间作对玉米磷、铁、锌和钙素吸收及其在植株体内转移分配的影响

夏海勇+孔玮琳+薛燕慧+汤艳艳+汪宝卿+刘开昌+万书波

摘要：为进一步明确玉米/花生间作对玉米磷、铁、锌和钙素吸收及其在植株体内转移分配的影响规律，为间套作生产体系的健康发展提供理论指导，于2015年生长季在田间条件下通过设置不同间作玉米株距（10、13、16、20 cm和27 cm）和玉米常规单作（27 cm）处理，研究其对玉米产量和收获指数，玉米中磷、铁、锌、钙素这四种元素的吸收量、收获指数、体内利用效率及其在玉米籽粒和茎叶中质量分数的影响。结果表明，间作明显提高玉米对土壤中这四种元素的吸收量；随间作玉米株距缩小，即种植密度增加，这些元素的吸收量有增加的趋势。而这四种元素的收获指数均不受间作的影響。间作玉米株距在非增密时，对磷素表现出奢侈吸收特征。间作导致籽粒和茎叶磷的“富集”；随玉米株距的增加，即种植密度降低，茎叶磷的质量分数增加。而随玉米株距的增加，间作玉米籽粒铁和锌的质量分数表现出一定的“稀释效应”。

关键词：间作；玉米；花生；元素吸收；转移分配

中图分类号：S344.2：S513 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2017）07-0086-05

Abstract We want to better understand the effect law of intercropping of maize with peanut on the absorption of phosphorus （P）， iron （Fe）， zinc （Zn） and calcium （Ca） from soil and translocation to grain in maize. It would provide theoretical guidance for the healthy development of intercropping production system. So we designed the treatments， including different planting distances of 10， 13， 16， 20 and 27 cm for intercropped maize and 27 cm for mono-cropped maize. Then their effects on maize grain yields and harvest indexes， and also the absorption amounts， harvest indexes， plant-internal use efficiency and mass fraction in grain and straw of maize of P， Fe， Zn and Ca were studied at growing season in 2015 in field. The results showed that intercropping obviously increased the acquisition amounts of maize to P， Fe， Zn and Ca， and the acquisition amounts increased with the narrow of planting distance of intercropped maize. The harvest indexes of the 4 elements were not affected by intercropping. When the planting distance of intercropped maize was the same as mono-cropped maize， the intercropped maize showed the characteristic of P luxury absorption. Intercropping led to enrichment of P in grains， stems and leaves. With the increase of planting distance of intercropped maize， the mass fraction of P in stems and leaves increased， but the mass fraction of Fe and Zn in grain showed a dilution effect.

Keywords Intercropping； Maize； Peanut； Nutrient absorption； Translocation and allocation

磷（P）、铁（Fe）、锌（Zn）和钙（Ca）是玉米正常生长和发育必需的营养元素，籽粒中这些营养元素的质量分数影响动物和人体健康。间套作作为一种有效的农艺措施，有助于改善土壤中难溶性养分如磷、铁和锌的活化、吸收及植株体的营养状况。过去的十多年里，磷素吸收优势在小麦/玉米和蚕豆/玉米等间套作体系中的研究得到了特别的关注和重视[1-6]；另外，石灰性土壤上，禾本科与花生间作改善花生籽粒铁和锌营养的生理及分子生态机制持续得到学者的研究重视，取得了一系列研究进展[7-9]。而关于玉米籽粒磷、铁、锌和钙浓度及其收获指数和体内利用效率，即在植株体内的转移分配情况，如何受间作套种影响的研究报道还比较少见。笔者最近在西北（甘肃）地区开展的研究，首次报道了间套作显著提高玉米籽粒磷浓度，与油菜、蚕豆、鹰嘴豆套作和与大豆间作的玉米平均籽粒磷浓度分别比单作高出19.8%、13.0%、17.2%和12.0%，而收获指数和磷素收获指数均无显著变化；此外，间套作明显降低玉米体内磷素利用效率，与油菜、蚕豆、鹰嘴豆和大豆间套作玉米平均体内磷素利用效率分别比单作降低15.9%、9.6%、14.9%和8.5%[10]。基于上述工作，笔者首次报道了相对于单作玉米，与蚕豆、鹰嘴豆和大豆间套作的玉米地上部植株Fe、Mn、Cu和Zn的吸收量显著增加，而籽粒微量元素浓度显著降低，表现出“稀释效应”，主要是从营养器官向籽粒转移或再活化的比例降低所致，这可能与相应的玉米衰老进程减缓有关[11]。

