不同密度小麥豌豆套作的培肥和增產效應

董澤鵬，薛世通，董 琦，武強強，王愛萍

（山西農業大學農學院，山西太谷030801）

小麥作為山西地區的主要糧食作物，種植歷史悠久，適應能力強，小麥高產是解決糧食安全問題的重要手段。自無機化肥問世以來，為了實現高產，人們大量施用無機化肥，導致土壤肥力下降，土壤板結嚴重和鹽堿化。為了實現作物高產，又盡可能減少水土流失及土壤鹽堿化等問題，眾多學者把目光投入到小麥和豆科作物間套作模式上[1]。

豆科、禾本科間作在山西有著悠久的種植歷史，豆科和禾本科作物間套作能充分利用豆科植物的共生固氮作用，是其存在間作優勢的主要原因。豆科與禾本科間套作可提高土壤速效養分含量，提高養分的利用效率[2-5]。霍鴻巍[6]研究表明，與單作相比，旱稻、大豆間作提高了旱稻和大豆叢枝菌根的侵染率和侵染強度，促進了菌根共生結構的形成以及對氮磷素的吸收。張德閃等[7]研究表明，小麥、蠶豆間作可以降低土壤pH 值，顯著增加土壤有效磷含量，且土壤有效磷含量與根際pH 值呈負相關關系。柏文戀等[8]研究發現，小麥、蠶豆混作減少了小麥種內競爭壓力，提高了小麥中后期生長速率以及小麥產量和生物量。大量研究表明，禾本科與豆科作物間作可以提高禾本科作物的產量[9-13]。然而，關于小麥和豌豆間套作的系統研究相對較少。

本試驗通過研究小麥與豌豆套作模式下不同密度配比對土壤肥力、小麥旗葉光合特性和產量的影響特征，試圖為小麥高產高效栽培和可持續生產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山西省晉中市太谷縣山西農業大學農作站。試驗期內≥5 ℃有效積溫1 803.37 ℃；年平均日照時數為2 500～2 600 h，平均氣溫介于5～10 ℃；年平均降水量450 mm 以下。

1.2 試驗材料

供試冬小麥品種為長4738、豌豆品種為晉豌豆3 號，均由山西省農業科學院提供。

1.3 試驗設計

試驗采用盆栽方式，共7 個處理：M1D1 處理為25 株小麥和4 株豌豆；M1D2 處理為25 株小麥和8 株豌豆；M1D3 處理為25 株小麥和12 株豌豆；M2D1 處理為30 株小麥和4 株豌豆；M2D2 處理為30 株小麥和8 株豌豆；M2D3 處理為30 株小麥和12 株豌豆；CK 為30 株小麥單作。于2017 年9 月播種冬小麥，2018 年3 月25 日套種豌豆。

1.4 測定項目及方法

土壤全氮含量測定采用凱氏定氮法；土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定；土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提、鉬銻抗比色法測定。

在開花后選擇晴天的9：00—11：00，使 用SPAD 儀測定小麥旗葉葉綠素含量，采用便捷式光合儀（CI-340）測定旗葉光合速率（Pn）；每隔7 d 測定一次。

1.5 數據處理

采用Excel 2013 錄入數據，采用Duncan 新復極差法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同密度小麥與豌豆套作對不同生育時期麥田土壤養分含量的影響

由圖1 可知，分蘗期—拔節期，不同處理堿解氮含量與小麥單作處理間（CK）無顯著差異；孕穗期—抽穗期，6 個小麥套作豌豆處理堿解氮含量均顯著高于小麥單作處理（CK），M1D1、M1D2、M1D3、M2D1、M2D2、M2D3 處理分別較CK 提高20.25%、19.37%、17.96%、8.21%、12.6%、24.5%，其中，M2D3處理的堿解氮含量最高，達到88.31 mg/kg；灌漿期—乳熟期，M1D1、M1D3、M2D2、M2D3 處理堿解氮含量較CK 分別提高11.34%、13.63%、14.87%、24.50%，且均達到顯著水平，M2D3 處理堿解氮含量最高，達到58.54 mg/kg。

