不同玉米花生間作模式對(duì)飽果期花生冠層微環(huán)境及光合特性的影響

張昆，萬(wàn)勇善，劉風(fēng)珍，張秀榮

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院／作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018）

玉米是我國(guó)三大主要糧食作物之一，2019年我國(guó)種植面積4 128.4萬(wàn)hm2，總產(chǎn)26 077萬(wàn)t［1］，發(fā)展玉米生產(chǎn)對(duì)保障糧食安全意義重大?；ㄉ俏覈?guó)重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物，2018年我國(guó)種植面積461.97萬(wàn)hm2，總產(chǎn)1 733.20萬(wàn)t［1］，大力發(fā)展花生生產(chǎn)對(duì)保障我國(guó)食用油料安全具有重要的戰(zhàn)略意義［2］。在我國(guó)糧食安全、油脂安全日趨嚴(yán)峻的新形勢(shì)下，糧油爭(zhēng)地矛盾將長(zhǎng)期持續(xù)存在。

玉米花生間作是一種豆科作物與禾本科作物間作的傳統(tǒng)模式［3，4］。研究玉米花生間作的特點(diǎn)，挖掘其糧油雙增產(chǎn)的生產(chǎn)潛力對(duì)于解決糧油爭(zhēng)地矛盾具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。間、套作是否增產(chǎn)，學(xué)者們看法不一［5－8］。間作的產(chǎn)量效應(yīng)與復(fù)合群體內(nèi)的微氣象變化有關(guān)［9］。合理的間作復(fù)合群體結(jié)構(gòu)，改善了高位作物田間小氣候，提高其產(chǎn)量，但是多數(shù)矮位作物卻處于劣勢(shì)而導(dǎo)致產(chǎn)量降低［10］。

飽果期是花生產(chǎn)量形成最關(guān)鍵的時(shí)期，形成的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的40%～60%［11］。但目前關(guān)于玉米花生間作體系對(duì)低位作物花生飽果期的冠層微環(huán)境影響規(guī)律及其對(duì)花生光合特性和莢果產(chǎn)量的影響尚不明確。本試驗(yàn)以玉米品種津北288、花生品種山花9號(hào)為材料，設(shè)置不同玉米花生行比間作模式，研究其對(duì)花生飽果期冠層微環(huán)境、葉片光合特性及系統(tǒng)產(chǎn)量的影響，以探索一種穩(wěn)糧基礎(chǔ)上更好促進(jìn)花生微環(huán)境改善和綜合效益最大化的玉米花生間作配置模式，為實(shí)現(xiàn)糧油雙增產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019、2020年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)岱岳試驗(yàn)基地（泰安）進(jìn)行。供試玉米品種為津北288，花生品種為山花9號(hào)。試驗(yàn)地為壤土，其耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.21%、堿解氮71.73 mg／kg、速效磷13.42 mg／kg和速效鉀90.20 mg／kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)共設(shè)6種種植模式：玉米單作（SM）、花生單作（SP）、玉米‖花生2∶4模式（M2P4，簡(jiǎn)稱2∶4模式）、玉米‖花生3∶4模式（M3P4，簡(jiǎn)稱3∶4模式）、玉米‖花生2∶6模式（M2P6，簡(jiǎn)稱2∶6模式）、玉米‖花生3∶6模式（M3P6，簡(jiǎn)稱3∶6模式）。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每種種植模式重復(fù)3次。間作小區(qū)面積為3個(gè)種植帶寬×7.6 m?；ㄉ饓鸥材しN植，壟寬90 cm，壟上種植2行花生，行距不小于30 cm，穴距17 cm，每穴2粒。玉米單作行距60 cm，株距27.8 cm；玉米間作行距40 cm，株距20 cm。玉米、花生均為南北行種植。

2019年玉米、花生播種期均為6月15日，收獲期均為10月8日。2020年玉米、花生播種期均為6月16日，收獲期均為10月7日。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 冠層透光率 用Sun Scan植物冠層分析儀于花生飽果期選擇晴天10∶00—12∶00進(jìn)行PAR的測(cè)定。每次均采用往返觀測(cè)法。測(cè)定時(shí)，利用移動(dòng)LI－1400探桿，記錄探桿上PAR傳感器的瞬時(shí)PPFD（PAR量子通量）。透光率＝I／Io。式中I為花生冠層底部的輻射強(qiáng)度，Io為花生冠層頂部的輻射強(qiáng)度。

