间作条件下水肥运筹对花生和谷子产量的影响

田建全，王连芬，李国斌，2，冯良山

（1.天津市宁河县农业技术推广中心，天津宁河 301500；2.辽宁省农业科学院，辽宁沈阳 110161）

间作条件下水肥运筹对花生和谷子产量的影响

田建全1，王连芬1，李国斌1，2，冯良山2*

（1.天津市宁河县农业技术推广中心，天津宁河 301500；2.辽宁省农业科学院，辽宁沈阳 110161）

[目的]探讨花生和谷子间作条件下水肥运筹对作物产量的影响。[方法]采用水、氮、磷“3414”试验设计，研究间作条件下不同水肥处理对花生和谷子产量的作用效果。[结果]间作条件下花生和谷子产量对水肥的响应较为一致，土壤水分养分与花生产量相关性由强至弱依次为土壤水分＞氮施用量＞磷施用量，与谷子产量相关性由强至弱依次为土壤水分＞磷施用量＞氮施用量。水、氮、磷三因素合理配施能够降低水肥投入量，提高水肥利用效率。花生谷子间作条件下，适宜土壤含水量均较低，可在大部分半干旱地区雨养种植。各因素之间，磷肥与水的耦合作用>肥料之间的耦合作用>氮肥与水的耦合作用。间作条件下，花生适宜的土壤含水量为占田间持水量的57.3%，适宜的氮素和磷素施用量分别为0.49 g/盆和0.2 g/盆，谷子适宜的土壤含水量为占田间持水量的59.1%，适宜的氮素和磷素施用量分别为0.29 g/盆和0.23 g/盆。[结论]研究结果为该种种植模式的应用和推广提供理论和技术参考。

间作；花生；谷子；水肥互作；作物产量

作物合理的种间间作能高效利用光、热、水分和养分资源，具有高产稳产的优势[1]。豆科与禾本科间作可以促进禾本科对有机磷的吸收和利用[2-3]，两者间存在对氮的互补利用和豆科固氮向间作禾本科转移[4-5]，同时间作还能有效减轻病虫和杂草为害，减少化肥农药的施用量，减少环境污染，降低生产成本，提高群体产量和整体经济效益[6-8]。花生和谷子为中国北方半干旱地区重要的旱地作物，近年来由于两者间作在防治农田风蚀等方面具有较好的效果，间作种植面积不断扩大[9]。目前关于花生谷子间作方面的研究报道较少，使得该间作模式在农业生产中遇到许多理论和技术方面制约因素。

“3414”设计是在“3411”多点肥料试验方案的基础上，加了12～14 3个处理后得到的方案，该方案设计吸收了回归最优设计处理少，效率高的优点，又符合肥料试验和施肥决策的专业要求，不仅可以作为一个完整的三因素试验用于建立三元二次肥料效应回归方程，而且还可以作为三个二因素或三个单因素试验建立二元或一元肥料效应回归方程[10，11]，目前该试验设计方法已在中国作为配方施肥的通用方法而广泛应用。该试验在人工智能防雨棚中采用水、氮、磷“3414”试验，探讨花生和谷子间作条件下水肥运筹对作物产量的影响，为该种种植模式的应用和推广提供理论和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地点。试验于2011年在辽宁省农业科学院防雨实验场中进行，在盆栽中采取花生和谷子间作模式种植。

1.1.2 试验品种。花生品种为白沙1016，谷子品种为LG2008-31。盆栽盆中土壤有机质含量为1.93%、全氮含量为0.103、全磷含量为0.073%、全钾含量为2.73%、速效氮为77.6 mg/kg，速效磷为31.6 mg/kg，速效钾为177.0 mg/kg，pH 6.7，田间持水量28.3%。

1.2方法

1.2.1 试验设计。试验在人工防雨棚中采用水、氮、磷“3414”试验设计，共设14个处理（如表1），每个处理重复3次（盆），盆栽盆半径为15 cm，高35 cm，每盆装土19 kg。

1.2.2 试验方法。试验中水（W）的4个水平分别为：灌水下限为占最大田间持水量的45%、55%、65%和75%，当土壤含水量低于灌水下限时进行灌溉，灌水定额为27 mL/盆；氮素（N）和磷素（P2O5）的4个水平分别为：0、0.6、1.2和1.8 g/盆。每个盆栽盆中种4棵谷子和2株花生，盆栽盆在防雨棚中按照花生和花生、谷子和谷子对应摆放，即形成2行花生：2行谷子的格局，摆放密度按照花生16.5×104株/hm2、谷子33×104株/hm2。每个处理均施钾肥（K）0.6 g/盆，氮、磷、钾素分别选用分析纯级尿素（CH4N2O）、过磷酸钙（Ca（H2PO4）2·H2O）和氯化钾（KCl），均于播种前与土壤混匀一次施入。盆栽盆中土壤水分采用称重法控制盆栽盆中土壤水分，作物收获后进行测产。

