玉米和不同作物间作对资源利用率及产量的影响

邓琪

（深圳邮局海关 广东深圳 518000）

甜玉米具有优质的口感和独特的风味，深受广大消费者的喜爱，市场需求量逐渐增加。由于复种指数高、生产周期短、种植收益好等特点，近几年来种植面积不断增加[1]。广东省是甜玉米种植大省，由于生产成本较低和经济效益较好，常年连作成为广东地区的主要种植模式，导致土壤肥力下降，作物产量和品质降低，为甜玉米种植可持续发展带来很多问题[2]。因此，采取合理的措施解决连作，促进广东省甜玉米的可持续发展具有重要的意义。

间作是一种基于生物多样性的种植模式，长期以来受到人们的重视，具有养分高效利用、增产稳产的优势[3]，研究表明，间作可以充分利用不同作物间某些互利关系，通过改善根系在土壤中的分布和形态，组成合理的复合群体结构，充分利用养分和土地资源[4]。此外，间作有利于构建合理的作物冠层结构，提高作物通风透光能力，延长光能的利用时间，从而提高光能利用率，保证作物稳产增收[5]。张晓娜等[6]研究表明，间作种植模式可通过影响作物干物质积累量和分配比例影响作物产量构成因子，进而影响作物产量。夏国绵等[7]研究表明，甜玉米和大豆间作后，甜玉米雌穗变短变细，穗行数和行粒数减少，大豆单株有效荚减少，但是由于较大的边际效应，经济产量增加，种植效益提高。张昆等[8]研究表明，与单作花生相比，玉米花生间作显著增加花生饱果期的冠层透光率，玉米∶花生为3∶6的模式是一种较为理想的玉米花生间作模式，有助于稳粮增油生产。目前对玉米间作研究较多，但大多都研究间作后作物生长和产量的关系，有关玉米间作和资源利用率的研究相对较少。因此，本试验研究甜玉米和不同作物间作，作物产量及资源利用率的变化特征，为甜玉米的合理栽培提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样地概况试验于 2020年在广州市增城区小楼镇棠厦村进行，该地区处南亚热带，属亚热带典型的季风海洋气候区，年平均降雨量1 384～2 278 mm，平均气温21.9～22.8℃，年日照时数1 289～1 780 h，试验地土壤为赤红壤土，试验地土壤基础肥力为有机质含量20.54 g/kg，碱解氮含量77.8 mg/kg，速效磷含量73.45 mg/kg，速效钾74.48 mg/kg。

1.1.2 试材试验选用玉米品种为粤甜9号，由广东省农业科学院作物研究所提供。供试大豆品种为毛豆 3，由华南农业大学农学院提供，供试花生品种为粤油79，广东省农业科学院提供。气象数据由中国气象网提供（http://data.cma.cn/data/cdcindex/cid/f0fb4b55508804ca.html）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计试验于2020年进行，采用完全随机设计，种植制度试验为一年两季，春季为 3月至7月，秋季为8月至11月，试验设置5种模式，分别为玉米单作（MM），玉米/大豆间作（MS）、玉米/花生间作（MP）、大豆单作（SS）和花生单作（PP）。种植采用宽窄行种植，玉米施肥量为N 120 kg/hm2，P5O290 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2作基肥，拔节期追施N 60 kg/hm2，大豆、花生底肥施氮 60 kg/hm2，P2O570 kg/hm2、K2O 70 kg/hm2。

图1 试验期间日平均气温和降水量

1.2.2 指标测定

1.2.2 .1 干物质积累量在成熟期随机选择长势一致的玉米、大豆、花生植株，擦洗干净表面的水分和灰尘，在105℃下杀青30 min，在70℃烘干至恒重，测定样品干物质重。

1.2.2 .2 产量及产量构成因素各处理在籽粒生理成熟5 d后收获，每小区取4 m2测定产量。每小区选取具有代表性的连续10株玉米、大豆和连续20穴花生考种，测定单株粒数、百粒重等产量构成因子。

