盐碱地不同种植模式对谷子花生生长发育及产量形成的影响

刘 柱，孟维伟，南镇武，林松明，张 正*，郭 峰，万书波*

(1.山东师范大学生命科学学院，山东 济南 250000；2.山东省农业科学院作物研究所/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东 济南 250100；3.山东省农业科学院生物技术研究中心/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东 济南 250100)

黄河三角洲是土壤盐渍化发育的典型地区，植物群落组成简单，生态环境脆弱，植被覆盖率低，土地蒸发量较大，导致土壤表层不断积盐，盐渍化不断加重，严重制约着该地区农业可持续发展[1-2]。间作系统是一种可以充分利用边行优势，提高光热资源利用率，具有显著经济效益、生态效益和社会效益的生态系统[3-4]。合理的间作模式可以促进光、热、水、肥、地的高效利用，减轻病虫草害，降低生产成本，恢复退化生态环境，提高群体覆盖和经济效益，促进生物多样性与农业可持续发展[4-8]。因此，在盐碱地上推广合理的作物间作模式具有重要意义。

近年来，关于盐碱地作物间作的研究成果较多。已有研究表明，在盐碱地条件下，棉花花生4∶6等幅间作种植，年际间交替轮作，两种作物总产量较高，单位效益亦较高，可作为棉花、花生复合种植技术的最佳株行配置[9]；膜下滴灌棉田间作盐生植物不仅可以有效降低土壤含盐量，增加其含水率，还可以增加棉花产量，提高其水分利用效率，且间作碱蓬和苜蓿的节水、脱盐、增产效果较好[10-11]；玉米花生3∶4间作模式利于提高黄河三角洲地区群体覆盖度和土地利用效率[7]。

不同作物间作对农田系统的影响不同。谷子是禾本科植物，边行优势明显[12]。谷子花生间作体系集合了禾本科作物和豆科作物间作的优点[13]，其在盐碱地上的资源利用率、土地复种指数、群体覆盖及产量等方面的研究鲜有报道。因此，本文以谷子、花生单作为对照，研究盐碱地不同间作种植模式对谷子花生生长发育及产量的影响，以期为黄河三角洲盐碱地改良及利用提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2018年5-9月在山东省农业科学院黄河三角洲现代农业试验示范基地(118°37′ E，37°18′ N)进行。该地属华北湿润大陆性季风气候，年均气温12 ℃，年降水量约600 mm，年蒸发量约1800 mm，全年无霜期为202～210 d。供试土壤为砂壤，播前土壤0～20 cm土层有机质含量10.8 g/kg，全氮0.8 g/kg，碱解氮32.3 mg/kg，速效磷20.1 mg/kg，速效钾189.8 mg/kg，盐分2.1‰，pH值8.5。

试验以谷子单作(CKM)、花生单作(CKP)为对照，设置谷子花生2∶2(M2P2)、4∶4(M4P4)两种等幅间作模式(图1和图2)。谷子单作约70万株/hm2，行距40 cm，株距3.5 cm；花生单作约16万穴/hm2，垄宽80 cm，1垄2行，2粒播种，穴距15 cm。M2P2带宽1.6 m，谷子带0.8 m，约35万株/hm2，其他同CKM；花生带0.8 m，约8万穴/hm2，其他同CKP。M4P4带宽3.6 m，谷子带1.8 m，约35万株/hm2，其他同CKM；花生带1.8 m，约8万穴/hm2，其他同CKP。谷子供试品种为济谷20，花生品种为花育25；基施复合肥(15-15-15)750 kg/hm2。5月18日谷子、花生同时播种，9月13日谷子收获，9月23日花生收获，其他田间管理措施基本一致。

图1 谷子花生2∶2间作模式(M2P2)田间示意图 Fig.1 Field schematic diagram of the millet/peanut 2:2 intercropping mode

图2 谷子花生4∶4间作模式(M4P4)田间示意图 Fig.2 Field schematic diagram of the millet/peanut 4:4 intercropping mode

1.2 测定项目及方法

干物质及农艺性状：分别于谷子拔节、抽穗、灌浆、收获和花生花针、结荚、饱果、收获期，每个模式选取代表性样株谷子15株、花生10株(3次重复，下同)，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘至恒质量，计算干物质量；并调查成熟期谷子、花生基本农艺性状。

