玉米和不同作物間作對資源利用率及產量的影響

鄧琪

（深圳郵局海關 廣東深圳 518000）

甜玉米具有優質的口感和獨特的風味，深受廣大消費者的喜愛，市場需求量逐漸增加。由于復種指數高、生產周期短、種植收益好等特點，近幾年來種植面積不斷增加[1]。廣東省是甜玉米種植大省，由于生產成本較低和經濟效益較好，常年連作成為廣東地區的主要種植模式，導致土壤肥力下降，作物產量和品質降低，為甜玉米種植可持續發展帶來很多問題[2]。因此，采取合理的措施解決連作，促進廣東省甜玉米的可持續發展具有重要的意義。

間作是一種基于生物多樣性的種植模式，長期以來受到人們的重視，具有養分高效利用、增產穩產的優勢[3]，研究表明，間作可以充分利用不同作物間某些互利關系，通過改善根系在土壤中的分布和形態，組成合理的復合群體結構，充分利用養分和土地資源[4]。此外，間作有利于構建合理的作物冠層結構，提高作物通風透光能力，延長光能的利用時間，從而提高光能利用率，保證作物穩產增收[5]。張曉娜等[6]研究表明，間作種植模式可通過影響作物干物質積累量和分配比例影響作物產量構成因子，進而影響作物產量。夏國綿等[7]研究表明，甜玉米和大豆間作后，甜玉米雌穗變短變細，穗行數和行粒數減少，大豆單株有效莢減少，但是由于較大的邊際效應，經濟產量增加，種植效益提高。張昆等[8]研究表明，與單作花生相比，玉米花生間作顯著增加花生飽果期的冠層透光率，玉米∶花生為3∶6的模式是一種較為理想的玉米花生間作模式，有助于穩糧增油生產。目前對玉米間作研究較多，但大多都研究間作后作物生長和產量的關系，有關玉米間作和資源利用率的研究相對較少。因此，本試驗研究甜玉米和不同作物間作，作物產量及資源利用率的變化特征，為甜玉米的合理栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣地概況試驗于 2020年在廣州市增城區小樓鎮棠廈村進行，該地區處南亞熱帶，屬亞熱帶典型的季風海洋氣候區，年平均降雨量1 384～2 278 mm，平均氣溫21.9～22.8℃，年日照時數1 289～1 780 h，試驗地土壤為赤紅壤土，試驗地土壤基礎肥力為有機質含量20.54 g/kg，堿解氮含量77.8 mg/kg，速效磷含量73.45 mg/kg，速效鉀74.48 mg/kg。

1.1.2 試材試驗選用玉米品種為粵甜9號，由廣東省農業科學院作物研究所提供。供試大豆品種為毛豆 3，由華南農業大學農學院提供，供試花生品種為粵油79，廣東省農業科學院提供。氣象數據由中國氣象網提供（http://data.cma.cn/data/cdcindex/cid/f0fb4b55508804ca.html）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計試驗于2020年進行，采用完全隨機設計，種植制度試驗為一年兩季，春季為 3月至7月，秋季為8月至11月，試驗設置5種模式，分別為玉米單作（MM），玉米/大豆間作（MS）、玉米/花生間作（MP）、大豆單作（SS）和花生單作（PP）。種植采用寬窄行種植，玉米施肥量為N 120 kg/hm2，P5O290 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2作基肥，拔節期追施N 60 kg/hm2，大豆、花生底肥施氮 60 kg/hm2，P2O570 kg/hm2、K2O 70 kg/hm2。

圖1 試驗期間日平均氣溫和降水量

1.2.2 指標測定

1.2.2 .1 干物質積累量在成熟期隨機選擇長勢一致的玉米、大豆、花生植株，擦洗干凈表面的水分和灰塵，在105℃下殺青30 min，在70℃烘干至恒重，測定樣品干物質重。

1.2.2 .2 產量及產量構成因素各處理在籽粒生理成熟5 d后收獲，每小區取4 m2測定產量。每小區選取具有代表性的連續10株玉米、大豆和連續20穴花生考種，測定單株粒數、百粒重等產量構成因子。

