机械化条件下“豆玉”不同行距配置和减肥对作物产量及大豆光合特性的影响

朱喜霞，郑玉珍，王海红，黄 保，平西栓，刘天学，赵 霞，李毓珍

（1河南省安阳市殷都区农业农村局，河南安阳 455000；2河南省农业科学院粮食作物研究所/河南省玉米绿色精准生产国际联合实验室，郑州 450002；3河南省农业技术推广总站，郑州 450002；4河南农业大学，郑州 450002；5许昌市种子管理站，河南许昌 461001）

0 引言

间套作在农业生产中占有重要的地位，可以提高土地利用效率和收获指数，是一种高产高效的农业生产模式[1-3]。玉米-大豆带状间作种植是中国大部分地区采用的比较典型的作物组配类型[4]，作为一种可持续发展的生态友好农业生产方式，充分发挥该模式下大豆的生物固氮能力，提高玉米套作大豆的经济效益和生态效益具有重要的意义[5-7]。研究表明，间作处理降低了大豆植株的净光合速率(Pn)及地上部生物量，各指标均随着大豆播幅的增加而增加[8-9]。套作环境下由于高位作物玉米的荫蔽，大豆在弱光环境下光合产物优先向地上部分配促进茎的延伸和叶片生长，以截获更多光能进行同化作用[10-11]。过量施肥一直是玉米生产中存在的主要问题[12]，减肥配合其他农艺措施也可以实现增产稳产[13]。大豆与玉米间套作能促进系统内植株对氮素更为合理的吸收和利用[14]。但难以实现农事操作的机械化成为当前间作模式大规模生产应用的关键性限制因素[15]。2020—2022年中央一号文件明确指出要稳定粮食生产，加大对大豆高产品种和玉米、大豆间作新农艺推广的支持力度[16-17]。河南省是中国重要的粮食生产基地，在《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划（2009—2020年）》[18]中更加明确了河南在全国13个主要粮食产区中的核心地位。为了解决河南省机械化条件下玉米-大豆间作行距配置问题，利用大田试验，研究了机械化条件下不同玉米-大豆间作行距配置模式下的作物产量及大豆光合特性，为河南省玉米大豆间作提供理论和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计与材料

本试验于2020—2021年在河南省许昌市禹州市古城镇小集村(34°09′N,113°56′E)进行。试验地地势平坦，排灌方便，地力均匀一致。土壤为褐土，pH 7.45，基础肥力有机质24.9 g/kg、速效钾153.35 g/kg、速效磷5.27 g/kg、碱解氮99.62 g/kg。

分别于2020年6月12日和2021年6月16日播种、2020年9月25日和2021年9月29日收获。供试玉米、大豆品种为‘秋乐368’、‘郑1307’。设置行比和减施氮肥2个因素，根据当地机械化播种机的实际，设置2个行比处理：玉米大豆行比2:4间作(2/4J)和玉米大豆行比4:4间作(4/4J)，减施氮肥处理在上面2个处理上减量20%，分别为2/4N、4/4N，玉米单作(DM)、大豆单作(DS)为对照，玉米免耕种肥异位机播[19]，施肥量为复合肥(N-P2O5-K2O 18-15-8)750 kg/hm2，减量20%为600 kg/hm2。大豆免耕播种，施复合肥(N-P2O5-K2O 18-15-8)450 kg/hm2，减量20%为360 kg/hm2。3次重复。玉米单作行距为60 cm，株距为27 cm（种植密度为60000株/hm2）；大豆单作按照行距30 cm，株距17 cm种植（种植密度为200000株/hm2）。一个间作带幅中，玉米、大豆行距仍为60 cm、30 cm，玉豆行间距1 m，便于收获时机械化作业。2/4J(2/4N)处理带宽3.4 m，4/4J(4/4N)处理带宽4.6 m。按照玉米种植密度60000株/hm2的原则，2/4J(2/4N)处理中玉米的株距为10 cm，4/4J(4/4N)处理中玉米的株距为14 cm，2/4J(2/4N)模式中玉米占地35%、大豆占地35%、空地30%；4/4J模式中玉米占地52%、大豆占地26%、空地占22%。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 产量 在大豆成熟后，每个处理内在每个小区连续取10株风干后统计大豆单株荚数、单株粒数、每荚粒数、单株粒重、百粒重、计算理论产量。

