大豆種植密度對玉米/大豆間作系統產量形成的競爭效應分析

任媛媛 張 莉 郁耀闖 張彥軍 張歲岐

大豆種植密度對玉米/大豆間作系統產量形成的競爭效應分析

任媛媛1張 莉2郁耀闖1張彥軍1張歲岐3,*

1寶雞文理學院地理與環境學院 / 陜西省災害監測與機理模擬重點實驗室, 陜西寶雞 721013;2濰坊醫學院藥學院, 山東濰坊 261053;3中國科學院水利部水土保持研究所 / 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室, 陜西楊凌 712100

旱區作物間作系統是優化作物群體質量、提高產量的一種重要種植方式, 從產量構成因子角度探討作物間作競爭優勢機制還鮮見報道。本研究設置3個大豆密度梯度和4個種植比例(玉米與大豆以2∶0、0∶2、2∶2和2∶4間作), 分析間作系統的作物競爭指數、產量構成和最終產量的差異性變化, 探討間作群體產量增加的作物競爭機制。結果表明, 不同大豆密度和種植比例組合下的間作系統產量提高14%~23%。玉米的實際產量損失大于0, 大豆的實際產量損失小于0。間作系統中玉米的穗重、穗長、穗粗、穗粒重、軸重和千粒重均顯著高于單作; 除結莢長度和主莖節間長度外, 間作系統中大豆的單株粒重、單株莢數、單株總粒數、單株有效粒數、主莖節數和百粒重低于單作或與單作間無顯著差異。間作系統中玉米的競爭比率大于1, 大豆的競爭比率小于1, 在3種大豆密度下玉米和大豆的競爭比率分別為2.08、1.84、1.68和0.49、0.56、0.63, 表明隨著大豆密度的增加, 間作中玉米的競爭比率增加的同時大豆的競爭比率降低。玉米的侵占力大于0, 大豆的侵占力小于0。玉米產量與軸重、千粒重、穗重、穗粒重、穗長、行粒數呈正相關關系, 與禿尖長呈負相關關系。通徑分析表明, 直接作用中, 穗粒重對玉米產量的貢獻最大(2.18); 間接作用中, 軸重、千粒重通過每穗粒重對玉米產量的貢獻較大(1.64和1.58)。綜上所述, 大豆間作玉米有間作優勢, 間作優勢來源于每穗粒重。

密度; 間作; 通徑分析; 競爭比率

間作是指在一個生長季內同一塊土地上同時種植2種或2種以上的作物。相比常規單作, 間作系統作物的群體結構特性, 可顯著提高光能利用率[1], 提升根系養分吸收能力[2]; 作物互作效應可防治病蟲害[3], 并有效控制雜草[4]; 作物競爭可提高作物產量[5], 水分養分利用效率[6-7], 同時增加經濟效益, 發掘土地資源生產潛力[8], 在現代農業生產中已廣泛應用。其中, 豆禾間作由于豆科作物的固氮作用可有效的向禾本科作物轉移一定量氮素, 而禾本科作物可以提高豆科作物的生物固氮效率[9]。因此, 作物間作在農業生態系統增產增效中具有舉足輕重的地位。

間作系統中由于作物對資源需求在時間和空間上的分離互補, 促進了不同作物對資源的高效利用[10]。同時, 間作系統中, 作物競爭能力差異及其變化特征受不同間作方式的直接影響[11-12]。種植比例和密度是影響間作系統產量的主要影響因素, Undie等[13]研究發現, 玉米和大豆不同間作比例(1∶1、2∶2和1∶2)的系統產量分別高出同期單作64%、66%、63%和43%、57%、65%。玉米與花生以2∶2、4∶4、6∶6和8∶8比例間作, 其中2∶2間作栽培中玉米產量優勢明顯[14]。豌豆與小麥、黑麥、黑小麥以80∶20間作的產量高于60∶40, 主要由于前者間作系統中大豆相對于其他作物的競爭能力高于后者[8]。杜進勇等[15]關于小麥和玉米間作的研究發現, 高密度玉米間作系統產量顯著高于低密度, 主要是由于增加密度引起玉米光合勢和凈光合速率比低密度分別提高12.4%和11.2%。不同密度梯度下玉米和豌豆間作栽培研究發現, 中密度間作系統產量分別高于低密度、高密度間作系統8.37%和9.09%, 相對應豌豆對玉米的競爭力較低密度、高密度提高了36.56%、20.17%[16]。因此間作系統中不同作物的空間配置方式影響間作系統中作物的競爭能力, 進而引起產量潛力的發揮。