表1 “3414”试验设计与实施方案

2 结果与分析

2.1 花生谷子间作产量分析与水肥单因素效应

由不同水肥条件下花生和谷子的平均单株产量（表2）可知，试验中处理编号为1、2、4、8和6分别为低水缺肥、低水、缺氮、缺磷和水、氮、磷丰富处理，相对于低水缺肥处理，其他处理花生产量分别提高101.85%、173.87%、139.01%和362.44%，谷子产量分别提高8.87%、57.18%、42.53%和97.67%。通过缺乏某种元素的产量情况可以看出，在间作群体中水分是影响作物产量最重要的因素，其次为磷素和氮素，而氮磷钾合理使用可以大幅度提高作物产量。由作物产量与土壤水分养分进行相关分析（表3）可以看出，花生和谷子产量相关性较高，说明间作条件下花生和谷子产量对水肥的响应较为一致，土壤水分养分与花生产量相关性由强至弱依次为土壤水分＞氮施用量＞磷施用量，与谷子产量相关性由强至弱依次为土壤水分＞磷施用量＞氮施用量。

表2 不同水肥条件下花生和谷子产量

表3 花生和谷子产量与土壤水肥相关分析

将编号为2、3、6、11的处理编码值与花生和谷子单株产量进行回归分析，可以建立氮素和磷素在较好水平（N2P2）时水分的单因素模拟方程（1）和（1’）。将编号为4、5、6、7的处理编码值与花生和谷子单株产量进行回归分析，可以建立水分和磷素在较好水平（W2P2）时氮肥的单因素模拟方程（2）和（2’）。将编号为8、9、6、10的处理编码值与花生和谷子单株产量进行回归分析，可以建立水分和氮素在较好水平（W2N2）时磷素的单因素模拟方程（3）和（3’）。

方程中y指花生或谷子单株产量（g/株），W、N、K分别指水分、氮素和磷素的因素编码值，下同。对方程（1）、（1’）、（2）、（2’）、（3）和（3’）分别进行求导，可以得到水、氮、磷的单因素最优编码值，花生分别为1.93、2.13、1.80，谷子分别为2.18、1.69、1.95，即花生的水、氮、磷单因素适宜条件为：占田间持水量的64.3%、0.64 g/盆、0.54 g/盆，谷子的单因素适宜条件为：占田间持水量的66.8%、0.51 g/盆、0.59 g/盆，由此就单因素作用效果而言，谷子的各因素适宜土壤含水量水平要高于花生，而花生适宜的氮素和磷素水平要高于谷子。

2.2 花生谷子间作水肥双因素互作效应

将编号为2～7、11、12的处理编码值与花生和谷子单株产量进行回归分析，可以建立磷素在较好水平（P2）时水分和氮素的双因素模拟方程（4）和（4’）。将编号为2、3、6、8～11、13的处理编码值与花生和谷子单株产量进行回归分析，可以建立氮素在较好水平（N2）时水分和磷素的双因素模拟方程（5）和（5’）。将编号为4～10、14的处理编码值与花生和谷子单株产量进行回归分析，可以建立水分在较好水平（W）时氮素和磷素的双因素模拟方程（6）和（6’）。

由方程（4）、（4’）、（5）、（5’）、（6）、（6’）可以看出除花生在磷素较丰富水平水分和氮素交互呈负效应外，其他情况水肥双因子互作均呈正效应。分别对其降维求导，可以计算出在磷素丰富水平，水、氮双因子交互条件下，花生最优水、氮因素编码值分别为2.25（占最大田间持水量67.5%）和2.56（0.77 g/盆），谷子分别为1.93（占田间持水量64.3%）和1.37（0.41 g/盆）；在氮素丰富水平，水、磷双因子交互条件下，花生最优水、磷因素编码值分别为1.40（占田间持水量59%）和1.28（0.38 g/盆），谷子分别为1.41（占田间持水量59.1%）和1.01（0.3 g/盆）；在水分丰富水平，氮、磷双因子交互条件下，花生最优氮、磷因素编码值分别为1.40（0.42 g/盆）和1.28（0.38 g/盆），谷子分别为0.58（0.17 g/盆）和0.92（0.28 g/盆）。

2.3 花生谷子间作水肥三因素互作效应

将各处理的花生和谷子单作产量结果进行回归分析，得到两种作物单株产量（y）与坐水量（W）、氮肥（N）、磷肥（P）和钾肥（K）3个因素在编码空间的多元回归模型方程（7）、（7’）。

由于在回归模拟计算过程中应用的是无量纲线性编码代换，所求得的偏回归系数已标准化，故其绝对值大小可直接反映各变量对产量的影响程度[12]，由一次项、二次项和交互项的偏回归系数可以看出各因素对花生和谷子产量影响的顺序均为W>N≈P，同时花生和谷子各因素交互顺序均为WP>NP> WN，由此说明磷肥与水的耦合作用>肥料之间的耦合作用>氮肥与水的耦合作用，在多元回归方程中，仅花生水氮互作呈负效应，其他双因子互作均呈正效应。将方程降维求导可以计算出水、氮、磷三因素交互条件下，花生的最优水、氮、磷因素编码值为1.23、1.64和0.65，谷子的最优水、氮、磷因素编码值为1.41、0.95和0.75，即间作条件下花生适宜的土壤含水量为占田间持水量的57.3%，适宜的氮素和磷素施用量分别为0.49和0.2 g/盆，谷子适宜的土壤含水量为占田间持水量的59.1%，适宜的氮素和磷素施用量分别为0.29和0.23 g/盆。由此可以看出在间作条件下花生和谷子的适宜土壤含水量均较低，谷子比花生需水水平略高，一般雨养条件都可满足，能够适宜大部分半干旱地区雨养种植，同时其需肥量也较少，谷子需氮肥量比花生少，需磷肥量比花生多。

