玉米-花生間作行比與磷肥施用對玉米干物質積累及產量的影響

胡莎莎， 王 飛， 李亞輝， 孔 樂， 尹 飛， 劉 領， 付國占， 焦念元

(河南科技大學 農學院， 河南 洛陽 471003)

合理的間套作能夠優化水、肥、氣、熱等資源的利用，實現作物增產、高效[1-4]。在華北平原地區，玉米-花生間作是一種較為常見的豆禾作物間作方式，在解決糧油爭地和提高作物經濟效益方面起著重要作用。研究表明，玉米-花生間作優勢來源于地下和地上種間共同作用的結果[5]。地下部，間作玉米根系分泌麥根酸類物質可有效活化土壤中難溶性鐵，被與其間作的花生吸收[6]，改善花生鐵營養，促進花生固氮，固定的氮又可為玉米提供氮源[7]；同時，玉米-花生間作還能增強土壤酶活性，改善土壤微生物群落結構，提高土壤養分有效性[8-9]；而地上部，玉米、花生高矮相間，形成傘狀復合群體結構，改變玉米與花生的生態位置，提高群體光能截獲率[10]，并改善作物光合特性[11]。相比單作，玉米-花生間作可增強玉米冠層的日均光強，提高玉米功能葉的光合飽和點和CO2羧化能力，從而增強玉米對強光的利用[12]；提高間作花生葉綠素b含量，增強花生對弱光光能捕獲能力，從而提高對弱光利用[13]，實現對光能的分層、立體集約利用。因此，玉米-花生間作具有明顯的產量優勢[11-15]。焦念元等[15]研究認為，玉米冠層的日均光照隨玉米-花生間作行比的增加而增強，表觀量子效率、氣孔導度、羧化效率、電子傳遞速率、磷酸丙糖利用率和蒸騰速率隨間作花生行比的增加逐漸提高。為深入了解玉米-花生間作模式下不同行比與磷肥施用對玉米生長發育及產量的影響，以玉米-花生間作不同行比及磷肥施用與否為研究對象，分析玉米-花生間作不同處理玉米的單株葉面積、干物質積累、灌漿速率、植株性狀、產量構成及產量的變化特點，旨在為玉米-花生間作模式下玉米高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年在河南科技大學農場進行，試驗地土壤0～20 cm，耕層土壤容重1.31 g/cm3，堿解氮33.86 mg/kg，速效磷3.46 mg/kg，有效鐵5.98 mg/kg，有機質10.72 g/kg，pH 7.56。試驗地處溫帶，屬半濕潤、半干旱的大陸性季風氣候，年平均氣溫在12.1～14.6℃，年平均降雨量600 mm，年平均蒸發量2 113.7 mm，年平均輻射量491.5 kJ/cm2，年日照時2 300～2 600 h，無霜期215～219 d。

1.2 試驗材料

玉米品種：鄭單958；花生品種：花育16。均購買于種子公司。鄭單958屬于緊湊型中穗型玉米雜交種，花育16為結果較集中的普通型大花生品種。

1.3 試驗設計

以玉米-花生間作不同行比種植模式和不同施磷量為試驗因子進行雙因素完全隨機區組試驗。種植模式設玉米-花生間作行比為2∶2、2∶4、2∶8和單作玉米4個水平，分別記作IM2∶2、IM2∶4、IM2∶8和SM；施磷量設P0(不施磷肥)和P1(P2O5，180 kg/hm2)2個水平。

玉米-花生間作行比2∶2、2∶4、2∶8分別為2行玉米與2行、4行和8行花生間作。單作玉米行距0.6 m，株距0.25 m，密度 66 667株/hm2。間作玉米行距0.4 m，株距0.2 m；間作花生行距0.3 m，穴距0.2 m，玉米花生行間距0.35 m。3種間作模式的玉米密度分別為71 428株/hm2、50 000株/hm2和31 250株/hm2，花生密度分別為71 428穴/hm2、100 000穴/hm2和12 5000穴/hm2，每個處理3次重復。磷肥作底肥一次性基施，花生間作施氮量為90 kg/hm2，基施；玉米單作、間作施氮量均為180 kg/hm2，按基追比1∶1分2次施用，追肥在玉米大喇叭口期開溝追施。其他田間雜草防除、灌溉等管理同大田生產。