間作系統中作物產量受到產量構成因素的協同作用和相互影響[17-18], 研究間作系統產量構成因子對作物競爭的響應機制, 及其與最終產量形成的相互關系是明確作物間作調節產量構成因子、提升作物產量的關鍵內容[18]。合理的間作比例和密度搭配可以挖掘產量構成要素的競爭增產優勢, 利于作物營養物質轉移積累、提高作物經濟產量。目前, 針對不同間作系統對產量[19]、水分利用[6,20]和養分利用[10,21]等研究已有大量報道{Raza, 2020 #44;Gong, 2020 #45}, 但是從產量構成因子分析間作優勢的響應機制還鮮見報道。基于此, 本試驗以黃土塬區特殊自然環境為背景, 以玉米和大豆為研究對象, 探究種植密度和比例搭配對間作系統作物產量構成的影響, 揭示間作優勢的產量構成因素響應機理, 旨在為有效調控間作系統作物產量優勢和旱作農業間作系統高產高效研究提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

中國科學院水利部水土保持研究所長武黃土高原農業生態試驗站位于黃土高原中南部陜甘交界處的陜西省長武縣洪家鎮王東村(107°40′30″E, 35°12′30″N), 海拔1200 m, 屬暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候區, 光照充足, 晝夜溫差較大; 年均降雨量584.1 mm, 且多集中于7月至9月份, 年均氣溫9.1℃, 無霜期171 d, 作物種植多為一年一季; 地下水埋深50~80 m, 田間持水量年均值在20%左右, 屬典型旱作農業區; 地貌屬高原溝壑區, 塬面和溝壑兩大地貌單元各占35%和65%; 地帶性土壤為黑壚土, 土體結構均勻疏松, 是黃土高原溝壑區典型性土壤。試驗作物生育期內的降雨量和平均溫度見圖1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2012—2013年4月至10月進行。玉米品種為鄭單958 (M), 種植密度為9株 m-2; 大豆品種為中黃24, 設9 (低密度S1)、21 (中密度S2)、33 (高密度S3)株 m-23個密度梯度; 玉米與3個密度梯度大豆進行間作(MS1、MS2、MS3)種植, 種植比例為2∶0、0∶2、2∶2和2∶4, 共10個處理, 3次重復, 30個小區, 50 cm等行距覆膜種植。小區面積為6 m × 4 m, 隨機區組排列。播前施用底肥 N 90 kg hm-2、P2O5150 kg hm-2, 玉米分別于大喇叭口期和吐絲期各追施氮肥67.5 kg hm-2, 其他農田管理與當地相同。

1.2.2 樣品的測定 分別在玉米、大豆成熟期, 在每個小區劃定6 m2人工測產區, 測定玉米和大豆產量。玉米收獲時每個小區隨機選取代表性植株手工摘取10個果穗, 測定穗重、穗長、禿尖長、穗粗、行數、行粒數、穗粒重、軸粗、軸重和千粒重。大豆收獲時每個小區隨機選取代表性植株10株, 測定單株莢數、單株總粒數、單株有效粒數、單株粒重、節數、結莢長度、主莖節間長度和百粒重。

1.2.3 產量及競爭指數計算 土地當量比(land equivalent ratio)是評價間作系統具有產量優勢的重要指標[22], 為2種或多種物種間作產量與相應單作產量比值的總和。具體計算如下:

式中,m、s分別表示玉米和大豆在單作中的產量,mi、si分別表示玉米和大豆在間作中的產量,m、s分別表示玉米和大豆在間作中的土地當量比,表示間作系統的土地當量比。＞1, 表明間作系統存在產量優勢;＜1, 表明間作系統產量不會增加。

