谷子與花生/大豆間作對產量效益的影響及其品種間差異

崔紀菡 李順國 劉猛 郭帥 趙宇 馬俊婷 夏雪巖

摘要?[目的]探索適合谷子間作的作物，明確谷子與花生或大豆間作的產量和經濟效益。[方法]以2個谷子品種（匯華金米和冀谷39）、2個花生品種（冀花4號和黑玉珍）、2個大豆品種（冀豆12和冀豆17）為材料，研究不同種植模式—谷子與花生或大豆間作對作物產量以及經濟效益的影響。[結果]間作對谷子的穗長、倒伏率無顯著影響，對株高、產量和千粒重有極顯著影響;谷子品種、種植模式2因素對谷子產量、株高、穗長影響程度的順序為谷子品種>種植模式>谷子品種×種植模式，對谷子倒伏率影響程度的排列順序為谷子品種≈谷子品種×種植模式>種植模式，對谷子千粒重影響程度的排列順序為種植模式>谷子品種>谷子品種×種植模式。谷子與花生/大豆間作提高谷子產量，降低豆科作物產量，與單作相比，谷子與花生間作后谷子產量提高9.0%～33.2%，花生產量減產19.7%～36.6%。谷子與大豆間作后谷子產量提高4.8%～15.4%，大豆減產8.1%～34.9%。所有間作處理中僅冀谷39和冀花4號間作的土壤當量比超過1.00，其他處理為0.84～0.94。產量經濟效益由高到低排序為花生單作>谷子+花生間作>谷子單作>谷子+大豆間作>大豆單作。[結論]谷子與花生/大豆間作提高了谷子產量，降低了花生和大豆的產量，相比谷子單作模式，谷子與花生間作提高了總經濟效益，與大豆間作降低了總經濟效益。

關鍵詞?間作;谷子;大豆;花生;產量

中圖分類號?S344.2??文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）17-0035-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.17.011

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Intercropping of Foxtail Millet and Peanut / Soybean on Yield and Benefit and Their Differences among Varieties

CUI Jihan， LI Shunguo， LIU Meng et al?（Minor Cereal Crops Research Laboratory of Hebei Province， National Foxtail Millet Improvement Center， Institute of Millet Crops of Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Shijiazhuang， Hebei 050035）

Abstract?[Objective]To explore crops suitable for intercropping between foxtail millet and peanut or soybean， and to determine the yield and economic benefits of intercropping.[Method]Two foxtail millet varieties （Huihuajinmi and Jigu 39）， two peanut varieties （Jihua 4 and Heiyuzhen） and two soybean varieties （Jidou 12 and Jidou 17） were used as materials to study the effects of different planting modes （intercropping of foxtail millet with peanut or soybean） on crop growth， yield and economic benefits.[Results]Intercropping showed no significant effects on ear length and lodging rate of foxtail millet， but had a significant effect on plant height， yield and 1 000grain weight.The order of the effects of foxtail millet variety and planting mode on yield， plant height and ear length was foxtail millet variety > planting mode > foxtail millet variety × planting mode， and the order of the effect on lodging rate was foxtail millet product seed ≈ foxtail millet variety × planting mode > planting mode.The order of influence on 1 000grain weight of foxtail millet is planting mode > foxtail millet variety > foxtail millet variety × planting mode.Intercropping of foxtail millet and peanut/soybean improves the yield of foxtail millet and reduces the yield of legume.Compared with the monoculture， the yield of foxtail millet increased by 9.0%-33.2% and that of peanut decreased by 19.7%-36.6%.After intercropping， the yield of foxtail millet increased by 4.8%-15.4%， and the yield of soybean decreased by 8.1%-34.9%.Among all intercropping treatments， only the soil equivalent ratio of Jigu 39 and Jihua 4 was more than 1， and other treatments were between 0.84 and 0.94.The order of economic benefit from high to low was peanut monoculture>foxtail millet + peanut intercropping > foxtail millet monoculture > foxtail millet + soybean intercropping > soybean monoculture.[Conclusion]The intercropping of foxtail millet and peanut / soybean increased the yield of foxtail millet and decreased the yield of peanut and soybean.Compared with the single cropping mode of foxtail millet， the intercropping of foxtail millet and peanut increased the total economic benefit， and the intercropping of foxtail millet and peanut decreased the total economic benefit.