1.2.2 .3 间套作优势土地当量比（LER）=Yim/Ymm+Yis(ip)/Yss(pp)

式中：Yim和Yis(ip)分别代表间套作总面积上作物的产量，Ymm和Yss(pp)分别为相应单作作物的产量。当LER＞1，表明间套作有优势，当LER＜1，表明间套作没有优势[9]。

1.2.2 .4 资源利用率光能生产效率=籽粒产量/单位面积的太阳辐射

降水生产效率=产量/降水量

有效积温生产效率=单位面积籽粒产量/生育期间有效积温

光能利用效率(RUE)=W×H/∑Q×100%

式中，H为每克干物质燃烧时释放出的热量，玉米干重热值为1.807×104J/g，大豆干重热值为2.145×104J/g，花生干重热值为 3.01×104J/g，W是干物质的积累量；∑Q是生育期间的总光照辐射量。

太阳总辐射Q=Q0(a＋bS/S0)，式中，Q0为天文辐射，S为太阳实测日照时数，S0为太阳可照时数，S/S0为日照百分率，a、b为待定系数[10]。

1.2.3 数据分析测定数据采用 Excel 2010和SPSS 22.0版软件进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 玉米和不同作物间作对干物质积累量的影响

干物质积累量能够直观反映作物生长状况。由表1可知，各作物单作干物质积累量大于间作，在春季，MM干物质积累量分别比MS和MP高出24.13%和 16.64%，SS比 MS高出 196.91%，PP比 MP高出 204.65%。干物质总和表现为MS＞MP＞SS＞MM＞PP，MS 和 MP 干物质积累量最大，两处理间差异不显著。从干物质总和来看，间作大于单作。在秋季，MM干物质积累量显著高于MS和MP，MP显著高于MS。干物质总和表现为 MS＞MP＞MM＞SS＞PP，MS 干物质积累量最大，各处理除了SS和PP处理外，其他处理间差异均显著。

表1 玉米和不同作物间作对干物质积累量的影响单位：t/hm2

2.2 玉米和不同作物间作对玉米产量及其构成因素的影响

由表2可知，间作处理下，春季玉米的有效株数显著降低；穗粒数显著升高，MS和MP处理分别比MM高出9.14%和8.09%，各处理表现为MS＞MP＞MM，处理间差异均显著，间作百粒重显著高于单作，MS和MP处理分别比MM高出2.21%和2.98%，MS和MP处理间没有显著差异。产量表现为MM＞MP＞MS，MM显著高于MS和MP，MS和MP处理间没有显著差异。秋季MS和MP处理穗粒数分别比MM显著高出9.87%和6.25%，百粒重分别比MM显著高出2.44%和3.64%，产量表现为MM＞MP＞MS，处理间差异均显著，MM显著高于MS和MP，MS产量显著高于MP。

表2 玉米和不同作物间作对玉米产量及其构成因素的影响

2.3 玉米和大豆间作对大豆产量及其构成因素的影响

由表3可知，间作处理下，春季大豆的有效株数显著降低，每株粒数低于单作，差异不显著，百粒重显著降低，MS比SS低4.64%，产量显著降低，MS比SS低47.63%。秋季间作处理的每株粒、百粒重和产量均显著低于单作，MS分别比SS低 3.58%、6.39%和 4.99%。春季 SS处理和MS处理的产量均高于秋季。

表3 玉米和大豆间作对大豆产量及其构成因素的影响

2.4 玉米和花生间作对花生产量及其构成因素的影响

由表4可知，间作处理下，春季花生的有效株数显著降低，单株果数显著低于单作，MP比PP低7.58%，百果重显著降低，MP比PP低3.59%，产量显著降低，MP比PP低50.38%。秋季间作处理的单株果数、百果重和产量均显著低于单作，MP分别比PP低10.51%、2.78%和51.49%。

