不同氮水平下夏玉米夏大豆间作对其农艺性状及产量的影响

孔玮琳 薛燕慧 李进 李冬 梅沛沛 夏海勇

摘要：试验采用裂区设计，主区为4个施氮水平（N0、N1、N2、N3），副区为4个种植模式，分别为：玉米单作（行距60 cm，株距分别为20 cm和30 cm）、大豆单作、玉米大豆间作（行比2∶2）， 以此研究氮肥和种植模式对玉米、大豆农艺性状及产量的影响。结果表明：在该种植体系下，仅就作物所占净面积而言，玉米为优势作物，间作比单作增产显著；大豆为劣势作物，间作模式下减产显著。对整个种植体系来说，土地当量比>1，说明玉米大豆间作是一种对提高整体产量和经济效益有益的种植模式。

关键词：玉米；大豆；间作；氮肥梯度；产量；农艺性状

中图分类号：S344.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）07-0116-05

Abstract The effect of nitrogen fertilizer and planting mode on yield and agronomic characters of maize and soybean was studied by using split plot design. Four nitrogen levels （N0， N1， N2， N3） were set as main plot， and four planting modes were treated as subplot， which were maize single cropping with the line spacing of 60 cm and the plant spacing of 20 cm and 30 cm respectively， soybean single cropping， summer maize and summer soybean intercropping with the line ratio as 2∶2. The results showed that under the planting system， maize was the dominant crop only concerning the net area of crop， and the yield of intercropping increased significantly than that of single cropping. Soybean was the inferior crop， and the reduction of yield under intercropping pattern was significant. For the whole planting system， the land equivalent ratio was more than 1， indicating that intercropping of maize and soybean was beneficial to increasing the overall yield and economic benefits.

Keywords Maize； Soybean； Intercropping； Nitrogen fertilizer gradient； Yield； Agronomic traits

氮素是维持作物生理和代谢的基本元素之一，是作物生长必不可少的元素[1] 。对禾本科玉米来说，氮是对其生长发育影响最大的元素。对豆科大豆来说，它与根瘤菌共生，而大豆根瘤菌的生长状况与氮肥的施用有关，施氮过多，根瘤数目减少，固氮能力降低，同时还会引起大豆营养生长过旺、生殖生长受到抑制，所以氮肥对大豆也至关重要。

随着经济迅速发展，工业用地规模不断扩大，可用耕地面积持续下降，从而导致粮油争地矛盾日渐凸显。经研究发现，粮油作物间作，改一年一熟为两熟制或多熟制，提高单位面积内的土地利用率，能有效缓解这一矛盾。且国民经济发展带来了农业科技水平的不断提高，间作种植模式越来越规范合理，增产增收的效果显著。间作模式作为农业生产的一种有效种植模式，已被大部分农民所接受。

近几年针对间作模式的技术性提高与适应性研究也越来越多。例如专家们已经对禾本科和豆科种植模式进行了研究，如蚕豆间作小麦、玉米、大麦[2-7] 等，表明禾本科与豆科作物间套作不仅能够充分合理地利用气候条件、水利条件和土地资源，解决粮油矛盾[8]，还能有效地提高禾本科作物产量和土壤肥力，从而为开发利用有限和潜在的农业再生资源以及农业的可持续发展拓宽了前景[9，10]。研究表明禾本科与豆科作物从土壤中吸收营养物质的种类和能力各不相同，禾本科作物对氮和硅的吸收量较多，而对钙的吸收量较少；豆科作物吸收大量的钙，而吸收硅的数量极少还能固氮[11]。刘朝茂等[12]研究认为，与净作玉米相比，与大豆间作种植的玉米能延缓叶片衰老，增加叶片寿命，有利于群体产量的提高。因此兩类作物间作种植，可以保证土壤养分的均衡利用，避免其片面消耗。

