灌水次数与施氮量互作对胡麻/玉米带田作物生长与产量的影响

王晓娟，卢 旭，何海军

(1.甘肃省农业科学院 作物研究所，兰州 730070；2.甘肃农业大学 生命科学技术学院，兰州 730070)

胡麻(LinumusitatissimumL.)和玉米(ZeamaysL.)是中国重要的粮食经济作物，在农业生产和经济发展中发挥着重要作用[1-2]。胡麻作为北方地区重要的油料和经济作物，在甘肃省种植面积约1.8×105hm2，年产量约1.4×107t[3]。玉米成为中国第一大粮食作物，甘肃省种植面积占1.01×106hm2，年产量约5.66×106t[4]。近年来，为了提高农作物产量，促进农业发展，带田种植技术被广泛应用。与传统套种和间作相比，带状种植具有更好的增产效果。孙辉等[5]研究报道，带状种植既可以保持水土，又可以实现养分循环，达到不施或少施化肥的目的，杨思存等[6]研究发现，带田种植系统有利于提高两种作物的产量，是经济效益较高的种植模式。胡麻/玉米带田是中国西北沿黄灌区主要的种植模式之一[7]，刘春芳等[8]早在1999年就在宁夏地区做了胡麻套种玉米优化带行研究。带田种植系统有利于农作物的增产，水分和肥料在植物生长过程中也是不可或缺的。迄今为止，有关水肥对胡麻和玉米产量的影响已有报道[9-10]，但水氮互作对胡麻/玉米带田产量影响的研究报道较少。鉴于此，本试验以胡麻/玉米带田种植模式为主，研究不同水氮配比对胡麻/玉米带田产量的影响，以期为胡麻/玉米带田的高产高效栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2015年将试验设置于甘肃省白银市农科所靖远河靖坪试验场，海拔1 570 m，≥10 ℃有效积温3 100 ℃，无霜期150 d左右。试验地土壤养分如表1所示。

表1 土壤养分Table 1 Soil nutrient

1.2 试验材料

胡麻品种采用‘陇亚杂1号’，玉米品种采用‘陇单10号’。

1.3 试验设计

试验采用的胡麻玉米的带田结构为带宽160 cm，其中胡麻种6行，占100 cm，行距20 cm；玉米种2行，行距30 cm，间距15 cm。二因素随机区组设计，设胡麻不同灌水次数(每次每hm2浇水80 m3)和施氮量2个因素：灌水次数分快速生长期浇一次水(W1)、快速生长期和盛花期各浇一次水(W2)、快速生长期、盛花期和青果期各浇一次水(W3)共3个水平；施肥量分3个水平，总量分别为120 kg/hm2(N1)、180 kg/hm2(N2)和240 kg/hm2(N3)，均分基肥(2/3)和快速生长期追肥(1/3)两次施入。快速生长期的施肥结合灌水进行。共设9个处理，如表2所示。

表2 试验处理设计Table 2 Experimental treatment design

各小区磷、钾肥的施用量均为P2O5112.5 kg/hm2、K2O 52.5 kg/hm2。磷、钾肥品种分别为二铵和硫酸钾，均作为基肥施用。设3次重复，每小区3个带，小区长5 m，小区四周打30 cm埂间隔。在玉米的抽雄期结合第3次浇水追肥尿素300 kg/hm2，试验四周设保护区1 m。

1.4 测定项目及方法

参考白岗栓等[11]的方法播前测定土壤30 cm土层的基本理化性状：有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、pH；3月31日播种胡麻，4月20日出苗；5月9日播种玉米，6月5日出苗。5月25日浇第一水，同时追施3个水平施氮量的1/3尿素，6月30日灌第二水，7月20日灌第三水。胡麻于7月27日收获，玉米10月8日收获。胡麻、玉米出苗后调查基本苗，依照《农业气象观测规范》[12]测定保苗率；胡麻收获前调查总茎数；记录各处理胡麻和玉米的生育时期；胡麻、玉米出苗后，每隔15 d取一次样(包括根系)，每小区胡麻取样10～30株，每小区玉米取样5株，采用烘干法[13]测定干物质量，HemiView数字植物冠层分析仪测定叶面积指数[14]。收获时按小区实收面积计产。每小区取胡麻植株样品20株，在室内考种，参考李玥等[2]测定包括株高、分茎数、分枝数、单株蒴果数、蒴果大小、蒴果种子粒数、单株粒数、单株粒质量、千粒质量、出籽率、籽粒产量等考种项目。每小区取玉米植株样品10株，参考杨蕊菊等[10]测定包括果穗长度、穗粗、穗行数、每穗粒数、穗质量、穗粒质量、秃顶率、出籽率、百粒质量、籽粒产量等考种项目。

