帶狀復(fù)合種植模式下玉米產(chǎn)量及相關(guān)性分析

石曉旭 李波 劉建 楊美英 薛亞光 石呂 韓笑 魏亞鳳

摘要：為探明玉米-大豆帶狀復(fù)合種植對玉米產(chǎn)量的影響，確定最佳田間配置，設(shè)置不同種植帶寬和玉米大豆行比的5種不同田間配置，對玉米產(chǎn)量及其相關(guān)因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明，帶寬與玉米產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，玉米吐絲后的葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量形成呈顯著正相關(guān)，最佳田間配置為2.0 m 2 ∶ 2處理，即帶寬2.0 m，行比2 ∶ 2，玉米產(chǎn)量為9 590.16 kg/hm2，大豆產(chǎn)量為1 525.79 kg/hm2，其土地當(dāng)量比為1.52，表現(xiàn)出較強(qiáng)的套作優(yōu)勢，套作模式下的系統(tǒng)產(chǎn)量高于凈作模式，可以為玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下玉米高產(chǎn)的田間配置提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：玉米;帶狀復(fù)合種植模式;產(chǎn)量;相關(guān)性分析;套作

中圖分類號： S344.3;S513.04 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）09-0074-06

套作是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，利用物種互補(bǔ)性，通過增加單位土地的作物產(chǎn)量來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的集約化[1]。近年來，楊文鈺等針對南方旱田原有農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，總結(jié)出適合種植的小麥/玉米/大豆旱地新三熟種植模式，并提出了玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式，即采取寬窄條帶田間種植方法，充分利用邊行優(yōu)勢，合理地分帶或者分幅種植以協(xié)調(diào)多熟作物之間對光照和肥水的需求[2]。與單作相比，玉米+大豆套作能促進(jìn)氮肥利用率，降低氮素依賴率，從2012年的75.4%緩慢下降至69.4%[3]。Fischer等研究發(fā)現(xiàn)，在德國北方玉米和大豆間作產(chǎn)量潛力大，間作玉米產(chǎn)量總體很高，葉片發(fā)育良好，可以促進(jìn)光合作用和干物質(zhì)積累[4]。玉米與菜豆間作產(chǎn)量達(dá)到2.3～2.6 t/hm2，土地當(dāng)量比達(dá)到1.55[5]。在四川地區(qū)玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式中，適當(dāng)減小玉米窄行距，能夠較好地協(xié)調(diào)玉米和大豆對光熱資源的利用，增強(qiáng)綜合生產(chǎn)能力[6-7]。王竹等在小麥/玉米/大豆套作模式下通過玉米行寬及株型的差異性對大豆生長早期農(nóng)藝性狀形成的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大豆行寬1.17 m、玉米行寬0.83 m是全年高產(chǎn)、高效的田間最優(yōu)配置[8]。為探求玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下玉米田間最佳配置，本研究設(shè)置玉米和大豆不同帶寬和行比，通過研究不同田間配置對玉米生長和產(chǎn)量的影響，并對其進(jìn)行相關(guān)性分析，明確其產(chǎn)量最優(yōu)配置，以期為玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下玉米高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2019年4—10月在江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地（120.87°E，32.01°N）進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤全磷含量為0.81 g/kg，全鉀含量為11.81 g/kg，全氮含量為0.88 g/kg，速效磷含量為10.40 mg/kg，速效鉀含量為51.84 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為12.27 g/kg，pH值為7.40。供試品種為玉米蘇玉30和大豆通豆13。

玉米從播種至收獲期間，當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)：太陽有效輻射量為1 915.80 MJ/m2，降水量為 693.40 mm，有效積溫為1 584.10 ℃。

1.2 試驗(yàn)方法

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，如表1所示，設(shè)置5個(gè)配置水平（T1、T2、T3、T4、T5），以凈作玉米為對照（CK），凈作玉米等行距栽培，行距為70 cm。每個(gè)處理種2帶，重復(fù)3次，試驗(yàn)共21個(gè)小區(qū)，玉米種植密度為6萬株/hm2，大豆種植密度為15萬株/hm2。

