油莎豆‖大豆对作物生长发育及产量的影响*

宿 可，孙雪莹，刘 政，曲慧杰，唐兴勇，陈璐璐，李宗宸，丁晓燕，张 伟

（石河子大学农学院，新疆 石河子 832000）

0 引言

我国人多地少，粮食需求量大，导致我国农业生产压力巨大，间作栽培是时空高度集中的一种种植方式[1]，合理的间作具有提高作物产量、高效利用生态资源、增加作物多样性和作物生产力等优点[2]。

油莎豆（Cyperus esculentus L.），又名油莎草、铁荸荠、地杏仁、地下板栗、地下核桃、人参果和人参豆，属莎草科莎草属植物[3]，是集粮、油、牧、饲于一体的新型油料经济作物[4]。目前，由于油莎豆防风固沙、净化生态环境、改良土壤等特点，我国逐渐开始重视油莎豆的生产，但是总体而言，种植规模面积仍然较小，种质资源匮乏[5]。大豆起源于中国，栽培历史悠久，营养价值丰富，是重要的粮食和油料作物[6]，由于我国对蛋白质饲料消耗量巨大，大豆生产远远不能满足人民需求，我国对进口大豆的依存度依然较高[7]。

本试验主要是通过对三种种植模式下作物的生长动态、作物产量和根系分布特征等几方面，对于油莎豆和大豆的间作模式，进一步进行探索和分析。杨文亭等人研究表明[8]，间作模式历史久远、类型丰富，主要分布在亚洲、非洲和南美洲地区，是一种可以充分利用自然资源，提高土地利用率，增加作物产量，减少病虫草害发生的生态种植模式。曲慧杰等人研究表明[9]，在滴灌条件下，通过设置四种种植模式，得出间作模式促进油莎豆丰产的结论，其中大豆||油莎豆的种植模式在生物学特性、时空搭配、资源利用上的效果最好。阳振乐和陈星等人研究表明[10-11]，油莎豆综合利用价值较高，富含油脂、蛋白质、膳食纤维和矿物质，具有丰富的营养，但是由于目前种植油莎豆所获得的经济效益尚未达到传统作物的水平，因而很难调动广大农户种植油莎豆的积极性，油莎豆难以大面积推广，也严重影响油莎豆的产业化发展，使得国内油莎豆的产业化一直举步维艰。所以需要通过提高作物产量、丰富油莎豆加工产品、改进开发模式等，来提升油莎豆种植效益，提高国内认知度。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验材料选取油莎豆和大豆，于2022年在新疆石河子大学农学院试验站（44°19′N，86°03′E）进行，海拔437 m，土壤质地为砂壤土，0～20 cm和20～40 cm的土壤容重分别为1.28 g∕cm3和1.31 g∕cm3，土壤全氮含量为0.72 g∕kg、有机质含量为11.27 g∕kg，碱解氮含量为58 mg∕kg、速效钾含量为204 mg∕kg、速效磷含量为51.7 mg∕kg。年降雨量180～270 mm，田间持水量24%，地下水位2 m 以下，平均地面坡度6%，年蒸发在1 000～1 500 mm，是典型的干旱地区。

1.2 试验设计

1.2.1 种植模式

试验于2022 年4 月17 日开始播种，在灌溉条件下，油莎豆一穴两粒、大豆一穴两粒，行比为3∶3，株行距设置为单、间作统一株行距40 cm，株距20 cm。试验选择三种种植模式，采用单因素随机区组设计，分别为油莎豆单作（TT）、油莎豆||大豆（T||S）和单作大豆（SS），种植模式如图一所示。

图1 作物种植模式分布图

1.2.2 样品采集

从5月21日每隔15 d进行一次作物信息采集与记录，包括株高、SPAD值等；之后陆续进入室内试验分析，8月中旬进行产量测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 株高

每个处理选择长势均匀连续的5株作物，利用卷尺测量其自然株高。基部至自然状态下最高点为油莎豆株高，从子叶节到大豆生长点为大豆株高。

1.3.2 叶绿素含量

每个处理选取长势均匀连续的5株作物，使用叶绿素仪测定叶片的SPAD值，分别测量3次，取平均值。

1.3.3 根系数据

每处理随机取样3次，使用根钻在油莎豆、大豆根系附近垂直钻取0～20 cm、20～40 cm 土层土样。取样后洗净、挑根、拍照，通过WinRHIZO对根系图像进行分析得到根长、根表面积、根体积等数据。

对油莎豆和大豆根长密度（RLD）进行分层计算，用每个区域的根长除以相应的体积得到各个区域的根长密度，具体计算如下：

式（1）中Li表示对应作物的总根长：Vi表示对应作物的土体体积。

1.3.4 作物产量

每个处理选取3个长势均匀的1 m×1 m样地，记录单、间作中油莎豆和大豆的产量并进行计算和分析。

1.3.5 间作优势

土地当量比LER是衡量间作比单作增产程度的一项指标，油莎豆与大豆间作时，其表达式为：

LER=（油莎豆间作时的产量∕油莎豆单作时的产量）+（大豆间作时的产量∕大豆单作时的产量）

LER=1，平产；LER ＞1，增产；LER ＜1，减产；LER越大，增产效果越好。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2019分析处理数据，采用Sigmaplot、Origin等软件绘图和比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式下作物株高动态变化

株高是体现作物生长发育状况的重要形态学指标之一，反映植株生长速度的快慢和健壮程度[12]。由图2可知，间作大豆的株高大于单作的株高，呈现出“慢-快”的生长趋势，5月21日至6月5日株高缓慢增长，6月5日至7月21日株高快速增长。在同一时期，间作大豆在6月5日增幅最低，为3.81%，6月20日增幅最高，为40%。