1.5 数据统计与分析

用 Excel 2010和SPSS 19.0 软件对数据进行统计、方差分析( LSD 法)、 主成分分析和作图。

2 结果与分析

2.1 胡麻/玉米带田叶面积指数变化动态分析

2.1.1 胡麻的叶面积 从图1看出，在整个生育期，胡麻叶面积指数表现出先上升后下降的趋势，从出苗期到盛花期胡麻叶面积上升，青果期下降；不同生育期，胡麻叶面积指数变化明显。每个时期，随着灌水次数和氮肥的增加，胡麻叶面积指数都有不同程度升高，各时期 T1处理下胡麻叶面积指数最小，T9处理下最大，T1和T9间差异显著(P<0.05)。在同一施氮处理下，胡麻叶面积指数随着灌水次数的增多而升高；在同一灌水处理下，胡麻叶面积指数随着施氮量的增加而升高。在盛花期9个处理胡麻叶面积指数均达到最大值，T9(1.86)处理胡麻叶面积指数最大，其次是T8(1.84)、T6(1.78)和T7(1.78)。

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同 Different lowercase letters indicate significant differences(P<0.05),the same below

2.1.2 玉米的叶面积 如图2所示，在整个生育期内，玉米叶面积指数呈先上升后下降的趋势，拔节期到灌浆期上升，蜡熟期下降；不同生育期，玉米叶面积指数变化明显。每个时期，随着灌水次数和氮肥的增加，玉米叶面积指数都有不同程度升高，各时期 T1处理下玉米叶面积指数最小，T9处理下最大，T1和T9差异性显著(P<0.05)。在同一施氮处理下，玉米叶面积指数随着灌水次数的增多而升高；在同一灌水处理下，玉米叶面积指数随着施氮量的增加而升高，在灌浆期，9个处理玉米叶面积指数均达到最大值，T9处理玉米叶面积指数(4.423)最大，其次是T6(4.345)和T8 (4.336)，3个处理间差异不显著(P>0.05)。

2.2 胡麻/玉米带田的干物质量变化动态分析

2.2.1 胡麻的干物质量 从图3看出，在整个生育期，胡麻干物质量随着水肥的增加呈上升趋势。从出苗期-盛花期，胡麻干物质量均是在T1处理下最少，T9处理下最多，T1和T9间差异显著(P<0.05)。青果期，各处理胡麻干物质量均达最大值，T8处理(14.2×103kg/hm2)的胡麻干物质量最大，其次是T5(13.2×103kg/hm2)和T9(13.1×103kg/hm2)，T1(8.9×103kg/hm2)胡麻干物质量最小，各处理差异显著(P<0.05)。盛花期，同一氮肥处理下，随着灌水次数的增多，胡麻叶面积显著上升。

2.2.2 玉米的干物质质量 从图4看出，整个生长期内，玉米干物质量随着水肥的增加呈上升趋势。每个时期，随着灌水次数和氮肥的增加，玉米干物质量都有不同程度升高，各时期 T1处理下玉米干物质量最小，T9处理下最大，T1和T9差异显著(P<0.05)。在蜡熟期，各处理玉米干物质量达最大值，T9处理(34.2×103kg/hm2)最大，其次是T6(33.6×103kg/hm2)和T8(33.2×103kg/hm2)，3个处理间差异不显著(P>0.05)。

图2 不同时期胡麻/玉米带田中玉米的叶面积指数变化Fig.2 Changes of leaf area index of maize in flax/maize intercropping in the different stage

图3 不同时期胡麻/玉米带田中胡麻的干物质量变化Fig.3 Changes of dry matter mass of flax in flax/maize intercropping in the different stage

2.3 胡麻/玉米带田产量构成因素主成分分析

2.3.1 胡麻产量构成因素 利用 SPSS 19.0 对表3中胡麻的产量要素进行主成分分析，结果如表 4所示。

图4 不同时期胡麻/玉米带田中玉米的干物质量变化Fig.4 Changes of dry matter mass of maize in flax/maize intercropping in the different stage

