不同间作方式对谷子间作大豆群体结构的影响

陈 宇，袁宏安，韩 芳，郑太波，张 强，王海龙

（延安市农业科学研究所，陕西 延安 712100）

谷子（Setaria italica）是半干旱区的优势作物，是以群体穗数争取产量的作物，密植是谷子增产的方向［1］，合理密植能够提高土壤养分利用效率和单位面积光合效率，具有明显的增产作用，密植春谷定苗密度在37.5万株/hm2，地力水平和施肥水平较高的情况下留苗密度可增大到45.0万株/hm2。谷子密植后株间光照遮蔽，透光性降低，田间通风性减弱，湿度增大，倒伏和病害频发，谷子小穗和弱穗增多，谷子穗长穗粗降低，红叶病、谷瘟等病害增加，造成减产和品质下降。谷子间作模式通过合理配置群体，改善密植谷子的通风透光条件，降低谷子发病率，发挥2种作物株高差异调整群体空间结构，形成复合群体，充分满足谷子需要的强光，提高了光照资源的利用率，提高土地当量比，改变田间小气候，增加叶面积和光合势，提高光合速率和净同化率［2］。

谷子间作大豆，变单作顶部平面用光为分层交替用光，提高光能利用率，充分发挥谷子边行的增产优势，提高效益。间作作物根系在土壤中形成不同分布范围，吸收不同土层土壤水分和养分，培肥地力，提高水分和养分的利用率［3-5］，对实现谷子间作大豆群体增收、增效具有重要意义。

前人关于谷子的研究集中在谷子密植增产［6，7］、机械化栽培［8］、抗旱农艺措施［9］等研究上，黑龙江省农业科学院嫩江农业科学研究所采用谷子和绿豆分带种植技术，谷子光合速率比单作谷子提高32.4%，气孔导度提高42.2%，谷子水分利用效率比单作谷子提高31.9%，分带种植大豆光合速率比单作大豆提高56.1%、气孔导度提高148.9%，大豆水分利用效率比单作大豆提高7.0%［9-11］。密植谷子增产增效，开展密植谷子和大豆间作增效集成研究具有很强的实效性。本研究分析了不同谷子间作大豆模式对谷子、大豆植株不同叶层受光条件和植株生长的影响，并分析了间作模式对谷子和大豆光合产物积累、分配的影响，以期为密植谷子间作大豆合理的栽培方式提供理论依据［12］。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试谷子品种为长生07和大豆品种为中黄30。

1.2 试验方法

试验于2018年在延安市宝塔区延安市农业科学研究所后山试验基地进行，地力中等，黄绵土，前茬为大豆。采用两因素随机区组设计，间作方式分别是谷子2行大豆1行（M2S1）、谷子2行大豆2行（M2S2）、谷子3行大豆2行（M3S2）、谷子3行大豆3行（M3S3），单作方式为谷子单作（M）、大豆单作（S），3次重复，以单作处理作为对照。小区长5 m，宽4 m，面积为20 m2，谷子行距25 cm，株距10 cm，大豆行距40 cm，株距14 cm。

播种期是5月15日，收获期是10月12日。在前茬作物收获后的休闲期利用农业废弃物拌入磷酸二胺、尿素制作堆肥，在3月施入土壤作为基肥，每立方米堆肥拌入尿素180 kg、磷酸二胺150 kg，每公顷地施15 m3堆肥。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光合有效辐射强度（PAR）的测定 采用往返观测法，设定距离试验小区5 m的空旷地作为对照观测点测定太阳光合有效辐射，采用3415F光量子仪（美国SPECTRUM公司），在8月谷子灌浆期晴天的10：00、12：00、14：00、16：00时测定谷子行间上部、中部、下部的光合有效辐射强度和大豆行间上部和下部的光合有效辐射强度，依次在谷子行间的冠层上方0.15 m向上测量光合有效辐射冠层入射量（PARci）、向下测量光合有效辐射冠层反射量（PARcr）；置于谷子冠层地面下方距离地面0.15 m处，在此处向上测量光合有效辐射冠层入射量（PARgi），向下测量光合有效辐射地面反射量（PARgr）；在大豆鼓粒期在行间的冠层上方0.15 m处向上测量光合有效辐射冠层入射量（PARci）、向下测量光合有效辐射冠层反射量（PARcr），置于大豆冠层地面下方距离地面0.15 m处，在此处向上测量光合有效辐射入射量（PARgi），向下测量光合有效辐射地面反射量（PARgr）。计算反射率和透射率。

入射的光合有效辐射达到冠层时，部分被反射，部分穿过植株到达地表再次吸收一部分，反射一部分，因此，通过测定冠层光合有效辐射值（PARci）、冠层光合有效辐射反射值（PARcr）、距离地面15 cm高度光合有效辐射值（PARgi）、此处光合有效辐反射值（PARgr）计算冠层吸收的光合辐射有效值（APAR）。

APAR=PARci-PARcr-PARgi+PARgr（3）

1.3.2 生长动态测定 在谷子的苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期、成熟期和大豆的苗期、11节期（V11）、盛花期（R2）、盛荚期（R4）、成熟期（R7）分别选择长势均匀的植株5株，测定干物质量积累、株高（大豆株高指的是主茎长）、叶面积指数。用长宽系数法测定植株叶面积，叶面积指数计算公式为LAI=AI/AS，AI为植株叶面积，AS为植株所占的土地面积。