玉米/花生间套作被认为是在黄淮海平原缓解粮油争地矛盾的一种重要种植方式，能够提高我国油脂油料自给能力，提高土地利用效率，增加农民收益，尤其对种植大户、家庭农场和农民专业合作社具有广阔的应用前景[12]。2015年8月7日，国务院办公厅发布《关于加快转变农业发展方式的意见》[国办发（2015）59号文]，提出重点在东北和黄淮海地区推广玉米花生间作套种模式，科学合理利用耕地资源，促进种地养地结合。与花生间作对玉米P、Fe、Zn和Ca这四种元素吸收及其在茎秆和籽粒中转移分配的影响目前尚未见报道。黄淮海平原玉米/花生间作的情况与我們之前在甘肃的研究是否存在统一的规律及其差异值得研究。

因此，本研究拟率先报道玉米/花生间作条件下玉米P、Fe、Zn和Ca的吸收情况、在籽粒中的浓度以及相应收获指数和体内利用效率等指标相对于单作的变化，为间套作玉米体内养分元素累积利用和籽粒营养品质变化分析提供理论依据，对间套作生产体系发展提供实际指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

夏玉米/夏花生全生育期间作试验在山东省农业科学院作物研究所济南试验站（36°42′N， 117°4′E；海拔48 m）进行，该地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均温度13.6℃，年均降水量约625 mm。砂壤土，pH 值7.7， 0～20 cm耕层土壤有机质含量2.1%，水解氮45.0 mg/kg，速效磷14.8 mg/kg，交换性钾163.0 mg/kg。供试玉米品种为鲁单818，花生品种为花育25号，均为适宜在黄淮海地区种植推广的优良品种。

1.2 试验设计及方法

种植模式共计6种，分别为：玉米单作和玉米/花生行比2∶4间作（包括1种玉米常规间作和4种玉米缩小株距增密间作处理），重复3次。

玉米单作处理中，玉米行距60 cm，株距27 cm，种植密度为61 728株/hm2，小区面积8.0 m×5.0 m=40 m2。玉米/花生间作处理中，每个作物组合种植带包含2行玉米（行距60 cm）和4行花生（行距20 cm），玉米行与花生行的间距为40 cm，带宽2.0 m；其中，玉米面积占整个间作区域的60%，花生占40%。玉米常规间作株距设置为27 cm，种植密度为37 037株/hm2（对整个间作体系而言，包含花生所占土地面积），4种增密间作处理的株距设置分别为20、16、13 cm和10 cm，相应种植密度分别为50 000、62 500、76 923、100 000株/hm2（算法同上）。间作花生穴距统一为20 cm，种植密度为100 000穴/hm2（对整个间作体系而言，包含玉米所占土地面积）。每个间作小区面积8.0 m × 5.0 m= 40 m2，共包含4个作物组合带。

6月20日，花生和玉米同时播种，10月5日同时收获。基施腐熟畜禽粪肥6 750 kg/hm2。氮肥用尿素（N 46%），花生基施（N）112.5 kg/hm2。玉米纯氮用量为225 kg/hm2，分为基施和追施，基肥用量和方法与花生相同；追肥时期为大喇叭口期，施入量为112.5 kg/hm2，在玉米行间追施。每次施用尿素结合翻耕、开沟覆土或灌水。磷肥用过磷酸钙，基施（P2O5）60 kg/hm2。钾肥用硫酸钾，基施（K2O）120 kg/hm2。作物生长期间，充足灌水，及时除草、防治病虫害，并适时锄地松土。