Key words?Intercropping;Millet;Soybean;Peanut;Yield

谷子古稱稷、粟，亦稱粱，是屬禾本科的一種耐旱、耐瘠、穩產、耐貯存作物[1]，是中國北方人民的主要糧食之一，在我國北方旱作農業中占有重要地位。谷粒的營養價值很高，含豐富的蛋白質、脂肪和維生素，可供食用，入藥有清熱、清渴、滋陰、補脾腎和腸胃、利小便、治水瀉等功效，又可釀酒。其莖葉是牲畜的優等飼料，谷子粗蛋白質含量為5%～7%，超過一般牧草1.5～2.0倍，而且纖維素少，質地較柔軟，為騾、馬所喜食;其谷糠又是豬、雞的良好飼料。

間作是指在同一土地上按照不同比例種植不同種類農作物的種植方式。禾本科與豆科作物間作，是運用群落的空間結構原理，可提高土地利用率;由間作形成的作物復合群體可增加對陽光的截取與吸收，減少光能的浪費;同時2種作物之間還可產生互補作用，如寬窄行間作或帶狀間作禾本科有一定的邊行優勢、豆科與禾本科間作有利于補充土壤氮元素的消耗、促進禾本科對有機磷的吸收和利用等[1]，提高禾本科產量和經濟效益。近些年，前人對谷子與其他農作物間作提高水分利用效率、降低地表風蝕度的研究較多。馮良山等[2]研究了谷子花生間作的農田生產力和水分利用效率，結果表明谷子花生間作能夠提高農田生產力和水分利用效率，在間作系統中2種作物通過對降水的優化分配，實現對水分的高效利用。王海新等[3]研究了風沙半干旱區谷子花生間作效應，谷子花生帶狀間作有效地削弱了近地表風速，降低了地表風蝕度，減少了耕層土壤水分蒸發量。張潔等[4]對旱地玉米谷子間作降水利用率進行研究，3年試驗結果表明，谷子與玉米間作避免了干旱年份玉米減產，平水年間作比單作增產31.3%，豐水年間作比單作增產17.2%，該種植模式提高了降水利用率，是旱地保產增收的有效途徑。

研究人員除了對谷子與農作物間作外，還對谷子與飼草作物、果木間作開展了一些研究。路海東等[5]對寧夏南部旱區坡地不同糧草帶比間作種植模式進行比較，坡地采用谷子與苜蓿隔行間作可有效減少地表徑流，改善作物水分利用率，提高作物產量，減少坡地水土流失。蔡倩等[6]研究了杏林與谷子間作模式對土壤微生物和酶的影響，杏谷間作模式顯著提高了土壤細菌、真菌和放線菌的數量， 增強了土壤脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶的活性，改善了土壤微環境，提高了土壤質量。谷子桑樹間作試驗發現，間作提高了土壤中的速效磷含量，增加了葉片的含磷量和葉綠素含量，增加了土地當量比，提高了土地有效利用率[7]。

近些年，學者對谷子間作的研究主要集中在水分利用效率提升和土壤質量改良等方面，這些研究結論肯定了間作模式的積極意義。谷子間作對象主要為花生、綠豆、玉米、苜蓿、桑、杏等少量幾種作物，但鮮見對谷子與大豆的間作效果的研究，對谷子與大豆間作后的產量效益研究較少。鑒于此，筆者以谷子花生間作為對照，研究了谷子大豆間作的產量以及經濟效益，評判谷子與花生/大豆間作的實際意義。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況