玉米于2019年4月9日播種，8月12日收獲，大豆于2019年6月22日播種，10月12日收獲。玉米基肥配施過磷酸鈣（含P2O5 12%）600 kg/hm2，氯化鉀（含K2O 60%）150 kg/hm2，玉米全生育期共施純氮 180 kg/hm2。大豆基肥配施尿素75 kg/hm2，過磷酸鈣600 kg/hm2，氯化鉀60 kg/hm2。除草、噴藥等管理同大田。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 玉米葉面積指數(shù)與地上生物積累量 在玉米各生育期記錄株高和有效葉面積。隨機(jī)選取生長一致、代表性強(qiáng)的3株玉米和3穴大豆（排除邊際效應(yīng)），將植株地上部分置于105 ℃烘箱中殺青 30 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量，測定玉米植株地上部分干質(zhì)量，計(jì)算成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量和花后同化物輸入籽粒量。

玉米單葉葉面積=長×寬×0.75;

葉面積指數(shù)（LAI）=總?cè)~面積/土地面積;

成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量=成熟期地上部分干物質(zhì)量-成熟期籽粒干物質(zhì)量;

花后同化物輸入籽粒量=成熟期籽粒干物質(zhì)量-吐絲期營養(yǎng)器官貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量。

1.3.2 玉米產(chǎn)量 收獲玉米時(shí)，考查每個(gè)小區(qū)玉米果穗總數(shù)，小區(qū)實(shí)打?qū)嵤照鬯銓?shí)際產(chǎn)量，連續(xù)選取每個(gè)小區(qū)中間區(qū)域15株玉米考種，計(jì)算產(chǎn)量構(gòu)成因素，并計(jì)算收獲指數(shù)。

1.3.3 土地當(dāng)量比 土地當(dāng)量比（LER）=玉米套作時(shí)的產(chǎn)量/玉米凈作產(chǎn)量+大豆套作時(shí)的產(chǎn)量/大豆凈作產(chǎn)量。

1.3.4 效益 效益=玉米產(chǎn)量×玉米單價(jià)+大豆產(chǎn)量×大豆單價(jià)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016整理和匯總試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用SPSS 17.0和STST 2002對數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 田間配置對玉米、大豆產(chǎn)量的影響

由表2、表3可知，田間配置對玉米禿尖長、穗粗、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量都有極顯著影響，對穗長的影響不顯著。玉米產(chǎn)量隨著帶寬的增加呈下降趨勢，除對照外，T1處理下產(chǎn)量最高，與其他處理差異均達(dá)顯著水平，比T2、T3、T4 、T5、CK分別增產(chǎn)11.94%、12.12%、23.18%、32.17%、-7.82%;產(chǎn)量構(gòu)成因素有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量也隨著帶寬的增加呈下降趨勢，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量均在T1處理下最大（除CK 外），T1處理下的有效穗數(shù)與T5處理有顯著性差異，與T2、T3、T4處理差異不顯著;T1處理下的穗粒數(shù)與其他處理均有顯著差異，比T2、T3、T4 、T5、CK分別增加35.42、40.51、72.99、77.41、-46.42粒/穗，T2與T3、T4與T5處理差異不顯著;T1、T2處理下的千粒質(zhì)量與T4、T5處理有顯著性差異，除CK外，T1處理的千粒質(zhì)量最大，但與T2處理差異不明顯;與CK相比，各處理玉米穗長差異不明顯，T5處理穗長最小;玉米禿尖長隨著帶寬的增加而增加，同帶寬下隨著大豆種植行數(shù)的增加而降低，T2與T4處理的玉米禿尖長較長;穗粗隨著帶寬的增加呈現(xiàn)降低的趨勢，除CK外，T1處理的最大，與其他處理差異顯著。