本试验通过研究间作种植模式和施氮水平对夏玉米、夏大豆农艺性状和产量及其构成要素的影响，揭示其中的规律，为开发作物高效间作模式、提高农田生物多样性和单位面积产出效益提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年在山东省农业科学院济阳试验基地进行。供试玉米品种为先玉335，大豆品种为齐黄34。

1.2 试验设计与方法

采用裂区设计，主区为4个施氮水平（N0、N1、N2、N3），副区为4个种植模式，分别为：玉米单作（株距20 cm和30 cm）、大豆单作、玉米大豆间作。玉米大豆间作行比2∶2。小区面积50 m2，重复3次。具体见表1。

玉米单作：行距50 cm，株距20 cm，密度10.0万株/hm2；行距50 cm，株距30 cm，密度6.7万株/hm2。大豆单作：行距50 cm，株距20 cm。玉米大豆间作：玉米行距50 cm，株距20 cm；大豆行距50 cm，株距20 cm，留苗2株/穴。玉米与大豆间作距离：50 cm。间作带幅宽：200 cm。种植模式见图1。

1.3 田间管理

播前均匀基施P2O5 120 kg/hm2（施过磷酸钙，P2O5含量16%），K2O 100 kg/hm2（施硫酸钾，K2O含量50%），施N 0、60、80、100 kg/hm2（施尿素，N含量46%）；玉米拔节期、大喇叭口期追施氮肥，具体见表1。肥料施于玉米行间和玉米大豆行间，施肥点靠近玉米处，大豆不追肥。及时浇水、除草、防治病虫害，并适时锄地松土。

1.4 收获

2017年6月26日，玉米和大豆同时播种，10月7日收获玉米，10月12日收获大豆。

玉米取2行，每行长5 m，测产面积为5.0 m2；大豆取2行，每行长1 m，测产面积为1.0 m2。

1.5 数据统计与分析

数据用Microsoft Excel 2007 和SPSS 18.0軟件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理夏玉米夏大豆农艺性状分析

由表2中不同处理夏玉米农艺性状结果分析可知，在同一氮梯度下，玉米增密处理（株距20 cm）与不增密处理（株距30 cm），除N3梯度下穗位高、N1梯度下行粒数外其它各农艺性状间差异不显著（P>0.05）。相同株距下（20 cm），除N2梯度外，单作株高和穗位高均高于间作；N1梯度夏玉米单作的茎粗略高于单作，其它情况下茎粗、穗粗、穗长、行粒数间作均大于单作。同氮梯度下，对于穗行数、轴粗、百粒重而言单作与间作差异不显著（P>0.05）。由各农艺性状数据知，相比于单作模式，间作模式下玉米的外观性状和商品价值并不比单作差，有的反而更好。

由表3不同处理大豆农艺性状结果分析可知，在各氮肥梯度、各种植模式下，大豆的总株数和单株分枝数差异均不显著（P>0.05）。N1、N2各氮肥梯度内单间作株高差异显著（P<0.05），间作分别高于单作20.15%和18.64%。而同氮肥梯度内百粒重相差较小，结荚数间作明显低于单作。

2.2 不同处理夏玉米夏大豆生物量及产量分析

由表4可知，随施氮量的增加，各梯度单作种植模式，玉米籽粒净面积产量差异不显著（P>0.05），间作种植模式，玉米籽粒净面积产量N0明显低于加施氮肥的N1、N2和N3，但N1、N2和N3三个梯度内差异不显著（P>0.05）。单作种植模式下，增密处理（株距20 cm），籽粒净面积产量随氮肥梯度的增大而降低；不增密处理（株距30 cm），在氮肥前三个梯度下（N0/N1/N2）籽粒净面积产量随氮肥梯度的增大而增大；在玉米单作施氮量300 kg/hm2（N3）最大时，单作玉米籽粒产量最低。玉米生物量趋势与产量趋势相同，即氮肥施加对生物量增产无明显效果，反而在施氮量最大的处理中，生物量呈下降趋势。在施氮量相同、株距相同（株距20 cm）、种植模式不同的情况下，玉米间作的净面积产量﹥玉米单作，增幅分别为19.51%、57.08%、58.83%、91.49%；净面积生物量>玉米单作，增幅分别为25.00%、68.87%、59.99%、84.00%。对于玉米单作来说，同氮肥梯度下，本试验增密处理（株距20 cm）和不增密处理（株距30 cm）净面积产量、净面积生物量差异不显著（P>0.05）。在N0、N1和N2三个梯度下，增密处理产量和生物量均高于不增密处理（N2处理的玉米籽粒产量除外）；施氮量最大（N3）时，不增密处理产量和生物量均高于增密处理。

