石曉旭 李波 劉建 楊美英 薛亞光 石呂 韓笑 魏亞鳳

摘要：為探明玉米-大豆帶狀復(fù)合種植對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，確定最佳田間配置，設(shè)置不同種植帶寬和玉米大豆行比的5種不同田間配置，對(duì)玉米產(chǎn)量及其相關(guān)因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明，帶寬與玉米產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，玉米吐絲后的葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量形成呈顯著正相關(guān)，最佳田間配置為2.0 m 2 ∶ 2處理，即帶寬2.0 m，行比2 ∶ 2，玉米產(chǎn)量為9 590.16 kg/hm2，大豆產(chǎn)量為1 525.79 kg/hm2，其土地當(dāng)量比為1.52，表現(xiàn)出較強(qiáng)的套作優(yōu)勢(shì)，套作模式下的系統(tǒng)產(chǎn)量高于凈作模式，可以為玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下玉米高產(chǎn)的田間配置提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：玉米;帶狀復(fù)合種植模式;產(chǎn)量;相關(guān)性分析;套作

中圖分類號(hào)： S344.3;S513.04 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2021）09-0074-06

套作是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，利用物種互補(bǔ)性，通過(guò)增加單位土地的作物產(chǎn)量來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的集約化[1]。近年來(lái)，楊文鈺等針對(duì)南方旱田原有農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，總結(jié)出適合種植的小麥/玉米/大豆旱地新三熟種植模式，并提出了玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式，即采取寬窄條帶田間種植方法，充分利用邊行優(yōu)勢(shì)，合理地分帶或者分幅種植以協(xié)調(diào)多熟作物之間對(duì)光照和肥水的需求[2]。與單作相比，玉米+大豆套作能促進(jìn)氮肥利用率，降低氮素依賴率，從2012年的75.4%緩慢下降至69.4%[3]。Fischer等研究發(fā)現(xiàn)，在德國(guó)北方玉米和大豆間作產(chǎn)量潛力大，間作玉米產(chǎn)量總體很高，葉片發(fā)育良好，可以促進(jìn)光合作用和干物質(zhì)積累[4]。玉米與菜豆間作產(chǎn)量達(dá)到2.3～2.6 t/hm2，土地當(dāng)量比達(dá)到1.55[5]。在四川地區(qū)玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式中，適當(dāng)減小玉米窄行距，能夠較好地協(xié)調(diào)玉米和大豆對(duì)光熱資源的利用，增強(qiáng)綜合生產(chǎn)能力[6-7]。王竹等在小麥/玉米/大豆套作模式下通過(guò)玉米行寬及株型的差異性對(duì)大豆生長(zhǎng)早期農(nóng)藝性狀形成的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大豆行寬1.17 m、玉米行寬0.83 m是全年高產(chǎn)、高效的田間最優(yōu)配置[8]。為探求玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下玉米田間最佳配置，本研究設(shè)置玉米和大豆不同帶寬和行比，通過(guò)研究不同田間配置對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析，明確其產(chǎn)量最優(yōu)配置，以期為玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下玉米高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2019年4—10月在江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地（120.87°E，32.01°N）進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤全磷含量為0.81 g/kg，全鉀含量為11.81 g/kg，全氮含量為0.88 g/kg，速效磷含量為10.40 mg/kg，速效鉀含量為51.84 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為12.27 g/kg，pH值為7.40。供試品種為玉米蘇玉30和大豆通豆13。

玉米從播種至收獲期間，當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)：太陽(yáng)有效輻射量為1 915.80 MJ/m2，降水量為 693.40 mm，有效積溫為1 584.10 ℃。

1.2 試驗(yàn)方法

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，如表1所示，設(shè)置5個(gè)配置水平（T1、T2、T3、T4、T5），以凈作玉米為對(duì)照（CK），凈作玉米等行距栽培，行距為70 cm。每個(gè)處理種2帶，重復(fù)3次，試驗(yàn)共21個(gè)小區(qū)，玉米種植密度為6萬(wàn)株/hm2，大豆種植密度為15萬(wàn)株/hm2。