1.4 測定項目與方法

1) 干物質。在玉米出苗后25 d (拔節期)、40 d (小喇叭口期)、50 d (大喇叭口期)、60 d (開花期)、68 d(灌漿期)、 80 d (乳熟期)、100 d (蠟熟期)和120 d (收獲期)，各小區分別取具有代表性玉米植株2株，分莖、葉、穗3部分于105℃殺青30 min后75℃烘干至恒重，稱重。

2) 單株葉面積。在測定干物質的同時，各處理用打孔器取一定面積(S1)的玉米綠色葉片，烘干稱質量(M1)，其他綠葉面積烘干稱質量(M2)，總面積為S，據公式S=S1× (M1+M2)/M1可求得玉米單株葉面積。

3) 灌漿速率。分別于玉米開花后0 d、8 d、20 d、40 d和57 d取生長均勻一致、具有代表性的3個果穗，在105℃殺青30 min后75℃烘干至恒重，稱重。

4) 植株與穗部性狀。在玉米收獲期，每小區選取10株代表性植株，分別測定株高、穗位高和重心高度，然后取下果穗進行考種，調查穗長、穗粗、禿頂長、穗行數、穗粒數和百粒重。

5) 產量。成熟期分別選取具有代表性的4 m雙行玉米植株，風干后測玉米籽粒質量，計算產量。

6) 偏土地當量比。玉米偏土地當量比根據公式PLER-M=Yim/Ymm計算。 式中，PLER-M為玉米偏土地當量比，Yim和Ymp分別為間作玉米和單作玉米產量。

7) 間作優勢評價。Fm為間作玉米所占間作體系中的面積比例，本研究中，玉米-花生間作行比2∶2、2∶4、2∶8模式的Fm分別為0.57、0.40和0.25。當PLER-M>Fm時，間作玉米為間作產量優勢；當PLER-M

1.5 數據分析

用SPSS 22.0和Excel 2016進行數據整理、統計分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對玉米單株葉面積的影響

2.1.1 玉米-花生間作行比 由圖1可知，在玉米小喇叭口期(出苗后40 d)以前，SM、IM2∶2、M 2∶4和IM2∶8處理的玉米單株葉面積差異不明顯；在大喇叭口期(苗后50 d)至乳熟期(苗后80 d)，單株葉面積各處理間表現為IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM；乳熟期至收獲期(苗后80～120 d)均表現為IM2∶4>IM2∶8>IM2∶2> SM，玉米單株葉面積間作處理均顯著高于單作玉米處理(P<0.05)。

圖1 玉米-花生間作不同處理玉米的單株葉面積

2.1.2 施磷量 與不施磷相比，施磷明顯提高玉米-花生間作體系中玉米的單株葉面積，尤其開花期(苗后60 d)施磷處理的IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8分別較不施磷處理提高29.6%、30.4%和28.7%，收獲期(苗后120 d)分別較不施磷處理的高38.5%、47.1%和47.7%，差異均達顯著水平(P<0.05)。

2.2 不同處理對玉米單株干物質積累的影響

2.2.1 玉米-花生間作行比 由圖2看出，在玉米大喇叭口期(苗后50 d)以前，IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8處理的單株干物質量差異不明顯；大喇叭口期至收獲期(苗后50～120 d)，隨玉米-花生間作行比增加玉米單株干物質量呈增大趨勢，各處理表現為IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM，間作處理均明顯高于單作玉米。表明玉米-花生間作體系中玉米單株干物質量隨間作行比增加而增加。

