高粱—花生條帶狀種植群體光合物質(zhì)生產(chǎn)效應(yīng)分析

鄒 詢(xún)王艷秋王佳旭段有厚張 飛

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110161)

高粱具有較強(qiáng)的抗旱、耐鹽堿、耐貧瘠等抗逆特性,被認(rèn)為是最具開(kāi)發(fā)潛力的釀酒原料和糧飼作物[1]。根據(jù)各自生理生態(tài)學(xué)特性將高粱與其他作物構(gòu)建立體種植模式,可充分利用土壤與光能等資源,提高產(chǎn)量[2]。研究表明,高粱間作模式形成的帶狀種植結(jié)構(gòu)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(chǎn)能力,增加經(jīng)濟(jì)效益[3～6]。在玉米—大豆帶狀間作模式中,間作系統(tǒng)最大生長(zhǎng)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(xié)調(diào)玉米“源庫(kù)”關(guān)系[5]。高粱—大豆間套作不僅有利于補(bǔ)充土壤氮素消耗,還可以使碳水化合物和蛋白質(zhì)相互補(bǔ)充[7]。藺芳等研究發(fā)現(xiàn),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(dāng)量率大于1,有助于實(shí)現(xiàn)高粱增產(chǎn)增收[8]。

近年來(lái),以玉米等為代表的禾本科作物間作模式與機(jī)理研究較多,國(guó)內(nèi)外已開(kāi)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(guò)高粱與花生條帶狀種植模式的研究,結(jié)合機(jī)械化作業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際開(kāi)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(zhì)增效機(jī)理研究,為高粱花生條帶狀種植模式的推廣和生產(chǎn)應(yīng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和品種

試驗(yàn)于2019 年于遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行,高粱品種為遼雜52,花生品種阜花15。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)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(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),12 行區(qū),行長(zhǎng)6 m,3 次重復(fù)。于2019 年5 月16 日播種,9 月20 日收獲,試驗(yàn)田管理、病蟲(chóng)草害防控同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)水平。

1.3 測(cè)定項(xiàng)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(cè)定旗葉葉綠素含量。

1.3.2 光合參數(shù)

高粱灌漿期,采用紅藍(lán)光源,設(shè)定PAR 為1 000 μmol/m2·s 作為測(cè)定光強(qiáng),在各試驗(yàn)小區(qū)選取生長(zhǎng)健康、長(zhǎng)勢(shì)一致、光照均勻的植株3 株測(cè)定其凈光合速率(Pn),測(cè)定時(shí)間為上午9:30～11:00。測(cè)定各品種的旗葉,記錄3 次值求其平均數(shù),氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等參數(shù)由光合儀同步探測(cè)記錄。同時(shí),采用LI-6400 便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定光合有效輻射。

1.3.3 器官干重、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益

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

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用GraphPad Prism 5、Excel 和DPSv 7.50 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式下源庫(kù)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(duì)高粱和花生的器官物質(zhì)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(shí)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(xiàn)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(jiàn)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(duì)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(fā)現(xiàn)高粱4+花生4模式下對(duì)于高粱+花生復(fù)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(shì)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(kù)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(shù)比較

不同種植模式下,凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間CO2濃度、蒸騰速率、水分利用效率光合參數(shù)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(dǎo)度、蒸騰速率、水分利用效率均表現(xiàn)最高,高粱8+花生4 次之,高粱清種最低?；ㄉm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(duì)較小,且差異未達(dá)顯著水平。說(shuō)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(fù)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(fā)現(xiàn),高粱8+花生4、高粱4+花生4 兩種模式下對(duì)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(duì)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(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益分析

由表5 分析可見(jiàn),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(jīng)濟(jì)效益均存在差異?？偝杀净ㄉ宸N＞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(rùn)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(shù)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(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益分析Table 5 Different planting modes Yield and economic benefit analysis

3 結(jié)論與討論

間作是通過(guò)在同一田地上相間種植2 種或者2 種以上作物,可以發(fā)揮作物的共生、互補(bǔ)和群體特性,以實(shí)現(xiàn)時(shí)間與空間集約化的一種種植方式[9,10]。本研究從光合物質(zhì)生產(chǎn)角度闡釋了高粱花生各不同株高型作物合理配比對(duì)光能利用的優(yōu)勢(shì),提出了高粱4+花生4 模式是一種具有開(kāi)發(fā)應(yīng)用潛力的栽培技術(shù)模式。此研究與徐海英等研究提出的合理的間套復(fù)種可提高耕地生產(chǎn)能力,增強(qiáng)作物抗病能力的結(jié)果基本一致[11],也與潘宗瑾等的研究結(jié)果基本吻合[12]。此外,本研究利用高粱花生并通過(guò)不同高粱花生配比條帶狀種植研究發(fā)現(xiàn)高粱4+花生4 模式可比清種高粱增加凈利潤(rùn)。此研究結(jié)果表明通過(guò)合理的作物組合和空間配比可充分利用的光能轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物高效生產(chǎn)。