带状复合种植模式下玉米产量及相关性分析

石晓旭 李波 刘建 杨美英 薛亚光 石吕 韩笑 魏亚凤

摘要：为探明玉米-大豆带状复合种植对玉米产量的影响，确定最佳田间配置，设置不同种植带宽和玉米大豆行比的5种不同田间配置，对玉米产量及其相关因素进行研究。结果表明，带宽与玉米产量呈显著负相关，玉米吐丝后的叶面积指数和干物质积累量与产量形成呈显著正相关，最佳田间配置为2.0 m 2 ∶ 2处理，即带宽2.0 m，行比2 ∶ 2，玉米产量为9 590.16 kg/hm2，大豆产量为1 525.79 kg/hm2，其土地当量比为1.52，表现出较强的套作优势，套作模式下的系统产量高于净作模式，可以为玉米-大豆带状复合种植模式下玉米高产的田间配置提供理论依据。

关键词：玉米;带状复合种植模式;产量;相关性分析;套作

中图分类号： S344.3;S513.04  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2021）09-0074-06

套作是传统农业的精华，利用物种互补性，通过增加单位土地的作物产量来实现可持续的集约化[1]。近年来，杨文钰等针对南方旱田原有农业发展模式，总结出适合种植的小麦/玉米/大豆旱地新三熟种植模式，并提出了玉米-大豆带状复合种植模式，即采取宽窄条带田间种植方法，充分利用边行优势，合理地分带或者分幅种植以协调多熟作物之间对光照和肥水的需求[2]。与单作相比，玉米+大豆套作能促进氮肥利用率，降低氮素依赖率，从2012年的75.4%缓慢下降至69.4%[3]。Fischer等研究发现，在德国北方玉米和大豆间作产量潜力大，间作玉米产量总体很高，叶片发育良好，可以促进光合作用和干物质积累[4]。玉米与菜豆间作产量达到2.3～2.6 t/hm2，土地当量比达到1.55[5]。在四川地区玉米-大豆带状复合种植模式中，适当减小玉米窄行距，能够较好地协调玉米和大豆对光热资源的利用，增强综合生产能力[6-7]。王竹等在小麦/玉米/大豆套作模式下通过玉米行宽及株型的差异性对大豆生长早期农艺性状形成的影响进行研究，发现大豆行宽1.17 m、玉米行宽0.83 m是全年高产、高效的田间最优配置[8]。为探求玉米-大豆带状复合种植模式下玉米田间最佳配置，本研究设置玉米和大豆不同带宽和行比，通过研究不同田间配置对玉米生长和产量的影响，并对其进行相关性分析，明确其产量最优配置，以期为玉米-大豆带状复合种植模式下玉米高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2019年4—10月在江苏沿江地区农业科学研究所试验基地（120.87°E，32.01°N）进行。试验地土壤全磷含量为0.81 g/kg，全钾含量为11.81 g/kg，全氮含量为0.88 g/kg，速效磷含量为10.40 mg/kg，速效钾含量为51.84 mg/kg，有机质含量为12.27 g/kg，pH值为7.40。供试品种为玉米苏玉30和大豆通豆13。

玉米从播种至收获期间，当地气象数据：太阳有效辐射量为1 915.80 MJ/m2，降水量为 693.40 mm，有效积温为1 584.10 ℃。

1.2 试验方法

采用单因素随机区组设计，如表1所示，设置5个配置水平（T1、T2、T3、T4、T5），以净作玉米为对照（CK），净作玉米等行距栽培，行距为70 cm。每个处理种2带，重复3次，试验共21个小区，玉米种植密度为6万株/hm2，大豆种植密度为15万株/hm2。

玉米于2019年4月9日播种，8月12日收获，大豆于2019年6月22日播种，10月12日收获。玉米基肥配施过磷酸钙（含P2O5 12%）600 kg/hm2，氯化钾（含K2O 60%）150 kg/hm2，玉米全生育期共施纯氮 180 kg/hm2。大豆基肥配施尿素75 kg/hm2，过磷酸钙600 kg/hm2，氯化钾60 kg/hm2。除草、喷药等管理同大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 玉米叶面积指数与地上生物积累量 在玉米各生育期记录株高和有效叶面积。随机选取生长一致、代表性强的3株玉米和3穴大豆（排除边际效应），将植株地上部分置于105 ℃烘箱中杀青 30 min，80 ℃烘至恒质量，测定玉米植株地上部分干质量，计算成熟期营养器官干物质积累量和花后同化物输入籽粒量。