叶面积及叶面积指数：采用鲜样打孔称质量法[7]测谷子、花生叶面积，并计算叶面积指数。

叶片SPAD值：干物质取样的同时，运用 SPAD-502型叶绿素仪(日本)测谷子倒二叶、花生倒三叶SPAD值，每个重复30叶片，求均值。

产量及产量构成：于收获期，单作谷子选取5m 4行样段，单作花生选取5 m 2垄样段，2∶2间作选取5 m 2带样段，4∶4间作选取5 m 1带样段测产，并统计谷子单穗质量、单穗粒质量、出谷率、千粒质量以及花生百果质量、百仁质量、出仁率。间作谷子和间作花生产量是基于总间作带占地面积的产量，谷子、花生净面积产量则为基于实际占地面积的产量[7]。

土地当量比(LER)该指标用于衡量间作优势， LER>1表示有间作优势，LER<1 则无间作优势。计算公式[7]：LER =Yim/Ysm+Yip/Ysp。

式中：Yim和Yip分别指在间作总面积上谷子和花生的产量(kg/hm2)；Ysm和Ysp分别指单作谷子和花生的产量(kg/hm2)。

1.3 数据处理与分析

运用Microsoft Excel 2010 和SPSS 20.0处理数据，采用LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱地不同种植模式对谷子花生干物质积累的影响

由表1可看出，盐碱地不同种植模式对谷子、花生各生育期单株干物质量的影响存在差异。谷子拔节期M2P2和M4P4单株地上部干物质量与CKM差异不显著，但抽穗期、灌浆期和收获期M2P2和M4P4均显著高于CKM，且灌浆期和收获期M2P2显著高于M4P4；收获期M2P2和M4P4谷子地上部单株干物质量较CKM分别显著增加22.9%和11.9%。花生花针期M2P2和M4P4单株干物质量与CKP差异不显著，但结荚期、饱果期和收获期M2P2和M4P4均显著低于CKP，且结荚期和收获期M2P2显著高于M4P4，而饱果期则差异不显著；收获期M2P2和M4P4花生单株干物质量较CKP分别显著减少15.0%和21.9%。

表1 盐碱地不同种植模式下谷子花生单株干物质量 (g)

注：表中同列不同小写字母表示处理间差异显著性p<0.05。下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate the significance of the differencep<0.05. The same as below.

2.2 盐碱地不同种植模式对谷子花生叶面积及叶面积指数的影响

由表2可看出，盐碱地不同种植模式使谷子、花生各生育期单株叶面积及叶面积指数产生差异。抽穗期M2P2和M4P4谷子单株叶面积与CKM差异不显著，但拔节期、灌浆期和收获期均显著高于CKM，且M2P2较CKM增加了16.8%～50.0%。拔节期、灌浆期和收获期M2P2和M4P4谷子叶面积指数较CKM显著提高16.0%～50.0%，且M2P2和M4P4间差异不显著；但抽穗期M4P4与CKM或M2P2间差异均不显著。花针期、结荚期M2P2和M4P4花生单株叶面积显著低于CKP，而饱果期差异不显著，收获期则显著高于CKP；且花针期、结荚期和收获期M2P2花生单株叶面积又显著高于M4P4。盐碱地不同种植模式下，各生育期花生叶面积指数与单株叶面积的差异显著性表现一致；花针期、结荚期M2P2和M4P4花生叶面积指数显著低于CKP，而饱果期差异不显著，收获期M2P2和M4P4花生叶面积指数较CKP显著增加78.3%和46.0%，且M2P2较M4P4显著增加22.1%。

2.3 盐碱地不同种植模式对谷子花生叶片SPAD值的影响

由表3可看出，盐碱地不同种植模式对谷子、花生各生育期SPAD值的影响不同。谷子各生育期M2P2叶片SPAD值显著高于CKM，而M4P4叶片SPAD值仅收获期显著高于CKM，但M2P2叶片SPAD值与M4P4差异不显著；收获期M2P2和M4P4叶片SPAD值较CKM分别显著增加17.5%和9.9%。花生各生育期M2P2叶片SPAD值与CKP差异不显著；而花针期、收获期M4P4叶片SPAD值与CKP差异不显著，但结荚期、饱果期M4P4显著高于CKP；且结荚期M4P4叶片SPAD值显著高于M2P2。

表2 盐碱地不同种植模式下谷子花生单株叶面积及叶面积指数

表3 盐碱地不同种植模式下谷子花生叶片SPAD值

2.4 盐碱地不同种植模式对谷子花生农艺性状的影响

由表4可以看出，盐碱地不同种植模式使收获期谷子株高、茎粗、穂长及穂粗，收获期花生主茎长、侧枝长、分枝数及主茎节数产生差异。盐碱地不同种植模式下，谷子株高、茎粗、穂长和穂粗的变化趋势基本一致，即M2P2>M4P4>CKM，且M2P2较CKM分别显著增加3.7%、18.9%、8.9%和15.2%。盐碱地不同种植模式下，花生主茎节数差异不显著；M2P2 和M4P4主茎长、侧枝长差异不显著，但显著低于CKP；M2P2和CKP分枝数差异不显著，但显著大于M4P4。