實際產量損失(actual yield loss)表示在間作系統下作物的相對產量損失或增加[23]。具體計算如下:

式中,m、s分別表示單作中玉米和大豆的種植比例,mi、si分別表示間作中玉米和大豆的種植比例,m、s分別表示玉米和大豆在間作系統中的實際產量損失,表示間作系統的實際產量損失。＞0, 表明間作系統具有間作優勢,＜0, 表明間作系統沒有產量優勢。

侵占力(aggressivity)指間作系統中作物的相對產量增長大于另一作物產量增長的程度大小[24]。作物的侵占力具體計算如下:

式中,m、s分別表示間作系統中玉米和大豆的侵占力。m＝0, 表明這2種作物的競爭力相同;m＞0, 表明玉米的競爭力高于大豆;s＞0, 表明大豆的競爭力高于玉米。

競爭比率(competitive ratio)為間作系統中作物相對于另一作物的競爭能力[25]。具體計算如下:

式中,m和s分別表示玉米和大豆在間作系統中的競爭比率。m＞1, 表明玉米比大豆的競爭能力強;s＞1, 表明大豆比玉米的競爭能力強。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2007整理數據, 采用SPSS 22.0統計軟件分析數據。單因素方差分析用于比較種植密度或種植比例下產量及其產量構成、競爭指數的差異, Pearson相關系數用于反映所測指標之間的相關關系, 通徑分析用于反映產量構成對于產量貢獻的直接作用和間接作用。利用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結果與分析

2.1 不同間作方式對產量的影響

間作系統的土地當量比為1.14~1.23, 即單作需增加14%~23%的土地面積才能達到與間作相同的產量, 表現出明顯的間作優勢(圖2)。同一種植比例下, 大豆密度對玉米和大豆的土地當量比無顯著影響(> 0.05)。同一密度梯度下, 2∶2間作下玉米的土地當量比顯著高于2∶4間作(< 0.05); 2∶2間作下大豆的土地當量比顯著低于2∶4間作(< 0.05)。

間作系統中玉米的實際產量損失大于0, 大豆的實際產量損失小于0 (圖3-a)。種植比例和大豆密度對玉米的實際產量損失無影響; 同一種植比例下, 大豆密度對大豆的實際產量損失無影響, 大豆中密度時, 2∶4間作下大豆的實際產量損失顯著高于2∶2間作(< 0.05), 大豆低高密度時, 間作比例對大豆的實際產量損失無顯著影響(圖3-a)。對間作系統整體而言, 種植比例和大豆密度組合下的間作系統的實際產量損失大于0 (圖3-b)。同一密度下, 種植比例對間作系統的實際產量損失無顯著影響。同一種植比例下, 大豆密度對間作系統的實際產量損失無顯著影響(圖3-b)。

MS1、MS2、MS3分別表示玉米與低密度(9株 m-2)、中密度(21株 m-2)、高密度(33株 m-2)的大豆間作。白色、灰色符號分別表示玉米與大豆以2:2、2:4種植比例的間作方式。

MS1, MS2, and MS3 indicate maize intercropping soybean with low density (9 plants m–2), medium density (21 plants m–2), and high density (33 plants m–2), respectively. White and gray symbols indicate 2:2 and 2:4 row proportion in maize-soybean intercropping systems.

2.2 不同間作方式對玉米和大豆產量構成的影響

2.2.1 不同間作方式對玉米產量構成的影響 種植比例和大豆密度間作組合下的穗重、穗長、禿尖長、穗粗、行數、行粒數、穗粒重、軸粗、軸重和千粒重高于單作或與單作間無顯著差異(表1)。玉米與低密度大豆以2∶4間作的穗重、穗長、穗粗、行數、行粒數、穗粒重、軸粗、軸重和千粒重均顯著高于單作。同一種植比例下(2∶2或2∶4), 大豆密度對間作玉米的穗重、禿尖長、穗粗、行數、穗粒重和千粒重均無顯著影響。大豆低密度時, 種植比例對穗重、穗長、禿尖長、穗粗、行數、軸粗和千粒重均無顯著影響, 2∶4種植比例下玉米的行粒數和軸重均顯著高于2∶2。大豆中密度時, 種植比例對穗重、穗長、禿尖長、穗粗、行數、行粒數、穗粒重、軸重和千粒重均無顯著影響, 2∶4種植比例下玉米的軸粗顯著高于2∶2。大豆高密度時, 種植比例對穗重、穗長、禿尖長、穗粗、行數、行粒數、穗粒重、軸粗、軸重和千粒重均無顯著影響。