图2 单、间作油莎豆、大豆株高的动态变化

间作模式下，单作油莎豆的株高大于间作油莎豆的株高，变化趋势基本相似，呈现出“快-慢”的生长趋势，差异相对较小，5月21日至7月5日株高快速增长，7月5日至7月21日株高缓慢增长。在同一时期，间作油莎豆在6月20号降幅最高，为27.45%，在7月5日降幅最低，为6.00%。

2.2 不同种植模式下作物根系形态特征

RLD的值反应土壤向作物根系供应养分的程度，RLD越大，越有利于吸收土壤中的营养和水分。由表1、表2可知，0～20 cm的土层参数变化最大，说明油莎豆和大豆的根系主要分布在0～20 cm的土层中。间作种植模式提高油莎豆和大豆的根长，油莎豆在0～20 cm、20～40 cm土层中根长的增幅分别为204.76%和80.95%，大豆在0～20 cm、20～40 cm 土层中根长的增幅分别为117.76%和54.55%，间作油莎豆在0～20 cm土层中的根长最长，为12.86 cm，增幅最大。

表1 不同种植模式下油莎豆不同深度的根系特征

表2 不同种植模式下大豆不同深度的根系特征

2.3 不同种植模式下各作物叶片SPAD值动态变化

由图3可知，单、间作油莎豆的SPAD值变化趋势均呈现“增-减”的单峰型曲线，5月28日至6月28日呈现增长趋势，6月28日至7月26日呈现下降趋势，在6月28日左右达到峰值，SPAD值为54.70和64.10，且6月13日至7月26日作油莎豆SPAD值显著高于单作油莎豆。

图3 单、间作油莎豆、大豆SPAD值的动态变化

单、间作大豆的SPAD值变化趋势均呈现“增-减-增-减”的双峰型曲线，5月28日至6月13日、6月28日至7月12日呈现增长趋势，6月13日至6月28日、7月12日至7月26日呈现减小趋势，在6月13日和7月12日达到峰值，在6月13日时单、间作大豆峰值分别为42.63和43.10，在7月12日峰值分别为44.10和46.80，并且在7月12日间作大豆SPAD值显著高于单作大豆。

2.4 不同种植模式下作物产量及土地当量比

土地当量比是衡量间作产量优势的指标之一。由表3可知，间作油莎豆产量高于单作油莎豆产量，增幅为21.53%；间作大豆的产量高于单作大豆的产量，增幅为2.00%，产量差异较小。经过计算，间作土地当量比LER=2.24＞1，表明间作比单作效率高，增产率为123.63%。

表3 不同种植模式下油莎豆、大豆的产量及土地当量比

3 讨论

株高体现作物的生长发育状况，且与单株产量极显著正相关[13]。由试验结果可知，间作大豆大于单作大豆株高，说明间作提高了大豆的株高，提升了大豆捕捉光能的能力，增加光合速率，从而提高了效率和产量；单、间作油莎豆的株高生长趋势相似，间作油莎豆的株高低于油莎豆，但是产量和根系均为最高，间作油莎豆的叶绿素含量大于单作油莎豆的叶绿素含量，差异显著，且发育后期大于发育前期叶绿素含量。出现这种现象可能是因为大豆在前期生长时所需的氮素较多，根瘤菌供不应求，还要从土壤中获取；而后期植株生长发育减慢，根瘤菌提供氮素，供大于求，从而使油莎豆充分吸收土壤中的营养元素，促进发育，所以发育后期间作油莎豆株高的降幅小于发育前期株高降幅，而单作油莎豆发育后期竞争激烈，所以产量低于间作油莎豆产量。

叶绿素含量是反映植物丰产性能的生理指标之一，在一定程度上可以代表作物光合作用的强度[14]。由试验结果可知，单、间作油莎豆的SPAD值变化趋势呈单峰型，单、间作大豆的SPAD值变化趋势呈双峰型，间作油莎豆和大豆生育期后期SPAD值显著高于单作油莎豆和大豆。原因可能是，间作种植条件下，间作大豆的株高更高，捕捉光能的能力更强，光合作用强度更高；间作油莎豆根系主要分布在0～20 cm的土层，总根长最长，由于大豆的固氮作用使油莎豆吸收营养元素更充足，氮素影响SPAD值，在一定范围内，含氮量增高，SPAD值上升，同时大豆相对遮光能力弱，利于油莎豆进行光合作用，从而影响作物产量。

根系是吸取营养和水分的主要器官，农作物之间的相互作用与根系参数在空间上的分布密切相关[15]。合理的间作种植能够充分利用根系生态位的差异，降低种间竞争，促进养分的高效吸收与利用[16]。由试验结果可知，油莎豆和大豆的根系主要分布在0～20 cm土壤层中，间作提高了根长，显著提升了油莎豆和大豆各土层的RLD值，其中0～20 cm土层中间作油莎豆的根长最长，增幅最大。间作大豆通过固氮作用，提升了油莎豆的根系活力，促进了间作油莎豆的生长发育，从而影响产量。

4 结论

试验表明，作物的产量受株高、SPAD值、根系参数、种植方式等方面影响。LER=2.24 ＞1，表示油莎豆和大豆的间作模式具有间作优势，主要是通过大豆的固氮作用，使间作油莎豆可以高效、充分地吸收养分，从而促进间作油莎豆的生长发育，达到丰产的目标。为了使研究结果更准确，后续还需要进行大量的试验来验证与完善。