2.2 田間配置對玉米葉面積指數(shù)的影響

由圖1可知，隨著玉米生育期的延長，玉米葉面積指數(shù)先增加后降低;隨著帶寬的增加，葉面積指數(shù)呈降低趨勢。拔節(jié)期和抽雄期各處理玉米葉面積指數(shù)無顯著差異，拔節(jié)期T4處理葉面積指數(shù)最大，為0.78，抽雄期T4處理葉面積指數(shù)最小，為3.66;與CK相比，吐絲期和成熟期各處理玉米葉面積指數(shù)存在顯著性差異;吐絲期T4處理葉面積指數(shù)最小，為3.53，與T1、T2、T3處理的差異均達(dá)顯著水平，均低于CK;成熟期T1、T2、T3、T4、T5處理葉面積指數(shù)差異未達(dá)顯著水平，均低于CK。表明田間配置對前期葉片的生長無顯著影響，對后期葉片的生長有顯著影響，導(dǎo)致成熟期葉片早枯，降低有效葉面積和葉面積指數(shù)。

2.3 田間配置對玉米地上部分干物質(zhì)積累的影響

由表4可知，田間配置對吐絲期玉米干物質(zhì)積累量、成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)累積量的影響未達(dá)顯著水平，各處理間差異不顯著。拔節(jié)期T5處理干物質(zhì)積累量最小，為899.03 kg/hm2，與CK有顯著差異，T1、T2、T3、T4處理間差異不顯著;抽雄期T1處理干物質(zhì)積累量與CK差異不顯著，與其他處理有顯著差異，T2、T3、T4、T5處理間差異不顯著。從拔節(jié)期至抽雄期T1處理干物質(zhì)積累量增長最多（除CK外），增長了5 455.92 kg/hm2，T3處理增長最少，增長了 4 172.38 kg/hm2;吐絲期各處理干物質(zhì)積累量差異不顯著，從抽雄期至吐絲期T3處理干物質(zhì)積累量增長最多，增長了4 392.75 kg/hm2，CK處理增長最少，增長了 2 870.70 kg/hm2;成熟期T5處理干物質(zhì)積累量與CK有顯著差異，與其他處理差異不顯著，從吐絲期至成熟期T1處理干物質(zhì)積累量增長最多（除CK外），增長了8 535.05 kg/hm2，T5處理增長最少，增長了 6 139.58 kg/hm2;田間配置對成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)累積量無顯著影響，各處理間無顯著差異;花后同化物輸入籽粒量T1、T2、T3、T4、T5處理間無顯著差異，T3和T5處理較低，分別為 6 238.23、 6 139.58 kg/hm2。表明田間配置對玉米不同時(shí)期干物質(zhì)積累量有不同程度的影響，帶寬增加，會導(dǎo)致干物質(zhì)積累量及花后同化物輸入籽粒量減少。

2.4 相關(guān)性分析

由表5可知，各時(shí)期干物質(zhì)積累量、成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)累積量、花后同化物輸入籽粒量以及產(chǎn)量與田間配置帶寬均呈負(fù)相關(guān)，其中抽雄期和成熟期干物質(zhì)積累量與帶寬的相關(guān)系數(shù)分別為-0.87、 -0.92，均達(dá)顯著水平，玉米產(chǎn)量與帶寬的相關(guān)系數(shù)為-0.98，達(dá)極顯著水平。表明帶寬對干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量影響較大，隨著田間配置帶寬的增加，干物質(zhì)積累和產(chǎn)量均呈現(xiàn)降低的趨勢。

由表6可知，抽雄期、吐絲期和成熟期葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.58、0.91、0.84，吐絲期和成熟期葉面積指數(shù)與產(chǎn)量的正相關(guān)達(dá)顯著水平，抽雄期葉面積指數(shù)對產(chǎn)量無顯著影響;拔節(jié)期、抽雄期和成熟期干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.92、0.95、0.98，與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。表明吐絲期至成熟期葉面積指數(shù)對產(chǎn)量的形成有顯著影響，葉面積指數(shù)越大，產(chǎn)量越高;各時(shí)期干物質(zhì)積累量對產(chǎn)量的形成有極顯著影響，干物質(zhì)積累量越大，產(chǎn)量越高。