表4 玉米和不同作物间作花生产量及其构成因素

2.5 玉米和不同作物间作对总产量和土地当量比的影响

由表5可知，玉米、大豆和花生间作产量均显著低于单作。春季产量总和表现为 MP＞MS＞MM＞PP＞SS。MS处理的总产量显著高于SS，高于MM但差异不显著；MP处理总产量显著高于PP和 MM，分别高出 102.44%和 4.11%；MS和MP处理的土地当量比分别为1.31和1.28，且MS显著高于MP。秋季变化趋势和春季相似，MS处理的总产量显著高于 SS，高于 MM 但差异不显著；MP处理总产量显著高于PP和MM，分别高出9.39%和3.38%；MS和MP处理的土地当量比分别为1.29和1.26，MS显著高于MP。

表5 玉米和不同作物间作对总产量和土地当量比的影响

2.6 玉米和不同作物间作对资源利用率的影响

由表6可知，各处理间资源利用率存在明显差异，在春季，光能生产效率表现为 MP＞MS＞MM＞PP＞SS，MP、MS、MM 处理差异不显著，但显著高于 PP和 SS，光能利用率表现为 MP＞MS＞MM＞PP＞SS，MP处理最高，显著高于其它处理。MS处理和MM差异不显著。水分生产率MS和MP处理间差异不显著。有效积温生产率变化趋势和光能生产效率相似。秋季各指标变化趋势和春季相似。秋季光能生产效率高于春季，水分生产率和有效积温生产率低于春季。

表6 玉米和不同作物间作对资源利用率的影响

3 讨论

增加作物产量有赖于田间管理和栽培技术，改善作物布局，提高光温资源利用率，依靠群体发挥增产潜力是实现作物超高产的重要措施之一[11]。间作是一个生产力高，资源高效利用的系统。间作体系中作物的竞争与互补提高养分利用效率，从而提高土地当量比，进而增加了作物的产量[12]。本研究结果表明，在玉米/大豆和玉米/花生间作模式下，作物总干物质量和总产量显著增加，一方面，提高了在空间和时间上作物对养分、水和光等自然资源的充分利用，利用了不同作物对自然资源需求的时间差，特别是矿质养分利用的时间差，从而提高总产量[13]。另一方面，间作体系增产的原因可能与物种的多样性相关，间作体系中增加了作物的物种多样性，物种多样性能够维持间作体系高产的时空稳定性，发生植物内部或物种间的竞争与促进[14]。

其中玉米的穗粒数、百粒重显著增加，而大豆和花生的每株粒数（单株果树）和百粒（果）重呈下降的变化趋势，可能是由于玉米为高秆作物，减小种植密度，增加了通风透光性，为植株生长营造良好的环境，而大豆和花生为矮秆作物，生长后期受到玉米的影响，对光温水的利用率不足，从而导致生长和产量受到限制。

间作不仅可以提高单位面积上土地生产力，增强农田生态系统稳定性，而且可以最大限度提高自然资源的利用效率[15]，合理的间作种植能够提高叶片对光能的截获量和光能转化效率，从而提高作物群体的光能利用率，增加作物产量[16]。蔺芳等[17]研究表明，与单作相比，间作提高了光合有效辐射截获率和光能利用率。陈伟[18]研究表明，间作春玉米躲避夏涝对产量的影响，同时间作系统表现出水分的补偿效益以缓解春旱带来的影响，光温水资源利用率最高。本研究表明，和单作相比，间作模式对作物光能生产效率、降水生产效率、有效积温生产效率和光能利用效率均有显著的提升，和前人研究结果一致。

间作模式下作物总干物质量、产量及光温水利用效率显著提高，土地当量比大于 1，且玉米和大豆间作大于玉米和花生间作。因此，间作种植模式影响作物干物质积累量和光温水利用效率，从而影响作物产量构成因子及产量。2种间作种植模式相比，玉米花生间作的增产效应较高。