1.3.2 冠層溫度和濕度 采用NK4000手持氣象站于花生飽果期選擇10∶00—12∶00測(cè)定冠層溫度和濕度。每個(gè)處理采用往返測(cè)定，重復(fù)3次，其平均值作為該處理冠層溫度和濕度的觀測(cè)值。

1.3.3 冠層內(nèi)部CO2濃度 采用GXH－305型紅外線CO2分析儀（北京分析儀器廠），于花生飽果期選擇10∶00—12∶00測(cè)定群體冠層的CO2濃度。

1.3.4 相對(duì)葉綠素含量 采用便攜式手持儀ModelCL－01于飽果期測(cè)定主莖倒三葉的相對(duì)葉綠素含量（SPAD值）。每小區(qū)測(cè)15片葉，取其平均值作為該處理的相對(duì)葉綠素含量。

1.3.5 凈光合速率 采用便攜式光合儀CIRAS－3于飽果期選擇晴天10∶00—12∶00進(jìn)行凈光合速率的測(cè)定。測(cè)定時(shí)選擇主莖倒三葉，每小區(qū)測(cè)15片葉，取其平均值作為該處理的凈光合速率。

1.3.6 產(chǎn)量 各小區(qū)花生收獲13.34 m2莢果，曬干后稱重并計(jì)產(chǎn)。玉米單作每小區(qū)收獲9 m2內(nèi)所有雌穗，風(fēng)干脫粒后測(cè)產(chǎn)。間作玉米每小區(qū)收獲9 m2所有雌穗計(jì)產(chǎn)。

1.3.7 土地當(dāng)量比 計(jì)算公式：LER＝（Yic／Ydc）＋（Yip／Ydp）。式中，Yic和Ydc分別表示間作玉米和單作玉米產(chǎn)量，Yip和Ydp分別表示間作花生和單作花生產(chǎn)量。LER＞1為間作優(yōu)勢(shì)，LER＜1為間作劣勢(shì)［12，13］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作模式對(duì)花生冠層透光率的影響

由圖1可以看出，不同玉米花生間作模式對(duì)飽果期花生冠層的透光率影響顯著。間作花生的冠層透光率顯著高于單作花生。玉米‖花生2∶4模式、3∶4模式的花生冠層透光率均高于2∶6模式、3∶6模式，且2∶4模式與其達(dá)到顯著水平，而2∶4模式與3∶4模式、2∶6模式與3∶6模式的花生冠層透光率差異均不顯著。這可能是因?yàn)殚g作模式下玉米遮陰影響了花生葉片的生長(zhǎng)，玉米占比越大花生葉面積越小，花生冠層透光率越大。

2.2 間作模式對(duì)花生冠層溫度的影響

由圖2可以看出，與單作花生相比，不同玉米花生間作模式大多顯著降低花生冠層的溫度，2019年4種間作模式的降幅為2.08%～7.16%，2020年降幅為4.55%～8.39%。兩年均為玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式。6行花生模式的冠層溫度高于4行花生模式，且3∶6模式顯著高于3∶4模式，2∶4模式顯著高于3∶4模式，但2∶6模式與3∶6模式的花生冠層溫度差異均不顯著。

圖2 不同間作模式對(duì)花生冠層溫度的影響

2.3 間作模式對(duì)花生冠層濕度的影響

由圖3可以看出，與單作花生相比，玉米花生間作可提高花生冠層的濕度。兩年均為玉米‖花生3∶4模式＞2∶4模式＞3∶6模式＞2∶6模式。但兩年處理間差異大多不顯著。

圖3 不同間作模式對(duì)花生冠層濕度的影響

2.4 間作模式對(duì)花生冠層CO2濃度的影響

由圖4可以看出，與單作花生相比，除2∶6模式外，兩年間4種玉米花生間作模式均顯著降低花生冠層的CO2濃度，2019年降幅為1.47%～3.89%，2020年降幅為2.24%～5.61%。兩年均為玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式。6行花生間作模式冠層CO2濃度均高于4行花生間作模式，但玉米‖花生2∶4模式與3∶4模式、2∶6模式與3∶6模式的花生冠層CO2濃度差異均不顯著。

圖4 不同間作模式對(duì)花生冠層CO2濃度的影響

2.5 間作模式對(duì)花生葉片相對(duì)葉綠素含量的影響

由圖5可以看出，與單作花生相比，兩年間4種玉米花生間作模式均顯著降低花生功能葉的葉綠素含量，2019年降幅為5.99%～17.23%，2020年降幅為5.82%～13.09%。兩年花生葉片的葉綠素含量均為玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式，處理間差異大多達(dá)顯著水平。

