果穗率2年平均降低25.78%, 禿尖長(zhǎng)2年平均增加9.55%, 高稈玉米品種則一級(jí)果穗率降低11.76%, 禿尖長(zhǎng)增加17.54%。2018年玉米密度從37,500增至52,500株 hm–2, 200 cm帶寬下矮稈和高稈玉米品種的一級(jí)果穗率分別依次降低23.81%、12.49%和3.61%、14.42%, 禿尖長(zhǎng)分別依次增加8.04%、9.68%和26.54%、5.45%, 240 cm帶寬下矮稈和高稈玉米品種的一級(jí)果穗率分別依次降低42.10%、9.11%和3.90%、22.97%, 禿尖長(zhǎng)分別依次增加11.67%、11.76%和16.43%、3.38% (表1)。在2018年基礎(chǔ)上, 2019年玉米密度從52,500增至60,000株 hm–2, 200 cm帶寬下矮稈和高稈玉米一級(jí)果穗率分別降低46.16%、27.78%, 禿尖長(zhǎng)分別增加19.44%、14.17%, 240 cm帶寬下矮稈和高稈玉米一級(jí)果穗率分別降低25.01%、23.60%, 禿尖長(zhǎng)分別增加16.46%、11.53% (表2)。帶寬和密度兩因素中, 密度對(duì)鮮食玉米商品品質(zhì)的影響更大, 增加密度, 鮮食玉米禿尖變長(zhǎng), 穗粗變細(xì), 單穗重、一級(jí)果穗率及出苞率降低, 果穗整齊度變差, 從而影響經(jīng)濟(jì)效益; 帶寬和密度對(duì)鮮食玉米品質(zhì)指標(biāo)的影響互作效應(yīng)不顯著。

2.2.2 鮮食大豆商品品質(zhì) 帶寬、密度對(duì)鮮食大豆2粒莢率和3粒莢率的影響達(dá)顯著水平(表3)。隨帶寬增加, 矮稈玉米間作大豆2粒莢率2年平均增加8.79%, 3粒莢率增加18.88%, 高稈玉米間作大豆則2粒莢率增加8.10%, 3粒莢率增加16.71%; 2018年在52,500株 hm–2玉米密度下,矮稈玉米間作大豆2粒、3粒莢率較37,500株 hm-2玉米密度分別降低6.10%、15.17%, 高稈玉米間作大豆則分別降低4.84%、12.09%, 2019年玉米密度從52,500株hm–2增至60,000株 hm–2, 高稈玉米間作大豆2粒莢率降幅為6.19%～9.09%, 3粒莢率降幅為11.94%～14.39%。帶寬和密度兩因素中, 帶寬對(duì)鮮食大豆商品品質(zhì)的影響更大, 擴(kuò)大帶寬, 可減緩鮮食大豆被高位作物玉米蔭蔽的程度, 從而使莢果商品性變佳; 2019年帶寬和密度對(duì)矮稈玉米間作大豆3粒莢率、高稈玉米間作大豆2粒莢率的影響互作效應(yīng)顯著。

表1 帶寬、密度對(duì)鮮食玉米商品品質(zhì)的影響(2018年)

A代表帶寬, B代表玉米密度。同列標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05),**表示在< 0.01水平差異顯著,*表示在< 0.05水平差異顯著。

A: bandwidth; B: maize density. Values within the same column followed by different letters are significant differences at< 0.05 among different treatments.**:< 0.01;*:< 0.05.

表2 帶寬、密度對(duì)鮮食玉米商品品質(zhì)的影響(2019年)

A代表帶寬, B代表玉米密度。同列標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05),**表示在< 0.01水平差異顯著,*表示在< 0.05水平差異顯著。

A: bandwidth; B: maize density. Values within the same column followed by different letters are significant differences at< 0.05 among different treatments.**:< 0.01;*:< 0.05.

表3 帶寬、密度對(duì)鮮食大豆莢果商品性的影響

A代表帶寬, B代表玉米密度。同列標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(< 0.05),**表示在< 0.01水平差異顯著,*表示在< 0.05水平差異顯著。

A: bandwidth; B: maize density. Values within the same column followed by different letters are significant differences at< 0.05 among different treatments.**:< 0.01;*:< 0.05.