1.2.2 .3 間套作優勢土地當量比（LER）=Yim/Ymm+Yis(ip)/Yss(pp)

式中：Yim和Yis(ip)分別代表間套作總面積上作物的產量，Ymm和Yss(pp)分別為相應單作作物的產量。當LER＞1，表明間套作有優勢，當LER＜1，表明間套作沒有優勢[9]。

1.2.2 .4 資源利用率光能生產效率=籽粒產量/單位面積的太陽輻射

降水生產效率=產量/降水量

有效積溫生產效率=單位面積籽粒產量/生育期間有效積溫

光能利用效率(RUE)=W×H/∑Q×100%

式中，H為每克干物質燃燒時釋放出的熱量，玉米干重熱值為1.807×104J/g，大豆干重熱值為2.145×104J/g，花生干重熱值為 3.01×104J/g，W是干物質的積累量；∑Q是生育期間的總光照輻射量。

太陽總輻射Q=Q0(a＋bS/S0)，式中，Q0為天文輻射，S為太陽實測日照時數，S0為太陽可照時數，S/S0為日照百分率，a、b為待定系數[10]。

1.2.3 數據分析測定數據采用 Excel 2010和SPSS 22.0版軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 玉米和不同作物間作對干物質積累量的影響

干物質積累量能夠直觀反映作物生長狀況。由表1可知，各作物單作干物質積累量大于間作，在春季，MM干物質積累量分別比MS和MP高出24.13%和 16.64%，SS比 MS高出 196.91%，PP比 MP高出 204.65%。干物質總和表現為MS＞MP＞SS＞MM＞PP，MS 和 MP 干物質積累量最大，兩處理間差異不顯著。從干物質總和來看，間作大于單作。在秋季，MM干物質積累量顯著高于MS和MP，MP顯著高于MS。干物質總和表現為 MS＞MP＞MM＞SS＞PP，MS 干物質積累量最大，各處理除了SS和PP處理外，其他處理間差異均顯著。

表1 玉米和不同作物間作對干物質積累量的影響單位：t/hm2

2.2 玉米和不同作物間作對玉米產量及其構成因素的影響

由表2可知，間作處理下，春季玉米的有效株數顯著降低；穗粒數顯著升高，MS和MP處理分別比MM高出9.14%和8.09%，各處理表現為MS＞MP＞MM，處理間差異均顯著，間作百粒重顯著高于單作，MS和MP處理分別比MM高出2.21%和2.98%，MS和MP處理間沒有顯著差異。產量表現為MM＞MP＞MS，MM顯著高于MS和MP，MS和MP處理間沒有顯著差異。秋季MS和MP處理穗粒數分別比MM顯著高出9.87%和6.25%，百粒重分別比MM顯著高出2.44%和3.64%，產量表現為MM＞MP＞MS，處理間差異均顯著，MM顯著高于MS和MP，MS產量顯著高于MP。

表2 玉米和不同作物間作對玉米產量及其構成因素的影響

2.3 玉米和大豆間作對大豆產量及其構成因素的影響

由表3可知，間作處理下，春季大豆的有效株數顯著降低，每株粒數低于單作，差異不顯著，百粒重顯著降低，MS比SS低4.64%，產量顯著降低，MS比SS低47.63%。秋季間作處理的每株粒、百粒重和產量均顯著低于單作，MS分別比SS低 3.58%、6.39%和 4.99%。春季 SS處理和MS處理的產量均高于秋季。

表3 玉米和大豆間作對大豆產量及其構成因素的影響

2.4 玉米和花生間作對花生產量及其構成因素的影響

由表4可知，間作處理下，春季花生的有效株數顯著降低，單株果數顯著低于單作，MP比PP低7.58%，百果重顯著降低，MP比PP低3.59%，產量顯著降低，MP比PP低50.38%。秋季間作處理的單株果數、百果重和產量均顯著低于單作，MP分別比PP低10.51%、2.78%和51.49%。