試驗于2018年6—10月在河北省農林科學院谷子研究所馬莊試驗站進行。試驗站位于河北省石家莊市藁城區（114°46E， 37°55N），屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，氣溫變化劇烈，雨量集中。年平均氣溫12.9 ℃，年平均降水量569.8 mm，主要集中在7、8月，無霜期平均為197 d。播種前試驗地土壤理化性質見表1。

1.2?試驗材料

試驗材料包含2個谷子品種、2個花生品種和2個大豆品種。谷子品種分別是匯華金米和冀谷39，花生品種分別是冀花4號和黑玉珍，大豆品種分別是冀豆12和冀豆17。匯華金米由河北省農林科學院谷子研究所和邢臺市自然農莊農產品有限公司培育，冀谷39由河北省農林科學院谷子研究所培育，冀花4號、冀豆12和冀豆17由河北省農林科學院糧油作物研究所培育，黑玉珍花生品種采購于市場，來源不詳。

1.3?試驗方法

試驗分別設谷子、花生、大豆單作，谷子與花生或大豆間作，包含品種差異在內的試驗處理數量共計14個，試驗處理和種植方式如表2。每個處理3 次重復，共計42個小區。設試驗小區大小4.8 m×3.8 m，谷子的單作種量為7.5 kg/hm2，大豆的單作種量為75 kg/hm2，花生的單作種量為 975 kg/hm2，間作的種量減半，谷子出苗后定苗至60萬株/hm2左右，花生大豆不間苗，谷子條播，花生大豆線性穴播，每穴2～3粒種子。種植記錄如下：2019年6月17灌溉，6月21翻耕施底肥300 kg/hm2（復合肥，NPK 20-15-15），6月23日播種，生育期不追肥，其他管理措施同常規，9月20日收獲。

1.4?測定項目?谷子灌漿期測定谷子株高和穗長，記錄豆科作物倒伏比例。9月20日收獲谷子，10月5日收獲花生和大豆。單作小區種植12行谷子或豆科作物，去掉首行和尾行，收獲中間10行;間作小區共種植6行谷子+6行豆科作物，去掉頭3行尾3行，收中間3行谷子和3行豆科作物。統計谷子籽粒產量、千粒重、花生莢果產量、大豆籽粒產量。土地當量比（Land Equivalent Ratio， LER）該指標用于衡量間作優勢，LER > 1表示有間作優勢，LER < 1則無間作優勢。計算公式：LER=Lf+Lb，其中Lf=間作谷子產量/單作谷子產量，Lb=間作豆科作物產量/單作豆科作物產量。

1.5?數據分析?采用Excel 和DPS 軟件進行數據的統計與分析。采用鄧肯檢驗法對各品種的上述指標進行方差分析，并進行谷子品種和間作模式二因素的方差分析。

48卷17期崔紀菡等?谷子與花生/大豆間作對產量效益的影響及其品種間差異

2?結果與分析

2.1?間作對谷子株高、穗長的影響?與谷子單作模式相比，間作提高了匯華金米的株高，而對冀谷39的株高無顯著影響（圖1）。由圖1a可知，匯華金米與花生間作后株高增加3～6 cm，單作與間作處理之間株高存在極顯著差異;由圖1b可知，匯華金米與大豆間作后株高增加4～6 cm，單作與間作處理之間株高存在極顯著差異，由圖1c、d可知，冀谷39與花生、大豆間作后，除了與黑玉珍花生外，其他間作下冀谷39株高增加了3～4 cm，但間作與單作株高之間沒有顯著差異。

由圖2a可知，匯華金米與冀花4號間作后穗長增加了1～2 cm，間作處理與單作處理之間存在顯著性差異。由圖2a、b、c可知，間作與單作處理的穗長差異不顯著，冀谷39分別與黑玉珍、冀豆17間作后，出現了穗長變短的現象。由圖1和2可知，品種因素參與間作對谷子株高和穗長的影響。