1.3.3 收获期考种 在谷子和大豆的收获期，每个处理随机选取10株谷子植株和大豆植株进行考种，谷子测量穗长、穗粗、穗粒重、千粒重，大豆测量单株有效荚数、百粒重、单株粒数、单株粒重。

1.4 数据处理

采用SPSS19.0软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同间作模式对作物株高的影响

由图1可知，间作模式谷子株高和单作谷子株高在苗期、拔节期、孕穗期、成熟期无显著差异，在谷子抽穗期有3种间作模式谷子株高显著高于单作谷子株高。M3S3间作模式、M3S2间作模式、M2S2间作模式谷子株高无显著差异，但均显著高于M2S1间作模式、M单作模式株高。

图1 不同间作模式谷子株高的影响

由图2可知，在大豆苗期，谷子间作大豆模式M2S1、M2S2、M3S2、M3S3处理大豆株高之间无显著差异，间作模式大豆株高均低于单作大豆株高。在大豆11节期谷子处于拔节期，谷子株高达到80 cm左右，谷子的阴蔽作用对大豆生长造成影响，在株高上，谷子间作大豆模式M3S3处理>M3S2处理>M2S2处理>M2S1处理，说明M2S1间作模式在大豆营养生长期谷子对大豆株高的影响高于其他处理。在大豆盛花期、盛荚期、成熟期各处理表现相同。

图2 不同间作模式对大豆株高（主茎长）的影响

2.2 不同间作模式对作物叶面积指数的影响

从图3可见，在谷子苗期、拔节期、成熟期不同间作处理叶面积指数差异不显著，在谷子孕穗期和抽穗期单作谷子模式叶面积指数显著低于间作谷子处理。从图4可见，在大豆苗期、11节期、盛花期、成熟期其叶面积指数差异不显著，在大豆盛荚期单作谷子模式叶面积指数显著低于3个间作谷子处理。

图3 不同间作模式对谷子叶面积指数的影响

图4 不同间作模式对大豆叶面积指数的影响

2.3 不同间作模式对作物冠层光合有效辐射的影响

由图5、图6、图7可知，总体上来分析，在不同间作模式处理均表现为谷子冠层吸收的光合有效辐射较多，单作谷子、单作大豆冠层吸收的光合有效辐射高于间作模式各处理。不同间作模式影响2种作物冠层光合有效辐射的透射率、反射率，不同间作模式增加了谷子冠层光合有效辐射的透射率和反射率，对大豆冠层光合有效辐射的透射率和反射率影响较小。

图5 不同间作模式对谷子冠层和大豆冠层吸收的光合有效辐射的影响

图6 不同间作模式对谷子冠层和大豆冠层光合有效辐射透射率的影响

图7 不同间作模式对谷子冠层和大豆冠层光合有效辐射反射率的影响

2.4 不同间作模式对作物干物质积累的影响

由图8可知，在谷子抽穗期和成熟期，间作处理谷子干物质质量明显高于单作处理谷子干物质质量，在各生育时期，M3S3处理谷子干物质质量最高，单作处理谷子干物质量最低。由图9可知，在大豆盛花期、盛荚期、成熟期，单作处理大豆干物质质量最高，M2S1处理大豆干物质质量最低。

图8 不同间作模式对谷子干物质质量积累的影响

图9 不同间作模式对大豆干物质质量积累的影响

2.5 不同间作模式对作物产量构成因素的影响

从表1可见，谷子间作大豆M3S3处理谷子穗长最长，单作谷子处理穗长最短。不同间作模式谷子穗粗无显著差异，表明不同间作模式对谷子穗粗无显著影响。M3S3处理谷子千粒重和单穗重最高，表明间作模式下大豆行数越多，谷子千粒重越高。单作大豆处理单株有效荚数最低，M3S3模式豆子单株有效荚数最高。单作模式大豆百粒重最高，M2S1处理大豆百粒重最低。分析谷子和大豆的总产量，单作谷子处理总产量最高，达4 824.0 kg/hm2，M3S3间作处理产量次之，单作大豆处理的产量最低。M3S3间作处理保持了较高的总产量，提高了谷子单穗重。谷子间作大豆处理的优势是间作后改善了田间通风透光，减少了谷子小穗数，提高了谷子单穗重，从而提高了谷子产量。

表1 不同间作模式对作物产量构成因素的影响

3 小结

试验结果表明，旱地春谷与大豆间作理想的模式M3S3处理，即谷子3行大豆3行，谷子行距25 cm，株距10 cm，大豆行距40 cm，株距14 cm。结合不同间作模式谷子株高、大豆主茎长，谷子和大豆的生物量、产量等数据综合分析，间作模式促进谷子干物质积累，提高穗长和单穗重，有利于谷子形成大穗，由于谷子的遮蔽作用，降低了大豆的干物质积累，降低了大豆的百粒重。M3S3间作处理总产量稍低于单作谷子产量，4种间作模式处理产量均高于单作大豆处理。说明谷子间作大豆处理相对于单作大豆具有较多的优势，谷子间作大豆模式相对于单作谷子的产量优势不大，需要通过提高谷子的品质来提高整体效益。