玉米-花生间作行比与磷肥施用对玉米干物质积累及产量的影响

胡莎莎， 王 飞， 李亚辉， 孔 乐， 尹 飞， 刘 领， 付国占， 焦念元

(河南科技大学 农学院， 河南 洛阳 471003)

合理的间套作能够优化水、肥、气、热等资源的利用，实现作物增产、高效[1-4]。在华北平原地区，玉米-花生间作是一种较为常见的豆禾作物间作方式，在解决粮油争地和提高作物经济效益方面起着重要作用。研究表明，玉米-花生间作优势来源于地下和地上种间共同作用的结果[5]。地下部，间作玉米根系分泌麦根酸类物质可有效活化土壤中难溶性铁，被与其间作的花生吸收[6]，改善花生铁营养，促进花生固氮，固定的氮又可为玉米提供氮源[7]；同时，玉米-花生间作还能增强土壤酶活性，改善土壤微生物群落结构，提高土壤养分有效性[8-9]；而地上部，玉米、花生高矮相间，形成伞状复合群体结构，改变玉米与花生的生态位置，提高群体光能截获率[10]，并改善作物光合特性[11]。相比单作，玉米-花生间作可增强玉米冠层的日均光强，提高玉米功能叶的光合饱和点和CO2羧化能力，从而增强玉米对强光的利用[12]；提高间作花生叶绿素b含量，增强花生对弱光光能捕获能力，从而提高对弱光利用[13]，实现对光能的分层、立体集约利用。因此，玉米-花生间作具有明显的产量优势[11-15]。焦念元等[15]研究认为，玉米冠层的日均光照随玉米-花生间作行比的增加而增强，表观量子效率、气孔导度、羧化效率、电子传递速率、磷酸丙糖利用率和蒸腾速率随间作花生行比的增加逐渐提高。为深入了解玉米-花生间作模式下不同行比与磷肥施用对玉米生长发育及产量的影响，以玉米-花生间作不同行比及磷肥施用与否为研究对象，分析玉米-花生间作不同处理玉米的单株叶面积、干物质积累、灌浆速率、植株性状、产量构成及产量的变化特点，旨在为玉米-花生间作模式下玉米高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年在河南科技大学农场进行，试验地土壤0～20 cm，耕层土壤容重1.31 g/cm3，碱解氮33.86 mg/kg，速效磷3.46 mg/kg，有效铁5.98 mg/kg，有机质10.72 g/kg，pH 7.56。试验地处温带，属半湿润、半干旱的大陆性季风气候，年平均气温在12.1～14.6℃，年平均降雨量600 mm，年平均蒸发量2 113.7 mm，年平均辐射量491.5 kJ/cm2，年日照时2 300～2 600 h，无霜期215～219 d。

1.2 试验材料

玉米品种：郑单958；花生品种：花育16。均购买于种子公司。郑单958属于紧凑型中穗型玉米杂交种，花育16为结果较集中的普通型大花生品种。

1.3 试验设计

以玉米-花生间作不同行比种植模式和不同施磷量为试验因子进行双因素完全随机区组试验。种植模式设玉米-花生间作行比为2∶2、2∶4、2∶8和单作玉米4个水平，分别记作IM2∶2、IM2∶4、IM2∶8和SM；施磷量设P0(不施磷肥)和P1(P2O5，180 kg/hm2)2个水平。

玉米-花生间作行比2∶2、2∶4、2∶8分别为2行玉米与2行、4行和8行花生间作。单作玉米行距0.6 m，株距0.25 m，密度 66 667株/hm2。间作玉米行距0.4 m，株距0.2 m；间作花生行距0.3 m，穴距0.2 m，玉米花生行间距0.35 m。3种间作模式的玉米密度分别为71 428株/hm2、50 000株/hm2和31 250株/hm2，花生密度分别为71 428穴/hm2、100 000穴/hm2和12 5000穴/hm2，每个处理3次重复。磷肥作底肥一次性基施，花生间作施氮量为90 kg/hm2，基施；玉米单作、间作施氮量均为180 kg/hm2，按基追比1∶1分2次施用，追肥在玉米大喇叭口期开沟追施。其他田间杂草防除、灌溉等管理同大田生产。

1.4 测定项目与方法

1) 干物质。在玉米出苗后25 d (拔节期)、40 d (小喇叭口期)、50 d (大喇叭口期)、60 d (开花期)、68 d(灌浆期)、 80 d (乳熟期)、100 d (蜡熟期)和120 d (收获期)，各小区分别取具有代表性玉米植株2株，分茎、叶、穗3部分于105℃杀青30 min后75℃烘干至恒重，称重。

