不同玉米花生间作模式对饱果期花生冠层微环境及光合特性的影响

张昆，万勇善，刘风珍，张秀荣

（山东农业大学农学院／作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018）

玉米是我国三大主要粮食作物之一，2019年我国种植面积4 128.4万hm2，总产26 077万t［1］，发展玉米生产对保障粮食安全意义重大。花生是我国重要的油料作物和经济作物，2018年我国种植面积461.97万hm2，总产1 733.20万t［1］，大力发展花生生产对保障我国食用油料安全具有重要的战略意义［2］。在我国粮食安全、油脂安全日趋严峻的新形势下，粮油争地矛盾将长期持续存在。

玉米花生间作是一种豆科作物与禾本科作物间作的传统模式［3，4］。研究玉米花生间作的特点，挖掘其粮油双增产的生产潜力对于解决粮油争地矛盾具有重要的现实意义。间、套作是否增产，学者们看法不一［5－8］。间作的产量效应与复合群体内的微气象变化有关［9］。合理的间作复合群体结构，改善了高位作物田间小气候，提高其产量，但是多数矮位作物却处于劣势而导致产量降低［10］。

饱果期是花生产量形成最关键的时期，形成的产量约占总产量的40%～60%［11］。但目前关于玉米花生间作体系对低位作物花生饱果期的冠层微环境影响规律及其对花生光合特性和荚果产量的影响尚不明确。本试验以玉米品种津北288、花生品种山花9号为材料，设置不同玉米花生行比间作模式，研究其对花生饱果期冠层微环境、叶片光合特性及系统产量的影响，以探索一种稳粮基础上更好促进花生微环境改善和综合效益最大化的玉米花生间作配置模式，为实现粮油双增产提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019、2020年在山东农业大学岱岳试验基地（泰安）进行。供试玉米品种为津北288，花生品种为山花9号。试验地为壤土，其耕层土壤有机质含量为1.21%、碱解氮71.73 mg／kg、速效磷13.42 mg／kg和速效钾90.20 mg／kg。

1.2 试验设计与田间管理

试验共设6种种植模式：玉米单作（SM）、花生单作（SP）、玉米‖花生2∶4模式（M2P4，简称2∶4模式）、玉米‖花生3∶4模式（M3P4，简称3∶4模式）、玉米‖花生2∶6模式（M2P6，简称2∶6模式）、玉米‖花生3∶6模式（M3P6，简称3∶6模式）。随机区组设计，每种种植模式重复3次。间作小区面积为3个种植带宽×7.6 m。花生起垄覆膜种植，垄宽90 cm，垄上种植2行花生，行距不小于30 cm，穴距17 cm，每穴2粒。玉米单作行距60 cm，株距27.8 cm；玉米间作行距40 cm，株距20 cm。玉米、花生均为南北行种植。

2019年玉米、花生播种期均为6月15日，收获期均为10月8日。2020年玉米、花生播种期均为6月16日，收获期均为10月7日。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 冠层透光率 用Sun Scan植物冠层分析仪于花生饱果期选择晴天10∶00—12∶00进行PAR的测定。每次均采用往返观测法。测定时，利用移动LI－1400探杆，记录探杆上PAR传感器的瞬时PPFD（PAR量子通量）。透光率＝I／Io。式中I为花生冠层底部的辐射强度，Io为花生冠层顶部的辐射强度。

1.3.2 冠层温度和湿度 采用NK4000手持气象站于花生饱果期选择10∶00—12∶00测定冠层温度和湿度。每个处理采用往返测定，重复3次，其平均值作为该处理冠层温度和湿度的观测值。

1.3.3 冠层内部CO2浓度 采用GXH－305型红外线CO2分析仪（北京分析仪器厂），于花生饱果期选择10∶00—12∶00测定群体冠层的CO2浓度。

1.3.4 相对叶绿素含量 采用便携式手持仪ModelCL－01于饱果期测定主茎倒三叶的相对叶绿素含量（SPAD值）。每小区测15片叶，取其平均值作为该处理的相对叶绿素含量。

1.3.5 净光合速率 采用便携式光合仪CIRAS－3于饱果期选择晴天10∶00—12∶00进行净光合速率的测定。测定时选择主茎倒三叶，每小区测15片叶，取其平均值作为该处理的净光合速率。

1.3.6 产量 各小区花生收获13.34 m2荚果，晒干后称重并计产。玉米单作每小区收获9 m2内所有雌穗，风干脱粒后测产。间作玉米每小区收获9 m2所有雌穗计产。

1.3.7 土地当量比 计算公式：LER＝（Yic／Ydc）＋（Yip／Ydp）。式中，Yic和Ydc分别表示间作玉米和单作玉米产量，Yip和Ydp分别表示间作花生和单作花生产量。LER＞1为间作优势，LER＜1为间作劣势［12，13］。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05软件对数据进行统计分析，用最小显著差异法（LSD）进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 间作模式对花生冠层透光率的影响

由图1可以看出，不同玉米花生间作模式对饱果期花生冠层的透光率影响显著。间作花生的冠层透光率显著高于单作花生。玉米‖花生2∶4模式、3∶4模式的花生冠层透光率均高于2∶6模式、3∶6模式，且2∶4模式与其达到显著水平，而2∶4模式与3∶4模式、2∶6模式与3∶6模式的花生冠层透光率差异均不显著。这可能是因为间作模式下玉米遮阴影响了花生叶片的生长，玉米占比越大花生叶面积越小，花生冠层透光率越大。