表4 玉米和不同作物間作花生產量及其構成因素

2.5 玉米和不同作物間作對總產量和土地當量比的影響

由表5可知，玉米、大豆和花生間作產量均顯著低于單作。春季產量總和表現為 MP＞MS＞MM＞PP＞SS。MS處理的總產量顯著高于SS，高于MM但差異不顯著；MP處理總產量顯著高于PP和 MM，分別高出 102.44%和 4.11%；MS和MP處理的土地當量比分別為1.31和1.28，且MS顯著高于MP。秋季變化趨勢和春季相似，MS處理的總產量顯著高于 SS，高于 MM 但差異不顯著；MP處理總產量顯著高于PP和MM，分別高出9.39%和3.38%；MS和MP處理的土地當量比分別為1.29和1.26，MS顯著高于MP。

表5 玉米和不同作物間作對總產量和土地當量比的影響

2.6 玉米和不同作物間作對資源利用率的影響

由表6可知，各處理間資源利用率存在明顯差異，在春季，光能生產效率表現為 MP＞MS＞MM＞PP＞SS，MP、MS、MM 處理差異不顯著，但顯著高于 PP和 SS，光能利用率表現為 MP＞MS＞MM＞PP＞SS，MP處理最高，顯著高于其它處理。MS處理和MM差異不顯著。水分生產率MS和MP處理間差異不顯著。有效積溫生產率變化趨勢和光能生產效率相似。秋季各指標變化趨勢和春季相似。秋季光能生產效率高于春季，水分生產率和有效積溫生產率低于春季。

表6 玉米和不同作物間作對資源利用率的影響

3 討論

增加作物產量有賴于田間管理和栽培技術，改善作物布局，提高光溫資源利用率，依靠群體發揮增產潛力是實現作物超高產的重要措施之一[11]。間作是一個生產力高，資源高效利用的系統。間作體系中作物的競爭與互補提高養分利用效率，從而提高土地當量比，進而增加了作物的產量[12]。本研究結果表明，在玉米/大豆和玉米/花生間作模式下，作物總干物質量和總產量顯著增加，一方面，提高了在空間和時間上作物對養分、水和光等自然資源的充分利用，利用了不同作物對自然資源需求的時間差，特別是礦質養分利用的時間差，從而提高總產量[13]。另一方面，間作體系增產的原因可能與物種的多樣性相關，間作體系中增加了作物的物種多樣性，物種多樣性能夠維持間作體系高產的時空穩定性，發生植物內部或物種間的競爭與促進[14]。

其中玉米的穗粒數、百粒重顯著增加，而大豆和花生的每株粒數（單株果樹）和百粒（果）重呈下降的變化趨勢，可能是由于玉米為高稈作物，減小種植密度，增加了通風透光性，為植株生長營造良好的環境，而大豆和花生為矮稈作物，生長后期受到玉米的影響，對光溫水的利用率不足，從而導致生長和產量受到限制。

間作不僅可以提高單位面積上土地生產力，增強農田生態系統穩定性，而且可以最大限度提高自然資源的利用效率[15]，合理的間作種植能夠提高葉片對光能的截獲量和光能轉化效率，從而提高作物群體的光能利用率，增加作物產量[16]。藺芳等[17]研究表明，與單作相比，間作提高了光合有效輻射截獲率和光能利用率。陳偉[18]研究表明，間作春玉米躲避夏澇對產量的影響，同時間作系統表現出水分的補償效益以緩解春旱帶來的影響，光溫水資源利用率最高。本研究表明，和單作相比，間作模式對作物光能生產效率、降水生產效率、有效積溫生產效率和光能利用效率均有顯著的提升，和前人研究結果一致。

間作模式下作物總干物質量、產量及光溫水利用效率顯著提高，土地當量比大于 1，且玉米和大豆間作大于玉米和花生間作。因此，間作種植模式影響作物干物質積累量和光溫水利用效率，從而影響作物產量構成因子及產量。2種間作種植模式相比，玉米花生間作的增產效應較高。