表4 盐碱地不同种植模式下谷子花生农艺性状 (收获期)

2.5 盐碱地不同种植模式对谷子花生产量及其构成因素的影响

由表5和表6可以看出，盐碱地不同种植模式使谷子、花生产量及其构成因素产生差异，且对土地当量比影响显著。M2P2和M4P4谷子产量较CKM分别显著降低30.5%和36.0%，但净面积产量较CKM分别显著提高38.9%和28.0%；M2P2和M4P4花生产量较CKP分别显著降低56.8%和60.4%，而净面积产量较CKP则分别显著降低13.6%和20.8%。与CKP相比，M2P2和M4P4对花生百仁质量的影响差异不显著，但使百果质量分别显著降低16.4%和33.0%，且出仁率分别显著降低4.1%和5.1%。与CKM相比，M2P2和M4P4使谷子单穂质量分别显著增加12.1%和8.6%，使单穂粒质量分别显著增加10.9%和6.5%，使千粒质量分别增加8.3%和5.5%，但出谷率差异不显著。本试验条件下，M2P2和M4P4的土地当量比均大于1.0，且M2P2大于M4P4，即谷子花生间作优势明显， M2P2优于M4P4。

表5 盐碱地不同种植模式下谷子花生产量构成因素

表6 盐碱地不同种植模式下谷子花生产量及土地当量比

3 讨论与结论

作物间作系统由于是在同一块田地上至少相间种植两种作物，因此间作群体内不同作物必然会对资源的利用产生竞争，一方面是对生存空间的竞争，另一方面是对光、热、水、肥、地等资源需求的竞争[4,8]。间作系统生产力进一步提高的关键包括如何通过合理的作物布局、品种搭配来增加整个系统中光截获及利用，如何减少遮阴导致的低位作物光胁迫，进而发挥边行优势[4,14-16]。本研究发现，间作谷子干物质量在抽穗期、灌浆期和收获期均显著高于单作谷子，且灌浆期和收获期2∶2间作模式显著高于4∶4间作模式；而间作花生干物质积累量各生育期均低于单作花生。这可能是因为盐碱地间作谷子花生在生育前期因光截获及利用的竞争较小，两种作物单株干物质量差异均不显著；而后期因谷子遮阴导致的花生受光胁迫，从而导致间作花生单株干物质量低于单作，且间作谷子单株地上部干物质量又因边行优势而高于单作谷子。玉米花生间作研究结果表明，高低相错生态位的作物间作能够改变作物受光面，使作物能够截获更多的光，从而不同程度地影响间作群体的光能利用、作物干物质积累及农艺性状[16-19]。

光能对作物产量形成起着至关重要的作用，盐碱地谷子花生间作与单作净面积产量、产量及其构成因素的差异也可能与此有关。另有大量研究表明，作物产量与作物截获的辐射能量呈正相关关系[15,19-20]。本研究发现，两种间作模式下花生产量差异不显著，但其净面积产量低于单作而2∶2间作模式下谷子产量显著高于4∶4间作模式下，且两种间作模式谷子净面积产量均显著高于单作谷子。这也可能是因为受边际效应的影响，高位作物发挥边行优势而显著增产，处于边际劣势的花生产量有所下降[21]。盐碱地花生谷子间作下，谷子各生育期单株叶面积和叶面积指数均高于单作谷子，且两种间作模式差异不显著；而间作花生花针期、结荚期和饱果期单株叶面积和叶面积指数低于单作花生，收获期则高于单作花生，且2∶2间作模式高于4∶4间作模式。这可能是间作改善了花生通风透光条件，有利于前期营养生长，延缓生育后期衰老[4,19]，进而说明与谷子、花生单作相比，谷子花生间作有利于提高作物覆盖度。但也有研究发现，间作花生地上部茎叶的生长并没有显著的增长，但间作群体中作物的叶面积指数均高于单作[16]。

盐碱地谷子花生2∶2间作模式和谷子花生4∶4间作模式土地当量比均大于1.0，且谷子花生2：2间作模式土地当量比大于4∶4间作模式，说明谷子花生间作具有提高土地生产力的优势，且谷子花生2∶2间作模式优于4∶4间作模式。此外，谷子花生2：2间作模式在干物质积累、作物群体覆盖、产量及其构成等方面均优于谷子花生4∶4间作模式。由此可见，该地区推广谷子花生2∶2间作种植模式利于提高作物群体覆盖和土地生产力，从而促进作物高效生态共生、盐碱土地改良利用与可持续发展。