摘 要：為明確胡麻||玉米間作、胡麻||大豆間作系統(tǒng)中作物養(yǎng)分吸收利用對產(chǎn)量貢獻的差異，本研究采用田間二因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)置兩種間作類型:胡麻||玉米間作(F||M)、胡麻||大豆間作(F||S)，3種帶型配置[4:2(S1)、6:3(S2)和8:4(S3)]，共計9組處理，以單作為對照，比較分析了胡麻||玉米間作、胡麻||大豆間作系統(tǒng)中不同帶型配置的間作優(yōu)勢以及成熟期養(yǎng)分吸收量和利用效率對間作優(yōu)勢的貢獻。結(jié)果表明:與單作相比，間作顯著提高了作物生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，胡麻||玉米間作系統(tǒng)顯著高于胡麻||大豆間作，且在8:4行比配置下達到最大值;兩種間作系統(tǒng)中土地當量比(LER)均大于1，具有間作產(chǎn)量優(yōu)勢;胡麻||玉米間作系統(tǒng)中，植株氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收總量比相應(yīng)單作提高12.15%~50.38%、44.79%~67.29%和3.90~25.75%，氮素利用效率高出單作73.20%~78.36%。氮、磷、鉀吸收效率對LER的貢獻分別為1.33~2.10、1.76~2.08、1.11~1.53，利用效率的貢獻分別為-0.12~-0.3、-0.25~-0.4、-0.02~-0.1。胡麻||大豆間作系統(tǒng)中植株氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收總量比相應(yīng)單作提高6.86%~60.06%、11.97%~59.21%和7.34%~65.30%，氮素利用效率高出單作48.77%~71.74%。氮、磷、鉀吸收效率對LER的貢獻分別為1.17~2.13、1.20~2.10、1.15~2.15，利用效率的貢獻分別為-0.3~-0.53、-0.15~-0.46、-0.03~-0.52。綜合分析認為，本研究中8行胡麻4行玉米間作帶型可顯著提高作物養(yǎng)分吸收利用能力，增加間作系統(tǒng)作物產(chǎn)量，且間作優(yōu)勢主要來源于養(yǎng)分吸收量的增加，而非利用效率的改變。
關(guān)鍵詞：間作；帶型配置；養(yǎng)分吸收；養(yǎng)分利用；
間作是中國傳統(tǒng)耕作方式之一，利用不同作物在空間分布和養(yǎng)分需求等方面的優(yōu)勢互補，使作物更有效的利用光照、水分、養(yǎng)分等資源增加作物產(chǎn)量[1,2,3,4]?？茖W合理的間作模式能夠減少強勢作物對弱勢作物的影響[5]，改善群體內(nèi)部地上通風透光條件與地下養(yǎng)分競爭互補關(guān)系，促進作物養(yǎng)分吸收利用，提高產(chǎn)量[6,7]。增加作物行數(shù)，有利于改善作物群體結(jié)構(gòu)，促進養(yǎng)分吸收利用，便于機械化操作[8]。豆科(Fabaceae Lindl.)與非豆科作物間作是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種多元種植模式，非豆科作物通過豆科作物的固氮作用來滿足自身對氮素的部分需求，以促進自身生長和產(chǎn)量增加[9]。諸多研究表明，豆科與非豆科作物間作較單作表現(xiàn)出產(chǎn)量優(yōu)勢[10,11]和養(yǎng)分吸收優(yōu)勢[12,13,14]。禾豆間作可顯著提高作物地上部植株氮吸收量，促進作物根系周圍磷的積累，提高作物對磷和鉀的吸收[14]。胡麻(Linum usitatissimu L.)為耐土壤貧瘠的作物，在與固氮能力較強的豆科作物間作時，不需要施入過多的氮肥，就能夠促進植株的生長發(fā)育[15]。也有學者發(fā)現(xiàn)，合理的行比和帶間距能使作物處于通風透光良好的生長條件，進而提高對營養(yǎng)元素的吸收利用[16]。養(yǎng)分資源的有效利用是間作產(chǎn)量優(yōu)勢的重要基礎(chǔ)之一，是作物養(yǎng)分吸收量和利用效率綜合作用的結(jié)果[17]。研究發(fā)現(xiàn)，間作對產(chǎn)量優(yōu)勢的貢獻主要是養(yǎng)分吸收量的增加，而非利用效率的提高[18]。