2.3 鮮食玉米和大豆產(chǎn)量及商品品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 主成分分析 對(duì)不同帶寬、玉米密度配置下的鮮食玉米間作鮮食大豆產(chǎn)量及商品品質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。2018年鮮食玉米間作鮮食大豆系統(tǒng)提取的主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率均在95%以上, 表明可以用來(lái)對(duì)產(chǎn)量及商品品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 在矮稈玉米品種間作鮮食大豆系統(tǒng)中, 第一主成分特征向量中貢獻(xiàn)較大的是穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng), 第二主成分特征向量中鮮食玉米產(chǎn)量和多粒莢率的貢獻(xiàn)較大, 第三主成分特征向量中果穗整齊度貢獻(xiàn)較大; 在高稈玉米品種間作鮮食大豆系統(tǒng)中, 第一主成分主要與多粒莢率、鮮食大豆產(chǎn)量有關(guān), 第二主成分主要與苞率和果穗整齊度有關(guān), 第三主成分中鮮食玉米產(chǎn)量貢獻(xiàn)較大; 由于2年玉米種植密度和品種有所變化, 導(dǎo)致2年所提取的主成分也有所差異, 2019年矮稈品種間作鮮食大豆系統(tǒng)的主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)96.556%, 第一主成分對(duì)應(yīng)特征向量中, 數(shù)量較大的指標(biāo)為禿尖長(zhǎng)、一級(jí)果穗率, 決定第二主成分的主要是出苞率和鮮食玉米產(chǎn)量, 第三主成分主要為鮮食大豆產(chǎn)量、多粒莢率; 高稈品種間作鮮食大豆系統(tǒng)中, 決定第一主成分的主要是鮮食大豆產(chǎn)量、穗長(zhǎng)、一級(jí)果穗率, 第二主成分主要與果穗整齊度、出苞率及單穗重有關(guān)(表4)。

2.3.2 主成分綜合評(píng)價(jià)得分 在主成分綜合統(tǒng)計(jì)結(jié)果基礎(chǔ)上計(jì)算出鮮食玉米間作鮮食大豆產(chǎn)量和商品品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)得分(表5)。結(jié)果表明, 在200 cm帶寬下, 矮稈型玉米品種間作鮮食大豆綜合評(píng)價(jià)得分2年均以52,500株 hm–2處理最高, 高稈型玉米品種間作鮮食大豆綜合評(píng)價(jià)得分2年均以45,000株 hm–2處理最高; 在240 cm帶寬下, 矮稈型玉米品種間作鮮食大豆綜合評(píng)價(jià)得分2018年以52,500株 hm–2處理最高, 2019年以45,000株 hm–2處理最高, 高稈型玉米品種間作鮮食大豆綜合評(píng)價(jià)得分2年均以45,000株 hm–2處理最高。

表4 鮮食玉米和鮮食大豆產(chǎn)量及商品品質(zhì)的主成分分析

F1: 第一主成分; F2: 第二主成分; F3: 第三主成分。

F1: the first principal component; F2: the second principal component; F3: the third principal component.

表5 鮮食玉米和鮮食大豆產(chǎn)量及商品品質(zhì)的主成分綜合評(píng)價(jià)得分

F1: 第一主成分; F2: 第二主成分; F3: 第三主成分。

F1: the first principal component; F2: the second principal component; F3: the third principal component.

2.3.3 DTOPSIS分析 采用DTOPSIS法對(duì)鮮食玉米和大豆產(chǎn)量及商品品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 評(píng)價(jià)性狀共11個(gè), 并分別賦予鮮食玉米產(chǎn)量0.4、一級(jí)果穗率0.2、果穗整齊度0.05、單穗重0.04、出苞率0.01、穗長(zhǎng)0.01、穗粗0.01、禿尖長(zhǎng)0.01、鮮食大豆產(chǎn)量0.2、多粒莢率0.05、單株莢數(shù)0.02的權(quán)重[16-18]。根據(jù)DTOPSIS分析原理, 各個(gè)處理的Ci值越大, 其綜合表現(xiàn)越好, 矮稈和高稈型玉米品種2年Ci值在2種帶寬下, 分別以52,500株 hm–2、45,000株 hm–2密度最大(表6), 表明在高產(chǎn)和高效帶寬下, 矮稈型和高稈型品種分別以52,500株 hm–2和45,000株 hm–2密度各性狀接近理想值, 綜合性狀表現(xiàn)好。

