高粱—花生条带状种植群体光合物质生产效应分析

邹 询王艳秋王佳旭段有厚张 飞

(辽宁省农业科学院,辽宁 沈阳 110161)

高粱具有较强的抗旱、耐盐碱、耐贫瘠等抗逆特性,被认为是最具开发潜力的酿酒原料和粮饲作物[1]。根据各自生理生态学特性将高粱与其他作物构建立体种植模式,可充分利用土壤与光能等资源,提高产量[2]。研究表明,高粱间作模式形成的带状种植结构改变了群体中的田间小气候特性,提高光能利用率,提高耕地的生产能力,增加经济效益[3～6]。在玉米—大豆带状间作模式中,间作系统最大生长速率平均增加32.1%,间作玉米提高30%～40%[4]。在玉米—花生间作体系中,玉米叶片的谷氨酰胺合酶活性和可溶性蛋白含量显著增加,有利于协调玉米“源库”关系[5]。高粱—大豆间套作不仅有利于补充土壤氮素消耗,还可以使碳水化合物和蛋白质相互补充[7]。蔺芳等研究发现,高粱—大豆在间作模式下光能利用率显著高于单作模式[6]。与单作模式相比,间作模式土地利用率有大幅度提高,且土地当量率大于1,有助于实现高粱增产增收[8]。

近年来,以玉米等为代表的禾本科作物间作模式与机理研究较多,国内外已开展的高粱间作模式方面的研究不够深入,因此,本研究旨在通过高粱与花生条带状种植模式的研究,结合机械化作业的生产实际开展高粱4+花生4、高粱8+花生4、高粱清种＞花生清种4 种模式下高粱花生条带状种植提质增效机理研究,为高粱花生条带状种植模式的推广和生产应用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点和品种

试验于2019 年于辽宁省农业科学院试验基地进行,高粱品种为辽杂52,花生品种阜花15。

1.2 试验设计

试验设4 个种植模式:(1)高粱4+花生4;(2)高粱8+花生;(3)高粱清种;(4)花生清种。采取随机区组设计,12 行区,行长6 m,3 次重复。于2019 年5 月16 日播种,9 月20 日收获,试验田管理、病虫草害防控同当地大田生产水平。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶绿素含

分别在播种后20 d、40 d、60 d、80 d 采用PL 502 型叶绿素仪测定旗叶叶绿素含量。

1.3.2 光合参数

高粱灌浆期,采用红蓝光源,设定PAR 为1 000 μmol/m2·s 作为测定光强,在各试验小区选取生长健康、长势一致、光照均匀的植株3 株测定其净光合速率(Pn),测定时间为上午9:30～11:00。测定各品种的旗叶,记录3 次值求其平均数,气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等参数由光合仪同步探测记录。同时,采用LI-6400 便携式光合作用测定系统测定光合有效辐射。

1.3.3 器官干重、产量及经济效益

收获期每小区测定选取有代表性的植株3 株测定单株干物重、籽粒重、茎叶重器官重量。每小区去掉两侧边行收获中间行记产,计算4 种种植模式下的成本和效益,计算纯收益。

1.4 数据处理与分析

试验数据均采用GraphPad Prism 5、Excel 和DPSv 7.50 软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式下源库分配比较

由表1 可以看出,在高粱8+花生4、高粱4+花生4、高粱清种和花生清种4 种种植模式下对高粱和花生的器官物质分配均存在显著影响。高粱穗重、茎秆重、叶及叶鞘重在高粱4+花生4 下最高,显著高于高粱清种;花生果实重在高粱4+花生4 与花生清种差异不显著,但显著高于高粱8+花生4,茎叶重和根系重均表现为花生清种＞高粱4+花生4＞高粱8+花生4。

2.2 不同种植模式下叶绿素含量比较

不同种植模式下,高粱、花生叶绿素含量见表2。播种后20 d,高粱在高粱8+花生4、高粱4+花生4、高粱清种3 种种植模式下叶绿素含量差异不显著,花生在高粱8+花生4、高粱4+花生4 和花生清种3 种种植模式下叶绿素含量差异不显著;播种后40 d 高粱和花生较播种后20 d 叶绿素含量均显著提高,对于高粱在高粱4+花生4 模式下叶绿素含量最高,而花生虽然在高粱4+花生4模式下略有降低,但综合分析发现高粱4+花生4模式下对于高粱+花生复合群体叶绿素仍可保持较高水平。播种后60 d 和播种后80 d 的变化趋势与播种后40 d 趋于一致。

表1 不同种植模式下高粱和花生的源库分配比较Table 1 Comparison of source-sink allocation of sorghum and peanut under different planting modes

表2 不同种植模式下高粱和花生叶绿素含量比较Table 2 Comparison of chlorophyll content of sorghum and peanut under different planting modes

2.3 不同种植模式下光合参数比较

不同种植模式下,净光合速率、气孔导度、细胞间CO2浓度、蒸腾速率、水分利用效率光合参数差异显著(表3)。高粱4+花生4 模式下高粱净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率均表现最高,高粱8+花生4 次之,高粱清种最低。花生虽然在高粱8+花生4、高粱4+花生4 条带状种植模式下光合速率有所下降,但下降幅度相对较小,且差异未达显著水平。说明,高粱+花生条带状种植模式更有利于符合群体的光能利用,尤其是高粱4+花生4 效果更为明显。

2.4 不同种植模式下光合有效辐射比较

不同种植模式,高粱和花生在复合群体的不同层面高粱光合有效辐射差异显著,花生贴高粱行和中间行的光合有效辐射也存在显著差异(表4)。分析发现,高粱8+花生4、高粱4+花生4 两种模式下对群体中下部的影响大于中上部,其光合有效辐射显著高于高粱清种。对于花生贴高粱行的光合有效辐射显著低于中间行,中间行与花生清种差异不显著。

2.5 不同种植模式产量及经济效益分析

由表5 分析可见,高粱8+花生4、高粱4+花生4、高粱清种和花生清种4 种种植模式下所需成本及经济效益均存在差异。总成本花生清种＞高粱8+花生4＞高粱4+花生4＞高粱清种;总收益高粱8+花生4、高粱4+花生4 和花生清种差异不显著,均显著高于高粱清种,但在净利润上高粱4+花生4＞高粱8+花生4＞高粱清种＞花生清种,高粱4+花生4 可比高粱清种增效7.41%。

表3 不同种植模式下高粱和花生的光合参数比较Table 3 Comparison of photosynthetic parameters of sorghum and peanut under different planting modes

表4 不同种植模式下高粱和花生光合有效辐射比较Table 4 Comparison of photosynthetically active radiation between sorghum and peanut under different planting modes

表5 不同种植模式产量及经济效益分析Table 5 Different planting modes Yield and economic benefit analysis

3 结论与讨论

间作是通过在同一田地上相间种植2 种或者2 种以上作物,可以发挥作物的共生、互补和群体特性,以实现时间与空间集约化的一种种植方式[9,10]。本研究从光合物质生产角度阐释了高粱花生各不同株高型作物合理配比对光能利用的优势,提出了高粱4+花生4 模式是一种具有开发应用潜力的栽培技术模式。此研究与徐海英等研究提出的合理的间套复种可提高耕地生产能力,增强作物抗病能力的结果基本一致[11],也与潘宗瑾等的研究结果基本吻合[12]。此外,本研究利用高粱花生并通过不同高粱花生配比条带状种植研究发现高粱4+花生4 模式可比清种高粱增加净利润。此研究结果表明通过合理的作物组合和空间配比可充分利用的光能转化为经济效益,进而实现作物高效生产。