關(guān)于胡麻間作模式的研究多集中于光合特性[19]、種間競爭[20]及產(chǎn)量等方面，但有關(guān)胡麻間作模式對養(yǎng)分吸收利用差異的報道較少，特別是養(yǎng)分吸收和利用效率對間作產(chǎn)量優(yōu)勢的貢獻等方面研究較為欠缺。長期以來胡麻間作模式在帶幅寬度、行比配置等方面沒有形成統(tǒng)一標準[21]，從而導致作物占地比例不協(xié)調(diào)，土地利用效率沒有實現(xiàn)最大化。因此，為了充分利用光熱資源，提高土地生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，本研究通過田間試驗比較分析了不同帶型配置下胡麻||玉米(Zea mays. L)間作、胡麻||大豆[Glycine max (L.) Merr.]間作兩種間作模式的產(chǎn)量優(yōu)勢，探討了作物養(yǎng)分吸收和利用效率對間作優(yōu)勢的影響，以期篩選出適宜試區(qū)作物養(yǎng)分高效吸收利用的間作模式，為進一步完善不同帶型配置下胡麻||玉米間作、胡麻||大豆間作系統(tǒng)種植技術(shù)提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。
1 材料與方法
1.1試驗區(qū)概況
試驗于2022年4月—10月在甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學院西寨油料試驗基地進行，試驗地(34°26′N，103°52′E)位于隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)，平均海拔2050m，年均無霜期約140d，年均日照時數(shù)2476.6h，年均氣溫6.43℃，≥10℃積溫2239.1℃，多年平均降水390.9mm，屬中溫帶半干旱氣候區(qū)，試驗期間降雨量如圖1所示。土壤類型為黃綿土，肥力均等，其中0~30cm土層土壤養(yǎng)分含量如下:土壤有機質(zhì)17.53g·kg-1、土壤全氮0.81g·kg-1、堿解氮47.82mg·kg-1、全磷0.69g·kg-1、速效磷27.43mg·kg-1、速效鉀106.00mg·kg-1、pH8.04。
圖1試驗區(qū)2022年降雨量和氣溫
E:上旬; M: 中旬; L: 下旬。
1. 試驗設(shè)計
采用二因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計，以單作胡麻(SF)、單作玉米(SM)、單作大豆(SS)為對照，設(shè)置2種間作類型:胡麻||玉米間作(F||M)、胡麻||大豆間作(F||S)，3種帶型配置[4:2(S1)、6:3(S2)和8:4(S3)]，各間作模式中帶型配比均為1:1(表1)，試驗共9個處理，每個處理重復(fù)3次，共27個小區(qū)，小區(qū)面積30.24m2(4.8m×6.3m)。
供試胡麻品種為‘隴亞11號’，密度為2.9×106株·hm-2;玉米品種為‘先玉335’，密度為6.0×104株·hm-2;大豆為‘中黃30號’，密度為2.2×105株·hm-2，間作與單作種植密度一致。胡麻行距為20cm，玉米和大豆行距均為40cm，株距分別為42cm和11cm(圖2)。胡麻、大豆生育期施氮肥120kg(N)·hm-2，施磷肥75kg(P2O5)·hm-2;玉米施氮肥250kg(N)·hm-2，施磷肥125kg(P2O5)·hm-2;供試氮肥為尿素(含N46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O516%)，氮、磷肥均作為基肥施用，其中間作系統(tǒng)中胡麻、玉米、大豆帶氮肥和磷肥均為分條帶撒施。其他田間管理同一般大田單作。胡麻于2022年4月27日露地條播，2022年8月10日收獲;玉米于2022年4月28日覆白膜進行穴播，每穴播2粒，2022年10月10日收獲;大豆于2022年4月27日覆白膜進行穴播，每穴播2~3粒，2022年9月22日收獲。
表1胡麻間作和單作處理的帶型配置
圖2胡麻||玉米帶狀間作種植模式圖
F4M2、F6M3、F8M4分別代表胡麻||玉米間作的3種帶型配置(80cm、120cm和160cm)。胡麻||玉米間作、胡麻||大豆間作系統(tǒng)中帶型配置一致。
1.3測定項目及方法
1.3.1產(chǎn)量測定
籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量均在作物成熟后按小區(qū)單打單收，曬干后測得小區(qū)實際產(chǎn)量。
1.3.2土地當量比
土地當量比(LER)常被用于衡量間作系統(tǒng)產(chǎn)量和土地利用的優(yōu)勢[22]，其計算公式如下:
式中，Yia、Ysa為間作和單作胡麻的籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)，Yib、Ysb為間作和單作配對作物的籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)。當LER＞1時，表明間作系統(tǒng)提高了土地利用效率，存在間作優(yōu)勢;若LER＜時，表明間作體系降低了土地利用效率，存在間作劣勢。
1.3.3單位面積產(chǎn)量的分解
將單位面積產(chǎn)量分解為養(yǎng)分利用效率與養(yǎng)分吸收效率的乘積[23]。
式中，YUYU為養(yǎng)分利用效率，UAUA為養(yǎng)分吸收(捕獲)效率。Y為產(chǎn)量，A為面積，U為養(yǎng)分吸收量。