2.2 间作模式对花生冠层温度的影响

由图2可以看出，与单作花生相比，不同玉米花生间作模式大多显著降低花生冠层的温度，2019年4种间作模式的降幅为2.08%～7.16%，2020年降幅为4.55%～8.39%。两年均为玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式。6行花生模式的冠层温度高于4行花生模式，且3∶6模式显著高于3∶4模式，2∶4模式显著高于3∶4模式，但2∶6模式与3∶6模式的花生冠层温度差异均不显著。

图2 不同间作模式对花生冠层温度的影响

2.3 间作模式对花生冠层湿度的影响

由图3可以看出，与单作花生相比，玉米花生间作可提高花生冠层的湿度。两年均为玉米‖花生3∶4模式＞2∶4模式＞3∶6模式＞2∶6模式。但两年处理间差异大多不显著。

图3 不同间作模式对花生冠层湿度的影响

2.4 间作模式对花生冠层CO2浓度的影响

由图4可以看出，与单作花生相比，除2∶6模式外，两年间4种玉米花生间作模式均显著降低花生冠层的CO2浓度，2019年降幅为1.47%～3.89%，2020年降幅为2.24%～5.61%。两年均为玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式。6行花生间作模式冠层CO2浓度均高于4行花生间作模式，但玉米‖花生2∶4模式与3∶4模式、2∶6模式与3∶6模式的花生冠层CO2浓度差异均不显著。

图4 不同间作模式对花生冠层CO2浓度的影响

2.5 间作模式对花生叶片相对叶绿素含量的影响

由图5可以看出，与单作花生相比，两年间4种玉米花生间作模式均显著降低花生功能叶的叶绿素含量，2019年降幅为5.99%～17.23%，2020年降幅为5.82%～13.09%。两年花生叶片的叶绿素含量均为玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式，处理间差异大多达显著水平。

图5 不同间作模式对花生叶片相对叶绿素含量的影响

2.6 间作模式对花生叶片净光合速率的影响

由图6可以看出，与单作花生相比，两年间4种玉米花生间作模式均显著降低花生功能叶的净光合速率，2019年降幅为8.94%～25.20%，2020年降幅为11.24%～27.91%。两年花生功能叶的净光合速率均为玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式，处理间差异均达显著水平。

图6 不同间作模式对花生叶片净光合速率（Pn）的影响

2.7 不同间作模式下的系统产量和土地当量比

由表1可以看出，间作中以玉米‖花生3∶4模式的玉米产量最高，2∶6模式的玉米产量最低；但2∶6模式的花生产量最高，2∶4模式的花生产量最低，处理间差异均达显著水平。相同花生行数条件下，以2行玉米间作的花生产量较高；相同玉米行数条件下，以间作6行花生的产量较高。

表1 不同间作模式下的系统产量和土地当量比

玉米‖花生2∶6模式、3∶6模式两年土地当量比均大于1，以3∶6模式最大，2019年和2020年分别达1.11和1.12。本试验条件下，玉米‖花生3∶6模式获得最高的系统总产量和最大的土地当量比。

3 讨论

间作可以改善高秆作物的通风透光条件，对矮秆作物则造成较大的遮阴影响［14］。已有研究表明，玉米花生间作改变作物原本的透光能力，较单作改变高位作物和低位作物对光的吸收利用能力，使光合特性发生改变［15－18］。马连坤等［19］对小麦与蚕豆的间作研究表明，间作较蚕豆单作冠层温度和冠层湿度有所增加。王兆祎［20］研究表明，花生棉花间作模式的冠层温度较花生单作减少4.35%，冠层湿度增加3.73%。韩全辉［8］、杨萌珂［18］等研究表明，玉米花生间作，其生育后期花生叶片的净光合速率急速下降。冠层微环境的改变会显著影响花生荚果产量［21］。本研究表明，与单作花生相比，玉米花生间作显著增加花生冠层透光率，其中玉米‖花生2∶4模式的最高；间作显著降低花生冠层温度和CO2浓度，其中玉米‖花生3∶4模式的最低，玉米‖花生2∶6模式的最高。玉米花生间作显著降低花生功能叶的叶绿素含量和净光合速率，其中玉米‖花生2∶6模式的两指标最高。

在玉米花生间作系统中，一般是两种作物都减产，只有当土地当量比大于1时，间作系统才被认为具有增产效应［22］。本试验结果表明，间作玉米、花生较单作产量均降低，玉米‖花生2∶4模式、3∶4模式两年土地当量比均低于1，无间作优势；2∶6模式、3∶6模式两年土地当量比均大于1，两年的土地当量比达1.09～1.12，表现出明显的间作优势。

4 结论

综合本研究结果看出，玉米花生间作显著增加花生冠层透光率，显著降低花生冠层温度和CO2浓度，显著降低花生功能叶叶绿素含量和净光合速率，但玉米‖花生2∶6模式、3∶6模式下花生叶片仍能保持较高的光合能力，土地当量比大于1，表现出明显的间作优势。本试验条件下，玉米‖花生3∶6模式是一种较为理想的间作模式，有助于稳粮增油生产。