玉米单叶叶面积=长×宽×0.75;

叶面积指数（LAI）=总叶面积/土地面积;

成熟期营养器官干物质积累量=成熟期地上部分干物质量-成熟期籽粒干物质量;

花后同化物输入籽粒量=成熟期籽粒干物質量-吐丝期营养器官贮藏同化物转运量。

1.3.2 玉米产量 收获玉米时，考查每个小区玉米果穗总数，小区实打实收折算实际产量，连续选取每个小区中间区域15株玉米考种，计算产量构成因素，并计算收获指数。

1.3.3 土地当量比 土地当量比（LER）=玉米套作时的产量/玉米净作产量+大豆套作时的产量/大豆净作产量。

1.3.4 效益 效益=玉米产量×玉米单价+大豆产量×大豆单价。

1.4 数据分析

采用Excel 2016整理和汇总试验数据，使用SPSS 17.0和STST 2002对数据做统计分析。

2 结果与分析

2.1 田间配置对玉米、大豆产量的影响

由表2、表3可知，田间配置对玉米秃尖长、穗粗、有效穗数、穗粒数、千粒质量、产量都有极显著影响，对穗长的影响不显著。玉米产量随着带宽的增加呈下降趋势，除对照外，T1处理下产量最高，与其他处理差异均达显著水平，比T2、T3、T4 、T5、CK分别增产11.94%、12.12%、23.18%、32.17%、-7.82%;产量构成因素有效穗数、穗粒数及千粒质量也随着带宽的增加呈下降趋势，有效穗数、穗粒数及千粒质量均在T1处理下最大（除CK 外），T1处理下的有效穗数与T5处理有显著性差异，与T2、T3、T4处理差异不显著;T1处理下的穗粒数与其他处理均有显著差异，比T2、T3、T4 、T5、CK分别增加35.42、40.51、72.99、77.41、-46.42粒/穗，T2与T3、T4与T5处理差异不显著;T1、T2处理下的千粒质量与T4、T5处理有显著性差异，除CK外，T1处理的千粒质量最大，但与T2处理差异不明显;与CK相比，各处理玉米穗长差异不明显，T5处理穗长最小;玉米秃尖长随着带宽的增加而增加，同带宽下随着大豆种植行数的增加而降低，T2与T4处理的玉米秃尖长较长;穗粗随着带宽的增加呈现降低的趋势，除CK外，T1处理的最大，与其他处理差异显著。

2.2 田间配置对玉米叶面积指数的影响

由图1可知，随着玉米生育期的延长，玉米叶面积指数先增加后降低;随着带宽的增加，叶面积指数呈降低趋势。拔节期和抽雄期各处理玉米叶面积指数无显著差异，拔节期T4处理叶面积指数最大，为0.78，抽雄期T4处理叶面积指数最小，为3.66;与CK相比，吐丝期和成熟期各处理玉米叶面积指数存在显著性差异;吐丝期T4处理叶面积指数最小，为3.53，与T1、T2、T3处理的差异均达显著水平，均低于CK;成熟期T1、T2、T3、T4、T5处理叶面积指数差异未达显著水平，均低于CK。表明田间配置对前期叶片的生长无显著影响，对后期叶片的生长有显著影响，导致成熟期叶片早枯，降低有效叶面积和叶面积指数。

