新單58 與高油899 間作互補增抗增效效應(yīng)分析

李方杰 洪德峰 史大坤 衛(wèi)曉軼 魏 鋒 馬俊峰 劉經(jīng)緯 馬 毅 鄭秋道 王稼苜

（新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453000）

玉米是中國主要的糧食和飼料作物之一，也是重要的工業(yè)原料，玉米生產(chǎn)對我國的糧食安全以及畜牧業(yè)和工業(yè)發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用[1]。近年來隨著全球氣候的變化，玉米生育期內(nèi)的極端天氣越來越多[2]，尤其是2021-2022 年河南地區(qū)連續(xù)2年出現(xiàn)極端暴風(fēng)雨天氣，給河南部分地區(qū)玉米生產(chǎn)造成了重大影響。病蟲害的發(fā)生也是制約玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的一個重要因素，有研究表明食葉類害蟲對玉米葉片進行啃食，造成玉米光合能力降低甚至死亡，使玉米減產(chǎn)乃至絕收；蛀莖類害蟲幼蟲寄生在玉米莖稈內(nèi)影響玉米穗部物質(zhì)運輸，造成玉米產(chǎn)量降低，被蛀玉米莖稈易發(fā)生莖稈折斷，給玉米生產(chǎn)造成損失[3]。玉米籽粒品質(zhì)受到蛀穗類害蟲的影響較大，玉米穗被害蟲蛀食后雨水隨被蛀孔洞進入穗內(nèi)易造成穗腐病，使玉米品質(zhì)降低[4]。作物間作是一種能夠集約利用光、熱、肥、水等自然資源的種植模式[5]。生產(chǎn)實踐和前人研究表明，間作可以通過協(xié)調(diào)作物間的競爭與互補關(guān)系，充分利用自然資源，減少極端不利天氣、病蟲害等方面對作物的危害，減少化肥農(nóng)藥的使用量，進而提高作物群體產(chǎn)量[6]。

前人研究發(fā)現(xiàn)選擇不同基因型玉米品種進行間混作，是生產(chǎn)中增產(chǎn)抗逆的關(guān)鍵[7]。張三坤等[8]試驗表明不同玉米品種進行間作后，生育期遇到連續(xù)陰雨寡照天氣時，可以提高玉米雌蕊的受精效率，改善玉米結(jié)實情況，達到增產(chǎn)減災(zāi)的目的。王永宏等[9]利用高油玉米與普通玉米混種，使普通玉米籽粒含油率提高。宋同明[10]利用普通玉米與高油玉米混作，通過高油玉米油分基因的花粉直感效應(yīng)，提高了籽粒含油量和蛋白質(zhì)含量，且產(chǎn)量也有所增加，但是關(guān)于普通玉米和高油玉米間作在受災(zāi)后玉米抗倒伏性和蟲害的影響方面缺乏理論的研究和具體的試驗支撐。本研究在前人試驗基礎(chǔ)上，通過新單58與高油899 間作，研究二者在遭遇極端暴風(fēng)雨天氣后玉米的抗倒伏性能和蟲害情況，為河南玉米抗災(zāi)提質(zhì)和糧油一體化生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐和一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2022 年在河南省新鄉(xiāng)市輝縣市胡橋街道三小營村新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地（35°27′12″ N，113°45′23″ E）進行，試驗地處于輝縣市南部，地勢平坦，海拔85m，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，年平均氣溫14.1oC，1 月平均氣溫-0.6℃，7 月平均氣溫27.1℃，年平均降水量589.1mm。耕作制度為冬小麥旋耕夏玉米免耕，種植制度為一年兩熟。試驗土壤為沙壤土，0～20cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分：土壤有機質(zhì)含量1.4%，全氮含量1.08g/kg，有效磷含量11.39mg/kg，速效鉀含量111.20mg/kg。

1.2供試材料供試玉米品種為新單58（代號XD58，由新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育）和高油899（代號GY899，由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供）。

1.3試驗設(shè)計試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，在冬小麥季土地旋耕的基礎(chǔ)上設(shè)新單58 單作（XD58S）、高油899 單作（GY899S）和新單58 與高油899 間作（XD58I，GY899I，行比為2∶2）3 個處理，每個處理設(shè)3 個重復(fù)，小區(qū)面積為210m2（6m×35m）。前茬作物為小麥，麥后人工耬播玉米，株距25cm，行距60cm，種植密度6.75 萬株/hm2?；蕿樾倪B心復(fù)合肥600kg/hm2，中期追施尿素300kg/hm2。其他田間管理與當?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣保持一致。

