不同密度小麦豌豆套作的培肥和增产效应

董泽鹏，薛世通，董 琦，武强强，王爱萍

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

小麦作为山西地区的主要粮食作物，种植历史悠久，适应能力强，小麦高产是解决粮食安全问题的重要手段。自无机化肥问世以来，为了实现高产，人们大量施用无机化肥，导致土壤肥力下降，土壤板结严重和盐碱化。为了实现作物高产，又尽可能减少水土流失及土壤盐碱化等问题，众多学者把目光投入到小麦和豆科作物间套作模式上[1]。

豆科、禾本科间作在山西有着悠久的种植历史，豆科和禾本科作物间套作能充分利用豆科植物的共生固氮作用，是其存在间作优势的主要原因。豆科与禾本科间套作可提高土壤速效养分含量，提高养分的利用效率[2-5]。霍鸿巍[6]研究表明，与单作相比，旱稻、大豆间作提高了旱稻和大豆丛枝菌根的侵染率和侵染强度，促进了菌根共生结构的形成以及对氮磷素的吸收。张德闪等[7]研究表明，小麦、蚕豆间作可以降低土壤pH 值，显著增加土壤有效磷含量，且土壤有效磷含量与根际pH 值呈负相关关系。柏文恋等[8]研究发现，小麦、蚕豆混作减少了小麦种内竞争压力，提高了小麦中后期生长速率以及小麦产量和生物量。大量研究表明，禾本科与豆科作物间作可以提高禾本科作物的产量[9-13]。然而，关于小麦和豌豆间套作的系统研究相对较少。

本试验通过研究小麦与豌豆套作模式下不同密度配比对土壤肥力、小麦旗叶光合特性和产量的影响特征，试图为小麦高产高效栽培和可持续生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于山西省晋中市太谷县山西农业大学农作站。试验期内≥5 ℃有效积温1 803.37 ℃；年平均日照时数为2 500～2 600 h，平均气温介于5～10 ℃；年平均降水量450 mm 以下。

1.2 试验材料

供试冬小麦品种为长4738、豌豆品种为晋豌豆3 号，均由山西省农业科学院提供。

1.3 试验设计

试验采用盆栽方式，共7 个处理：M1D1 处理为25 株小麦和4 株豌豆；M1D2 处理为25 株小麦和8 株豌豆；M1D3 处理为25 株小麦和12 株豌豆；M2D1 处理为30 株小麦和4 株豌豆；M2D2 处理为30 株小麦和8 株豌豆；M2D3 处理为30 株小麦和12 株豌豆；CK 为30 株小麦单作。于2017 年9 月播种冬小麦，2018 年3 月25 日套种豌豆。

1.4 测定项目及方法

土壤全氮含量测定采用凯氏定氮法；土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定；土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提、钼锑抗比色法测定。

在开花后选择晴天的9：00—11：00，使 用SPAD 仪测定小麦旗叶叶绿素含量，采用便捷式光合仪（CI-340）测定旗叶光合速率（Pn）；每隔7 d 测定一次。

1.5 数据处理

采用Excel 2013 录入数据，采用Duncan 新复极差法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同密度小麦与豌豆套作对不同生育时期麦田土壤养分含量的影响

由图1 可知，分蘖期—拔节期，不同处理碱解氮含量与小麦单作处理间（CK）无显著差异；孕穗期—抽穗期，6 个小麦套作豌豆处理碱解氮含量均显著高于小麦单作处理（CK），M1D1、M1D2、M1D3、M2D1、M2D2、M2D3 处理分别较CK 提高20.25%、19.37%、17.96%、8.21%、12.6%、24.5%，其中，M2D3处理的碱解氮含量最高，达到88.31 mg/kg；灌浆期—乳熟期，M1D1、M1D3、M2D2、M2D3 处理碱解氮含量较CK 分别提高11.34%、13.63%、14.87%、24.50%，且均达到显著水平，M2D3 处理碱解氮含量最高，达到58.54 mg/kg。

从图2 可以看出，分蘖期—拔节期，不同套作处理全氮含量较CK 差异不显著；孕穗期—抽穗期，与CK 相比，不同套作处理全氮含量均有不同程度下降，其中，M1D2、M2D2、M2D3 处理降幅显著，分别较CK 减少23.72%、21.23%、23.88%，6 个套作处理相比，M1D1 处理全氮含量最高，显著高于M1D2 和M2D3 处理；灌浆期—乳熟期，7 个处理间全氮含量均无显著差异。

