间作模式对谷子与绿豆生长和产量的影响

薛仁风，赵 阳，王英杰，陈 剑，葛维德

(辽宁省农业科学院 作物研究所，辽宁 沈阳110161)

谷子起源于中国，是世界上最古老的栽培作物之一，被列为小杂粮之首，有“百谷之长”之称[1]。绿豆是我国东北地区重要的杂粮作物，近些年随着人们健康饮食意识的提升，绿豆种植面积逐年扩大[2]。农作物间作技术是指在同一田地上生长时间相似、生产季节相近的2种或2种以上的农作物按占地宽窄比例分行或分带种植的一种种植技术，在我国具有悠久的历史。间作模式具有改善作物群体的通风透光条件，提高光能及土地、水肥利用率，改善土壤品质等优点，可有效促进农业增产、农民增收，已取得了明显的经济、社会和生态效益，对我国农业高质量发展做出了巨大贡献[3]。马秀杰[4]研究发现，与玉米间作的绿豆单株荚数和荚粒数均少于单作绿豆，绿豆产量减少20.6%，与谷子间作的绿豆单株荚数和产量均高于单作绿豆，绿豆增产3.83%。蔡丽丽[5]研究表明，绿豆与玉米间作的最大经济效益比例是2∶1。闫峰等[6]研究表明，绿豆与玉米间作的最佳比例为6∶4，间作模式引起的边际效应改善了玉米的农艺性状，降低了绿豆的一些农艺性状。李少明等[7]认为，玉米与豆类间作模式下豆类作物能为玉米根系提供部分氮素营养。冯良山等[8]研究表明，当氮素和磷素均处于丰富水平，随着土壤水分含量的提高，花生叶片水分利用效率呈下降趋势，谷子叶片水分利用效率呈先升高后下降的趋势；当水分和其中一种肥料元素处于丰富水平时，花生和谷子叶片水分利用效率均随着另一肥料元素施用量的增加呈先升高后下降趋势。田建全等[9]探讨了花生与谷子间作下水肥运筹对作物产量的影响，结果表明，间作条件下花生和谷子产量对水肥的响应较为一致，土壤水分、养分与花生产量相关性由强至弱依次为土壤水分、氮施用量、磷施用量，与谷子产量相关性由强至弱依次为土壤水分、磷施用量、氮施用量。目前，禾本科作物与豆科作物，尤其是玉米与绿豆、花生，谷子与花生等的间作模式研究受到高度重视，但是对谷子与绿豆间作的研究较少[4]，而谷子和绿豆作为东北地区价值最高的2种经济作物，近年来种植面积逐渐增加。因此，研究谷子与绿豆高光效间作栽培技术模式对东北地区杂粮产业的提质增效具有重要意义。为此，研究不同谷子与绿豆间作模式对作物生长及经济效益的影响，以期筛选出适合辽宁省的最佳谷子与绿豆间作模式。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2017年进行，试验地为水浇地，土质为砂壤土，土壤肥力中等。试验地前茬为小麦。

供试谷子品种为辽谷2号，供试绿豆品种为辽绿7号，均为辽宁省农业科学院作物研究所自主选育品种。

1.2 试验设计

试验设4个处理，T1：谷子与绿豆4∶2间作；T2：谷子与绿豆2∶1间作；T3：谷子单作；T4：绿豆单作。2017年5月12日播种谷子，种植密度为60万株/hm2；2017年6月2日播种绿豆，种植密度为22.5万株/hm2，田间常规管理。每个处理重复3次，小区面积为144 m2，行长10 m，行距0.6 m。分别于5月30日、6月7日、6月19日进行中耕除草，谷子于9月10日收获，绿豆于8月18日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量和主要表型性状 在谷子收获期，从每小区随机选取10 株谷子，调查株高、茎粗、茎秆质量、穗长、单穗质量、千粒质量、出谷率等指标，并按小区收获计产。在绿豆成熟期，从每小区随机选取10 株绿豆，调查根长、株高、主茎分枝数、单株荚数、荚长、荚粒数、百粒质量、产量。

1.3.2 抗氧化指标 谷子抽穗期和绿豆结荚期，分别取成熟叶片作为检测样品。MDA(丙二醛)含量、SOD(超氧化物歧化酶)活性和POD(过氧化物酶)活性的测定参照李合生[10]的方法。CAT(过氧化氢酶)活性的测定参考路明等[11]的方法。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0和Excel 2007进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 谷子与绿豆间作模式对谷子农艺性状及抗氧化能力的影响

由表1 可知，间作谷子的株高、茎粗、茎秆质量、穗长、单穗质量均高于单作谷子。其中，4∶2间作模式谷子株高达135.8 cm，茎粗达0.65 cm，茎秆质量为10.1 g，穗长为21.5 cm，单穗质量为18.3 g，总体上均显著高于2∶1间作模式谷子。不同种植模式谷子千粒质量和出谷率之间均没有显著差异。