2.2.2 不同間作方式對大豆產量構成的影響 除2∶2種植比例下低密度的結莢長度和主莖節間長度顯著高于單作外, 其他種植方式下間作大豆的單株粒重、單株莢數、單株總粒數、單株有效粒數、結莢長度、主莖節間長度、主莖節數和百粒重低于單作或與單作間無顯著差異(表2)。大豆的單株粒重、單株莢數、單株總粒數和有效粒數隨密度的增加呈下降的趨勢。大豆的主莖節間長度隨密度的增加呈增加的趨勢。大豆密度對結莢長度和百粒重均無顯著影響。

處理同圖2。白色、灰色符號分別表示玉米與大豆以2:2、2:4種植比例的間作方式。

Treatments are the same as those given in Fig. 2. White and gray symbols indicate 2:2 and 2:4 row proportion in maize-soybean intercropping systems.

表1 不同間作方式對玉米產量構成的影響

M表示單作玉米。MS1、MS2、MS3分別表示玉米與低密度(9株 m-2)、中密度(21株 m-2)、高密度(33株 m-2)的大豆間作。2:2和2:4分別表示玉米與大豆以2:2、2:4種植比例的間作方式。同列數據不同小寫字母表示同一種植比例下不同密度處理間差異達0.05顯著水平。

M indicates sole-cropped maize. MS1, MS2, and MS3 indicate maize intercropped soybean with low density (9 plants m–2), medium density (21 plants m–2), and high density (33 plants m–2), respectively. 2:2 and 2:4 indicate maize intercropped soybean at 2:2, 2:4 row proportion, respectively. Values within a column followed by different lowercase letters mean significant differences among different density treatments in the same row proportions at the 0.05 probability level.

表2 不同間作方式對大豆產量構成的影響

S1、S2、S3分別表示低密度(9株 m-2)、中密度(21株 m-2)、高密度(33株 m-2)下的單作大豆, 其他處理同表1。同列數據不同小寫字母表示同一種植比例下不同密度處理間的差異達0.05顯著水平。同列數據不同大寫字母表示同一密度梯度下不同種植比例間的差異達0.05顯著水平。

S1, S2, and S3 indicate sole-cropped soybean with low density (9 plants m–2), medium density (21 plants m–2), and high density (33 plants m–2), respectively. Other treatments are the same as those given in Table 2. For each column, different letters denote significant difference at< 0.05 among different soybean density in the same row proportion (lowercase letters), and among different row proportions in the same soybean density (capital letters).

2.3 不同間作方式對作物競爭指數的影響

間作系統中玉米的侵占力大于0, 大豆的侵占力小于0, 種植比例和大豆種植密度對玉米和大豆的侵占力無顯著影響, 2∶2和2∶4種植比例下玉米和大豆的侵占力分別為0.73、0.71和-0.73、-0.71 (圖4-a, b)。間作系統中玉米的競爭比率大于1, 大豆的競爭比率小于1, 與低中高密度大豆間作, 玉米和大豆的競爭比率分別為2.08、1.84、1.68和0.49、0.56、0.63, 呈現隨大豆密度增加玉米的競爭比率下降而大豆的競爭比率增加的趨勢(圖4-c, d)。同一密度梯度下, 種植比例對玉米和大豆的競爭比率無顯著影響; 2∶4種植比例下高密度玉米的競爭比率顯著高于低密度, 2∶2種植比例下, 大豆密度對玉米和大豆的競爭比率無顯著影響。

處理同圖2。不同小寫字母表示同一種植比例下不同密度梯度間的差異顯著, 不同大寫字母表示同一密度梯度下不同種植比例之間的差異顯著(< 0.05)。

Treatments are the same as those given in Fig. 2. Different letters denote significant difference at< 0.05 among different soybean density in the same row proportion (lowercase letters), and among different row proportions in the same soybean density (capital letters).