从图3 可以看出，分蘖期—拔节期，不同套作处理的有效磷含量较小麦单作处理（CK）均有提高，其中，M1D1、M1D2、M2D1、M2D3 处理分别较CK 显著提高20.03%、23.69%、36.32%、37.83%；孕穗期—抽穗期，M1D2、M2D3 处理有效磷含量分别较小麦单作处理（CK）显著提高29.36%、39.57%，M1D1 和M2D1 处理有效磷含量较分蘖期—拔节期出现较大幅度下降；灌浆期—乳熟期，不同套作处理中只有M1D3 处理有效磷含量低于小麦单作处理（CK），M2D3 处理有效磷含量最大，较小麦单作处理（CK）显著提高34.78%。

2.2 不同密度小麦与豌豆套作对花后小麦旗叶光合特性的影响

从图4 可以看出，不同处理对冬小麦开花后旗叶叶绿素含量具有一定影响；小麦花后7 d，M2D3处理显著高于小麦单作处理（CK），M1D2 和M1D3处理显著低于小麦单作处理（CK），其他处理较CK间无显著差异；小麦花后14 d，不同处理小麦旗叶叶绿素含量较CK 间差异不显著，M2D3 处理叶绿素含量最高，且显著高于M1D2 和M1D3 处理；小麦花后21 d，不同处理较CK 间无显著差异，M2D3处理小麦旗叶叶绿素含量下降最快，M2D2 处理旗叶叶绿素含量显著高于M1D2、M1D3 和M2D3 处理；在小麦花后28 d，6 个套作处理中，M1D1 处理的小麦旗叶叶绿素含量最高，且显著高于其他处理，与CK 间差异也达显著水平，而其他处理较CK间差异不显著；小麦花后35 d，6 个套作处理小麦旗叶叶绿素含量均高于CK，其中，M1D1 处理与CK间差异达到显著水平，同时，M1D1 处理显著高于M2D1 和M1D3 处理。

旗叶的高光合速率有利于将更多的光合产物通过韧皮部运输至小麦籽粒。从图5 可以看出，小麦花后7 d，M2D3 处理小麦旗叶光合速率最高，显著高于M1D2 和M1D3 处理，但与其他处理间差异不显著；小麦花后14 d，M2D3 处理小麦旗叶光合速率仍然最高，但各处理间无显著差异；小麦花后21 d，M1D2 处理小麦旗叶光合速率最低，且显著低于M1D1、M2D1、M2D2、M2D3 处理，其他处理间无显著差异；小麦花后28 d，小麦单作处理（CK）的小麦旗叶光合速率最低，显著低于M1D1 和M2D3 处理，其他各处理间无显著差异；小麦花后35 d，M2D3 处理的旗叶光合速率高于其他处理，且显著高于小麦单作处理（CK），说明小麦与豌豆套作可以提高小麦开花后期旗叶的光合速率，促进小麦籽粒的形成，从而提高产量。

从表1 可以看出，除M1D1 处理外，其他5 个套作处理小麦产量较小麦单作处理（CK）均有提高，产量由高到低顺序为：M2D3＞M1D3＞M2D1＞M2D2＞M1D2＞CK＞M1D1，其中，M2D3 处理较小麦单作处理（CK）小麦产量显著提高了126.03%；6个套作处理间，小麦产量除M1D3 处理外，其他处理均显著低于M2D3 处理。

表1 不同处理对小麦产量及其构成因素的影响

从小麦的产量构成因素可以看出，M2D3 处理的穗数（M2D1 除外）、穗粒数较其他处理间均达到显著水平；而千粒质量不同处理间差异不显著。说明小麦与豌豆套作增产的原因主要是由于提高了小麦的穗数和穗粒数。