如表2所示，单作谷子叶片MDA含量显著高于间作谷子，达到1.02 μmol/g；间作谷子的SOD活性、CAT活性和POD活性均显著高于单作谷子，其中T1处理3种酶的活性均最高，分别为1.43 U/g、1.41 U/(g·min)、0.85 U/(g·min)。综上，间作模式能够激活谷子抗逆相关酶活性。

2.2 谷子与绿豆间作模式对绿豆农艺性状及抗氧化能力的影响

如表3所示，与绿豆单作相比，间作绿豆根长和株高均增加，且2∶1间作模式大于4∶2模式；间作绿豆主茎分枝数和单株荚数均降低，荚长、荚粒数和百粒质量降低，但与单作均无显著差异。

表1 谷子与绿豆间作模式对谷子农艺性状的影响Tab.1 Effects of intercropping modes between millet and mung bean on the agronomic characters of millet

注：同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Notes: Different letters after data within a column indicate significant differences among different treatments (P<0.05)，the same below.

表2 谷子与绿豆间作模式对谷子叶片抗氧化指标的影响Tab.2 The effect of intercropping modes between millet and mung bean on the antioxidant index of millet

表3 谷子与绿豆间作模式对绿豆农艺性状的影响Tab.3 Effects of intercropping modes between millet and mung bean on the agronomic characters of mung bean

如表4所示，单作绿豆叶片MDA含量显著低于间作绿豆，T2处理最高，达到33.4 μmol/g；间作绿豆的SOD、CAT活性均低于单作绿豆，其中T2处理最低，酶活性分别为79.6 U/g、8.3 U/(g·min)；T1和T4处理的POD活性差异不显著，但二者均显著高于T2处理。

表4 谷子与绿豆间作模式对绿豆叶片抗氧化指标的影响Tab.4 The effect of intercropping modes between millet and mung bean on the antioxidant index of mung bean

2.3 不同种值模式的产量及经济效益分析

由表5可知，间作模式的总产量均高于单作模式。按2018年辽宁省谷子4元/kg、绿豆10元/kg的价格分析各种植模式的经济效益发现，谷子、绿豆单作的经济效益和利润均低于谷子与绿豆间作模式，谷子与绿豆4∶2间作模式的经济效益和利润最高，谷子和绿豆的经济效益分别达26 282.0元/hm2与5 825.0元/hm2。按照当年谷子和绿豆生产成本计算，该间作模式生产成本为9 600元/hm2，纯利润可达22 185.93元/hm2，相比单作谷子利润增加27.1%，相比单作绿豆利润增加3.95倍。

表5 不同种植模式经济效益的对比分析Tab.5 Comparison of economic benefits of different planting modes

注：生产成本主要包括土地租金、种子、化肥、农药及人工等费用。

Note：Production costs mainly include land rent,and costs of seeds,fertilizers,pesticides and labor,et al.

3 结论与讨论

随着农业供给侧结构性改革深入推进，东北地区玉米始终维持在较低价格，而杂粮生产借助政策的扶持正逐步受到重视，发展高质量的特色杂粮产业，探索不同种植模式的经济效益，将为东北地区农业产业结构转型升级和保障农民收入奠定重要基础[12]。农作物间作是我国传统农业的伟大创造，具有悠久历史。农作物种间合理间作不但能够提高光、热、水分和养分等资源的利用效率，同时还能有效减轻病、虫、草等引起的危害，减少化肥农药的施用量，改善农田生态环境，降低生产成本，提高群体产量和整体经济效益[3]。

谷子和绿豆是北方常见的耐旱作物，绿豆经济效益高，谷子耐旱、耐贫瘠[13-14]。因此，谷子和绿豆间作的栽培模式可以有效减少耕作重茬引起的产量降低和病虫害频发等问题。谷子和绿豆间作可以提高光能利用效率，另外，间作模式作物地下根系深浅分布不同，可以合理利用水肥。谷子与绿豆间作是辽宁省西部干旱、半干旱地区生产中一种典型的种植方式，在相同的地理条件和合理的田间管理方法下，谷子与绿豆间作模式能够通过合理配置复合群体的结构，充分挖掘绿豆和谷子各自的生产力，实现较高的综合效益，但目前关于谷子、绿豆间作模式探讨与优化的研究成果却很少。马秀杰[4]研究表明，与谷子间作的绿豆单株荚数和产量均高于单作绿豆，绿豆增产3.83%。由于参试的谷子的株高和绿豆相差不大，谷子对绿豆遮光影响较小，因此二者比较适合间作。本研究结果表明，谷子与绿豆4∶2、2∶1两种间作模式的经济效益均明显高于谷子单作和绿豆单作，其中，4∶2间作模式的经济效益最好。绿豆在间作模式下产量、相关农艺性状和生理指标降低，可能是由于选用的谷子植株偏高等原因造成田间通风透光条件较差，导致绿豆营养生长旺盛、生殖生长受到影响所致。本研究只是对谷子与绿豆不同比例间作模式进行了初步探索，其互作机制和技术要点尚有待于进一步探索。