2.2.2 施磷量 開花期(苗后60 d)IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8處理的玉米單株干物質量分別較不施磷處理高41.9%、42.1%和44.2%，收獲期(苗后120 d)分別較不施磷高14.3%、14.7%和15.9%。表明，施磷能提高玉米-花生間作體系中玉米單株干物質積累量，其增幅隨玉米-花生間作行比增加而增加。

圖2 玉米-花生間作不同處理玉米單株干物質量

2.3 不同處理對玉米灌漿速率的影響

2.3.1 玉米-花生間作行比 玉米單穗重是衡量玉米果穗灌漿速率的重要指標之一。從圖3看出，隨著玉米果穗灌漿進程的推進，不同行比處理玉米單穗重差異逐漸增大，呈IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM趨勢。乳熟期(花后20 d)后，IM2∶4和IM2∶8的玉米單穗重均顯著高于IM2∶2。說明，玉米-花生間作體系中玉米單穗重隨玉米-花生間作行比的增大而增加，且均高于單作玉米。

2.3.2 施磷量 收獲期(苗后120 d)IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8玉米單穗重施磷處理較未施磷處理分別高18.22%、15.41%和10.45%，差異達顯著水平(P<0.05)。說明，施磷肥能提高玉米-花生間作體系中玉米單穗重。

圖3 玉米-花生間作不同處理玉米的單穗重

2.4 不同處理對玉米植株性狀及穗部性狀的影響

2.4.1 玉米-花生間作行比 從表1看出，玉米-花生間作體系中玉米株高、穗位高和重心高度均表現為IM2∶2>IM2∶4>IM2∶8，且均低于單作玉米；玉米穗長、行粒數和百粒重均表現為IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2，禿尖長表現為IM2∶4> IM2∶2>IM2∶8。說明，玉米-花生間作行比越大越有利于改善玉米的植株性狀和穗部性狀。

2.4.2 施磷量 與不施磷相比，施磷減小玉米-花生間作體系中玉米禿尖長，增加株高、穗位高、重心高度、穗長、穗粗、行粒數和百粒重 (表1)。說明，施磷顯著改善玉米-花生間作體系中玉米穗部性狀。

表1玉米-花生間作不同處理玉米的植株性狀及穗部性狀

Table 1 Agronomic traits and ear traits of maize under different row ratios between maize and peanut intercropping

施磷水平Phosphorus application rate種植模式Cropping pattern株高/cmPlant height穗位高/cmEar height重心高度/cmHeight of center of gravity穗長/cmEar length禿尖長/cmBare top length穗粗/cmEar diameter穗行數Ear row行粒數Grains per row百粒重/(g/100)100-Grain weightP0SM242.33 a104.33 a97.67 a16.44 b1.22 a4.82 b14.07 b32.04 b30.61 bIM2∶2228.00 b101.33 a93.00 b16.51 b1.05 b4.85 b14.20 b32.97 ab31.76 abIM2∶4209.00 c81.00 b80.67 c17.06 b1.06 b4.89 b14.53 a35.37 a32.57 aIM2∶8197.00 d74.67 c75.00 d17.90 a1.03 b4.99 a14.53 a35.18 ab32.82 aP1SM244.67 a104.00 a94.67 a18.30 b0.81 a5.01 b14.37 b37.50 b35.39 bIM2∶2233.00 b103.33 a97.00 a18.77 b0.73 ab5.13 a14.40 b38.34 ab36.10 abIM2∶4216.33 c90.00 b84.00 b19.24 ab0.65 bc5.16 a15.33 ab40.01 a37.07 abIM2∶8207.67 d84.00 c83.00 b20.13 a0.62 c5.15 a15.00 a40.02 a37.26 a

注：相同磷(P)處理同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different letters in the same column indicate significant difference atP<0.05 level.