2.4 不同間作方式對玉米產量的貢獻

由玉米產量與產量構成之間的相關分析可以看出, 玉米產量與穗重、穗長、禿尖長、行粒數、穗粒重、軸重、千粒重均呈顯著相關關系(表3)。具體表現為玉米產量與軸重、千粒重、穗重、穗粒重、穗長、行粒數呈極顯著正相關關系, 相關系數分別為0.89、0.82、0.80、0.73、0.71和0.61, 與禿尖長呈極顯著負相關關系, 相關系數為-0.48 (<0.01)。軸重與穗重、穗長、禿尖長、行數、行粒數、穗粒重、軸粗呈顯著相關關系。千粒重與穗重、穗長、行粒數、穗粒重、軸重呈極顯著正相關關系, 與禿尖長呈負相關關系(<0.01)。穗重與穗長、穗粗、行數、行粒數、穗粒重、軸重、千粒重呈極顯著正相關關系, 與禿尖長呈極顯著負相關關系(<0.01)。穗粒重與穗重、穗長、行數、行粒數、軸重、千粒重呈極顯著正相關關系, 與禿尖長呈負相關關系。

為進一步確定產量構成對玉米產量的影響效應,對其進行通徑分析發現, 穗粒重對玉米產量的直接作用最大(表4)。具體表現為產量構成對玉米產量的直接作用(直接通徑系數)大小依次為穗粒重(2.18)>穗重(–1.71)>禿尖長(0.94)>行粒數(0.51)>軸重(0.24)>穗長(-0.13)>千粒重(0.05)。間接作用中, 軸重通過穗粒重對玉米產量的貢獻最大(1.64), 其次為千粒重, 通過穗粒重對玉米產量的貢獻(1.58)。

3 討論

3.1 不同間作方式對產量的影響

作物在空間和時間上對資源具有互補效應, 這一互補效應能夠提高產量和資源利用效率, 因此間作系統一直是我國重要的間作模式之一[26]。本研究中, 不同大豆密度和種植比例組合的間作方式的土地當量比為1.14~1.23, 表明玉米大豆間作系統具有產量優勢。這與前人關于玉米和豌豆[6]、玉米和花生[27]、谷子和花生[28]的研究結果一致。宋振偉等[29]的研究表明, 增加作物種植密度提高作物的群體產量以彌補單株產量的減少。作物產量的多少由干物質積累決定, 而合理的種植密度是提高產量的重要增產措施之一[30]。本研究大豆密度對間作群體的產量無顯著影響, 這可能是由于間作系統中大豆是競爭劣勢作物[31]。這與前人[32]的研究結果一致, 表明大豆密度對間作群體產量的影響程度較小。

表3 玉米產量與產量構成之間的相關性

*、**分別表示在0.05和0.01水平相關性顯著。

*and**mean significant correlation at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

表4 間作玉米產量決定因子的通徑分析

間作系統中玉米的競爭比率大于1, 玉米的侵占力大于0, 表明在玉米和大豆共同生長期, 間作系統中大豆處于競爭劣勢, 玉米是競爭優勢作物。前人研究認為, 間作系統中不同作物在生長過程中存在強烈的種間競爭關系, 并且玉米的資源競爭力高于大豆[33]、豌豆[12]。玉米的實際產量損失大于0, 表明間作系統中玉米具有產量優勢。大豆的實際產量損失小于0, 表明間作系統中大豆沒有產量優勢, 這與間作系統中玉米是競爭優勢作物, 大豆是競爭劣勢作物相一致。種間競爭的結果是間作系統的實際產量損失大于0, 表明玉米和大豆間作具有產量優勢的原因是玉米產量增加, 大豆產量不變或降低。這與前人關于小麥和豌豆[8]、燕麥和野豌豆[25]、谷子和大豆[34]間作的研究一致, 表明豆禾間作系統中, 禾本科作物的產量增加, 豆科作物的產量減少, 主要由間作系統中作物的競爭能力差異決定[8]。另外, 高位玉米與低位大豆間作時, 玉米處于生態位優勢, 大豆處于生態位劣勢, 高稈玉米對大豆的遮陰作用降低了作物的光合作用[34], 并隨著生育期過程逐步加強, 進一步影響大豆的產量構成乃至籽粒產量。玉米上部冠層葉片降低玉米中間層葉片和大豆冠層的透光率, 從而影響作物對養分的吸收, 間作系統中通過適當去掉玉米上部葉片提高作物對氮、磷、鉀等養分的吸收和作物產量[35]。

