玉米‖油莎豆对作物生长发育及产量的影响

孙雪莹，刘婷婷，唐兴勇，曲慧杰，刘 政，宿 可，李宗宸，位守燃，丁晓燕，陈璐璐，王家平，程志博，张 伟

（石河子大学农学院，新疆 石河子 832000）

油莎豆原产于非洲东北部，是目前已知唯一在块茎器官中积累大量油脂的特种经济作物，其营养丰富，是一种优质、高产、综合利用价值较高的油、粮、饲、药多用新型经济作物[1-2]。作为一种原产于沙漠干旱地区的植物，油莎豆根系发达，分蘖能力强，生长迅速，适应性强，产量可观，且抗旱、抗盐碱能力强、耐瘠薄，在我国南北方各地的沙滩、丘陵、坡地、林间均可种植[3]。玉米作为常见的粮食作物，价值与用途极为广泛，在我国种植分布广，对保障我国粮食安全有重要作用[4]，也是北疆的主要粮食作物之一。

随着我国农业种植业结构调整，油莎豆种植面积逐渐扩大。油莎豆产量高（单产干豆可达500～600 kg/667 m2），含油量高，在20%～25%，单产油量在120 kg/667 m2以上，收益可观，油莎豆单位面积产油量是大豆的5倍、油菜的2倍。油莎豆油富含多种维生素和不饱和脂肪酸，综合营养价值可媲美橄榄油[5]。虽然油莎豆行业发展缓慢，但近年来，我国加大了油料作物在新疆等地的种植面积，扩大油莎豆种植面积，可以减少对大豆的依存度，提高油料自给能力。

间作模式是一种能够有效提高作物产量和土地利用率的高效种植模式，在间作模式中，种间相互作用是间作优势发挥的关键，种间相互作用包括种间竞争和种间促进作用，两者总是同时存在并起作用，当种间竞争作用小于种间促进作用时，种间相互作用即表现为间作优势[6]。大量研究表明，间作作物在时间、空间、营养元素吸收利用方面形成的生态位分离促成了间作作物对资源的高效利用。因此，优化种间配置是间作系统体现产量优势的基础[7-9]。而在已有的间作试验中，油莎豆表现出了较好的适配性[10]。早在1975年进行的玉米和油莎豆间作试种试验中，就测出油莎豆出油率为17%，比大豆出油率高6%，含油量可观，说明油莎豆可以与其他作物间作[11]。研究玉米‖油莎豆对保障国家粮油安全和提高油料自给能力，提高土地利用率有着重要意义。

目前对玉米和油莎豆间作系统中影响玉米和油莎豆植株生长发育及产量形成方面的研究报道较少。本试验通过研究北疆滴灌条件下玉米、油莎豆单、间作系统的群体特征、产量形成规律、生理特性及根系形态结构与分布特征，揭示玉米‖油莎豆的种间关系及其根系分布规律、土地当量比，旨在为两种作物间作模式的推广提供理论依据，以实现这两种作物的优质高产。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于2022年4月至9月在石河子大学北苑新区农学院试验站（44°18′N，86°03′E）进行，试验区海拔437 m，年均日照时数2 680 h，无霜期160～170 d，≥10 ℃积温3 693 ℃，年平均气温为6.1 ℃，年降雨量180～270 mm，田间持水量24%，平均地面坡度6%，年辐射量为5 390 MJ/m2。试验地土壤为砂壤土，0～20 cm、20～40 cm土壤容重分别为1.29 g/cm3、1.32 g/cm3。土壤有机质含量11.21 g/kg，全氮含量0.74 g/kg、速效磷（P2O5）含量51.2 mg/kg、速效钾（K2O）193 mg/kg、碱解氮含量61 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验于2022年4月17日播种。采用膜下滴灌种植方式，膜宽2.07 m，1膜2管4行，等株行距设置。行距设置均为40 cm，株距均为20 cm。试验采用单因素随机区组设计，设1种间作组合和2种作物单作，分别为：油莎豆‖玉米、油莎豆单作、玉米单作（图1）。