從圖2 可以看出，分蘗期—拔節期，不同套作處理全氮含量較CK 差異不顯著；孕穗期—抽穗期，與CK 相比，不同套作處理全氮含量均有不同程度下降，其中，M1D2、M2D2、M2D3 處理降幅顯著，分別較CK 減少23.72%、21.23%、23.88%，6 個套作處理相比，M1D1 處理全氮含量最高，顯著高于M1D2 和M2D3 處理；灌漿期—乳熟期，7 個處理間全氮含量均無顯著差異。

從圖3 可以看出，分蘗期—拔節期，不同套作處理的有效磷含量較小麥單作處理（CK）均有提高，其中，M1D1、M1D2、M2D1、M2D3 處理分別較CK 顯著提高20.03%、23.69%、36.32%、37.83%；孕穗期—抽穗期，M1D2、M2D3 處理有效磷含量分別較小麥單作處理（CK）顯著提高29.36%、39.57%，M1D1 和M2D1 處理有效磷含量較分蘗期—拔節期出現較大幅度下降；灌漿期—乳熟期，不同套作處理中只有M1D3 處理有效磷含量低于小麥單作處理（CK），M2D3 處理有效磷含量最大，較小麥單作處理（CK）顯著提高34.78%。

2.2 不同密度小麥與豌豆套作對花后小麥旗葉光合特性的影響

從圖4 可以看出，不同處理對冬小麥開花后旗葉葉綠素含量具有一定影響；小麥花后7 d，M2D3處理顯著高于小麥單作處理（CK），M1D2 和M1D3處理顯著低于小麥單作處理（CK），其他處理較CK間無顯著差異；小麥花后14 d，不同處理小麥旗葉葉綠素含量較CK 間差異不顯著，M2D3 處理葉綠素含量最高，且顯著高于M1D2 和M1D3 處理；小麥花后21 d，不同處理較CK 間無顯著差異，M2D3處理小麥旗葉葉綠素含量下降最快，M2D2 處理旗葉葉綠素含量顯著高于M1D2、M1D3 和M2D3 處理；在小麥花后28 d，6 個套作處理中，M1D1 處理的小麥旗葉葉綠素含量最高，且顯著高于其他處理，與CK 間差異也達顯著水平，而其他處理較CK間差異不顯著；小麥花后35 d，6 個套作處理小麥旗葉葉綠素含量均高于CK，其中，M1D1 處理與CK間差異達到顯著水平，同時，M1D1 處理顯著高于M2D1 和M1D3 處理。

旗葉的高光合速率有利于將更多的光合產物通過韌皮部運輸至小麥籽粒。從圖5 可以看出，小麥花后7 d，M2D3 處理小麥旗葉光合速率最高，顯著高于M1D2 和M1D3 處理，但與其他處理間差異不顯著；小麥花后14 d，M2D3 處理小麥旗葉光合速率仍然最高，但各處理間無顯著差異；小麥花后21 d，M1D2 處理小麥旗葉光合速率最低，且顯著低于M1D1、M2D1、M2D2、M2D3 處理，其他處理間無顯著差異；小麥花后28 d，小麥單作處理（CK）的小麥旗葉光合速率最低，顯著低于M1D1 和M2D3 處理，其他各處理間無顯著差異；小麥花后35 d，M2D3 處理的旗葉光合速率高于其他處理，且顯著高于小麥單作處理（CK），說明小麥與豌豆套作可以提高小麥開花后期旗葉的光合速率，促進小麥籽粒的形成，從而提高產量。

從表1 可以看出，除M1D1 處理外，其他5 個套作處理小麥產量較小麥單作處理（CK）均有提高，產量由高到低順序為：M2D3＞M1D3＞M2D1＞M2D2＞M1D2＞CK＞M1D1，其中，M2D3 處理較小麥單作處理（CK）小麥產量顯著提高了126.03%；6個套作處理間，小麥產量除M1D3 處理外，其他處理均顯著低于M2D3 處理。

表1 不同處理對小麥產量及其構成因素的影響

從小麥的產量構成因素可以看出，M2D3 處理的穗數（M2D1 除外）、穗粒數較其他處理間均達到顯著水平；而千粒質量不同處理間差異不顯著。說明小麥與豌豆套作增產的原因主要是由于提高了小麥的穗數和穗粒數。