1.3 测定项目及方法

玉米成熟收获时，每个单作或间作小区收获2行紧邻的玉米，用以测定籽粒产量和地上部生物量。元素测定前，植株样品分为籽粒和秸秆两部分（手工脱粒以防止机器对植株体微量元素造成污染），并分别用去离子水洗净，经65～70℃、 72 h 烘干后用不锈钢研磨机（中国北京环亚天元机械技术有限公司制造，型号HY-04B）进行粉碎，然后经HNO3∶H2O2（6 mL∶2 mL）由微波消煮炉（CEM， Matthews， NC， USA）消煮。消煮液中P、Fe、Zn和Ca的浓度由等离子体发射光谱仪（ICP-AES， OPTIMA 3300 DV， Perkin-Elmer， USA）测定。在每批消煮测定过程中，设置空白样和国际标准样品（荷兰瓦格宁根大学 Wageningen 籽粒样品 IPE556 和秸秆样品 IPE883），以保证分析质量。

1.4 数据统计方法

利用SAS 8.0对数据进行方差分析，用最小显著性差异法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 籽粒产量和收获指数

由表1可以看出，相对于单作，间作显著提高玉米净面积籽粒产量，增幅达34.2%～62.6%。间作玉米籽粒产量与玉米株距之间呈显著性负相关（r=-0.916， P=0.029； n=15），即间作玉米种植密度越大，籽粒产量越高。收获指数在间作玉米株距为10 cm时显著低于其它处理。相关性分析表明，间作玉米收获指数与玉米株距之间呈边缘性显著正相关关系（r=0.823， P=0.087； n=15），说明随间作玉米种植密度的增加，干物质向籽粒分配的比例降低，严重时可能会影响籽粒的形成，这与笔者田间观察发现株距在10 cm时玉米棒出现较多畸形的情况相符。

2.2 间作对玉米磷吸收及向籽粒转移分配的影响

由表2和表3可以看出，相对于单作，间作能大幅度提高玉米对土壤中磷的吸收量，且随间作玉米种植密度增加即株距缩小，磷吸收量有增加的趋势。这与籽粒产量增加有关，相关性分析表明，间作玉米籽粒产量与相应磷吸收量之间呈显著性正相关（r=0.565， P=0.028； n=15）。磷收获指数在所有处理之间均无显著性差异。间作玉米磷体内利用效率在株距为27 cm时显著低于单作，其它处理间均无显著性差异。与单作相比，间作玉米籽粒磷的质量分数显著增加。间作玉米茎叶磷的质量分数与玉米株距之间呈显著性正相关（r=0.638， P=0.011； n=15），即玉米株距越大，茎叶磷浓度越大。

上述结果表明，与花生间作能增强玉米对土壤磷的吸收能力，而并未影响其在籽粒和茎叶的分配比例；磷的吸收量越多，茎叶中的含量多，籽粒中的含量也多。间作玉米株距在27 cm时表现出磷的奢侈吸收特征，即过多的磷素累积在植株体内。间作导致籽粒磷“富集”，随玉米株距的增加，茎叶磷“富集效应”越明显。

2.3 间作对玉米铁吸收及向籽粒转移分配的影响

由表3和表4可以看出，相对于单作，间作均能大幅度提高玉米对土壤中难溶性铁的吸收量，且随间作玉米种植密度增加即株距缩小，铁吸收量有增加的趋势。这与籽粒产量增加有关，相关性分析表明，间作玉米籽粒产量与相应铁吸收量之间呈边缘显著性正相关（r=0.491， P=0.063；n=15）。铁收获指数和体内利用效率在所有处理之间均无显著性差异。与单作相比，间作玉米籽粒铁质量分数和茎叶铁质量分数无显著性变化。间作玉米籽粒铁质量分数与玉米株距之间呈显著性负相关（r=-0.525， P=0.044； n=15），即玉米株距越大，籽粒铁浓度越低。间作玉米籽粒铁的质量分数在株距为27 cm，即常规间作时，显著低于株距缩小为10 cm的情况；间作玉米茎叶铁的质量分数在不同株距之间无显著性差异。