2.2?間作對谷子產量的影響

由圖3a可知，與單作處理相比，大部分間作處理都提高了谷子產量，如匯華金米與冀花4、黑玉珍、冀豆12間作后谷子分別增產9.0%、14.7%、48%，冀谷39與冀花4、黑玉珍、冀豆12間作后谷子分別增產33.2%、12.0%、15.4%，這些間作處理與單作處理的產量存在顯著或極顯著差異，而2個谷子品種與冀豆17間作后的產量與單作差異不顯著。匯華金米產量由高到低排序依次是匯華金米與黑玉珍間作、匯華金米與冀花4號間作、匯華金米與冀豆12間作、匯華金米單作、匯華金米與冀豆17間作。冀谷39產量由高到低排序依次是冀谷39與花生間作、冀谷39與大豆間作、冀谷39單作。因此，2個谷子品種與2個花生間作時谷子產量皆明顯提高，而與大豆間作時谷子產量增減與大豆品種相關。

2.3?間作對谷子倒伏的影響

間作對匯華金米倒伏的影響結果（圖4）可以看出，間作對冀谷39的倒伏沒有顯著影響。但從數值上來看，匯華金米單作倒伏率要低于間作模式。匯華金米單作倒伏率為6.5%，而間作模式下匯華金米倒伏率均比單作高1%～20%，匯華金米與黑玉珍間作倒伏率最高，約是匯華金米單作倒伏率的3.5倍（圖4a）。間作對冀谷39的倒伏沒有顯著影響。但從數值上來看（圖4b），間作對于冀谷39的倒伏有降低效果。冀谷39單作倒伏率達到165%，是冀谷39+大豆、冀谷39+花生2種間作模式倒伏率的3～7倍。冀谷39+冀豆12間作種植模式抗倒伏效果最佳，但是冀谷39和花生間作倒伏率大幅度降低且較穩定。

2.4?谷子品種和間作模式的二因素方差分析

谷子品種和間作處理二因素對谷子相關指標的方差結果見表3。由表3可知，谷子品種對產量的F值為268.9，P值小于0.001，說明谷子品種對產量的主效應有統計意義;間作模式對產量的F值為268.9，P值小于0.001，說明谷子品種對產量的主效應有統計意義，二者的交互作用也有統計意義，相似的結論出現在株高和千粒重上。谷子品種和間作模式對穗長和倒伏率的影響并不顯著，說明谷子品種和間作模式共同參與調控產量、株高和千粒重。

2.5?間作對花生/大豆產量的影響?由圖5可知，間作后豆科作物出現明顯減產。相比單作，大豆與匯華金米間作后減產22.4%（冀豆12）和8.1%（冀豆17），與冀谷39間作時減產34.2%（冀豆12）和34.9%（冀豆17）。與單作相比，花生與匯華金米間作減產23.1%（冀花4號）和36.6%（黑玉珍），與冀谷39間作分別減產19.7%（冀花4號）和32.7%（黑玉珍）。

2.6?谷豆間作對產量經濟效益的影響

由表4可知，種植模式影響土地當量比、產量和經濟效益。所有間作處理中僅有冀谷39和冀花4號間作的當量比超過1.00，其他間作的土地當量比為0.84～0.94。從這個角度看，谷子與大豆間作模式對于提升土地產出優勢不大。產量經濟效益由高到低依次是花生單作、谷子與花生間作、谷子單作、谷子與大豆間作、大豆單作，說明谷子與大豆間作的經濟效益要低于谷子與花生間作。