2.5 不同處理對玉米產量及偏土地當量比的影響

2.5.1 玉米-花生間作行比 由表2看出，玉米-花生間作體系中玉米的實際產量和偏土地當量比均表現為IM2∶2>IM2∶4>IM2∶8。與間作玉米所占面積比(Fm)相比，PLER-M增幅表現為IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2。玉米-花生間作體系中玉米產量隨間作行比增加而減少，玉米產量間作優勢隨間作行比增加而增加。表明，隨著玉米-花生間作行比增加玉米產量優勢越高。

2.5.2 施磷量 IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8處理玉米產量施磷較不施磷分別高4.16%、4.20%和6.79%，差異均達顯著水平(P<0.05)。表明，施磷能提高玉米-花生間作體系中玉米產量。

表2玉米-花生間作不同處理玉米的產量與偏土地當量比

Table 2 Yield and partial land equivalence ratio of maize under different row ratios between maize and peanut intercropping

施磷水平Phosphorus application rate種植模式Cropping pattern產量/(kg/hm2)Yield玉米偏土地當量比PLER-M玉米所占土地面積比FmPLER-M比 Fm增幅/%P0SM10 408±213---IM2∶29 743±1150.940.5764.9IM2∶47 337±1260.700.4075.0IM2∶85 120±1930.490.2596.0P1SM12 826±518---IM2∶212 506±10790.980.5771.9IM2∶49 421±5260.730.4082.5IM2∶86 389±240.500.25100

3 結論與討論

外界環境對作物的生長發育有重要的調控效應，作物代謝、結構與功能等也會隨外界環境變化而變化，以適應和優化作物自身生長發育進程[16-18]。玉米-花生間作高矮交錯形成傘狀冠層結構，相比單作玉米能明顯提高玉米穗位葉的光照強度，并且隨玉米-花生間作行比增大而增強，其羧化固定CO2和利用強光的能力逐漸提高[14-15]。研究發現，玉米-花生間作體系中玉米單株干物質量和單穗重隨間作花生行比增大而增加，說明光強增強能促進玉米干物質向籽粒運轉和產量形成，這與高陽等[19]的研究一致。磷素作為作物光合作用基本原料之一，施磷能提高間作玉米羧化固定CO2和凈光合速率[14]，因此，施磷能增大玉米-花生間作體系中玉米單株葉面積，促進干物質積累，這與玉米大豆套作體系的研究結果一致[20-21]。

研究表明，玉米-花生間作體系中玉米株高、穗位高和重心高度隨著玉米-花生間作行比的增大而降低，這可能是因間作花生行比增大，光照強度增強，有利于提高玉米抗倒伏能力，這與遮陰會導致玉米倒伏能力下降[22]原理相吻合。隨玉米-花生間作行比增大，玉米果穗禿尖長度減小，穗長、穗行數、行粒數及百粒重增加，說明增加光強有利于改善玉米產量構成，這與戰秀梅等[23]的研究結果一致。從玉米產量看，由于玉米-花生間作體系中玉米所占面積比隨間作花生行比增大而減小，玉米實際產量和偏土地當量比隨間作花生行比增大而顯著降低，但偏土地當量比均大于其所占面積比，表現顯著的產量間作優勢，這與前人研究的玉米-花生間作體系中玉米產量間作優勢明顯[14]的結論一致。與不施磷相比，施磷能顯著提高玉米-花生間作體系中玉米產量。

從玉米-花生間作體系中玉米個體生長情況看，玉米單株干物質量和單穗重隨玉米-花生間作行比增大而增加，間作花生行比增大玉米植株性狀和穗部性狀明顯改善。乳熟期以后，玉米-花生行比2∶8處理的比2∶4處理的玉米葉片衰老快，單株葉面積玉米-花生行比2∶8處理低于2∶4處理。從群體產量看，玉米-花生間作體系中玉米產量和偏土地當量比隨玉米-花生間作行比增大而減少。綜合分析認為，玉米-花生間作模式中，以玉米-花生行比2∶4較適宜，配合施用磷肥后既能充分發揮間作玉米個體生產潛力，又能確保較高玉米產量和間作優勢。