2.4 帶寬、玉米密度對(duì)群體效益的影響

由于帶寬和密度對(duì)鮮食玉米商品品質(zhì)影響較大, 所以僅以產(chǎn)量計(jì)效益不合理, 應(yīng)將果穗分級(jí)出售, 計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。將鮮果穗按照市場(chǎng)價(jià)格分級(jí)出售, 矮稈型玉米品種在200 cm和240 cm帶寬條件下2年均以52,500株 hm–2密度效益最高, 高稈型玉米品種2年經(jīng)濟(jì)效益及群體效益在高產(chǎn)和高效帶寬條件下則均以45,000株 hm–2密度最高(表7)。2種帶寬條件下, 矮稈型玉米品種在52,500株 hm–2密度下2年的平均群體效益較最低平均群體效益分別高11.98%和4.58%, 高稈型玉米品種在45,000株 hm–2密度下2年的平均群體效益比最低平均群體效益則分別高12.14%和9.98%。

表6 鮮食玉米和鮮食大豆產(chǎn)量及商品品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

+: 與正理想解的距離;–: 與負(fù)理想解的距離;C: 與理想解的相對(duì)接近程度。

+: the distance from the positive ideal solution;–: the distance from the negative ideal solution;C: the relative proximity to the ideal solution.

表7 帶寬、密度對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

鮮食玉米按照市場(chǎng)價(jià)格為一級(jí)果穗5元 kg–1, 二級(jí)果穗3元 kg–1, 三級(jí)果穗2元 kg–1, 鮮食大豆為6元 kg–1。

According to the market price, fresh maize is 5 Yuan kg–1for one-level ear, 3 Yuan kg–1for two-level ear, 2 Yuan kg–1for three-level ear and Yuan kg–1for fresh soybean.

3 討論

合理帶寬、密度可以協(xié)調(diào)鮮食玉米鮮食大豆產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)系, 提高經(jīng)濟(jì)效益。玉米大豆間套作具有充分利用光熱資源、產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯等特點(diǎn)[19-20], 適宜的空間配置是保證玉米產(chǎn)量基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)玉米大豆“雙增產(chǎn)”的必要條件[10]。前人研究表明, 玉米大豆間作模式下, 帶寬和玉米密度對(duì)玉米、大豆及復(fù)合產(chǎn)量的影響顯著, 且高密度下玉米產(chǎn)量和玉豆總產(chǎn)最高, 大豆產(chǎn)量則以低密度最高[21], 本研究中, 在高產(chǎn)帶寬200 cm下, 矮稈和高稈玉米均在高密度(52,500株 hm–2)時(shí)獲得高產(chǎn), 在利于大豆機(jī)收的高效帶寬240 cm下, 與矮稈玉米和高稈玉米間作的大豆均在低密度(37,500株 hm–2)時(shí)獲得高產(chǎn)。玉米行株距的減小,增加了玉米植株間的相互競(jìng)爭(zhēng), 影響地上地下部分的生長(zhǎng), 導(dǎo)致產(chǎn)量減少[22], 本研究中, 帶寬增加導(dǎo)致株距減小, 鮮食玉米產(chǎn)量表現(xiàn)出隨帶寬增加而降低。對(duì)于低位作物大豆, 可適當(dāng)增加帶寬、降低間作玉米密度, 減少蔭蔽效應(yīng), 提高光能利用率, 改善群體生長(zhǎng)環(huán)境取得高產(chǎn)[23-24], 本研究表明, 降低玉米密度有利于提高鮮食大豆產(chǎn)量, 此結(jié)果與前人研究相一致。