玉米于2019年4月9日播種，8月12日收獲，大豆于2019年6月22日播種，10月12日收獲。玉米基肥配施過(guò)磷酸鈣（含P2O5 12%）600 kg/hm2，氯化鉀（含K2O 60%）150 kg/hm2，玉米全生育期共施純氮 180 kg/hm2。大豆基肥配施尿素75 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣600 kg/hm2，氯化鉀60 kg/hm2。除草、噴藥等管理同大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 玉米葉面積指數(shù)與地上生物積累量 在玉米各生育期記錄株高和有效葉面積。隨機(jī)選取生長(zhǎng)一致、代表性強(qiáng)的3株玉米和3穴大豆（排除邊際效應(yīng)），將植株地上部分置于105 ℃烘箱中殺青 30 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量，測(cè)定玉米植株地上部分干質(zhì)量，計(jì)算成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量和花后同化物輸入籽粒量。

玉米單葉葉面積=長(zhǎng)×寬×0.75;

葉面積指數(shù)（LAI）=總?cè)~面積/土地面積;

成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量=成熟期地上部分干物質(zhì)量-成熟期籽粒干物質(zhì)量;

花后同化物輸入籽粒量=成熟期籽粒干物質(zhì)量-吐絲期營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量。

1.3.2 玉米產(chǎn)量 收獲玉米時(shí)，考查每個(gè)小區(qū)玉米果穗總數(shù)，小區(qū)實(shí)打?qū)嵤照鬯銓?shí)際產(chǎn)量，連續(xù)選取每個(gè)小區(qū)中間區(qū)域15株玉米考種，計(jì)算產(chǎn)量構(gòu)成因素，并計(jì)算收獲指數(shù)。

1.3.3 土地當(dāng)量比 土地當(dāng)量比（LER）=玉米套作時(shí)的產(chǎn)量/玉米凈作產(chǎn)量+大豆套作時(shí)的產(chǎn)量/大豆凈作產(chǎn)量。

1.3.4 效益 效益=玉米產(chǎn)量×玉米單價(jià)+大豆產(chǎn)量×大豆單價(jià)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016整理和匯總試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用SPSS 17.0和STST 2002對(duì)數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 田間配置對(duì)玉米、大豆產(chǎn)量的影響

由表2、表3可知，田間配置對(duì)玉米禿尖長(zhǎng)、穗粗、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量都有極顯著影響，對(duì)穗長(zhǎng)的影響不顯著。玉米產(chǎn)量隨著帶寬的增加呈下降趨勢(shì)，除對(duì)照外，T1處理下產(chǎn)量最高，與其他處理差異均達(dá)顯著水平，比T2、T3、T4 、T5、CK分別增產(chǎn)11.94%、12.12%、23.18%、32.17%、-7.82%;產(chǎn)量構(gòu)成因素有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量也隨著帶寬的增加呈下降趨勢(shì)，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量均在T1處理下最大（除CK 外），T1處理下的有效穗數(shù)與T5處理有顯著性差異，與T2、T3、T4處理差異不顯著;T1處理下的穗粒數(shù)與其他處理均有顯著差異，比T2、T3、T4 、T5、CK分別增加35.42、40.51、72.99、77.41、-46.42粒/穗，T2與T3、T4與T5處理差異不顯著;T1、T2處理下的千粒質(zhì)量與T4、T5處理有顯著性差異，除CK外，T1處理的千粒質(zhì)量最大，但與T2處理差異不明顯;與CK相比，各處理玉米穗長(zhǎng)差異不明顯，T5處理穗長(zhǎng)最小;玉米禿尖長(zhǎng)隨著帶寬的增加而增加，同帶寬下隨著大豆種植行數(shù)的增加而降低，T2與T4處理的玉米禿尖長(zhǎng)較長(zhǎng);穗粗隨著帶寬的增加呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，除CK外，T1處理的最大，與其他處理差異顯著。