1.2.2 生育期调查 在大豆营养生长期(V)、三节期(V3)、五节期(V5)、生殖生长期(R)、始花期(R1)取样，每个小区取长势均匀的植株5株进行叶面积指数、干物质重、叶绿素含量、光合特性等指标的测定，重复3次。

1.2.3 叶面积指数(LAI)在大豆V3、V5、R1期选取长势均匀的植株5株，用打孔法测量叶面积，并采用如下公式进行LAI的计算[8]，见式(1)。

式中，Al为测点内植株的总叶面积，As为测点所占土地面积。

1.2.4 干质量 在大豆V3、V5、R1期选取长势均匀的植株5株，将样品植株在105℃杀青30 min，80℃烘干72 h恒重后称量，然后计算单位土地面积的地上部干物质重。

1.2.5 叶片SPAD值及光合特性 在大豆V3、V5、R1期选取长势均匀的植株5株，在晴天的10:00—13:00用LI-6400（美国LI-COR公司）便携式光合仪测定植株主茎全展叶的净光合速率(Pn)、用日本产叶绿素计(SPAD-502 PLUS)分别测定叶片叶绿素含量SPAD值。测定时每个处理重复3次，取其平均值。

2020、2021年都做了试验，趋势相同。因为2021年作物生育后期阴雨天太多，因此本研究叶片SPAD值及Pn均采用2020年的数据进行分析，其他值均为2年的数据。

用Microsoft Excel 2019进行数据整理并做表，SPSS 23进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下的产量

不同处理下的产量有差异（表1）。2021年玉米产量低于2020年，大豆则相反，可能与2021年试验区后期有阴雨有关。在所有处理下，单作处理的产量均最高。各处理的产量在2020年和2021年趋势一致。将玉米各处理产量与2年平均值比较发现，处理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的玉米产量比单作减产21.64%、9.46%、23.87%和10.95%；将大豆各处理产量与2年平均值比较发现，处理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的大豆产量比单作减产35.49%、52.10%、38.39%和53.41%。将各处理的2年平均值之和与玉米和大豆单做产量比较发现，2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的玉米和大豆2年产量平均值之和分别比单作玉米增产6.57%、11.59%、3.21%、9.535%，比单作大豆增产142.51%、153.92%、134.85%、149.23%。减肥前后各处理产量之间差异不显著。

2.2 不同处理下大豆的叶面积指数

叶片是大豆籽粒灌浆所需光合产物的主要制造者和贡献者。LAI是体现植株长势的重要指标，主要表征作物冠层结构，其与干物质量有着密切关系。表2可知，各处理在2021年整体趋势相同，且2021年的LAI大于2020年的。大豆-玉米共生期间，处理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的LAI均显著低于单作大豆。具体表现为，2年LAI数值平均，2/4J的LAI与单作大豆的LAI相比在V3、V5和R1期分别下降12.50%、20%、20.71%；处理4/4J则分别下降17.04%、22.08%、16.18%；处理2/4N则分别下降18.18%、25.00%和27.51%，处理4/4N则分别下降22.73%、31.67%和23.62%，不同行比间比较，处理2/4J＞4/4J；减肥2个处理的趋势与正常相同。就2个减肥前后的处理比较，差异显著。具体为处理2/4N的LAI在V3、V5和R1期比处理2/4J分别减少6.49%、6.25%和8.57%，处理4/4N的LAI比处理4/4J的LAI分别减少6.85%、12.30%、和8.88%。

表2 不同处理下的LAI

2.3 不同处理下的大豆干质量

由表3可知，各处理在2021年整体趋势相同，不同处理间大豆干质量呈显著差异，且2021年的干质量大于2020年的。玉米-大豆共生期间，且均显著低于CK。大豆-玉米共生期间，处理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的干质量均显著低于单作大豆。将各处理大豆干质量与其2年平均值比较发现，处理2/4J下降19.28%、22.43%、和12.37%；处理4/4J分别下降27.34%、27.26%和19.56%；处理2/4N分别下降20.51%、26.74%和15.00%，处理4/4N分别下降26.47%、44.20%和20.39%。不同行比套作处理，2个处理具体表现为处理2/4J＞4/4J；减肥处理的趋势与正常相同。就2个减肥前后的处理比较，差异不显著。

