高粱—花生條帶狀種植群體光合物質生產效應分析

鄒 詢王艷秋王佳旭段有厚張 飛

(遼寧省農業科學院,遼寧 沈陽 110161)

高粱具有較強的抗旱、耐鹽堿、耐貧瘠等抗逆特性,被認為是最具開發潛力的釀酒原料和糧飼作物[1]。根據各自生理生態學特性將高粱與其他作物構建立體種植模式,可充分利用土壤與光能等資源,提高產量[2]。研究表明,高粱間作模式形成的帶狀種植結構改變了群體中的田間小氣候特性,提高光能利用率,提高耕地的生產能力,增加經濟效益[3～6]。在玉米—大豆帶狀間作模式中,間作系統最大生長速率平均增加32.1%,間作玉米提高30%～40%[4]。在玉米—花生間作體系中,玉米葉片的谷氨酰胺合酶活性和可溶性蛋白含量顯著增加,有利于協調玉米“源庫”關系[5]。高粱—大豆間套作不僅有利于補充土壤氮素消耗,還可以使碳水化合物和蛋白質相互補充[7]。藺芳等研究發現,高粱—大豆在間作模式下光能利用率顯著高于單作模式[6]。與單作模式相比,間作模式土地利用率有大幅度提高,且土地當量率大于1,有助于實現高粱增產增收[8]。

近年來,以玉米等為代表的禾本科作物間作模式與機理研究較多,國內外已開展的高粱間作模式方面的研究不夠深入,因此,本研究旨在通過高粱與花生條帶狀種植模式的研究,結合機械化作業的生產實際開展高粱4+花生4、高粱8+花生4、高粱清種＞花生清種4 種模式下高粱花生條帶狀種植提質增效機理研究,為高粱花生條帶狀種植模式的推廣和生產應用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和品種

試驗于2019 年于遼寧省農業科學院試驗基地進行,高粱品種為遼雜52,花生品種阜花15。

1.2 試驗設計

試驗設4 個種植模式:(1)高粱4+花生4;(2)高粱8+花生;(3)高粱清種;(4)花生清種。采取隨機區組設計,12 行區,行長6 m,3 次重復。于2019 年5 月16 日播種,9 月20 日收獲,試驗田管理、病蟲草害防控同當地大田生產水平。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉綠素含

分別在播種后20 d、40 d、60 d、80 d 采用PL 502 型葉綠素儀測定旗葉葉綠素含量。

1.3.2 光合參數

高粱灌漿期,采用紅藍光源,設定PAR 為1 000 μmol/m2·s 作為測定光強,在各試驗小區選取生長健康、長勢一致、光照均勻的植株3 株測定其凈光合速率(Pn),測定時間為上午9:30～11:00。測定各品種的旗葉,記錄3 次值求其平均數,氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等參數由光合儀同步探測記錄。同時,采用LI-6400 便攜式光合作用測定系統測定光合有效輻射。

1.3.3 器官干重、產量及經濟效益

收獲期每小區測定選取有代表性的植株3 株測定單株干物重、籽粒重、莖葉重器官重量。每小區去掉兩側邊行收獲中間行記產,計算4 種種植模式下的成本和效益,計算純收益。

1.4 數據處理與分析

試驗數據均采用GraphPad Prism 5、Excel 和DPSv 7.50 軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式下源庫分配比較

由表1 可以看出,在高粱8+花生4、高粱4+花生4、高粱清種和花生清種4 種種植模式下對高粱和花生的器官物質分配均存在顯著影響。高粱穗重、莖稈重、葉及葉鞘重在高粱4+花生4 下最高,顯著高于高粱清種;花生果實重在高粱4+花生4 與花生清種差異不顯著,但顯著高于高粱8+花生4,莖葉重和根系重均表現為花生清種＞高粱4+花生4＞高粱8+花生4。