2) 单株叶面积。在测定干物质的同时，各处理用打孔器取一定面积(S1)的玉米绿色叶片，烘干称质量(M1)，其他绿叶面积烘干称质量(M2)，总面积为S，据公式S=S1× (M1+M2)/M1可求得玉米单株叶面积。

3) 灌浆速率。分别于玉米开花后0 d、8 d、20 d、40 d和57 d取生长均匀一致、具有代表性的3个果穗，在105℃杀青30 min后75℃烘干至恒重，称重。

4) 植株与穗部性状。在玉米收获期，每小区选取10株代表性植株，分别测定株高、穗位高和重心高度，然后取下果穗进行考种，调查穗长、穗粗、秃顶长、穗行数、穗粒数和百粒重。

5) 产量。成熟期分别选取具有代表性的4 m双行玉米植株，风干后测玉米籽粒质量，计算产量。

6) 偏土地当量比。玉米偏土地当量比根据公式PLER-M=Yim/Ymm计算。 式中，PLER-M为玉米偏土地当量比，Yim和Ymp分别为间作玉米和单作玉米产量。

7) 间作优势评价。Fm为间作玉米所占间作体系中的面积比例，本研究中，玉米-花生间作行比2∶2、2∶4、2∶8模式的Fm分别为0.57、0.40和0.25。当PLER-M>Fm时，间作玉米为间作产量优势；当PLER-M

1.5 数据分析

用SPSS 22.0和Excel 2016进行数据整理、统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米单株叶面积的影响

2.1.1 玉米-花生间作行比 由图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处理的玉米单株叶面积差异不明显；在大喇叭口期(苗后50 d)至乳熟期(苗后80 d)，单株叶面积各处理间表现为IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM；乳熟期至收获期(苗后80～120 d)均表现为IM2∶4>IM2∶8>IM2∶2> SM，玉米单株叶面积间作处理均显著高于单作玉米处理(P<0.05)。

图1 玉米-花生间作不同处理玉米的单株叶面积

2.1.2 施磷量 与不施磷相比，施磷明显提高玉米-花生间作体系中玉米的单株叶面积，尤其开花期(苗后60 d)施磷处理的IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8分别较不施磷处理提高29.6%、30.4%和28.7%，收获期(苗后120 d)分别较不施磷处理的高38.5%、47.1%和47.7%，差异均达显著水平(P<0.05)。

2.2 不同处理对玉米单株干物质积累的影响

2.2.1 玉米-花生间作行比 由图2看出，在玉米大喇叭口期(苗后50 d)以前，IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8处理的单株干物质量差异不明显；大喇叭口期至收获期(苗后50～120 d)，随玉米-花生间作行比增加玉米单株干物质量呈增大趋势，各处理表现为IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM，间作处理均明显高于单作玉米。表明玉米-花生间作体系中玉米单株干物质量随间作行比增加而增加。

2.2.2 施磷量 开花期(苗后60 d)IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8处理的玉米单株干物质量分别较不施磷处理高41.9%、42.1%和44.2%，收获期(苗后120 d)分别较不施磷高14.3%、14.7%和15.9%。表明，施磷能提高玉米-花生间作体系中玉米单株干物质积累量，其增幅随玉米-花生间作行比增加而增加。

图2 玉米-花生间作不同处理玉米单株干物质量

2.3 不同处理对玉米灌浆速率的影响

2.3.1 玉米-花生间作行比 玉米单穗重是衡量玉米果穗灌浆速率的重要指标之一。从图3看出，随着玉米果穗灌浆进程的推进，不同行比处理玉米单穗重差异逐渐增大，呈IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2>SM趋势。乳熟期(花后20 d)后，IM2∶4和IM2∶8的玉米单穗重均显著高于IM2∶2。说明，玉米-花生间作体系中玉米单穗重随玉米-花生间作行比的增大而增加，且均高于单作玉米。

2.3.2 施磷量 收获期(苗后120 d)IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8玉米单穗重施磷处理较未施磷处理分别高18.22%、15.41%和10.45%，差异达显著水平(P<0.05)。说明，施磷肥能提高玉米-花生间作体系中玉米单穗重。

图3 玉米-花生间作不同处理玉米的单穗重

2.4 不同处理对玉米植株性状及穗部性状的影响

2.4.1 玉米-花生间作行比 从表1看出，玉米-花生间作体系中玉米株高、穗位高和重心高度均表现为IM2∶2>IM2∶4>IM2∶8，且均低于单作玉米；玉米穗长、行粒数和百粒重均表现为IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2，秃尖长表现为IM2∶4> IM2∶2>IM2∶8。说明，玉米-花生间作行比越大越有利于改善玉米的植株性状和穗部性状。