1.4測定項目與方法

1.4.1氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計歷年6-9 月氣象資料由新鄉(xiāng)市試驗基地氣象站提供。

1.4.2玉米株高、莖粗、穗位高、重心高和抗倒伏指標于開花期在每小區(qū)內(nèi)隨機選取6 株代表性植株，在田間測定莖稈抗彎曲力，以穗下節(jié)間中部為支點用YYD-1 型莖稈強度測定儀緩緩用力推，直至植株與地面成45°角，記錄數(shù)值。然后沿基部將玉米砍下測定株高、穗位高、重心高、莖粗，截取基部第3 伸長節(jié)間，使用YYD-1 型莖稈強度測定儀測定穿刺強度、壓碎強度和橫折強度。計算穗位系數(shù)和莖稈抗倒伏指數(shù)。穗位系數(shù)=穗位高/株高，抗倒伏指數(shù)=莖稈橫折強度/植株重心高度。

1.4.3玉米蟲害種類與蟲害情況于玉米乳熟期調(diào)查主要蟲害種類和蟲害情況，每小區(qū)選取5 個點，每個點調(diào)查30 株玉米。

1.4.4產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素玉米成熟后于田間每個小區(qū)選取3 個點，每個點收取20 穗進行測產(chǎn)，每個小區(qū)隨機取10 穗進行考種，測定玉米穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等指標，并計算單位面積產(chǎn)量。

1.4.5土地當量比及偏土地當量比間作優(yōu)勢采用土地當量比（LER）和偏土地當量比（PLER）來衡量[11]。

式中：Yai 和Ybi 分別表示新單58 間作和高油899 間作的產(chǎn)量，Yas 和Ybs 分別表示新單58單作和高油899 單作的產(chǎn)量。PLER（a）和PLER（b）分別表示新單58 和高油899 偏土地當量比。LER＞1，表明有間作優(yōu)勢；LER＜1，為間作劣勢。

1.4.6油分分析玉米籽粒晾曬干后，采用瑞典Perten 公司DA7250 近紅外品質(zhì)分析儀測定玉米籽粒油分。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析利用Microsoft Excel 2016 進行數(shù)據(jù)計算分析和繪圖，SPSS27.0 軟件進行處理間顯著性檢驗（Duncan′s）分析。

2 結(jié)果與分析

2.1玉米全生育期6-9月降水量和氣溫由圖1和圖2 可看出，2022 年在玉米生育期和近5 年平均最高氣溫均發(fā)生在6 月上中旬玉米苗期和8 月上中旬開花授粉階段，極端降水均集中在7-8 月上旬。2022 年6 月上、中、下旬最高氣溫較近5 年平均最高氣溫分別高4.40℃、6.52℃、5.44℃，平均氣溫較近5 年平均氣溫分別高2.87℃、4.39℃、4.66℃，但是2022 年6 月上旬和下旬降水量比近5 年同期減少11.09mm 和29.51mm，連續(xù)的高溫天氣和遠低于同期的降水量勢必會影響到玉米的出苗和苗期玉米的生長發(fā)育。7 月份玉米生育期普遍在拔節(jié)期至抽雄吐絲期之間，2022 年7 月上、中、下旬降水量較近5 年同期降水量分別高91.23mm、26.83mm、95.85mm。劉成等[12]研究表明玉米長時間的陰雨天氣和澇害會造成玉米脫肥，發(fā)育遲緩，使玉米開花與吐絲時間錯開，進而導(dǎo)致玉米無法完成授粉。2022 年8 月上、中旬最高氣溫分別較近5 年平均最高氣溫高4.57℃、6.01℃，平均氣溫也分別較近5年平均氣溫高3.75℃、5.28℃，降水量分別比近5年同期平均降水量減少33.27mm、46.01mm，此時夏玉米處于開花授粉階段，極端高溫天氣會使花粉活力降低，導(dǎo)致玉米結(jié)實性差[13]。2022 年8 月下旬至9 月下旬降水量分別比近5 年平均降水量減少22.54mm、19.92mm、42.52mm 和30.73mm，這個階段玉米正處于灌漿階段，是玉米產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，干旱少雨會造成玉米灌漿不良，粒重降低，進而影響整體產(chǎn)量[14]。綜上分析可知，相較于近5 年，2022 年玉米生育期間極端天氣更多，給夏玉米生產(chǎn)也造成了更多不利影響。