2.3 田间配置对玉米地上部分干物质积累的影响

由表4可知，田间配置对吐丝期玉米干物质积累量、成熟期营养器官干物质累积量的影响未达显著水平，各处理间差异不显著。拔节期T5处理干物质积累量最小，为899.03 kg/hm2，与CK有显著差异，T1、T2、T3、T4处理间差异不显著;抽雄期T1处理干物质积累量与CK差异不显著，与其他处理有显著差异，T2、T3、T4、T5处理间差异不显著。从拔节期至抽雄期T1处理干物质积累量增长最多（除CK外），增长了5 455.92 kg/hm2，T3处理增长最少，增长了 4 172.38 kg/hm2;吐丝期各处理干物质积累量差异不显著，从抽雄期至吐丝期T3处理干物质积累量增长最多，增长了4 392.75 kg/hm2，CK处理增长最少，增长了 2 870.70 kg/hm2;成熟期T5处理干物质积累量与CK有显著差异，与其他处理差异不显著，从吐丝期至成熟期T1处理干物质积累量增长最多（除CK外），增长了8 535.05 kg/hm2，T5处理增长最少，增长了 6 139.58 kg/hm2;田间配置对成熟期营养器官干物质累积量无显著影响，各处理间无显著差异;花后同化物输入籽粒量T1、T2、T3、T4、T5处理间无显著差异，T3和T5处理较低，分别为 6 238.23、 6 139.58 kg/hm2。表明田间配置对玉米不同时期干物质积累量有不同程度的影响，带宽增加，会导致干物质积累量及花后同化物输入籽粒量减少。

2.4 相关性分析

由表5可知，各时期干物质积累量、成熟期营养器官干物质累积量、花后同化物输入籽粒量以及产量与田间配置带宽均呈负相关，其中抽雄期和成熟期干物质积累量与带宽的相关系数分别为-0.87、 -0.92，均达显著水平，玉米产量与带宽的相关系数为-0.98，达极显著水平。表明带宽对干物质积累量和产量影响较大，随着田间配置带宽的增加，干物质积累和产量均呈现降低的趋势。

由表6可知，抽雄期、吐丝期和成熟期叶面积指数与产量呈正相关，相关系数分别达到0.58、0.91、0.84，吐丝期和成熟期叶面积指数与产量的正相关达显著水平，抽雄期叶面积指数对产量无显著影响;拔节期、抽雄期和成熟期干物质积累量与产量的相关系数分别为0.92、0.95、0.98，与产量呈极显著正相关。表明吐丝期至成熟期叶面积指数对产量的形成有显著影响，叶面积指数越大，产量越高;各时期干物质积累量对产量的形成有极显著影响，干物质积累量越大，产量越高。

2.4 田间配置对玉米收获指数、土地当量比和效益的影响

由表7可知，T3处理的玉米收获指数最大，为0.46，但与其他处理差异未达显著水平，田间配置对玉米的收获指数影响不显著;与CK相比，其他处理的土地当量比都超过1，T3处理的最大，T5處理的最小，分别为1.59、1.48，T1与T2、T3、T4、T5处理间差异不显著;T1、T2、T3、T4处理的效益显著高于T5处理和CK，其中T1处理效益最高，为最佳配置。表明田间配置比净作效益高，田间配置下的作物产量增产率均高于40%。

3 讨论

3.1 田间配置对玉米产量的影响

玉米-大豆带状套种模式具有资源高效利用、生态安全等优点[8]，协调复合种植系统中玉米和大豆田间种植配置，改善通风透光条件，促进不同生态位作物和谐生长，对实现玉米-大豆带状套作群体最大产量效益有重要意义。储凤丽等研究发现，先玉335在不同行距处理下的产量排序为 70 cm>50 cm>60 cm[9]，对玉米采用宽幅160 cm、窄幅 40 cm 的带状套作种植，玉米穗长、穗行数和行粒数均显著高于等幅80 cm处理，穗粗、千粒质量和产量显著低于等幅80 cm处理[10]。韩全辉等研究发现，不等幅间作的木薯鲜薯、薯干和淀粉产量比等幅间作分别提高5.9%、17.1%、19.1%，但都低于净作[11]，本研究结果与此结果一致，带状复合种植模式下的玉米产量、穗数、穗粒数及千粒质量均低于玉米净作。王小春等研究发现，间作玉米产量较净作增加9.76%，玉米-大豆种植模式下的玉米籽粒产量高于玉米-甘薯种植模式，平均增产11.90%[12]，本研究结果与之不一致，可能是因为当地光温条件不同，间作套种的作物不同，空间生态位上的优势不同，即使间作作物共生期长于套作，也导致研究结果不同。本研究使用模式中增加的夏大豆的产量对模式中玉米产量的下降进行补充，从土地当量比来看，不同田间配置处理均高于1.4，净作玉米为1.0，即净作需增加140%以上才能达到与文中配置处理同等的籽粒产量，因此，适宜的田间配置能提高耕地复种指数和土地利用效率，比单作有明显的产量优势，这与前人的研究结果[9-10，13]一致。