图1 试验种植模式

1.3 测定指标与方法

1.3.1 株高

各种植模式随机选取连续具有代表性的8株进行标记并用卷尺测量玉米、油莎豆两种植物的自然株高，筛去最大值和最小值，记录平均值。

1.3.2 叶绿素含量

测量仪器为SPAD-502叶绿素仪。在玉米、油莎豆的单、间作种植模式区域测量标记的随机6株作物，利用叶绿素仪分别测量玉米、油莎豆叶片的SPAD值，每张叶片测定3次取平均值。

1.3.3 根系数据采集

每个小区随机取样3次，取植株0～20 cm、20～40 cm周围的土样，每个种植模式取3次重复，将土样在实验室内清洗干净，使用镊子将根样挑出，置于带有1 cm2的正方形方框的白纸上进行拍照，用WINRHIZO 2020a获取植株相应土层的根长、根表面积和根体积等各项特征参数。

1.3.4 产量测定

采用1 m×1 m样方法，随机选取3个样方，分别记录各种植模式作物的产量构成因子并计算理论产量。

本文从矿区地质特征入手，系统分析矿床的地质特征，矿床成因及物质来源，总结出该区的成矿规律，为深、边部找矿提供思路。

1.3.5 间作优势

土地当量比LER作为衡量产量优势的一项指标，玉米与油莎豆间作时，其表达式为：

LER=（玉米间作时的产量/玉米单作时的产量）+（油莎豆间作时的产量/油莎豆单作时的产量）

当LER＞1，表明间作比单作效率高；当LER＜1为间作劣势。

（LER-1）×100%则是间作的增产率。

1.4 数据处理

将田间和室内获取的数据利用Microsoft Excel 2020整理并处理，采用SPSS 20.0 软件利用Duncan法检验处理间差异，用Sigmaplot 14绘图。

2 结果与分析

2.1 各处理作物株高动态变化

由图2可知，单作玉米整个生育时期株高整体偏高，5月21日至6月5日，单作玉米和间作玉米株高变化趋势相近，6月5日至20日，作物生长发育较快，间作玉米较单作玉米株高降低了7.1%，6月20日后，间作玉米株高均低于单作玉米，前期单、间作玉米株高差异不大，后期随作物生长发育单间作玉米株高差异逐渐变大。

图2 不同种植模式下油莎豆、玉米株高变化

2.2 各处理作物SPAD值动态变化

由图3可知，作物的叶绿素值在前期生长阶段随着生育时期的推进叶绿素含量随之增加；而在后期接近成熟期时，随时间的变化，叶绿素含量下降。

图3 不同种植模式下油莎豆和玉米SPAD值变化

单作油莎豆在整个生长发育阶段的叶绿素含量整体低于间作油莎豆，且单作油莎豆和间作的油莎豆总体叶绿素含量呈先增长后下降的趋势，在6月13日，单作油莎豆比间作油莎豆叶绿素含量低3%，在6月18日叶绿素含量均达到最大值，在6月18日后，叶绿素含量逐渐下降，分别降低了15.6%、9.6%。

单作玉米与间作的玉米叶绿素含量总体上也呈现先增加后下降的趋势，间作玉米在前期增长变化较缓慢，在后期下降幅度较大；6月18日，间作玉米整体叶绿素含量高于单作玉米，且叶绿素含量达到最高，单作玉米比间作玉米叶绿素含量低4.7%，6月18日至7月12日，间作玉米叶绿素含量降低幅度较大，降低了23%。