圖1 2022 年6-9 月玉米生長季的逐日降水量和氣溫

圖2 2018-2022 年6-9 月玉米生長季近5 年平均逐日降水量和氣溫

2.2新單58和高油899間作對植株性狀和抗倒伏性狀的影響由表1 可知，新單58 間作相對于新單58 單作的玉米株高增加了4.96%，莖粗增加了1.15%，穗位高降低了7.46%，重心高降低了7.55%，抗彎曲力增加了10.34%，穿刺強度增加了11.34%，壓碎強度增加了5.51%，橫折強度增加了5.42%，穗位系數(shù)降低了11.36%，抗倒伏指數(shù)增加了14.09%，其中株高、穗位高、橫折強度、穗位系數(shù)和抗倒伏指數(shù)達到了顯著性差異，其他指標均無顯著性差異；高油899間作相對于高油899單作玉米株高基本一致，莖粗增加了4.59%，穗位高降低了6.33%，重心高降低了6.35%，抗彎曲力增加了13.18%，穿刺強度增加了9.81%，壓碎強度增加了9.00%，橫折強度增加了9.15%，穗位系數(shù)降低了4.76%，抗倒伏指數(shù)增加了16.55%，其中株高、莖粗、穿刺強度和壓碎強度未達到顯著性差異，其他指標均達到了顯著性差異。說明間作能夠顯著提高新單58 和高油899 的抗倒伏能力。

表1 新單58 和高油899 間作對植株性狀和抗倒伏性狀的影響

2.3新單58和高油899間作對蟲害發(fā)生的影響

2.3.1新單58和高油899間作對關(guān)鍵害蟲數(shù)量的影響從表2 可以看出，玉米主要蟲害為桃蛀螟、玉米螟、棉鈴蟲和玉米蚜。其中，新單58 間作桃蛀螟和玉米蚜數(shù)量顯著低于新單58 單作，玉米螟和棉鈴蟲數(shù)量也低于單作，但差異不顯著；高油899 間作桃蛀螟、玉米螟和玉米蚜顯著低于高油899 單作，只有棉鈴蟲數(shù)量上間作和單作沒有顯著性差異。

表2 新單58 和高油899 間作對關(guān)鍵害蟲數(shù)量的影響

2.3.2新單58和高油899間作對蟲害情況的影響由表3 可以看出，玉米被蟲害危害情況主要有蛀穗孔洞數(shù)、被蛀籽粒數(shù)、蛀莖孔洞數(shù)和穗上部莖稈折斷數(shù)。其中，新單58 間作蛀穗孔洞數(shù)、被蛀籽粒數(shù)和蛀莖孔洞數(shù)顯著低于新單58 單作，穗上部莖稈折斷數(shù)間作和單作沒有顯著性差異；高油899 間作蛀穗孔洞數(shù)和蛀莖孔洞數(shù)顯著低于高油899 單作，被蛀籽粒數(shù)和穗上部莖稈折斷數(shù)上間作和單作沒有顯著性差異。

表3 新單58 和高油899 間作對蟲害情況的影響

2.4新單58和高油899間作對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響新單58 和高油899 間作較單作均能夠增加玉米穗長、穗粗、穗粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量（表4）。新單58 間作比單作穗長增加了6.80%，穗粗增加了3.01%，穗粒數(shù)增加了16.48%，百粒重增加了4.88%，其中，穗長、穗粒數(shù)、百粒重差異達到了顯著性水平，穗粗差異不顯著；高油899 間作比單作穗長增加了13.33%，穗粗增加了3.04%，穗粒數(shù)增加了25.95%，百粒重增加了3.72%，同樣，穗長、穗粒數(shù)、百粒重差異達到了顯著性水平，穗粗差異不顯著。新單58 和高油899 間作的單位面積產(chǎn)量較新單58 單作和高油899 單作分別顯著增加了14.59%和5.19%，說明了間作優(yōu)勢明顯。

表4 新單58 和高油899 間作對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

2.5新單58和高油899間作下的土地當量比偏土地當量比是衡量間作是否具有產(chǎn)量優(yōu)勢的一個重要指標，當偏土地當量比大于間作作物播種面積占比時，說明該作物具有間作產(chǎn)量優(yōu)勢，新單58 和高油899 間作體系中，新單58 的偏土地當量比為0.57，高油899 的偏土地當量比為0.53（表5），二者的偏土地當量比均大于二者間作播種面積占比，說明這兩個玉米品種都具有間作產(chǎn)量優(yōu)勢。此外，新單58 和高油899 間作體系內(nèi)土地當量比為1.10（表5），土地當量比大于1，說明二者具有明顯的間作優(yōu)勢，并且二者間作的增產(chǎn)率達到了10%。

