红壤坡耕地间种垄作玉米//花生的产量表现及其种间竞争力的评定

黄尚书,钟义军,叶 川,李小飞,武 琳,秦 超

(江西省红壤研究所,江西 进贤 331717)

红壤坡耕地间种垄作玉米//花生的产量表现及其种间竞争力的评定

黄尚书,钟义军,叶 川*,李小飞,武 琳,秦 超

(江西省红壤研究所,江西 进贤 331717)

以花生单作和玉米单作为对照,设置玉米//花生平作、垄面花生//垄沟玉米和垄面玉米/垄沟花生3个间作处理,研究了不同间作处理对作物生物产量和经济产量的影响,分析了不同间作模式下作物的种间竞争力和经济效益。结果表明:不同间作处理中花生的生物产量与经济产量总体上低于花生单作处理的,而玉米则相反;不同间作处理的土地当量比以及花生相对于玉米的种间竞争力均以垄面花生//垄沟玉米处理为最大;在不同间作处理中，以垄面花生//垄沟玉米的经济效益和产投比最高,分别为1843.69元/hm2和1.07。

红壤坡耕地;玉米；花生；间种垄作技术;产量;种间竞争力

红壤区坡耕地占旱地面积的70%以上,是南方红壤区重要的农业生产资源[1]。南方红壤区丰富的水、热资源使得该区农业生产和经济发展潜力巨大[2]。但长期以来，种植制度单一、土地不合理利用等因素,造成红壤坡耕地生产水平和经济效益低下,成为制约南方红壤区农业发展的瓶颈。

间套作系统通过不同作物在空间分布和养分需求等方面的优势互补,能有效地利用各种生长因子(光、水分、养分等)来获得产量优势[3],对促进农业可持续发展有重要作用。垄作栽培有利于扩大土壤表面积、改善根际土壤的通气性、增加田间的通风透光,可以加厚适于作物生长的熟土层,使土壤不易板结,能更有效地协调水、肥、气、热等环境因子的关系[4]。目前,针对间套作、垄作栽培单项技术对土壤理化性质及作物农艺性状的研究较多[5-6,12-13],但将这两项技术结合起来进行研究相对较少。2014年,我们在充分研究间套作、垄作技术的基础上,将相关技术进行改进、融合，提出了红壤坡耕地间套种垄作技术。该技术在耕层构建、作物生境改善、空间利用等方面具有明显优点，可为红壤坡耕地气候生产力的发挥以及土壤障碍因子的消除提供一条新的途径。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于距江西省红壤研究所10 km的温圳茶厂(N 28°19′29.7″,E 116°08′4.8″)附近。该地区气候温和、雨量丰富、日照充足、无霜期长,属中亚热带季风气候,年均降雨量1537 mm,年蒸发量1100～1200 mm;年均气温17.7～18.5 ℃,最冷月(1月)平均气温为4.6 ℃;最热月(7月)平均气温28.0～29.8 ℃；地形为典型低丘,海拔25～30 m,坡度5°；土壤类型为第四纪红粘土母质发育的红壤。

1.2 试验设计

供试花生品种为进贤多粒土花生,玉米品种为掖单13。试验采用裂区设计,其中主处理为:花生单作(A1)、玉米单作(A2)、花生//玉米平作(A3)、垄面花生//垄沟玉米(A4)、垄面玉米//垄沟花生(A5)。副处理为:不覆盖秸秆(B1)、秸秆覆盖(B2),覆盖量为2250 kg/hm2。各处理重复3次,共计32个小区，小区面积为3.3 m×10.0 m=33 m2。花生以行株距33 cm×15 cm种植,玉米以行株距50 cm×40 cm种植。作物施肥水平按当地生产标准,其中花生肥料施用量为纯氮118.3 kg/hm2、P2O545 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2,玉米施肥量为纯氮278.4 kg/hm2(其中60%作为基肥)、P2O554 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2,另外增施石灰2250 kg/hm2。A3、A4和A5处理以2行玉米∶4行花生(60 cm∶140 cm)的比例进行间作,其各小区分别种植20行花生和10行玉米;单作处理各小区分别种植30行花生和20行玉米。另外,A4和A5处理需在试验前进行起垄,垄高均为20 cm,其中A4的垄面和垄沟宽分别为160 cm和40 cm,A5的垄面和垄沟宽分别为40 cm和160 cm。试验于2015年4～8月进行,花生、玉米均在4月下旬播种,玉米于6月下旬收获,花生于8月中旬收获。