2.4 田間配置對玉米收獲指數(shù)、土地當(dāng)量比和效益的影響

由表7可知，T3處理的玉米收獲指數(shù)最大，為0.46，但與其他處理差異未達(dá)顯著水平，田間配置對玉米的收獲指數(shù)影響不顯著;與CK相比，其他處理的土地當(dāng)量比都超過1，T3處理的最大，T5處理的最小，分別為1.59、1.48，T1與T2、T3、T4、T5處理間差異不顯著;T1、T2、T3、T4處理的效益顯著高于T5處理和CK，其中T1處理效益最高，為最佳配置。表明田間配置比凈作效益高，田間配置下的作物產(chǎn)量增產(chǎn)率均高于40%。

3 討論

3.1 田間配置對玉米產(chǎn)量的影響

玉米-大豆帶狀套種模式具有資源高效利用、生態(tài)安全等優(yōu)點(diǎn)[8]，協(xié)調(diào)復(fù)合種植系統(tǒng)中玉米和大豆田間種植配置，改善通風(fēng)透光條件，促進(jìn)不同生態(tài)位作物和諧生長，對實(shí)現(xiàn)玉米-大豆帶狀套作群體最大產(chǎn)量效益有重要意義。儲鳳麗等研究發(fā)現(xiàn)，先玉335在不同行距處理下的產(chǎn)量排序?yàn)?70 cm>50 cm>60 cm[9]，對玉米采用寬幅160 cm、窄幅 40 cm 的帶狀套作種植，玉米穗長、穗行數(shù)和行粒數(shù)均顯著高于等幅80 cm處理，穗粗、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量顯著低于等幅80 cm處理[10]。韓全輝等研究發(fā)現(xiàn)，不等幅間作的木薯鮮薯、薯干和淀粉產(chǎn)量比等幅間作分別提高5.9%、17.1%、19.1%，但都低于凈作[11]，本研究結(jié)果與此結(jié)果一致，帶狀復(fù)合種植模式下的玉米產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量均低于玉米凈作。王小春等研究發(fā)現(xiàn)，間作玉米產(chǎn)量較凈作增加9.76%，玉米-大豆種植模式下的玉米籽粒產(chǎn)量高于玉米-甘薯種植模式，平均增產(chǎn)11.90%[12]，本研究結(jié)果與之不一致，可能是因?yàn)楫?dāng)?shù)毓鉁貤l件不同，間作套種的作物不同，空間生態(tài)位上的優(yōu)勢不同，即使間作作物共生期長于套作，也導(dǎo)致研究結(jié)果不同。本研究使用模式中增加的夏大豆的產(chǎn)量對模式中玉米產(chǎn)量的下降進(jìn)行補(bǔ)充，從土地當(dāng)量比來看，不同田間配置處理均高于1.4，凈作玉米為1.0，即凈作需增加140%以上才能達(dá)到與文中配置處理同等的籽粒產(chǎn)量，因此，適宜的田間配置能提高耕地復(fù)種指數(shù)和土地利用效率，比單作有明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢，這與前人的研究結(jié)果[9-10，13]一致。