表5 新單58 和高油899 間作下的土地當量比

2.6新單58和高油899間作對籽粒油分的影響由圖3 可知，新單58 和高油899 間作相較于二者單作均能夠提高籽粒中的油分。其中，新單58 間作比單作油分顯著提高了17.96%，高油899 間作與單作油分無顯著性差異。說明普通玉米新單58 與特種玉米高油899 間作，可以顯著提高新單58 的油分。

圖3 不同基因型玉米間作對籽粒油分的影響

3 討論與結(jié)論

3.1討論玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)不僅與栽培措施有關(guān)，同時也受到天氣的影響[15]。因此在玉米生產(chǎn)上構(gòu)建適宜的種植體系，在當年遭受極端不利天氣時，能夠有效緩解極端不利天氣帶來的負面效應(yīng)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的損失[16]。在全球氣候變暖和極端天氣頻繁出現(xiàn)的大背景下，夏玉米生育期內(nèi)極端降水和極端高溫頻繁發(fā)生，通過探索和選擇合理適宜的種植模式與栽培措施來應(yīng)對不同類型的極端不利天氣具有重要的現(xiàn)實意義[17]。

玉米的抗倒伏能力不僅與玉米的株高、莖粗、穗位高和重心高等植株性狀有關(guān)，還與玉米莖稈的抗彎曲力、地上部第3 伸長莖節(jié)的穿刺強度、壓碎強度和橫折強度密切相關(guān)[18]。不同基因型玉米合理間作，不僅能夠增強玉米的群體光合特性，而且能優(yōu)化玉米群體結(jié)構(gòu)、增強玉米的群體抗逆能力[19]。劉天學(xué)等[20]試驗研究表明，合理的間作復(fù)合群體后期抗逆能力明顯提高，玉米倒伏率降低，抗倒伏能力增強；趙亞麗等[21]研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)災(zāi)后抗倒性差的玉米品種浚單20 與登海662 間作能夠顯著降低浚單20 的倒伏率。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，2022 年玉米生育期內(nèi)遭遇極端暴風(fēng)雨天氣，新單58 與高油899間作相比二者單作能夠提高莖粗、抗彎曲力、穿刺強度、壓碎強度、橫折強度和抗倒伏指數(shù)，降低穗位高、重心高和穗位系數(shù)，因此提高了玉米植株的抗倒伏能力，這與前人關(guān)于災(zāi)后玉米倒伏率的研究結(jié)果一致。

蟲害的發(fā)生嚴重影響玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)[22]。李潮海等[19]研究表明，合理間作的復(fù)合群體后期抗逆能力明顯提高，其抗病蟲能力增強。蘇新宏[23]研究發(fā)現(xiàn)，抗蟲性不同的玉米品種構(gòu)成的復(fù)合群體抗蚜蟲能力顯著提高。本試驗發(fā)現(xiàn)，新單58 與高油899 間作相比二者單作能夠減少關(guān)鍵玉米害蟲數(shù)量，進而減輕玉米穗部和莖稈的蟲害危害程度，但是關(guān)于二者間作害蟲數(shù)量降低的具體原理和機制還需要進一步研究。

玉米產(chǎn)量的增加取決于百粒重和穗粒數(shù)的提高[24]。史振聲等[25]研究發(fā)現(xiàn)，不同基因型玉米的合理間作具有顯著的增產(chǎn)效果，穗粒數(shù)增加的幅度最大，其次是百粒重的增加。劉天學(xué)等[26]試驗結(jié)果表明，將株型互補的玉米間作，可顯著增加復(fù)合群體的產(chǎn)量，提高土地當量比。宋同明[10]研究發(fā)現(xiàn)普通玉米與高油玉米間作，花粉直感對二者油分都有較大的提高。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，新單58 和高油899 間作與二者單作相比能夠顯著增加玉米穗粒數(shù)和百粒重，單位面積間作產(chǎn)量之和均高于單位面積二者單作產(chǎn)量；并且土地當量比大于1，說明二者具有明顯的間作優(yōu)勢；兩品種間交叉授粉所產(chǎn)生的花粉直感使新單58 油分顯著提高。

3.2結(jié)論間作可以增強作物群體應(yīng)對極端環(huán)境的能力，提高群體生產(chǎn)的穩(wěn)定性和豐產(chǎn)性。新單58和高油899 間作能提高兩者的抗倒伏能力，減輕了蟲害危害，增加了產(chǎn)量，提升了玉米籽粒油分，有利于實現(xiàn)玉米豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和糧油一體化生產(chǎn)。