2.4.2 施磷量 与不施磷相比，施磷减小玉米-花生间作体系中玉米秃尖长，增加株高、穗位高、重心高度、穗长、穗粗、行粒数和百粒重 (表1)。说明，施磷显著改善玉米-花生间作体系中玉米穗部性状。

表1玉米-花生间作不同处理玉米的植株性状及穗部性状

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种植模式Cropping pattern株高/cmPlant height穗位高/cmEar height重心高度/cmHeight of center of gravity穗长/cmEar length秃尖长/cmBare top length穗粗/cmEar diameter穗行数Ear row行粒数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)处理同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

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

2.5 不同处理对玉米产量及偏土地当量比的影响

2.5.1 玉米-花生间作行比 由表2看出，玉米-花生间作体系中玉米的实际产量和偏土地当量比均表现为IM2∶2>IM2∶4>IM2∶8。与间作玉米所占面积比(Fm)相比，PLER-M增幅表现为IM2∶8>IM2∶4>IM2∶2。玉米-花生间作体系中玉米产量随间作行比增加而减少，玉米产量间作优势随间作行比增加而增加。表明，随着玉米-花生间作行比增加玉米产量优势越高。

2.5.2 施磷量 IM2∶2、IM2∶4和IM2∶8处理玉米产量施磷较不施磷分别高4.16%、4.20%和6.79%，差异均达显著水平(P<0.05)。表明，施磷能提高玉米-花生间作体系中玉米产量。

表2玉米-花生间作不同处理玉米的产量与偏土地当量比

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种植模式Cropping pattern产量/(kg/hm2)Yield玉米偏土地当量比PLER-M玉米所占土地面积比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 结论与讨论

外界环境对作物的生长发育有重要的调控效应，作物代谢、结构与功能等也会随外界环境变化而变化，以适应和优化作物自身生长发育进程[16-18]。玉米-花生间作高矮交错形成伞状冠层结构，相比单作玉米能明显提高玉米穗位叶的光照强度，并且随玉米-花生间作行比增大而增强，其羧化固定CO2和利用强光的能力逐渐提高[14-15]。研究发现，玉米-花生间作体系中玉米单株干物质量和单穗重随间作花生行比增大而增加，说明光强增强能促进玉米干物质向籽粒运转和产量形成，这与高阳等[19]的研究一致。磷素作为作物光合作用基本原料之一，施磷能提高间作玉米羧化固定CO2和净光合速率[14]，因此，施磷能增大玉米-花生间作体系中玉米单株叶面积，促进干物质积累，这与玉米大豆套作体系的研究结果一致[20-21]。

研究表明，玉米-花生间作体系中玉米株高、穗位高和重心高度随着玉米-花生间作行比的增大而降低，这可能是因间作花生行比增大，光照强度增强，有利于提高玉米抗倒伏能力，这与遮阴会导致玉米倒伏能力下降[22]原理相吻合。随玉米-花生间作行比增大，玉米果穗秃尖长度减小，穗长、穗行数、行粒数及百粒重增加，说明增加光强有利于改善玉米产量构成，这与战秀梅等[23]的研究结果一致。从玉米产量看，由于玉米-花生间作体系中玉米所占面积比随间作花生行比增大而减小，玉米实际产量和偏土地当量比随间作花生行比增大而显著降低，但偏土地当量比均大于其所占面积比，表现显著的产量间作优势，这与前人研究的玉米-花生间作体系中玉米产量间作优势明显[14]的结论一致。与不施磷相比，施磷能显著提高玉米-花生间作体系中玉米产量。

从玉米-花生间作体系中玉米个体生长情况看，玉米单株干物质量和单穗重随玉米-花生间作行比增大而增加，间作花生行比增大玉米植株性状和穗部性状明显改善。乳熟期以后，玉米-花生行比2∶8处理的比2∶4处理的玉米叶片衰老快，单株叶面积玉米-花生行比2∶8处理低于2∶4处理。从群体产量看，玉米-花生间作体系中玉米产量和偏土地当量比随玉米-花生间作行比增大而减少。综合分析认为，玉米-花生间作模式中，以玉米-花生行比2∶4较适宜，配合施用磷肥后既能充分发挥间作玉米个体生产潜力，又能确保较高玉米产量和间作优势。