表3 胡麻/玉米带田胡麻产量及产量要素Table 3 Yield and its comporents of flax in flax/maize intercropping

表4 方差分解主成分提取分析Table 4 Variance decomposition main component extraction analysis table

主成分个数提取原则为主成分对应的特征值大于 1 的前 m 个主成分[15]。通过表 4可知， 提取特征根大于 1 的主成分，提取到前 3 个主成分，第一主成分、第二主成分和第三主成分的方差贡献率分别为49.728%、23.664%、15.593%，前3项主成分贡献率累计达到88.985%。选取3 个主成分来反映胡麻产量要素在各主成分上的有效载荷，结果如表 5 所示。

表5 主成分分析成分矩阵Table 5 Principal component analysis component matrix

由表5可知出籽率、千粒质量、单株粒质量、单株蒴果数、株高、分枝数在第一主成分有较高成分，表明这6个产量要素的变化对产量的影响起重要作用；蒴果种子粒数和株高在第二主成分中有较高成分，表明这2个产量要素的变化对产量的影响较大；分茎数在第三主成分中有较高成分，表明分茎数的变化对产量的影响较大，综合以上数据，9个处理中，所有产量构成因素对胡麻产量的影响大小表现为：出籽率>千粒质量>单株粒质量>单株蒴果数>分枝数>蒴果种子粒数>株高>分茎数。

2.3.2 玉米产量构成因素主成分分析 利用 SPSS 19.0 对上表中玉米的产量要素(表6)进行主成分分析，结果如表7所示。

表6 胡麻/玉米带田玉米产量及产量要素Table 6 Yields and its components of maize in flax/maize intercropping

表7 方差分解主成分提取分析表Table 7 Variance decomposition main component extraction analysis table

通过表 7可知， 提取特征根大于 1 的主成分，提取到前 2个主成分，第一主成分和第二主成分的方差贡献率分别为43.107%、26.217%，前两项主成分贡献率累计达到69.324%。选取两个主成分来反映玉米产量要素在各主成分上的有效载荷，结果如表 8 所示。

由表8可知株高、穗粗、穗长、穗行数、行粒数在第一主成分有较高成分，表明这5个产量要素的变化对产量的影响起重要作用；百粒质量和出籽率在第二主成分中有较高成分，表明这2个产量要素的变化对产量的影响较大，综合以上数据，9个处理中，所有产量构成因素对玉米产量的影响大小表现为：株高>穗粗>穗长>穗行数>行粒数>百粒质量>秃尖长>出籽率。

2.4 胡麻/玉米带田产量及经济效益分析

从表9来看，各处理胡麻产量、玉米产量、胡麻/玉米带田总产量、胡麻产值、玉米产值和胡麻/玉米带田总产值差异显著(P<0.05)，T5(1 858.80 kg/hm2)、T6(1 826.86 kg/hm2)和T8(1 788.61 kg/hm2)的胡麻产量居9个处理的前三位，T9(11 502.35 kg/hm2)、T6(1 826.86 kg/hm2)和T8(1 788.61 kg/hm2)的玉米产量居9个处理的前三位。T6(31 352.46元/hm2)和T8(31 474.19元/hm2)胡麻/玉米带田总产值居9个处理的前二位。

表8 主成分分析成分矩阵Table 8 Principal component analysis component matrix

表9 胡麻/玉米带田产量及经济效益Table 9 Yields and economic benefits in flax/maize intercropping

3 讨 论

3.1 不同处理对胡麻/玉米带田叶面积指数的影响

叶面积是植物截获光能的物质载体，合理的叶面积指数是反映作物群体光合能力的重要指标[16]。适宜的叶面积指数能够保证光热资源的有效利用，可以避免作物植株、叶片间的相互遮蔽，创造一个通风透光性良好的群体环境，有利于光合作用的进行和有机物的合成，进而获得高产[17-18]，在整个生育期，9个处理下胡麻/玉米带田胡麻组和玉米组的叶面积指数均呈现“单峰”曲线的变化动态，这与王强等[19]、张守林等[20]研究结论一致。本试验中，每个时期胡麻叶面积指数和玉米叶面积指数都是在T1(W1N1)处理下最小，T9(W3N3)处理下最大，T9(W1N1)和T1(W3N3)相比灌水次数增加了2次、施肥量增加了120 kg/hm2，比较T1和T9各时期胡麻叶面积指数上升幅度可得知：出苗期(80%)>青果期(54%)>枞形期(47%)>盛花期(26%)>现蕾期(22%)；比较T1和T9各时期玉米叶面积指数上升幅度可得知出苗期(25%)>蜡熟期(22%)>拔节期(10%)>抽雄期(8%)、灌浆期(8%)。这说明在出苗期和青果期增加水肥能显著提高胡麻的叶面积指数。