3 結論與討論

土壤養分是評價土壤肥力的重要指標，對作物的產量和質量均有直接影響。本試驗研究結果表明，小麥的分蘗期—拔節期土壤堿解氮含量套作處理與單作處理間無顯著差異，可能是因為在此時豌豆處于幼苗時期，套作優勢還沒有顯現出來；小麥豌豆套作對小麥孕穗期至乳熟期土壤的堿解氮提升效果明顯，有利于小麥后期對氮素的吸收利用，而且M2D3 處理堿解氮含量在整個生育期一直處于最高，并顯著高于小麥單作處理。這與鄭偉等[4]研究發現的套作有利于提高土壤速效養分含量的結果一致。

在土壤全氮方面，分蘗期—拔節期和灌漿期—乳熟期各小麥豌豆套作處理全氮含量較小麥單作處理無顯著差異，這與代會會等[14-15]研究發現的間作對土壤全氮含量無影響的結果一致。在孕穗期—抽穗期，各套作處理較小麥單作處理全氮含量不同程度地下降，其中，M1D2、M2D2、M2D3 處理的降幅最大，且均達到顯著水平。原因可能是由于小麥由營養生長進入生殖生長期后土壤全氮轉化為堿解氮的速度增加，導致全氮含量下降。肖焱波等[16]研究發現，豆科與禾本科間作期間，禾本科作物大量吸收硝酸鹽使得土壤礦質氮維持在較低水平。楊文亭等[17]研究也表明，豆科與禾本科間作顯著提高了氮的吸收量，土壤氮素含量下降。

豆科植物與禾本科植物間作促進了根系有機酸的分泌，使得禾本科根際土壤pH 值下降[18]，而土壤有效磷含量與pH 值呈負相關關系。因此，土壤pH 值下降是導致土壤有效磷含量增高的主要原因。本研究中，小麥與豌豆套作促進了小麥不同時期根系土壤有效磷含量的提高，可能是由于豌豆根系分泌有機酸降低了根系土壤的pH 值。2 種作物間套作以后，由于根系之間的相互作用，會影響根系H+、OH-的分泌，導致pH 發生變化。不同生育時期各處理的提升效果不同，其中，M2D3 處理在不同時期的有效磷含量均較高，原因可能是由于M2D3處理的播量更適合土壤微生物活性的提高。

葉綠素是植株進行光合作用最典型的色素，在一定條件下，葉綠素含量的多少直接影響植株的光合速率的大小，從而影響植株有機物的生成。合理的間作可以提高植株葉綠素的含量，從而促進光合產物的積累，為充實籽粒提供保障，最后實現高產[19]。本試驗結果表明，在小麥開花后7～35 d，不同套作處理對小麥旗葉葉綠素含量和光合速率影響不同，M1D1 處理除花后14 d 外、M2D1 處理除花后14、21 d 外、M2D2 處理除花后28 d 外、M2D3 處理除花后21 d 外，其余時期旗葉葉綠素含量均高于小麥單作處理；而這4 個套作處理小麥旗葉光合速率在此時期均始終高于小麥單作處理，說明適宜的套作處理有利于小麥花后旗葉光合速率的提高，從而導致產量的提高，這與程玉柱[20]研究得出的間作對生殖生長階段光合速率提升顯著的結果一致。M1D2 和M1D3 處理除花后35 d 外，其余時期小麥旗葉葉綠素含量均較小麥單作低；除花后28、35 d外，其余時期光合速率均較小麥單作低。其原因可能是由于M1D1 和M2D2 處理播種密度較小、抗逆性差、加上養分的缺少，引起葉片的提前衰老。不同處理的土壤養分和光合特性不同導致了產量的不同，除M1D1 處理外，其他5 個小麥豌豆套作處理較小麥單作處理小麥產量均提高，而且M2D3 處理達到顯著水平，這與熊婧鳳[21]研究得出的不同密度麥豌混作的產量有所提高的結果一致。

本研究結果表明，小麥與豌豆套作對土壤養分、光合特性、產量構成有一定的影響，不同套作的密度影響結果不同。小麥與豌豆套作較小麥單作對土壤堿解氮、有效磷含量提升明顯，其中，M2D3 處理的效果最為顯著，但是該處理顯著降低了孕穗期—抽穗期土壤全氮含量。花后7～14 d，M2D3 處理旗葉葉綠素含量和光合速率均高于其他處理；花后35 d，M2D3 處理的旗葉光合速率較其他各處理的旗葉光合速率均高。M2D3 處理較單作小麥產量顯著提高了126.03%。綜上所述，M2D3 處理為最合理的小麥與豌豆套作密度。