不同施氮梯度下，大豆生物量和产量同种植模式下无显著差异，同施氮梯度下单作与间作差异显著（P<0.05）。本试验体系下间作大豆的净面积生物量和净面积产量显著减产，不同施氮梯度下减产幅度：N0为 46.35% 和 49.60%，N1为49.03%和55.26%，N2为 52.27%和 57.12%；N3为35.49%和 35.65%（表5）。

2.3 不同处理夏玉米夏大豆土地当量比及收获系数分析

由表6可知，偏土地当量比—玉米（PLER—玉米），在玉米大豆间作体系下，玉米为本系统的优势作物（数值均>0.5），施氮量越大，玉米优势越明显；在玉米大豆间作体系下，施氮量最大（200 kg/hm2）时，玉米偏土地当量比为0.95，比其所占土地面积比F=0.50高出90%。数据显示，相同玉米面积下，高施氮量的间作玉米比单作玉米有一定的产量优势。不同氮梯度及不同种植模式下，各处理间玉米收获系数差异均不显著。其中单作玉米以N2梯度、株距30 cm时收获系数最大，为0.64；间作玉米以N3梯度、株距20 cm时收获系数最大，为0.63。

由表7可知，偏土地当量比—大豆（PLER—大豆），在该种植体系下，大豆为本系统弱势作物（数值均<0.5），不同施氮梯度下，生物量和籽粒产量的PLER差异不显著（P>0.05）。不同氮梯度同种植模式下各处理间大豆收获系数也无显著差异，但N1梯度下单作与间作种植模式的收获系数差异显著（P<0.05），其它梯度下单作与间作收获系数差异不显著。其中单作大豆以N2梯度下收获系数最大，为0.57，间作大豆以N0梯度下最大，为0.52。

从两作物生物量和产量PLER之和可知，除N0<1之外，其它氮梯度下均﹥1，可见玉米大豆间作体系可促进玉米和大豆增产。

3 讨论与结论

本试验结果表明，在施氮量相同、株距相同（玉米株距20 cm）、种植模式不同情况下，玉米间作的净面积籽粒产量>玉米单作，增幅为19.51%～91.49%；净面积生物量>玉米单作，增幅为25.0%～84.0%。玉米的偏土地当量比值均>0.5，玉米为优势作物，且间作比单作增产显著。大豆在该体系下处于劣势，大豆的偏土地当量比值均<0.4，且间作模式显著减产。对整个间作体系来说，土地当量比>1，说明玉米大豆间作模式是一种对提高整体产量和经济效益有益的种植模式。

前人研究表明，在高產区随着氮肥施用量的增加，夏玉米产量增产显著，但当氮肥用量增到一定数值后，其产量反而出现降低趋势[13]。本研究设置了4个氮肥梯度处理，其中施氮量最大（300 kg/hm2）处理玉米单作的籽粒产量有降低趋势，与前人研究结论一致。但在该试验条件下，各施氮处理（不含N0）对间作玉米产量及农艺性状影响不显著，其原因可能是：本试验为第一年布置，且基础地力肥沃，因此，外源施加氮肥对该种植体系影响不大。玉米增密间作体系（株距20 cm）的产量优于玉米常规种植（株距30 cm），所以玉米大豆间作体系中玉米选取20 cm株距较为合理。

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