2.2 田間配置對(duì)玉米葉面積指數(shù)的影響

由圖1可知，隨著玉米生育期的延長(zhǎng)，玉米葉面積指數(shù)先增加后降低;隨著帶寬的增加，葉面積指數(shù)呈降低趨勢(shì)。拔節(jié)期和抽雄期各處理玉米葉面積指數(shù)無(wú)顯著差異，拔節(jié)期T4處理葉面積指數(shù)最大，為0.78，抽雄期T4處理葉面積指數(shù)最小，為3.66;與CK相比，吐絲期和成熟期各處理玉米葉面積指數(shù)存在顯著性差異;吐絲期T4處理葉面積指數(shù)最小，為3.53，與T1、T2、T3處理的差異均達(dá)顯著水平，均低于CK;成熟期T1、T2、T3、T4、T5處理葉面積指數(shù)差異未達(dá)顯著水平，均低于CK。表明田間配置對(duì)前期葉片的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響，對(duì)后期葉片的生長(zhǎng)有顯著影響，導(dǎo)致成熟期葉片早枯，降低有效葉面積和葉面積指數(shù)。

2.3 田間配置對(duì)玉米地上部分干物質(zhì)積累的影響

由表4可知，田間配置對(duì)吐絲期玉米干物質(zhì)積累量、成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)累積量的影響未達(dá)顯著水平，各處理間差異不顯著。拔節(jié)期T5處理干物質(zhì)積累量最小，為899.03 kg/hm2，與CK有顯著差異，T1、T2、T3、T4處理間差異不顯著;抽雄期T1處理干物質(zhì)積累量與CK差異不顯著，與其他處理有顯著差異，T2、T3、T4、T5處理間差異不顯著。從拔節(jié)期至抽雄期T1處理干物質(zhì)積累量增長(zhǎng)最多（除CK外），增長(zhǎng)了5 455.92 kg/hm2，T3處理增長(zhǎng)最少，增長(zhǎng)了 4 172.38 kg/hm2;吐絲期各處理干物質(zhì)積累量差異不顯著，從抽雄期至吐絲期T3處理干物質(zhì)積累量增長(zhǎng)最多，增長(zhǎng)了4 392.75 kg/hm2，CK處理增長(zhǎng)最少，增長(zhǎng)了 2 870.70 kg/hm2;成熟期T5處理干物質(zhì)積累量與CK有顯著差異，與其他處理差異不顯著，從吐絲期至成熟期T1處理干物質(zhì)積累量增長(zhǎng)最多（除CK外），增長(zhǎng)了8 535.05 kg/hm2，T5處理增長(zhǎng)最少，增長(zhǎng)了 6 139.58 kg/hm2;田間配置對(duì)成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)累積量無(wú)顯著影響，各處理間無(wú)顯著差異;花后同化物輸入籽粒量T1、T2、T3、T4、T5處理間無(wú)顯著差異，T3和T5處理較低，分別為 6 238.23、 6 139.58 kg/hm2。表明田間配置對(duì)玉米不同時(shí)期干物質(zhì)積累量有不同程度的影響，帶寬增加，會(huì)導(dǎo)致干物質(zhì)積累量及花后同化物輸入籽粒量減少。

2.4 相關(guān)性分析

由表5可知，各時(shí)期干物質(zhì)積累量、成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)累積量、花后同化物輸入籽粒量以及產(chǎn)量與田間配置帶寬均呈負(fù)相關(guān)，其中抽雄期和成熟期干物質(zhì)積累量與帶寬的相關(guān)系數(shù)分別為-0.87、 -0.92，均達(dá)顯著水平，玉米產(chǎn)量與帶寬的相關(guān)系數(shù)為-0.98，達(dá)極顯著水平。表明帶寬對(duì)干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量影響較大，隨著田間配置帶寬的增加，干物質(zhì)積累和產(chǎn)量均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

由表6可知，抽雄期、吐絲期和成熟期葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.58、0.91、0.84，吐絲期和成熟期葉面積指數(shù)與產(chǎn)量的正相關(guān)達(dá)顯著水平，抽雄期葉面積指數(shù)對(duì)產(chǎn)量無(wú)顯著影響;拔節(jié)期、抽雄期和成熟期干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.92、0.95、0.98，與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。表明吐絲期至成熟期葉面積指數(shù)對(duì)產(chǎn)量的形成有顯著影響，葉面積指數(shù)越大，產(chǎn)量越高;各時(shí)期干物質(zhì)積累量對(duì)產(chǎn)量的形成有極顯著影響，干物質(zhì)積累量越大，產(chǎn)量越高。