2.3 各处理作物地下部根系形态特征分析

由图4、图5可看出，随着生育时期的进行，各土层深度的植株根系RLD值呈上升的趋势；随着土层深度的增加，植株根系RLD值分别呈下降的趋势。由图4可知，整个生育期间作玉米根系RLD值高于单作玉米的RLD值，在各时期0～20 cm土层增幅分别为59.52%、54.71%、49.18%，20～40 cm土层增幅分别为71.42%、77.14%、51.02%，玉米根系主要分布在0～20 cm土层。由图5可知，油莎豆根系发达，根系在0～20 cm、20～40 cm土层分布都较多，且间作油莎豆根系RLD值也明显高于单作油莎豆根系RLD值，且在各时期0～20 cm土层增幅分别为25.51%、20.66%、74.43%，20～40 cm土层增幅分别为82.6%、11.47%、85.71%。

图4 不同种植模式下玉米各土层深度RLD值

图5 不同种植模式下油莎豆各土层深度RLD值

2.4 各处理作物产量及土地当量比

由表6可知，单作油莎豆产量为3 163.96 kg/hm2，间作油莎豆产量为2 431.45 kg/hm2，间作油莎豆比单作油莎豆产量降低了30.1%，单作玉米的产量为7 326.27 kg/hm2，间作玉米产量为6 687.62 kg/hm2，间作玉米比单作玉米产量降低了10%。

表6 不同种植模式下玉米和油莎豆的产量以及土地当量比

由土地当量比LER公式计算得出，间作土地当量比LER=1.68＞1，增产率为68%，说明玉米‖油莎豆模式具有间作优势。

3 讨论

株高在一定程度上可以反映作物的生长发育状况，株高也影响着作物的光合作用能力，株高越高，越容易对光进行吸收[12]。本研究表明，在间作种植模式下，间作油莎豆的株高略高于单作油莎豆，说明间作可以有效的提高油莎豆的株高，间作玉米株高低于单作玉米，使其光合速率下降进而影响了间作玉米的产量。

叶绿素含量表示作物光合作用的强弱[13]，根据SPAD值变化可对作物叶片氮素含量进行测量[14]，玉米和油莎豆间作形成的高低位空间分布会对两种作物的光合作用产生影响，本研究表明，间作油莎豆叶绿素含量整体高于单作油莎豆，油莎豆与玉米间作相互影响，使作物叶绿素含量偏高，但后期间作油莎豆叶绿素含量下降幅度较大，可能是因为后期玉米对油莎豆遮光严重，使其对太阳光的吸收和反射受到影响，叶绿素合成受阻，降低了植物的光合作用，进而降低了间作油莎豆产量。

作物根系为作物提供土壤水分及养分等物质，根系的生长状况，可以直接影响地上部分作物的生长发育情况[15]。在本试验中，间作玉米株高低于单作玉米株高，前期差异不明显，后期差异较大。玉米为了自身生长需要，其根系相对发达，但与油莎豆间作后会导致根系产生竞争，影响了后期玉米长势，但玉米和油莎豆的竞争关系也提高了作物根系活力，增加了玉米和油莎豆根系的空间分布范围。

作物的每一生长发育阶段好坏都对作物最后的产量有一定的影响，在本研究中，间作油莎豆由于受到玉米的遮阴作用，降低了间作油莎豆的SPAD值，叶片中叶绿素含量水平减少，光合速率降低，光合同化产物干物质积累量减少，影响间作油莎豆生长发育，造成间作油莎豆减产。在本试验中，玉米‖油莎豆的LER=1.68＞1，说明玉米‖大豆种植模式下能有效提升土地的产量优势，具有间作优势。

4 总结

本试验表明，间作模式使油莎豆的株高和叶绿素SPAD值增加，使玉米的株高和SPAD值降低，玉米和油莎豆呈现高低分布的空间形态，前期作物光合作用较强，光合速率较快，后期玉米的遮荫作用导致油莎豆后期光合速率显著下降，但玉米和大豆间作之间的竞争关系，使得作物根系之间竞争，提升了根系的活力，扩大了根系在空间上分布的范围，具有间作优势。