3.2 田間配置下葉面積指數(shù)與玉米產(chǎn)量的關(guān)系

葉片是玉米的主要同化器官[14]，有效葉面積是玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵因子之一[15]，各生育期葉面積指數(shù)的變化趨勢能夠反映葉片的光合作用和物質(zhì)積累的情況，與玉米生長相協(xié)調(diào)的葉面積有助于玉米產(chǎn)量增加[16-19]。不同套作方式下的玉米單株葉面積和 LAI 從出苗到成熟期均呈單峰曲線變化，表現(xiàn)為前期增速緩慢，節(jié)間拔節(jié)后增速加快，生殖生長階段增至最高值[19-20]。玉米抽穗后進(jìn)入生殖生長階段，葉面積對產(chǎn)量的影響達(dá)顯著水平，本研究結(jié)果表明田間配置對前期葉片的生長無顯著影響，對后期葉片的生長有顯著影響，吐絲期至成熟期LAI對產(chǎn)量的形成有顯著影響，LAI增加，產(chǎn)量增加，呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。成熟期葉片失綠，會降低有效葉面積和葉面積指數(shù)，光合速率下降，可能因?yàn)槿~綠體結(jié)構(gòu)和功能成分的降解，無法保持葉片光合活性，然而李麗等研究發(fā)現(xiàn)，160 cm+40 cm行距可以延長玉米的生育期和生育后期綠葉維持時(shí)間[20]，說明寬窄行有利于增加灌漿期玉米的有效葉面積，延長籽粒灌漿時(shí)間和灌漿速率，增加產(chǎn)量[21]，本研究結(jié)果與之不符，可能是因?yàn)槔铥惖鹊脑囼?yàn)地點(diǎn)在四川省，選擇了套作減產(chǎn)率較低的玉米品種（榮玉1210），并且采用育苗移栽的方法種植，與沿江地區(qū)氣候和玉米播種方式差異大[20]。

3.3 田間配置下干物質(zhì)積累量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系

玉米生育期干物質(zhì)積累量是反映產(chǎn)量的重要因素[22]。玉米生長后期由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為生殖生長，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，玉米莖稈和葉片的干物質(zhì)輸送與積累量配比漸漸降低，籽粒干物質(zhì)積累比例不斷增加，成熟期到達(dá)峰值[23]。玉米籽粒產(chǎn)量主要來源于生殖生長階段葉片的光合作用生產(chǎn)累積，且籽粒灌漿階段高的光合速率能促進(jìn)物質(zhì)積累;玉米吐絲后干物質(zhì)的積累量占總量的60%以上，對籽粒產(chǎn)量作用最大[24]。胡昌浩等認(rèn)為，玉米生殖生長階段群體地上生物量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，達(dá)顯著水平[25]。張磊等也認(rèn)為，玉米成熟期干物質(zhì)量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.02～0.98[26]，本研究中拔節(jié)期、抽雄期、吐絲期和成熟期干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量有正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.89～0.98，這與前人的研究結(jié)果[26]大體一致。

合理的田間配置可增加干物質(zhì)積累量，梁曦彤等發(fā)現(xiàn)，種植等行距50 cm和70 cm時(shí)能延緩玉米生育末期葉莖鞘的衰老[27]，玉米干物質(zhì)積累量增多，對籽粒積累作用增大[28]。合理的種植行距能顯著改善玉米植株行間通風(fēng)透光的生長環(huán)境[13]，促進(jìn)玉米植株的生長發(fā)育，獲得更高的生物產(chǎn)量。種植模式對不同品種作物營養(yǎng)器官積累的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)的影響存在差異[20]，套種玉米生育后期有寬行光補(bǔ)償效應(yīng)，隨著行距的增加，玉米干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢[29]。馬心靈等發(fā)現(xiàn)，套種玉米比凈作玉米的花后籽粒干物質(zhì)同化量高，收獲指數(shù)也高于凈作玉米[30]，本研究中套種玉米的花后同化物輸入籽粒量和凈作玉米無明顯差異的結(jié)果與之不一致，可能是因?yàn)椴シN密度一致，玉米種植均為2行，隨著帶寬的增加，玉米株間競爭增大，干物質(zhì)積累降低，花后籽粒干物質(zhì)同化量減少，導(dǎo)致每穗實(shí)粒數(shù)減少，千粒質(zhì)量降低，最終產(chǎn)量低于玉米凈作。

4 結(jié)論

玉米吐絲后的葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，帶寬與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，復(fù)合種植模式群體土地當(dāng)量比均高于1.40，最佳田間配置為處理1，即帶寬2.0 m，行比為2 ∶ 2，其土地當(dāng)量比為1.52，表現(xiàn)出較強(qiáng)的套作優(yōu)勢，玉米產(chǎn)量為 9 590.16 kg/hm2，大豆產(chǎn)量為1 525.79 kg/hm2，套作模式下的系統(tǒng)產(chǎn)量高于凈作模式，效益顯著。

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