3.2 田间配置下叶面积指数与玉米产量的关系

叶片是玉米的主要同化器官[14]，有效叶面积是玉米高产的关键因子之一[15]，各生育期叶面积指数的变化趋势能够反映叶片的光合作用和物质积累的情况，与玉米生长相协调的叶面积有助于玉米产量增加[16-19]。不同套作方式下的玉米单株叶面积和 LAI 从出苗到成熟期均呈单峰曲线变化，表现为前期增速缓慢，节间拔节后增速加快，生殖生长阶段增至最高值[19-20]。玉米抽穗后进入生殖生长阶段，叶面积对产量的影响达显著水平，本研究结果表明田间配置对前期叶片的生长无显著影响，对后期叶片的生长有显著影响，吐丝期至成熟期LAI对产量的形成有显著影响，LAI增加，产量增加，呈现正相关关系。成熟期叶片失绿，会降低有效叶面积和叶面积指数，光合速率下降，可能因为叶绿体结构和功能成分的降解，无法保持叶片光合活性，然而李丽等研究发现，160 cm+40 cm行距可以延长玉米的生育期和生育后期绿叶维持时间[20]，说明宽窄行有利于增加灌浆期玉米的有效叶面积，延长籽粒灌浆时间和灌浆速率，增加产量[21]，本研究结果与之不符，可能是因为李丽等的试验地点在四川省，选择了套作减产率较低的玉米品种（荣玉1210），并且采用育苗移栽的方法种植，与沿江地区气候和玉米播种方式差异大[20]。

3.3 田间配置下干物质积累量与玉米产量的关系

玉米生育期干物质积累量是反映产量的重要因素[22]。玉米生长后期由营养生长转为生殖生长，随着生育进程的推进，玉米茎秆和叶片的干物质输送与积累量配比渐渐降低，籽粒干物质积累比例不断增加，成熟期到达峰值[23]。玉米籽粒产量主要来源于生殖生长阶段叶片的光合作用生产累积，且籽粒灌浆阶段高的光合速率能促进物质积累;玉米吐丝后干物质的积累量占总量的60%以上，对籽粒产量作用最大[24]。胡昌浩等认为，玉米生殖生长阶段群体地上生物量与产量呈正相关，达显著水平[25]。张磊等也认为，玉米成熟期干物质量与产量呈正相关，相关系数为0.02～0.98[26]，本研究中拔节期、抽雄期、吐丝期和成熟期干物质积累量与产量有正相关关系，相关系数在0.89～0.98，这与前人的研究结果[26]大体一致。

合理的田间配置可增加干物质积累量，梁曦彤等发现，种植等行距50 cm和70 cm时能延缓玉米生育末期叶茎鞘的衰老[27]，玉米干物质积累量增多，对籽粒积累作用增大[28]。合理的种植行距能显著改善玉米植株行间通风透光的生长环境[13]，促进玉米植株的生长发育，获得更高的生物产量。种植模式对不同品种作物营养器官积累的干物质向籽粒转运的影响存在差异[20]，套种玉米生育后期有宽行光补偿效应，随着行距的增加，玉米干物质积累量对籽粒的贡献率呈现先增加后稳定的趋势[29]。马心灵等发现，套种玉米比净作玉米的花后籽粒干物质同化量高，收获指数也高于净作玉米[30]，本研究中套种玉米的花后同化物输入籽粒量和净作玉米无明显差异的结果与之不一致，可能是因为播种密度一致，玉米种植均为2行，随着带宽的增加，玉米株间竞争增大，干物质积累降低，花后籽粒干物质同化量减少，导致每穗实粒数减少，千粒质量降低，最终产量低于玉米净作。

4 结论

玉米吐丝后的叶面积指数和干物质积累量与产量呈显著正相关，带宽与产量呈显著负相关，复合种植模式群体土地当量比均高于1.40，最佳田间配置为处理1，即带宽2.0 m，行比为2 ∶ 2，其土地当量比为1.52，表现出较强的套作优势，玉米产量为 9 590.16 kg/hm2，大豆产量为1 525.79 kg/hm2，套作模式下的系统产量高于净作模式，效益显著。

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