黄土高原不同玉米－大豆间作模式对玉米生长发育的影响

王志梁，任媛媛，张岁岐

（1.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌712100；2.中国科学院 水利部 水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌712100）

近几十年来，随着资源、环境、粮食等全球性问题的日益加剧，间套作再次引起人们的关注［1－4］。不同类型的间套作模式中，禾豆间作由于增产和节约化学氮肥等特点而倍受关注，从而被认为是未来可持续农业发展的重要方向之一［5－7］。在我国，玉米与豆科的间作是一种优势的种植制度。合理的间作可充分利用资源，提高土地生产力，有效增加地面覆盖度，防止水土流失，尤其在中低产地区，豆科作物对提高土壤肥力和稳定作物产量有着重要作用［8］。有研究［9］表明，与单作种植相比，玉米／大豆间作群体内玉米的产量增加，而大豆的产量降低或不变，从而使整个体系的产量增加。黄土塬区属于半干旱地区，水资源短缺是限制作物产量的重要因素，因此，通过选择合理的种植体系提高水分利用效率，是旱作生产中提高作物产量的重要手段。但是，禾豆间作已有的研究成果多集中在种植模式、养分利用机理和经济效益等方面，而关于不同间作模式对玉米生长的影响研究较少。本研究通过对黄土塬区不同的玉米和大豆品种以及不同的间作比例下各生育期内玉米生长的动态监测，探讨玉米／大豆间作条件下玉米的生长特征，为指导合理种植、资源高效利用提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在中国科学院水利部水土保持研究所长武生态农业试验站进行。试验站位于陕西省长武县洪家镇王东村（107°40′E，35°12′N），海拔1200m，属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，光照充足，昼夜温差较大；年均降水量584mm左右，且多集中于6—8月份；年均气温9.1℃，无霜期171d，作物种植多为一年一季；地下水埋深50～80m，属典型旱作农业区；地貌属高原沟壑区，塬面和沟壑两大地貌单元各占35%和65%；地带性土壤为黑垆土，土体结构均匀疏松，是黄土高原沟壑区典型性土壤。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计 玉米选用郑单958（A）和豫玉22（B）两个品种，大豆选用中黄24（C）和中黄13（D）两个品种。试验于2012年4—10月进行。间作分为2∶2和2∶4两种间作比例（2∶2即2行玉米2行大豆间作，2∶4即2行玉米4行大豆间作），以玉米单作为对照，共10个处理，3次重复，共30个小区。试验采用随机区组排列，小区面积24m2。0.5m等行距覆膜种植，玉米种植密度为9.0×104株／hm2，大豆种植密度为2.1×105株／hm2。玉米施氮肥225 kg／hm2，分别在播前、拔节期和抽雄期按4∶3∶3的比例施肥；大豆施氮肥90kg／hm2，在播前施肥；玉米和大豆施磷肥均为150kg／hm2，分别在播前施肥。

1.2.2 玉米叶片叶绿素相对含量和单株叶面积的测定 在各处理内，分别于拔节期、大喇叭口期、吐丝期、乳熟期和蜡熟期用叶绿素仪（SPAD-502Plus）进行叶片叶绿素测定；分别于拔节期、大喇叭口期、吐丝期和乳熟期随机选择代表性植株3棵，测定全部展开叶片的叶长、最大叶宽，根据公式：叶面积＝叶长×叶宽×0.75（校正系数），得出叶面积值。

1.2.3 玉米株高和茎粗的测定 在各处理内选择3棵代表性植株，用卷尺自地上根茎结合处至茎秆最高处进行株高测定；用游标卡尺对各处理所选3棵代表性植株，在地上部分茎秆第2节进行茎粗测定。

1.2.4 玉米干物质积累量和产量的测定 分别于拔节期、大喇叭口期、吐丝期、乳熟期和蜡熟期在各处理内随机选择代表性植株3棵，将叶片、茎秆、穗分别采集，于105℃杀青0.5h，并在80℃烘至恒重，用电子天平称重；在每个处理计产区收获果穗，按平均鲜穗重从所收果穗中随机选取10穗进行考种计产。

1.3 数据分析

运用Excel进行数据整理，用SPSS 17.0进行统计分析，将不同间作组合分别与单作进行对比。

2 结果与分析

2.1 玉米叶片叶绿素相对含量随生育期的动态变化

叶绿素相对含量在乳熟期达到最大值（图1）。从大喇叭口期开始，玉米和大豆不同品种间作对玉米叶片叶绿素相对含量增加有促进作用，均高于单作。其中，豫玉22与大豆两个品种间作，在吐丝期，两种间作比例下的叶绿素相对含量较单作显著增加（p＜0.05），而两种间作比例在各时期差异不显著。郑单958与中黄24间作，各生育时期没有明显的规律；郑单958与中黄13间作，在蜡熟期，间作比例2∶4明显高于2∶2，其他时期差异不显著。