上述结果表明，与花生间作也能增强玉米对土壤铁的吸收能力，而并未影响其在籽粒和茎叶的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；铁的吸收量越多，支撑更大的植株体，茎叶中的含量多，籽粒中的含量也多。随玉米株距的增加，间作玉米籽粒铁的质量分数存在一定的“稀释效应”。

2.4 间作对玉米锌吸收及向籽粒转移分配的影响

表3和表5看出，相对于单作，间作能大幅度提高玉米对土壤中难溶性锌的吸收量，相关性分析表明，间作玉米总锌吸收量与玉米株距之间呈边缘显著性负相关（r=-0.512， P=0.051； n=15），即间作玉米种植密度越大，锌吸收量越多。这与籽粒产量增加有关；间作玉米籽粒产量与相应锌吸收量之间呈极显著性正相关（r=0.888， P<0.01； n=15）。锌收获指数和体内利用效率在所有处理之间均无显著性差异。与单作相比，间作玉米籽粒锌质量分数和茎叶锌质量分数无显著性变化。间作玉米籽粒锌质量分数与玉米株距之间呈极显著性负相关（r=-0.648， P=0.009； n=15），即玉米株距越大，籽粒锌浓度越低。间作玉米籽粒锌的质量分数在株距为27 cm，即常规间作时，显著低于株距分别缩小为16 cm和10 cm的情况；间作玉米茎叶质量分数在株距为16 cm时显著低于27、20 cm和13 cm的情况。

上述结果表明，与花生间作能增强玉米对土壤锌的吸收能力，而并未影响其在籽粒和茎叶的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；鋅的吸收量越多，支撑更大的植株体，茎叶承载的量多，籽粒承载的量也多。随玉米株距的增加，间作玉米籽粒锌的质量分数存在一定的“稀释效应”。间作玉米茎叶锌的质量分数在不同株距之间存在一定差异有待于进一步研究。

2.5 间作对玉米钙吸收及向籽粒转移分配的影响

由表3和表6可以看出，相对于单作，间作均能提高玉米对土壤中钙的吸收量，随间作玉米密度增加即株距缩小，钙吸收量有增加的趋势。这与籽粒产量增加有关，相关性分析表明，间作玉米籽粒产量与相应钙吸收量之间呈极显著性正相关（r=0.699， P=0.004； n=15）。钙收获指数、体内利用效率、籽粒和茎叶钙质量分数在单作和间作之间均无显著性差异。上述结果表明，与花生间作能增强玉米对土壤钙的吸收能力，而并未影响其在籽粒和茎叶的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；钙吸收的多，支撑更大的植株体，往茎叶分配的量多，往籽粒分配的也多。

3 讨论与结论

本试验条件下，间作能大幅度提高玉米对土壤中钙素和难溶性磷、铁、锌的吸收能力，随间作玉米株距缩小即种植密度增加，这些元素的吸收量有增加的趋势，这主要与间作玉米籽粒产量随种植密度增加而增加的原因有关。

磷、铁、锌和钙这四种元素的收获指数均不受间作的影响，即间作并不能影响它们在籽粒和茎叶中的分配比例；元素吸收量越多，其在茎叶分配的量多，在籽粒中分配的量也多。

间作玉米株距在27 cm时表现出磷的奢侈吸收特征，即过多的磷素累积在植株体内；其它元素/处理均未表现出奢侈吸收行为，吸收的量多，能支撑更大的植株体。

与单作玉米相比，间作导致籽粒和茎叶磷的“富集”，这与笔者之前在西北地区开展的研究结果吻合[10]；随玉米株距的增加，茎叶磷“富集效应”越明显。而微量元素铁和锌的表现则与大量元素磷截然不同，随玉米株距的增加，间作玉米籽粒铁和锌的质量分数存在一定的“稀释效应”。笔者之前在西北地区的研究中，“稀释效应”主要由铁和锌从营养器官向籽粒转移或再活化的比例降低所致，可能与相应的间作玉米衰老进程减缓有关，而本研究发现，“稀释效应”主要由种植密度的缩减所引起，与间作玉米产量和元素收获指数变化无关[11]。钙元素则不受影响。

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