2.2 不同種植模式下葉綠素含量比較

不同種植模式下,高粱、花生葉綠素含量見表2。播種后20 d,高粱在高粱8+花生4、高粱4+花生4、高粱清種3 種種植模式下葉綠素含量差異不顯著,花生在高粱8+花生4、高粱4+花生4 和花生清種3 種種植模式下葉綠素含量差異不顯著;播種后40 d 高粱和花生較播種后20 d 葉綠素含量均顯著提高,對于高粱在高粱4+花生4 模式下葉綠素含量最高,而花生雖然在高粱4+花生4模式下略有降低,但綜合分析發現高粱4+花生4模式下對于高粱+花生復合群體葉綠素仍可保持較高水平。播種后60 d 和播種后80 d 的變化趨勢與播種后40 d 趨于一致。

表1 不同種植模式下高粱和花生的源庫分配比較Table 1 Comparison of source-sink allocation of sorghum and peanut under different planting modes

表2 不同種植模式下高粱和花生葉綠素含量比較Table 2 Comparison of chlorophyll content of sorghum and peanut under different planting modes

2.3 不同種植模式下光合參數比較

不同種植模式下,凈光合速率、氣孔導度、細胞間CO2濃度、蒸騰速率、水分利用效率光合參數差異顯著(表3)。高粱4+花生4 模式下高粱凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、水分利用效率均表現最高,高粱8+花生4 次之,高粱清種最低。花生雖然在高粱8+花生4、高粱4+花生4 條帶狀種植模式下光合速率有所下降,但下降幅度相對較小,且差異未達顯著水平。說明,高粱+花生條帶狀種植模式更有利于符合群體的光能利用,尤其是高粱4+花生4 效果更為明顯。

2.4 不同種植模式下光合有效輻射比較

不同種植模式,高粱和花生在復合群體的不同層面高粱光合有效輻射差異顯著,花生貼高粱行和中間行的光合有效輻射也存在顯著差異(表4)。分析發現,高粱8+花生4、高粱4+花生4 兩種模式下對群體中下部的影響大于中上部,其光合有效輻射顯著高于高粱清種。對于花生貼高粱行的光合有效輻射顯著低于中間行,中間行與花生清種差異不顯著。

2.5 不同種植模式產量及經濟效益分析

由表5 分析可見,高粱8+花生4、高粱4+花生4、高粱清種和花生清種4 種種植模式下所需成本及經濟效益均存在差異。總成本花生清種＞高粱8+花生4＞高粱4+花生4＞高粱清種;總收益高粱8+花生4、高粱4+花生4 和花生清種差異不顯著,均顯著高于高粱清種,但在凈利潤上高粱4+花生4＞高粱8+花生4＞高粱清種＞花生清種,高粱4+花生4 可比高粱清種增效7.41%。

表3 不同種植模式下高粱和花生的光合參數比較Table 3 Comparison of photosynthetic parameters of sorghum and peanut under different planting modes

表4 不同種植模式下高粱和花生光合有效輻射比較Table 4 Comparison of photosynthetically active radiation between sorghum and peanut under different planting modes

表5 不同種植模式產量及經濟效益分析Table 5 Different planting modes Yield and economic benefit analysis

3 結論與討論

間作是通過在同一田地上相間種植2 種或者2 種以上作物,可以發揮作物的共生、互補和群體特性,以實現時間與空間集約化的一種種植方式[9,10]。本研究從光合物質生產角度闡釋了高粱花生各不同株高型作物合理配比對光能利用的優勢,提出了高粱4+花生4 模式是一種具有開發應用潛力的栽培技術模式。此研究與徐海英等研究提出的合理的間套復種可提高耕地生產能力,增強作物抗病能力的結果基本一致[11],也與潘宗瑾等的研究結果基本吻合[12]。此外,本研究利用高粱花生并通過不同高粱花生配比條帶狀種植研究發現高粱4+花生4 模式可比清種高粱增加凈利潤。此研究結果表明通過合理的作物組合和空間配比可充分利用的光能轉化為經濟效益,進而實現作物高效生產。