3.2 不同处理对胡麻/玉米带田干物质量的影响

刘伟等[21]研究认为，干物质量在一定范围内与产量呈显著正相关，籽粒产量随干物质量的增加而增加，即干物质量越多，籽粒产量也就越高。在整个生育期，9个处理胡麻/玉米带田的干物质量均表现出“直线”上升的变化趋势。

在青果期9个处理胡麻干物质量均达到最高峰，这和闫志利等[22]研究结果一致。崔红艳等[9]研究水氮互作对胡麻干物质量及产量的影响时发现，胡麻的干物质量随着水肥的增多而增加，且氮肥的效应强于水的效应。本试验研究结果表明，胡麻干物质量随灌水次数和施氮量的增加而增加，施氮的效果强于灌水，这和崔红艳等[9]研究结论不尽一致，这可能与胡麻品种有关。在生育后期-青果期T5(13.2×103kg/hm2)>T6(12.2×103kg/hm2)，T8(14.2×103kg/hm2)>T9(13.2×103kg/hm2)，这或许是水肥充足易造成胡麻倒伏，从而导致胡麻干物质量下降。

李文娟等[23]研究表明增施氮肥对胡麻干物质量和产量的提高起着重要作用。孙文涛等[1]研究滴灌施肥条件下玉米水、氮及磷的耦合效应时发现影响玉米产量的主要因素是氮素，其次是灌水和磷素。本试验研究发现玉米干物质量随着灌水次数和施氮量的增加而增多，氮肥效应强于水分效应。

3.3 胡麻/玉米带田产量因素主成分分析及产量和产值分析

闫志利等[24]研究认为提高胡麻百粒质量和单株蒴果有利于提高胡麻产量。李玥等[2]研究胡麻产量形成模拟模型发现单株蒴果数、蒴果种子粒数、千粒质量、单株粒质量对胡麻产量有着显著影响。本试验研究发现，9个处理，所有产量构成因素对胡麻产量的影响大小表现为：出籽率>千粒质量>单株粒质量>单株蒴果数>分枝数>蒴果种子粒数>株高>分茎数。

杨蕊菊等[10]研究发现施水量和施氮量与小麦/玉米带田间作玉米产量构成因素：株高、穗粒数、千粒质量、穗粒质量均呈显著正相关。本试验研究发现，9个处理中，所有产量构成因素对玉米产量的影响大小表现为：株高>穗粗>穗长>穗行数>行粒数>百粒质量>秃尖长>出籽率。

本研究中，胡麻在处理T5(W2N2)、 T6(W3N2)、T8(W2N3)中每hm2产量和产值最高，居9个处理的前三位，玉米在处理T9(W3N3)、T6(W3N2)和T8(W2N3)的每hm2产量及产值最高，居9个处理的前三位。处理T6(W3N2)和T8(W2N3)的胡麻/玉米带田总产值最高。

4 结 论

通过对不同灌水和施氮量处理的胡麻/玉米带田的叶面积指数、干物质量、产量要素、产量和经济效益的系统研究，总结出适宜甘肃白银的胡麻/玉米带田灌水量和施氮量模式，T8-二次灌水三水平施氮量和T6-三次灌水二水平施氮量。这2种模式的胡麻/玉米带田自我调节能力较强，能够将二者的优势充分发挥出来，将共生期间竞争造成的影响降到最低。这2个模式的胡麻/玉米带田每hm2总产值分别为T6(31 352.46元/hm2)、T8(31 474.19元/hm2)，经济效益显著，居9个处理的前二位。在耕地资源日益短缺的形势下，因地制宜地种植带田，合理灌水施肥，充分利用当地的光热自然资源，能够大大提高土地的利用率，对增加农民的粮食和收入具有重要作用。