2.4 田間配置對(duì)玉米收獲指數(shù)、土地當(dāng)量比和效益的影響

由表7可知，T3處理的玉米收獲指數(shù)最大，為0.46，但與其他處理差異未達(dá)顯著水平，田間配置對(duì)玉米的收獲指數(shù)影響不顯著;與CK相比，其他處理的土地當(dāng)量比都超過(guò)1，T3處理的最大，T5處理的最小，分別為1.59、1.48，T1與T2、T3、T4、T5處理間差異不顯著;T1、T2、T3、T4處理的效益顯著高于T5處理和CK，其中T1處理效益最高，為最佳配置。表明田間配置比凈作效益高，田間配置下的作物產(chǎn)量增產(chǎn)率均高于40%。

3 討論

3.1 田間配置對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

玉米-大豆帶狀套種模式具有資源高效利用、生態(tài)安全等優(yōu)點(diǎn)[8]，協(xié)調(diào)復(fù)合種植系統(tǒng)中玉米和大豆田間種植配置，改善通風(fēng)透光條件，促進(jìn)不同生態(tài)位作物和諧生長(zhǎng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)玉米-大豆帶狀套作群體最大產(chǎn)量效益有重要意義。儲(chǔ)鳳麗等研究發(fā)現(xiàn)，先玉335在不同行距處理下的產(chǎn)量排序?yàn)?70 cm>50 cm>60 cm[9]，對(duì)玉米采用寬幅160 cm、窄幅 40 cm 的帶狀套作種植，玉米穗長(zhǎng)、穗行數(shù)和行粒數(shù)均顯著高于等幅80 cm處理，穗粗、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量顯著低于等幅80 cm處理[10]。韓全輝等研究發(fā)現(xiàn)，不等幅間作的木薯鮮薯、薯干和淀粉產(chǎn)量比等幅間作分別提高5.9%、17.1%、19.1%，但都低于凈作[11]，本研究結(jié)果與此結(jié)果一致，帶狀復(fù)合種植模式下的玉米產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量均低于玉米凈作。王小春等研究發(fā)現(xiàn)，間作玉米產(chǎn)量較凈作增加9.76%，玉米-大豆種植模式下的玉米籽粒產(chǎn)量高于玉米-甘薯種植模式，平均增產(chǎn)11.90%[12]，本研究結(jié)果與之不一致，可能是因?yàn)楫?dāng)?shù)毓鉁貤l件不同，間作套種的作物不同，空間生態(tài)位上的優(yōu)勢(shì)不同，即使間作作物共生期長(zhǎng)于套作，也導(dǎo)致研究結(jié)果不同。本研究使用模式中增加的夏大豆的產(chǎn)量對(duì)模式中玉米產(chǎn)量的下降進(jìn)行補(bǔ)充，從土地當(dāng)量比來(lái)看，不同田間配置處理均高于1.4，凈作玉米為1.0，即凈作需增加140%以上才能達(dá)到與文中配置處理同等的籽粒產(chǎn)量，因此，適宜的田間配置能提高耕地復(fù)種指數(shù)和土地利用效率，比單作有明顯的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果[9-10，13]一致。

3.2 田間配置下葉面積指數(shù)與玉米產(chǎn)量的關(guān)系

葉片是玉米的主要同化器官[14]，有效葉面積是玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵因子之一[15]，各生育期葉面積指數(shù)的變化趨勢(shì)能夠反映葉片的光合作用和物質(zhì)積累的情況，與玉米生長(zhǎng)相協(xié)調(diào)的葉面積有助于玉米產(chǎn)量增加[16-19]。不同套作方式下的玉米單株葉面積和 LAI 從出苗到成熟期均呈單峰曲線變化，表現(xiàn)為前期增速緩慢，節(jié)間拔節(jié)后增速加快，生殖生長(zhǎng)階段增至最高值[19-20]。玉米抽穗后進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段，葉面積對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)顯著水平，本研究結(jié)果表明田間配置對(duì)前期葉片的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響，對(duì)后期葉片的生長(zhǎng)有顯著影響，吐絲期至成熟期LAI對(duì)產(chǎn)量的形成有顯著影響，LAI增加，產(chǎn)量增加，呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。成熟期葉片失綠，會(huì)降低有效葉面積和葉面積指數(shù)，光合速率下降，可能因?yàn)槿~綠體結(jié)構(gòu)和功能成分的降解，無(wú)法保持葉片光合活性，然而李麗等研究發(fā)現(xiàn)，160 cm+40 cm行距可以延長(zhǎng)玉米的生育期和生育后期綠葉維持時(shí)間[20]，說(shuō)明寬窄行有利于增加灌漿期玉米的有效葉面積，延長(zhǎng)籽粒灌漿時(shí)間和灌漿速率，增加產(chǎn)量[21]，本研究結(jié)果與之不符，可能是因?yàn)槔铥惖鹊脑囼?yàn)地點(diǎn)在四川省，選擇了套作減產(chǎn)率較低的玉米品種（榮玉1210），并且采用育苗移栽的方法種植，與沿江地區(qū)氣候和玉米播種方式差異大[20]。