3?討論

禾本科與豆科植物的光、熱、水、氣、養分競爭力的差異，其物質積累會有差異。劉柱等[8]研究了鹽堿地谷子花生間作效應，間作谷子在干物質積累、作物群體覆蓋、產量等方面均優于單作，其中產量提升28.0%～38.9%;花生表現恰恰相反，花生減產13.6%～20.8%，谷子花生間作的土壤當量比為1.0～1.1。在谷子與花生間作試驗中，間作谷子比單作增產4.8%～33.2%，間作花生相較于單作減產19.7%～36.6%（均值28.0%）。谷子與花生間作模式對花生產量的影響是負效應，對谷子產量的影響是正效應。花生與谷子間作能夠提高谷子的產量效益，馮良山等[9]對此作出解釋，花生谷子間作運籌土壤水分養分，協調土壤水分養分縱向與根系分布的偏離度，提高水分利用效率當量，花生谷子間作還改善群體結構和光合生理，提高光能利用效率，從而影響了谷子、花生產量。

在該研究顯示，間作大豆相較于單作減產8.1%～34.9%（均值24.9%），略低于花生減產率，從產量角度看，大豆比花生更宜與谷子間作。由于筆者沒有查閱到較多關于谷子與大豆間作種植的資料，該研究也未對間作的效應機理展開深入研究，因此僅就該研究的結果作出初步結論：谷子與大豆間作模式的影響是負效應，對谷子產量的影響是正效應。但筆者認為，雖然花生與大豆皆屬豆科作物，但谷子與花生、大豆的間作效應是有差別的，緣于花生與大豆的生物屬性不同：大豆根系深扎、莢果生于地上、植株直立，而花生根層淺、莢果下扎地下、株體低矮，這些特點可能會影響作物間光、溫、水和養分的分配與運籌，進而影響作物生長與發育。

關于谷子間作的種植比例和水肥運籌的研究也有一些結論。薛仁風等[10]研究了間作模式對谷子與綠豆生長和產量的影響，結果顯示谷子與綠豆4∶2間作模式的經濟效益和利潤最高，比谷子單作增加27.1%，比綠豆單作增加3.95倍。田建全等[11]采用盆栽法研究了間作條件下水氮磷運籌對花生谷子產量的影響，明確了適宜花生谷子間作的灌水、氮肥和磷肥量。以上結論豐富了谷子間作的基礎研究。

該研究結果顯示，種植模式對谷子的株高有顯著影響，與花生和大豆間作后匯華金米的株高提高了3～6 cm，相似的結論出現在谷子與綠豆間作研究中，該研究表明間作模式能夠顯著提高谷子的株高和穗長[10]。但另1個品種的谷子株高表現不同，冀谷39的株高增高不顯著，說明間作對作物的株高調控程度受品種影響。對谷子品種和間作模式的二因素方差分析表明，品種選擇在間作模式中具有重要作用。谷子品種與間作模式對群體產量的影響大小順序為谷子品種（F=268.9）>間作模式（F=46.5）>谷子品種×間作模式（F=16.9）;對谷子株高影響的大小順序為谷子品種（F=268）>種植模式（F=6.1）>谷子品種×種植模式（F=3.0），谷子品種與間作模式對谷子千粒重的影響大小順序為種植模式（F=46.9）>谷子品種（F=9.5）>谷子品種×種植模式（F=80）。間作系統中的品種選擇對谷子產量、株高以及千粒重都有較大影響。

4?結論

相比單作，谷子與花生間作后谷子產量提高9.0%～33.2%，花生產量減少19.7%～36.6%。谷子與大豆間作后谷子產量提高4.8%～15.4%，大豆減少8.1%～34.9%。谷子與大豆間作模式對于提升土地產出優勢不大，因為僅冀谷39和冀花4號間作的土壤當量比超過1.00，其他處理為0.84～0.94。產量經濟效益由高到低排序為花生單作>谷子+花生間作>谷子單作>谷子+大豆間作>大豆單作。谷子與花生/大豆間作提高了谷子產量，降低了花生和大豆的產量，相比谷子單作模式，谷子與花生間作提高了總經濟效益，谷子與大豆間作降低了總經濟效益，谷子與花生間作的經濟效益要高于谷子與大豆間作。

參考文獻

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