鮮食玉米、鮮食大豆生產(chǎn)不僅要考慮產(chǎn)量高低, 還應(yīng)注重商品品質(zhì)。前人研究表明, 中密條件下鮮食玉米產(chǎn)量最高, 同時(shí)有效穗長(zhǎng)、出籽率等商品外觀質(zhì)量與低密度差異不明顯[8], 在高密條件下鮮食玉米單穗鮮重、一等以上果穗率則顯著降低, 禿尖長(zhǎng)顯著增加, 商品品質(zhì)變差[25], 與本研究結(jié)果相類似。間作鮮食大豆因鮮食玉米種植密度加大, 光從高位玉米向低位大豆的透光量降低, 阻礙大豆光合產(chǎn)物的合成, 導(dǎo)致2粒莢率和3粒莢率降低, 擴(kuò)大帶寬則可緩解鮮食大豆被蔭蔽的程度, 透光量增加, 莢果商品性變佳。前人研究表明, 帶寬和玉米密度對(duì)大豆產(chǎn)量的互作效應(yīng)顯著, 在本研究中2019年帶寬和密度對(duì)矮稈玉米間作大豆3粒莢率、高稈玉米間作大豆2粒莢率的影響互作效應(yīng)顯著。

農(nóng)業(yè)方面常用主成分分析方法進(jìn)行優(yōu)良品質(zhì)選擇和綜合性狀評(píng)價(jià)[26], 本研究利用主成分分析法將與鮮食玉米、鮮食大豆產(chǎn)量及商品品質(zhì)相關(guān)的11個(gè)指標(biāo)綜合為3個(gè)獨(dú)立因子, 這3個(gè)獨(dú)立因子反映了原始變量信息的95%以上, 2019年高稈玉米品種間作鮮食大豆系統(tǒng)中僅有2個(gè)獨(dú)立因子, 反映了原始變量信息的87.634%。在矮稈玉米品種間作鮮食大豆系統(tǒng)中, 第一主成分與穗長(zhǎng)、一級(jí)果穗率和禿尖長(zhǎng)有關(guān), 其中與穗長(zhǎng)和一級(jí)果穗率呈正相關(guān), 與禿尖長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān), 第二主成分與出苞率、鮮食玉米產(chǎn)量和多粒莢率呈正相關(guān), 第三主成分與果穗整齊度、鮮食大豆產(chǎn)量和多粒莢率呈正相關(guān); 在高稈玉米品種間作鮮食大豆系統(tǒng)中, 第一主成分與多粒莢率、鮮食大豆產(chǎn)量、穗長(zhǎng)和一級(jí)果穗率有關(guān), 第二主成分與出苞率和果穗整齊度有關(guān), 第三主成分與鮮食玉米產(chǎn)量有關(guān); 由于2年玉米種植密度和品種有所變化, 導(dǎo)致2年所提取的主成分也有所差異。DTOPSIS法結(jié)果表明, 在高產(chǎn)和高效帶寬下, 矮稈型和高稈型玉米品種分別以52,500株 hm–2和45,000株 hm–2密度各性狀接近理想值, 綜合性狀表現(xiàn)好, 可獲得較高的群體效益, 與主成分分析綜合得分結(jié)果基本一致, 為西南地區(qū)玉米大豆帶狀間作帶寬密度配置的選擇提供了依據(jù)。

相對(duì)于矮稈玉米, 高稈玉米種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加大, 適宜密度下降, 對(duì)于玉米植株本身, 高稈玉米有利于改善冠層和群體的構(gòu)建, 提高群體光合速率[27-29], 生物量增加, 產(chǎn)量提高, 本試驗(yàn)結(jié)果表明高稈和矮稈玉米高產(chǎn)對(duì)應(yīng)的適宜密度水平分別為45,000株 hm–2和52,500株 hm–2, 且鮮食玉米產(chǎn)量分別達(dá)到16,817 kg hm–2, 13,564 kg hm–2。對(duì)于帶狀復(fù)合種植中, 太過(guò)高大的玉米對(duì)低位作物大豆遮蔭嚴(yán)重, 大豆受光不足, 生長(zhǎng)發(fā)育受限, 本試驗(yàn)結(jié)果表明, 與高稈玉米間作的鮮食大豆產(chǎn)量及商品品質(zhì)低于矮稈玉米間作系統(tǒng)中的鮮食大豆, 而由于玉米是間作系統(tǒng)中群體產(chǎn)量的主導(dǎo)作物, 導(dǎo)致高稈型鮮食玉米間作系統(tǒng)在最適玉米密度下的經(jīng)濟(jì)效益仍高于矮稈型鮮食玉米間作系統(tǒng)。