3 结论与讨论

土壤养分是评价土壤肥力的重要指标，对作物的产量和质量均有直接影响。本试验研究结果表明，小麦的分蘖期—拔节期土壤碱解氮含量套作处理与单作处理间无显著差异，可能是因为在此时豌豆处于幼苗时期，套作优势还没有显现出来；小麦豌豆套作对小麦孕穗期至乳熟期土壤的碱解氮提升效果明显，有利于小麦后期对氮素的吸收利用，而且M2D3 处理碱解氮含量在整个生育期一直处于最高，并显著高于小麦单作处理。这与郑伟等[4]研究发现的套作有利于提高土壤速效养分含量的结果一致。

在土壤全氮方面，分蘖期—拔节期和灌浆期—乳熟期各小麦豌豆套作处理全氮含量较小麦单作处理无显著差异，这与代会会等[14-15]研究发现的间作对土壤全氮含量无影响的结果一致。在孕穗期—抽穗期，各套作处理较小麦单作处理全氮含量不同程度地下降，其中，M1D2、M2D2、M2D3 处理的降幅最大，且均达到显著水平。原因可能是由于小麦由营养生长进入生殖生长期后土壤全氮转化为碱解氮的速度增加，导致全氮含量下降。肖焱波等[16]研究发现，豆科与禾本科间作期间，禾本科作物大量吸收硝酸盐使得土壤矿质氮维持在较低水平。杨文亭等[17]研究也表明，豆科与禾本科间作显著提高了氮的吸收量，土壤氮素含量下降。

豆科植物与禾本科植物间作促进了根系有机酸的分泌，使得禾本科根际土壤pH 值下降[18]，而土壤有效磷含量与pH 值呈负相关关系。因此，土壤pH 值下降是导致土壤有效磷含量增高的主要原因。本研究中，小麦与豌豆套作促进了小麦不同时期根系土壤有效磷含量的提高，可能是由于豌豆根系分泌有机酸降低了根系土壤的pH 值。2 种作物间套作以后，由于根系之间的相互作用，会影响根系H+、OH-的分泌，导致pH 发生变化。不同生育时期各处理的提升效果不同，其中，M2D3 处理在不同时期的有效磷含量均较高，原因可能是由于M2D3处理的播量更适合土壤微生物活性的提高。

叶绿素是植株进行光合作用最典型的色素，在一定条件下，叶绿素含量的多少直接影响植株的光合速率的大小，从而影响植株有机物的生成。合理的间作可以提高植株叶绿素的含量，从而促进光合产物的积累，为充实籽粒提供保障，最后实现高产[19]。本试验结果表明，在小麦开花后7～35 d，不同套作处理对小麦旗叶叶绿素含量和光合速率影响不同，M1D1 处理除花后14 d 外、M2D1 处理除花后14、21 d 外、M2D2 处理除花后28 d 外、M2D3 处理除花后21 d 外，其余时期旗叶叶绿素含量均高于小麦单作处理；而这4 个套作处理小麦旗叶光合速率在此时期均始终高于小麦单作处理，说明适宜的套作处理有利于小麦花后旗叶光合速率的提高，从而导致产量的提高，这与程玉柱[20]研究得出的间作对生殖生长阶段光合速率提升显著的结果一致。M1D2 和M1D3 处理除花后35 d 外，其余时期小麦旗叶叶绿素含量均较小麦单作低；除花后28、35 d外，其余时期光合速率均较小麦单作低。其原因可能是由于M1D1 和M2D2 处理播种密度较小、抗逆性差、加上养分的缺少，引起叶片的提前衰老。不同处理的土壤养分和光合特性不同导致了产量的不同，除M1D1 处理外，其他5 个小麦豌豆套作处理较小麦单作处理小麦产量均提高，而且M2D3 处理达到显著水平，这与熊婧凤[21]研究得出的不同密度麦豌混作的产量有所提高的结果一致。

本研究结果表明，小麦与豌豆套作对土壤养分、光合特性、产量构成有一定的影响，不同套作的密度影响结果不同。小麦与豌豆套作较小麦单作对土壤碱解氮、有效磷含量提升明显，其中，M2D3 处理的效果最为显著，但是该处理显著降低了孕穗期—抽穗期土壤全氮含量。花后7～14 d，M2D3 处理旗叶叶绿素含量和光合速率均高于其他处理；花后35 d，M2D3 处理的旗叶光合速率较其他各处理的旗叶光合速率均高。M2D3 处理较单作小麦产量显著提高了126.03%。综上所述，M2D3 处理为最合理的小麦与豌豆套作密度。