表3 不同处理下的大豆干质量

2.4 不同玉米-大豆带状套作组合的大豆叶片Pn和SPAD值

由表3可知，不同处理下大豆的SPAD值和叶片Pn有差异，处理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的SPAD值和叶片Pn均显著低于单作。具体表现为，处理2/4J的Pn与单作大豆相比在V3、V5和R1期分别下降25.76%、20.64%和30.64%；处理4/4J分别下降43.83%、35.17%、和21.07%；处理2/4N分别下降27.90%、23.20%和30.82%，处理4/4N分别下降45.20%、36.86%和22.04%。不同行比间比较，处理2/4J＞4/4J；减肥前后的处理差异不显著。

SPAD数值比较，处理2/4J的SPAD值与单作大豆相比在V3、V5和R1期分别下降27.06%、24.59%和20.79%；处理4/4J分别下降38.22%、40.62%、和26.32%；处理2/4N分别下降29.5%、26.04%和26.18%，处理4/4N分别下降39.06%、41.73%和28.16%。不同行比间比较，处理2/4J＞4/4J；减肥前后的处理差异不显著。

3 讨论

间作对玉米大豆各项生长指标均有不同程度的影响，总的产量均高于单作模式[19-20]，大豆产量有所降低[21]，这与本研究相似。本试验中，不管是玉米还是大豆，处理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N均比单作减产。复合群体大豆和玉米的有效株数最为重要[22]，玉米适当密植有利于提高玉米产量[22]。本试验2个间作模式中玉米和大豆的产量都显著降低，主要是由于有效株数的降低所引起的。玉米和大豆产量变化趋势与其有效株数一致；单一玉米或大豆适量减少氮肥对两作物主要生长性状、产量、经济效益均无显著影响，可实现氮肥减量增效[23-25]。本研究也侧面证明了这一点，在减肥量20%的情况下，玉米和大豆的产量减少都没有显著性差异。生殖生长后期固氮能力有利于套作大豆籽粒蛋白质的积累[5]，大豆的这种固氮效应有利于自身作物的生产。

表4 不同处理下的大豆光合特性

玉米-大豆间套作下田间小气候也会发生变化。杜青等[26]研究表明，大豆间套作玉米模式下的生育后期，间套作大豆的中下层的透光率显著高于单作，行间温度、相对湿度和CO2浓度均低于单作，大豆行间微环境优于单作，有利于大豆生殖生长后期荚果的发育。李盛蓝等[27]研究表明，在玉米-大豆套作系统中，不同的空间配置下玉米会对大豆造成不同程度的荫蔽，从而改变大豆叶片的光合特性和叶脉、气孔特征，大豆冠层光环境、叶脉和气孔特征的变化会影响大豆的光合能力，但不同耐荫性大豆品种的叶脉、气孔特征对荫蔽的响应存在差异。同时，玉米-大豆共生期间，不同处理间大豆LAI、干物质重、叶片Pn、叶绿素呈显著差异，且均显著低于单作[28]。本研究表明，不同处理下大豆的LAI、干物质重、叶片Pn和SPAD值有差异，处理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的SPAD值和叶片光合速率均显著低于单作，但减肥前后比较，除LAI指标外，干物质重、叶片Pn和SPAD值没有显著差异。

本试验只是在2020—2021年气候及单一品种下进行的，有关不同年型及不同品种对于玉米大豆间作的影响，比如玉米-大豆间作生产中的品种最优搭配等还需要进一步研究，同时机械精准配套、除草剂管理方式等细节问题，需要逐步、尽快研究解决。

4 结论

本研究根据河南玉米-大豆生产实际，设计带宽3.4 m的处理2/4J(2/4N)和带宽4.6 m的4/4J(4/4N)处理，减氮20%不减产，有助于环境友好，并可以实现玉米-大豆间作条件下玉米不减产多收一季大豆的目的，且2/4N处理优于其他间作处理。