3.2 不同間作方式對產量構成的影響

間作玉米的穗重、穗長、穗粗、穗粒重、軸重和千粒重等產量構成均顯著高于單作; 除結莢長度和主莖節間長度外, 間作方式下大豆的單株莢數、單株總粒數、單株有效粒數、主莖節數、百粒重等產量構成低于單作或與單作間無顯著差異。表明, 與單作相比, 間作方式下玉米的產量構成提高, 大豆的產量構成降低或沒有變化, 這與呂越等[36]的研究結果一致。這也進一步證明玉米大豆具有間作優勢的主要原因是間作方式提高了玉米產量的構成, 從而提高了玉米產量。不同間作方式對產量構成的影響不同, 比如不同密度玉米與小麥間作的研究發現, 低密度間作玉米的穗數顯著低于高密度20%, 千粒重高于高密度5.0%[37]。本研究結果表明, 玉米與低密度大豆以2∶4間作的穗重、穗長、穗粗等產量構成均顯著高于單作。間作方式對作物產量構成的影響還受到覆膜、水分等條件的影響, 比如, 間作玉米的穗粒重、百粒重隨灌水量增加呈先升后降的趨勢[38]。覆膜間作中豌豆的單株粒數和單株粒重較不覆膜間作平均增加43.7%和60.3%, 覆膜間作玉米的百粒重較不覆膜間作增加10.3%[12]。

3.3 不同間作方式對玉米產量的貢獻

玉米產量是由多基因控制的數量性狀, 是各農藝性狀綜合作用的結果。提高玉米產量需要綜合考慮穗粒重、穗重、穗長等農藝性狀, 這些性狀之間不僅相互作用而且相互影響, 對玉米產量的貢獻大小也不同[39]。玉米產量與穗重、穗長、穗粗、軸粗、行粒數、穗粒重等穗部相關性狀的產量構成因素均存在顯著相關性[40], 故產量構成在一定程度上影響了玉米的生長和產量的提高。徐磊等[41]關于黑龍江西部干旱區玉米產量與產量構成的研究發現, 玉米產量與穗粒重呈極顯著正相關。安治良[42]以自主選育的13個玉米雜交的研究發現, 夏玉米產量與穗粒重、出籽率呈極顯著正相關。因此, 不同研究材料、栽培措施和生態環境可能影響作物產量與產量構成因子之間的相關性。對于黃土塬區的間作玉米, 本研究發現間作玉米產量與軸重、千粒重、穗重、穗粒重、穗長、行粒數均呈顯著正相關關系。

產量構成因子既通過本身的直接效應也可以通過其他因子的間接效應實現對玉米產量的貢獻, 因此玉米產量的提高是各個產量構成因子綜合作用的結果, 并且因子之間存在相互作用。安治良[42]發現, 穗粒重、出籽率和倒伏率對玉米產量的直接和間接作用最大。玉米的產量構成與單株產量通徑分析發現, 對產量貢獻最大的是千粒重[43]。傳統玉米品種對產量貢獻作用最大的是千粒重, 而新型玉米品種對產量作用貢獻最大的是行粒數[18]。穗粒重與穗重、穗長、穗粗、軸重、千粒重均呈顯著正相關[44], 并且穗粗通過穗粒重對玉米產量的貢獻最大[41]。本研究對間作玉米產量與產量構成之間進行通徑分析發現, 直接作用表現為穗粒重是提高間作玉米產量的主要決定因子, 間接作用中軸重、千粒重通過穗粒重對玉米產量的貢獻最大。因此, 探究影響玉米甚至間作系統的產量構成因素對玉米產量的貢獻大小,需要綜合考慮研究材料、栽培方式和環境等因素, 從而為提高當地作物產量提供理論依據。