1.3 取样方法

在花生、玉米成熟期采集植株样品。花生、玉米单作处理每小区随机取植株样品5株,间作处理则在每小区随机取花生和玉米植株样品各5株;取样后,按根、茎、叶、果实分开,在105 ℃下杀青30 min后,继续在75 ℃下烘至恒重,测定干物质重。在采收期测定小区花生荚果产量和玉米籽粒产量。

1.4 间作系统的土地当量比和种间竞争力计算

土地当量比LER=LP+LC,式中:LP=间种面积上花生产量÷单作花生产量;LC=间种面积上玉米产量÷单作玉米产量。

种间相对竞争力APC=AP-AC,式中:APC为花生相对于玉米的竞争力,AP=间种花生单产÷单作花生单产;AC=间种玉米单产÷单作玉米单产。

1.5 数据统计与分析

采用Excel2003、Spss17.0软件进行数据分析,利用Origin8.1软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对作物生物产量的影响

如表1所示,花生饱果成熟期根、茎、叶和荚果的干物质量分别介于1.50～2.92、21.94～37.05、8.49～15.48、48.94～75.67g。从主处理来看,花生根、叶、荚果的平均干物质量均表现为间作处理低于花生单作,分别低11.82%、12.47%、18.68%;在不同间作处理中花生根、茎、叶、荚果干物质量均以A3处理为最低,以A4处理较高。从副处理来看,花生饱果成熟期各器官干物质量均表现为B2处理高于B1处理,差异性不尽相同。说明花生//玉米间作影响了花生各器官的生长,但通过与深松、起垄、稻草覆盖等农业措施相结合,可缓解花生与玉米的竞争压力。

表1 不同处理下花生饱果成熟期各器官的干物质量 g

注:表中数据为平均值±标准差；同列数据后不同大写字母表示不同副处理间差异显著,不同小写字母表示不同主处理间差异显著。下同。

如表2所示,玉米完熟期根、茎、叶和苞果的干物质量分别介于14.51～17.20、62.71～83.74、44.89～65.45、268.35～303.52 g。从主处理来看,玉米完熟期根、叶和苞果的干物质量整体表现为间作处理(A3、A4、A5)高于或显著高于玉米单作处理A2,而玉米完熟期茎干物质量表现为A5处理较高,A3处理较低。从副处理来看,玉米完熟期各器官的干物质量表现为B2处理高于或显著高于B1处理。可见,花生//玉米间作系统中玉米处于优势地位,以A5处理效果最好。

表2 不同处理下玉米完熟期各器官的干物质量 g

2.2 不同处理对作物经济产量的影响

如图1所示,花生单位面积产量整体表现为花生单作高于花生间作,其中不同间作处理花生的单位面积产量以A4处理较高(4706.10 kg/hm2),以A3处理最低(4276.8 kg/hm2)；方差分析结果表明,不同间作处理的花生产量显著低于花生单作处理的(P<0.05)。从副处理来看,仅花生单作处理的花生产量表现为B2显著高于B1(P<0.05)。此外，玉米单位面积产量表现为玉米间作处理高于玉米单作处理,其中以A5处理最高,平均比A2高10.12%。

图1 花生//玉米系统中作物的单位面积产量

2.3 不同间作处理对土地当量比和种间竞争力的影响

表3列出了不同间作处理的土地当量比LER及花生相对于玉米的种间竞争力APC。由表3可知,不同间作处理的土地当量比表现为A4≥A5>A3>1,说明花生//玉米间作系统对环境的资源利用效果较好,以花生//玉米间作垄作模式最佳。在花生//玉米间作系统中，花生相对于玉米的种间竞争力小于0,说明花生在该间作系统中处于竞争劣势地位；但在A4处理中花生相对于玉米的种间竞争力最大,平均为-0.13,说明在垄面花生//垄沟玉米模式下花生的竞争劣势最小,这种间作模式更适于花生生长。