本研究揭示了玉米大豆帶狀間作系統(tǒng)中, 鮮食玉米、鮮食大豆群體產(chǎn)量和商品品質(zhì)對(duì)帶寬密度的響應(yīng)特點(diǎn), 通過(guò)群體效益綜合評(píng)價(jià)篩選西南地區(qū)適宜帶寬密度配置, 但關(guān)于帶寬密度對(duì)帶狀間作系統(tǒng)中鮮食玉米鮮食大豆物質(zhì)積累與分配特性、籽粒形成特點(diǎn)的影響尚不明確, 有待進(jìn)一步研究。

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Optimization of field configuration technology of strip intercropping of fresh corn and fresh soybean based on high yield and high efficiency

SHU Ze-Bing, LUO Wan-Yu, PU Tian, CHEN Guo-Peng, LIANG Bing, YANG Wen-Yu, and WANG Xiao-Chun*

College of Agronomy, Sichuan Agricultural University / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Southwest, Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Crop Ecophysiology and Cultivation Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 611130, Sichuan, China

To clarify the high yield of strip intercropping of fresh corn and fresh soybean in Southwest China and to realize efficient field configuration technology for mechanization, two fresh corn varieties with large plant height differences were used as the materials, and two factor split zone design was adopted. The effects of two kinds of bandwidth (high-yield bandwidth 2 m and high-efficiency bandwidth suitable for mechanization 2.4 m) and maize planting density (37,500, 45,000, 52,500, and 60,000 plants hm–2) on population yield, commodity quality, and planting benefit in the strip intercropping system of fresh corn and soybean were comprehensively analyzed, and the optimal field configuration of high-yield and high-efficiency was determined. The results showed that the yield of fresh corn and fresh soybean were more affected by corn planting density and bandwidth, respectively. With the increase of bandwidth, the first-class ear rate of dwarf maize varieties decreased by 25.78%, the bald tip length increased by 9.55%, and the first-class ear rate of tall maize varieties decreased by 11.76% and the bald tip length increased by 17.54%. With the increase of maize density, the first-class ear rate, bald tip length of dwarf, and tall maize varieties decreased significantly under the two bandwidth, and the planting density of dwarf and tall maize increased from 52,500 plants hm–2to 60,000 plants hm–2in 2019. The first-class ear rate decreased by 46.16% and 27.78%, the bald tip length increased by 19.44% and 14.17%, and the first-class ear rate decreased by 25.01% and 23.60% under the 2.4 m bandwidth, and the bald tip length increased by 16.46% and 11.53%, respectively. The effects of bandwidth and density on the 2-pod rate and 3-pod rate of fresh soybean reached a significant level. With the increase of bandwidth, the 2-pod rate and 3-pod rate of strip intercropping soybean increased significantly. The 2-pod rate and 3-pod rate of soybean intercropped with dwarf and high stalk maize varieties increased by 7.94% and 18.88%, 8.10% and 16.71%, respectively. With the increase of corn density, the 2-pod rate and 3-pod rate of soybean decreased significantly. In 2019, the corn density increased from 52,500 plants hm–2to 60,000 plants hm–2. The 2-pod rate of soybean intercropped with high stalk corn decreased by 6.19%–9.09%, and the 3-pod rate decreased by 11.94%–14.39%. The comprehensive evaluation score of principal component and DTOPSIS method showed that under the high-yield and high-efficiency bandwidth, the corn density of 52,500 plants hm–2and 45,000 plants hm–2of strip intercropping fresh soybean of dwarf and tall maize varieties were close to the ideal value of maize density, the comprehensive characters performance was good. The planting benefits could reach 84,400 Yuan hm–2and 100,900 Yuan hm–2, respectively.

fresh corn; fresh soybeans; banded intercropping; bandwidth; density; population yield; commodity quality

10.3724/SP.J.1006.2023.23013

本研究由四川省育種攻關(guān)項(xiàng)目(2021YFYZ0005)和玉-豆-畜關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范項(xiàng)目(2021YFQ0015)資助。

This study was supported by the Breeding Research Project of Sichuan (2021YFYZ0005) and the Key Technology Research and Integration Demonstration Project of Jade Bean Livestock (2021YFQ0015).

王小春, E-mail: xchwang@sicau.edu.cn

E-mail: 1776909016@qq.com

2022-01-30;

2022-09-05;

2022-09-15.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220914.1919.011.html

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