3.3 田間配置下干物質(zhì)積累量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系

玉米生育期干物質(zhì)積累量是反映產(chǎn)量的重要因素[22]。玉米生長(zhǎng)后期由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為生殖生長(zhǎng)，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，玉米莖稈和葉片的干物質(zhì)輸送與積累量配比漸漸降低，籽粒干物質(zhì)積累比例不斷增加，成熟期到達(dá)峰值[23]。玉米籽粒產(chǎn)量主要來(lái)源于生殖生長(zhǎng)階段葉片的光合作用生產(chǎn)累積，且籽粒灌漿階段高的光合速率能促進(jìn)物質(zhì)積累;玉米吐絲后干物質(zhì)的積累量占總量的60%以上，對(duì)籽粒產(chǎn)量作用最大[24]。胡昌浩等認(rèn)為，玉米生殖生長(zhǎng)階段群體地上生物量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，達(dá)顯著水平[25]。張磊等也認(rèn)為，玉米成熟期干物質(zhì)量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.02～0.98[26]，本研究中拔節(jié)期、抽雄期、吐絲期和成熟期干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量有正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.89～0.98，這與前人的研究結(jié)果[26]大體一致。

合理的田間配置可增加干物質(zhì)積累量，梁曦彤等發(fā)現(xiàn)，種植等行距50 cm和70 cm時(shí)能延緩玉米生育末期葉莖鞘的衰老[27]，玉米干物質(zhì)積累量增多，對(duì)籽粒積累作用增大[28]。合理的種植行距能顯著改善玉米植株行間通風(fēng)透光的生長(zhǎng)環(huán)境[13]，促進(jìn)玉米植株的生長(zhǎng)發(fā)育，獲得更高的生物產(chǎn)量。種植模式對(duì)不同品種作物營(yíng)養(yǎng)器官積累的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)的影響存在差異[20]，套種玉米生育后期有寬行光補(bǔ)償效應(yīng)，隨著行距的增加，玉米干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)[29]。馬心靈等發(fā)現(xiàn)，套種玉米比凈作玉米的花后籽粒干物質(zhì)同化量高，收獲指數(shù)也高于凈作玉米[30]，本研究中套種玉米的花后同化物輸入籽粒量和凈作玉米無(wú)明顯差異的結(jié)果與之不一致，可能是因?yàn)椴シN密度一致，玉米種植均為2行，隨著帶寬的增加，玉米株間競(jìng)爭(zhēng)增大，干物質(zhì)積累降低，花后籽粒干物質(zhì)同化量減少，導(dǎo)致每穗實(shí)粒數(shù)減少，千粒質(zhì)量降低，最終產(chǎn)量低于玉米凈作。

4 結(jié)論

玉米吐絲后的葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，帶寬與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，復(fù)合種植模式群體土地當(dāng)量比均高于1.40，最佳田間配置為處理1，即帶寬2.0 m，行比為2 ∶ 2，其土地當(dāng)量比為1.52，表現(xiàn)出較強(qiáng)的套作優(yōu)勢(shì)，玉米產(chǎn)量為 9 590.16 kg/hm2，大豆產(chǎn)量為1 525.79 kg/hm2，套作模式下的系統(tǒng)產(chǎn)量高于凈作模式，效益顯著。

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