圖5 不同間作模式對(duì)花生葉片相對(duì)葉綠素含量的影響

2.6 間作模式對(duì)花生葉片凈光合速率的影響

由圖6可以看出，與單作花生相比，兩年間4種玉米花生間作模式均顯著降低花生功能葉的凈光合速率，2019年降幅為8.94%～25.20%，2020年降幅為11.24%～27.91%。兩年花生功能葉的凈光合速率均為玉米‖花生2∶6模式＞3∶6模式＞2∶4模式＞3∶4模式，處理間差異均達(dá)顯著水平。

圖6 不同間作模式對(duì)花生葉片凈光合速率（Pn）的影響

2.7 不同間作模式下的系統(tǒng)產(chǎn)量和土地當(dāng)量比

由表1可以看出，間作中以玉米‖花生3∶4模式的玉米產(chǎn)量最高，2∶6模式的玉米產(chǎn)量最低；但2∶6模式的花生產(chǎn)量最高，2∶4模式的花生產(chǎn)量最低，處理間差異均達(dá)顯著水平。相同花生行數(shù)條件下，以2行玉米間作的花生產(chǎn)量較高；相同玉米行數(shù)條件下，以間作6行花生的產(chǎn)量較高。

表1 不同間作模式下的系統(tǒng)產(chǎn)量和土地當(dāng)量比

玉米‖花生2∶6模式、3∶6模式兩年土地當(dāng)量比均大于1，以3∶6模式最大，2019年和2020年分別達(dá)1.11和1.12。本試驗(yàn)條件下，玉米‖花生3∶6模式獲得最高的系統(tǒng)總產(chǎn)量和最大的土地當(dāng)量比。

3 討論

間作可以改善高稈作物的通風(fēng)透光條件，對(duì)矮稈作物則造成較大的遮陰影響［14］。已有研究表明，玉米花生間作改變作物原本的透光能力，較單作改變高位作物和低位作物對(duì)光的吸收利用能力，使光合特性發(fā)生改變［15－18］。馬連坤等［19］對(duì)小麥與蠶豆的間作研究表明，間作較蠶豆單作冠層溫度和冠層濕度有所增加。王兆祎［20］研究表明，花生棉花間作模式的冠層溫度較花生單作減少4.35%，冠層濕度增加3.73%。韓全輝［8］、楊萌珂［18］等研究表明，玉米花生間作，其生育后期花生葉片的凈光合速率急速下降。冠層微環(huán)境的改變會(huì)顯著影響花生莢果產(chǎn)量［21］。本研究表明，與單作花生相比，玉米花生間作顯著增加花生冠層透光率，其中玉米‖花生2∶4模式的最高；間作顯著降低花生冠層溫度和CO2濃度，其中玉米‖花生3∶4模式的最低，玉米‖花生2∶6模式的最高。玉米花生間作顯著降低花生功能葉的葉綠素含量和凈光合速率，其中玉米‖花生2∶6模式的兩指標(biāo)最高。

在玉米花生間作系統(tǒng)中，一般是兩種作物都減產(chǎn)，只有當(dāng)土地當(dāng)量比大于1時(shí)，間作系統(tǒng)才被認(rèn)為具有增產(chǎn)效應(yīng)［22］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，間作玉米、花生較單作產(chǎn)量均降低，玉米‖花生2∶4模式、3∶4模式兩年土地當(dāng)量比均低于1，無(wú)間作優(yōu)勢(shì)；2∶6模式、3∶6模式兩年土地當(dāng)量比均大于1，兩年的土地當(dāng)量比達(dá)1.09～1.12，表現(xiàn)出明顯的間作優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

綜合本研究結(jié)果看出，玉米花生間作顯著增加花生冠層透光率，顯著降低花生冠層溫度和CO2濃度，顯著降低花生功能葉葉綠素含量和凈光合速率，但玉米‖花生2∶6模式、3∶6模式下花生葉片仍能保持較高的光合能力，土地當(dāng)量比大于1，表現(xiàn)出明顯的間作優(yōu)勢(shì)。本試驗(yàn)條件下，玉米‖花生3∶6模式是一種較為理想的間作模式，有助于穩(wěn)糧增油生產(chǎn)。