2.2 玉米单株叶面积随生育期的动态变化

间作下的单株叶面积在吐丝期达到最大值（图2），而单作下的单株叶面积在大喇叭口期达到最大值。郑单958分别与大豆两个品种间作，单株叶面积从大喇叭口期开始较单作增加。郑单958与中黄24间作，与单作相比，间作比例2∶4的玉米叶面积在吐丝期显著增加（p＜0.05），其他时期差异不显著，但总体上高于2∶2间作；郑单958与中黄13间作，间作比例2∶2高于2∶4。豫玉22与大豆两个品种间作，单株叶面积在吐丝期较单作明显增加，间作比例2∶4的单株叶面积在生育后期总体上高于2∶2间作。

图1 玉米叶片叶绿素相对含量随生育期的变化

图2 玉米单株叶面积随生育期的变化

2.3 玉米株高随生育期的动态变化

从拔节期开始，间作与单作的玉米株高开始出现显著性差异（表1）。郑单958与中黄24间作下，在各生育时期，间作比例2∶2均高于2∶4；郑单958与中黄13间作下，从大喇叭口期开始，2∶2间作高于2∶4间作。豫玉22与中黄24间作，在各生育时期，间作比例2∶4均高于2∶2；豫玉22与中黄13间作，从拔节期到吐丝期，间作比例2∶2高于2∶4。与单作相比，郑单958分别与大豆两个品种间作，在生育后期总体表现为间作高于单作；豫玉22分别与大豆两个品种间作，在吐丝期表现为间作高于单作，在其他时期表现为间作低于单作。郑单958与豫玉22相比较，在生育后期，豫玉22高于郑单958。

2.4 玉米茎粗随生育期的动态变化

玉米／大豆间作，玉米茎粗在大喇叭口期达到最大值（图3）。郑单958与中黄24间作，与单作相比，从大喇叭口期开始出现显著差异（p＜0.05）；郑单958与中黄13间作，从大喇叭口期开始高于单作，但差异不显著。豫玉22分别与大豆两个品种间作，间作比例2∶4总体上高于2∶2。从大喇叭口期开始，在各间作处理下，玉米茎粗均高于单作。在各生育时期，无论单作还是间作，郑单958总体上稍高于豫玉22。

表1 玉米株高随生育期的变化

2.5 玉米干物质积累随生育期的动态变化

间作下的玉米干物质积累量从拔节期开始较单作出现显著差异（表2）。郑单958分别与大豆两个品种间作，从大喇叭口期开始，玉米生物量积累均高于郑单958单作处理。郑单958与中黄24间作，间作比例2∶4高于2∶2；郑单958与中黄13间作，从吐丝期开始，间作比例2∶4高于2∶2。豫玉22分别与大豆两个品种间作，从吐丝期开始，玉米生物量积累均高于豫玉22单作处理。豫玉22与中黄24间作，间作比例2∶4均高于2∶2；豫玉22与中黄13间作，从吐丝期到蜡熟期，间作比例2∶4高于2∶2。在蜡熟期，郑单958在各间作处理下，生物量积累都有大幅度提升，均高于豫玉22，其中，郑单958与中黄24在2∶4间作下，玉米干物质积累量高于其他处理。

表2 玉米干物质积累随生育期的变化

图3 玉米茎粗随生育期的变化

2.6 玉米产量的差异

间作下的玉米产量明显高于单作处理（图4）。郑单958分别与大豆两个品种间作，各间作处理下的玉米产量显著高于单作，而各间作处理之间的差异不显著。

豫玉22分别与大豆两个品种间作，间作比例2∶4下的玉米产量显著高于单作，2∶2间作下的产量均高于单作，但差异不显著。郑单958在单作下的产量稍低于豫玉22，而在间作下的玉米产量均高于豫玉22，在各间作处理中，2∶4间作下的玉米产量均高于2∶2间作，其中，郑单958与中黄24在2∶4间作下产量达到最大值。

图4 不同种植模式下玉米的产量差异

3 结果讨论

玉米与大豆间作是我国农业生产系统中的一种典型耕作方式。合理的玉米／大豆间作，由于株型及生理生态方面的差异，使时空与水肥利用产生互补作用，获得比单作更高的产量和经济效益［10－11］。