表3 不同处理对土地当量比及种间竞争力的影响

注:LER为土地当量比,APC为花生相对于玉米的竞争力。

2.4 不同种植模式的经济效益对比分析

由表4可以看出：各主处理的纯经济效益均表现为A1>A4>A5>A3>A2,其中间作处理中以A4的经济效益最好,平均达1843.69元/hm2,但仍比A1处理低786.57元/hm2;从副处理来看,B2的经济效益为1397.14～3058.50元/hm2,平均比B1高67%;在B1与B2副处理下，不同主处理的产投比均以A1最好,其中间作处理中以A4最好。

3 讨论与结论

由于在花生//玉米间作系统中玉米是优势作物[7](本研究结果也证实了这点),同时花生具有固氮作用，可改善红壤坡耕地的养分状况,有利于玉米的生长，因此,在花生//玉米间作系统中,花生各器官的干物质量与产量等指标均不如花生单作下的,而玉米则正好相反。通过计算花生//玉米间作处理的土地当量比和种间竞争力发现,垄面花生//垄沟玉米间作模式更有利于花生的生长和发育,主要原因在于花生//玉米间作与起垄措施相结合,使花生与玉米地上与地下生长空间相对错开,特别是能改善光照与温度条件[8],使两种作物更加充分地利用环境光照、养分等资源，有效地促进了花生、玉米地上和地下部的生长、发育[9]。然而,农民们为了追求经济效益而长期连作花生[10],导致各类间种模式的推广力度不大。相关研究表明,花生长期连作会导致花生抗病虫害能力下降、土壤中养分缺失、微生物群落结构失衡、土壤酶活性降低和根系分泌物毒性增强。据报道,连作一般减产8%～32%,连作年限愈长,减产愈重[11]。本项目提出的间作垄作模式的经济效益较花生//玉米平作好,以垄面花生//垄沟玉米的纯经济效益最好,达1843.69元/hm2,仅比花生单作少524.06元/hm2。在花生//玉米间作系统中还可对两种作物进行隔年换位种植,能进一步降低花生连作带来的负面效应,从长远来看其经济效益并不比花生单作差。另外,稻草秸秆覆盖可改善土壤水分条件、养分状况[14-15],能提高玉米和花生的产量,平均增幅达8.15%,可进一步提高花生//玉米间作系统的经济收益。因此,以垄面花生//垄沟玉米间作模式为代表的间作垄作深松技术具有一定的技术优势和良好的经济效益,结合稻草覆盖等农艺措施,可进一步提高间作的经济效益,是红壤坡耕地值得推广的间作技术。

表4 不同处理下作物生产的经济效益比较

注:玉米、花生的价格按2016年市场平均价格计算，分别为2.4、5.0元/kg；劳工价格为70元/工日；尿素2.4元/kg,钙镁磷肥0.5元/kg,氯化钾2.2元/kg。

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(责任编辑:黄荣华)

Yield Performance and Interspecific Competitiveness of Crops in Maize-Peanut Intercropping with Ridge Tillage in Red Soil Slope Farmland

HUANG Shang-shu, ZHONG Yi-jun, YE Chuan*, LI Xiao-fei, WU Lin, QIN Chao

(Red Soil Research Institute of Jiangxi Province, Jinxian 331717, China)

Taking peanut monocropping and maize monocropping as controls, designing three intercropping treatments (maize-peanut intercropping without ridge, intercropping of ridge-surface peanut and ridge-ditch maize, and intercropping of ridge-surface maize and ridge-ditch peanut), the author studied the effects of different intercropping treatments on the biological yield and economic yield of crops, and analyzed the interspecific competitiveness and economic benefits of crops in various intercropping systems. The results showed that: the biological yield and economic yield of peanut in different intercropping treatments were generally lower than those in peanut monocropping treatment, while the results were on the contrary for maize; among various intercropping treatments, the intercropping of ridge-surface peanut and ridge-ditch maize obtained the maximum land equivalent ratio, the biggest interspecific competitiveness of peanut to maize, the highest economic benefit (1843.69 yuan/hm2), and the highest output-input ratio (1.07).

Red soil slope farmland; Maize; Peanut; Intercropping and ridge tillage technology; Yield; Interspecific competitiveness

2017-03-09

公益性行业(农业)科研专项经费项目(201503119)；江西省重点研发计划项目(20161BBF60105)。

黄尚书(1989─),男,江西崇义人,助理研究员,硕士,主要从事红壤水土保持研究。*通讯作者:叶川。

S513、S565.2

A

1001-8581(2017)07-0005-04