3 结论与讨论

研究结果中，间作条件下花生和谷子产量对水肥的响应较为一致，土壤水分养分与花生产量相关性由强至弱依次为土壤水分＞氮施用量＞磷施用量，与谷子产量相关性由强至弱依次为土壤水分＞磷施用量＞氮施用量。在其他两因素处于丰富水平，水、氮、磷单因素最优值要远远高于水、氮、磷三因素交互作用的最优值，这与以往相关研究结果相似[13-14]。同样，在其他一因素处于较丰富水平，水氮互作、水磷互作和氮磷互作最优结果值也均高于三因素交互作用的最优值，由此说明水、氮、磷三因素合理配施能够降低水肥投入量，提高水肥利用效率。花生谷子间作条件下，水分是影响作物产量最重要的因素，间作条件下花生和谷子的适宜土壤含水量均较低，一般能够适宜大部分半干旱地区雨养种植。各因素之间，磷肥与水的耦合作用>肥料之间的耦合作用>氮肥与水的耦合作用，在花生水、氮两元和水、氮、磷多元回归方程中，水氮互作呈负效应，其他双因子互作均呈正效应。花生和谷子对水肥的需求程度存在一定差异，花生对氮素的需求量更多，谷子则对土壤水分和磷素要求略高些。花生谷子间作两种作物对水分的需求差异可以通过通过配置合理的间作群体结构来调节，两种作物对肥料的差异可以通过不同作物种植条带不均匀施肥加以解决。间作条件下，花生适宜的土壤含水量为占田间持水量的57.3%，适宜的氮素和磷素施用量分别为0.49和0.2 g/盆，谷子适宜的土壤含水量为占田间持水量的59.1%，适宜的氮素和磷素施用量分别为0.29和0.23 g/盆。

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（责任编辑 戚佳妮）

Effects on Yield under Different Water and Nutrient Conditions in Peanut and Foxtail Millet Intercropping

TIAN Jian-quanet al.(Ninghe Agricultural Technology Extension Center,Ninghe,Tianjin 301500)

[Objective]The aim was to explore the effect on yield under different water and nutrient conditions in peanut and foxtail millet intercropping.[Method]Following the"3414"design of water,nitrogen,and phosphorus,the yield of peanut-millet intercropping under different conditions of water and fertilizer in soil were investigated.[Result]The results showed that peanut and foxtail millet yield response of water and fertilizer were consistent under the condition of intercropping,and the correlation soil moisture and nutrient for peanut yield related degree:soil moisture＞nitrogen＞phosphate;the correlation soil moisture and nutrient for foxtail millet yield related degree:soil moisture＞phosphate＞nitrogen.Water was the most important factor to affect crop yields and optimum soil moisture was lower under the conditions of peanut-and-millet intercropping.Thus,peanut-and-millet intercropping was generally able to fit most of the semi-arid region.In the interaction of various factors,the coupling effect of water and phosphorus was stronger than the coupling effect of fertilizers,following by the coupling effect of water and nitrogen.When other factors were in rich level, both of the optimal value for single factors of water,nitrogen,and phosphorus and the optimal value for twofactor interactions of water-nitrogen,water-phosphorus,and nitrogen-phosphorus,were higher than the optimal value for the interaction of water,nitrogen,and phosphorus.Under the condition of water-nitrogen-phosphorus interaction,the soil moisture content optimal for peanut accounted for 57.3%of the field capacity, and the related appropriate application rates of nitrogen and phosphorus were 0.98 g/pot and 0.39 g/pot, respectively.Likewise,the soil moisture content optimal for millet was 59.1%of the field capacity,and the counterpart appropriate application rates of nitrogen and phosphorus were 0.57 g/pot and 0.45 g/pot.[Conclusion]The results provided a reference and basis for large area promotion for planting pattern.

Intercropping;Peanut;Foxtail millet;Water-fertilizer coupling;Crop yield

S565.2

A

2095-0896（2014）12-054-04

国家“十二五”科技支撑项目（2012BAD09B01）；国家自然科学基金（31170407）；辽宁“百千万人才工程”资助项目（2013921058）；辽宁省农业领域青年科技创新人才培养计划（2014017）

田建全（1981-），男，农艺师，主要从事农业技术推广工作，E-mail：quanzi60@163.com。*通讯作者：冯良山（1980-），男，辽宁庄河人，博士，副研究员，主要从事旱作与节水农业研究工作，E-mail：fenglsh@163.com。

2014-11-28