3.1 间作下的玉米叶片叶绿素相对含量

叶绿素含量会直接影响光合作用的生产。刘贞琦［12］等对水稻的研究表明，叶片中叶绿素含量在一定范围内与光合速率成正比。随着叶绿素含量的增加，叶绿体对光能的吸收与转化能力增强，光合速率增大［13］。间作的种植方式充分考虑了两种作物的优势互补，大豆为矮秆喜阴作物，玉米为高秆喜阳作物，这样的高低搭配立体种植能充分利用光能［10］，使玉米叶绿素含量增加，光合速率增大，光合产物的合成与积累增加。本研究结果表明，玉米和大豆不同品种间作对玉米叶片叶绿素相对含量增加有促进作用，从大喇叭口期开始均高于单作，对玉米起到延缓衰老的作用，同时，长时间的叶片高叶绿素含量必然能够获得高效率的光合作用，为作物生育后期持续生产光合产物，并更多地向籽粒运输提供有效保证。

3.2 间作下的玉米单株叶面积

叶片是植物获取光能的主要器官，叶面积是特定区域内光合表面的测度，与潜在的光截留量相关，因此具有较大叶面积的植物具有较高的光能利用率［14］。间作增产的主要原因在于群体的立体结构及波浪式冠层特征，使群体受光面积增大，透光性改善，利于群体内外的气体交换，最终使光合作用增强而产量提高［15］。本研究结果表明，玉米的两个品种分别与大豆的两个品种间作，玉米的叶面积均高于单作，其中，2∶4间作在生育后期总体上高于2∶2间作，说明2∶4间作下，玉米群体受光面积更大，与刘晶等［16］的研究结果一致。

3.3 间作下的玉米株高和茎粗

玉米的株高和茎粗对产量有较大的影响，株高在很大程度上决定了玉米群体冠层对光的截获能力和光能利用率［17］；茎粗则在很大程度上决定了玉米的抗倒伏能力［18］。本试验结果显示（表1），郑单958分别与大豆两个品种间作，株高从大喇叭口期开始表现为间作比例2∶2高于2∶4；豫玉22分别和大豆两个品种间作，株高在生育后期表现为间作比例2∶4高于2∶2。与单作相比较，郑单958在生育后期总体表现出间作高于单作，而豫玉22总体表现为间作低于单作，说明郑单958间作在生育后期较单作具有更高的光能利用率。本研究中郑单958分别与大豆两个品种间作，两种间作比例下的茎粗没有明显的规律（图3）；而豫玉22分别与大豆两个品种间作，茎粗表现为2∶4间作总体上高于2∶2间作。两个玉米品种相比较，郑单958茎粗稍高于豫玉22。从大喇叭口期开始，在各间作处理下，玉米茎粗均高于单作处理，间作模式能有效提高玉米植株抗倒伏能力。

3.4 间作下的玉米干物质积累和产量

随着玉米的生长发育，干物质积累量逐渐增加，生育前期增加速度较快，生育后期依然增加，有利于玉米穗的形成和籽粒灌浆［19］。本研究中从拔节期到乳熟期，玉米两个品种单作和间作，干物质积累量平稳增加；从乳熟期到蜡熟期，在间作下，豫玉22干物质积累量增加幅度较小，而郑单958增加幅度较大，均高于豫玉22。不同生育期因为不同品种的发育特征不同，所以会表现出差异性［20］。玉米两个品种分别与大豆两个品种间作，干物质积累量总体上都高于单作，间作比例2∶4高于2∶2，其中，郑单958与中黄24在2∶4间作下，玉米干物质积累量在生育后期高于其他处理，产量也呈现出同样的趋势（图4）。间作可以提高干物质积累量，不同间作品种和比例，增长幅度各异。

4 结论

郑单958分别与大豆两个品种间作，从大喇叭口期开始，玉米叶片叶绿素相对含量、单株叶面积、茎粗和干物质积累量均高于单作，株高总体表现为间作高于单作。豫玉22分别与大豆两个品种间作，玉米叶片叶绿素相对含量和茎粗从大喇叭口期开始高于单作，干物质积累量从吐丝期开始高于单作，单株叶面积在吐丝期显著高于单作，其他时期差异不显著，而株高除了在吐丝期高于单作外，其他时期均低于单作处理。郑单958在间作下能够生产更多的光合产物，从而使得干物质积累量在生育后期高于豫玉22，有利于增产。在所选的两个玉米品种和两个大豆品种的不同间作模式中，郑单958和中黄24在2∶4间作下更有利于玉米的生长发育，是较为合理的种植模式。

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