4 結論

通過不同種植比例和大豆種植密度對玉米和大豆間作產量的影響分析發現, 種植比例和大豆種植密度對間作產量及產量構成具有重要影響。玉米和大豆間作具有產量優勢, 玉米與高密度大豆間作的土地當量比最高(2∶2和2∶4種植比例分別為1.22和1.23), 并且提高間作群體產量的原因是玉米產量的提高以及玉米對資源的競爭能力高于大豆(侵占力和競爭比率分別為0.72和1.86)。通過通徑分析發現, 穗粒重對玉米產量的貢獻作用最大(直接作用為2.18)。因此, 玉米與高密度大豆間作的土地當量比高于其他間作方式, 能夠最大化的提高作物的產量, 應該適當進行推廣。

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Competitive effect of soybean density on yield formation in maize/soybean intercropping systems

REN Yuan-Yuan1, ZHANG Li2, YU Yao-Chuang1, ZHANG Yan-Jun1, and ZHANG Sui-Qi3,*

1College of Geography and Environment Engineering, Baoji University of Arts and Sciences / Shaanxi Key Laboratory of Disaster Monitoring and Mechanism Simulation, Baoji 721013, Shannxi, China;2School of Pharmacy, Weifang Medical University, Weifang 261053, Shandong, China;3State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau / Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, Shaanxi, China

Crop intercropping system in arid areas is an important planting method for optimizing crop population quality and improving crop yield. There are few reports on the mechanism of crop intercropping competitive advantage in terms of yield components. In this study, to explore the mechanism of crop competition for increasing the yield of intercropping systems, three soybean densities and four row proportions (maize and soybean intercropping with 2:0, 0:2, 2:2, and 2:4) were used to investigate the changes of competition index, yield components, and yield of intercropping system. The results showed that the yield of intercropping system with different row proportion and soybean density was increased by 14%–23%. The actual yield loss of maize was greater than 0, the actual yield loss of soybean was less than 0. The ear weight, ear length, ear diameter, grain weight per ear, cob weight, and 1000-grain weight of maize in intercropping systems were significantly higher than those in monoculture. Except pod length and internode length of main stem, the grain weight per plant, pod number per plants, grain number per plant, effective grain number per plants, nodes on main stem, and 100-grain weight of soybean in intercropping systems were lower than that of monoculture. And there was no significant difference between intercropping and monoculture. The competition ratio of maize was greater than one, and the competition ratio of soybean was less than one. The competition ratio of maize and soybean was 2.08, 1.84, 1.68 and 0.49, 0.56, 0.63, respectively, with three soybean densities, indicating that with the increase of soybean density competition ratio of maize increased while competition ratio of soybean decreased in intercrops. The aggressivity of maize was positive value, and that of soybean was less than zero in intercropping system. Maize yield was positively correlated with cob weight, 1000-grain weight, ear weight, grain weight per ear, ear length, and row kernel number negatively correlated with barren tip length. Path analysis revealed that in the direct effect, grain weight per ear contributed the most to maize yield (2.18); in indirect effect, cob weight and 1000-grain weight contributed more to maize yield 1000-grain weight per ear (1.64 and 1.58). In conclusion, maize intercropped with soybean had intercropping advantages that derived from grain weight per ear.

density; intercropping; path analysis; competition ratio

10.3724/SP.J.1006.2021.04226

本研究由陜西省科技廳自然科學基礎研究項目(2019JQ-895), 國家自然科學基金青年科學基金項目(41901025), 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室開放基金(A314021402-1712)和寶雞文理學院博士科研啟動費項目(ZK2017042)資助。

This study was supported by the Shaanxi National Science Foundation (2019JQ-895), the Youth Foundation of National Natural Science Foundation of China (41901025), the Open Foundation of State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau (A314021402-1712), and the PhD Research Startup Foundation of Baoji University of Arts and Sciences (ZK2017042).

張歲岐, E-mail: sqzhang@ms.iswc.ac.cn

E-mail: renyuanyuan0410@163.com

2020-10-12;

2021-01-13;

2021-02-20.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210220.1144.002.html