1.3.4養(yǎng)分測定
作物成熟期每小區(qū)按行隨機選取有代表性的大豆和玉米各3株，胡麻10株，將烘干的各器官樣品用不銹鋼旋風粉碎機粉碎后過80目篩，用于養(yǎng)分含量的測定。植株全氮采用凱氏定氮法測定;全磷采用分光光度比色法測定;全鉀采用火焰光度法測定，并根據(jù)生物學產(chǎn)量折算為作物的氮、磷、鉀吸收量[24]。
1.3.5養(yǎng)分吸收量的比較
本研究比較了間作系統(tǒng)養(yǎng)分吸收量相當于單作養(yǎng)分吸收量的變化[23]。這里單作養(yǎng)分的吸收量是單作胡麻和單作玉米(大豆)的養(yǎng)分吸收量以間作比例為權(quán)重的加權(quán)平均值，以氮為例，其計算公式如下:
式中，△△NU為間作系統(tǒng)養(yǎng)分吸收量相當于單作養(yǎng)分吸收量的變化，NUfm為間作中胡麻和玉米的總吸氮量(%)，NUf和NUm分別為單作胡麻和單作玉米的吸氮量，Ff和Fm分別為間作中胡麻和玉米的占地面積比例，Df和Dm分別為間作中胡麻和玉米相當于單作胡麻和單作玉米種植密度的比率。本研究中間作和單作的密度在當量面積上是相等的，因此Ff和Fm均為0.5，與3種作物分別在間作中所占面積的比例是相等的。實際上，Ff×NUf+Fm×NUm為單作按間作比例為權(quán)重加權(quán)平均的單作吸氮量，ΔNU的正或負反應(yīng)了間作吸氮量相對于單作的增加或減少，磷和鉀的計算方法相同。
1.3.6養(yǎng)分利用效率的比較
以氮為例，氮利用效率定義為單位氮吸收量所能生產(chǎn)的地上部干物質(zhì)量[22]。間作氮利用效率相對于單作的增減(ΔNUE，%)用如下公式計算:
式中，Yfm為胡麻玉米系統(tǒng)總產(chǎn)量，Yf為單作胡麻產(chǎn)量，Ym單作玉米產(chǎn)量。ΔNUE反映了作物間作后養(yǎng)分利用效率的增加或減少，磷和鉀的計算方法相同。
1.3.7養(yǎng)分吸收和利用效率對產(chǎn)量優(yōu)勢的貢獻
仍以氮為例，定義胡麻在間作和單作中的吸收量和利用效率分別為Aif、Af和Eif、Ef，相應(yīng)玉米分別為Aim、Am和Eim、Em，上式(1)變?yōu)?/font>:
式中，1+af+am為由于間作引起的相對于單作養(yǎng)分吸收量的變化對間作產(chǎn)量優(yōu)勢的貢獻，ef+em為由間作引起的相對于單作養(yǎng)分利用效率的變化對間作產(chǎn)量優(yōu)勢的貢獻，afef+amem養(yǎng)分吸收和利用效率交互作用對間作優(yōu)勢的貢獻[25]。磷和鉀計算方法相同。
1.4數(shù)據(jù)分析
本研究采用Microsoft Excel2019進行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 26.0統(tǒng)計分析軟件進行方差分析與相關(guān)性分析，差異顯著性運用Duncan法進行比較(P<0.05)，采用Origin 2021進行作圖。
2 結(jié)果分析
2.1不同種植模式下作物產(chǎn)量及產(chǎn)量優(yōu)勢分析
不同作物搭配及帶型配置對間作系統(tǒng)作物籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的影響均達極顯著水平，但二者的互作效應(yīng)不顯著。間作顯著提高了作物生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，胡麻||玉米間作系統(tǒng)顯著高于胡麻||大豆間作。胡麻與玉米、大豆間作模式下生物產(chǎn)量較單作分別顯著高出22.39%~30.71%(P<0.05)和3.95%~56.93%(P<0.05)，且隨著行比的增加而增加。其中，F8M4和F8S4行比配置下生物產(chǎn)量比單作分別高30.71%(P<0.05)和56.93%(P<0.05);各間作系統(tǒng)間籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)與生物產(chǎn)量相似，隨行比的增加而增加，其中F8M4和F8S4行比配置下籽粒產(chǎn)量比單作分別高7.20%(P<0.05)和27.04%(P<0.05)?？傮w來看，在8:4行比配置下胡麻||玉米間作系統(tǒng)作物的生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量均達到最大，分別為11095.86kg·hm-2和6865.63kg·hm-2。
不同作物搭配及帶型配置均對間作系統(tǒng)作物土地當量比(LER)的影響達極顯著水平，二者的互作效應(yīng)也達極顯著水平。胡麻||玉米間作系統(tǒng)以籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量為基礎(chǔ)計算的LER為2.01~2.62，胡麻||大豆間作系統(tǒng)則為1.59~2.66，均大于1(表2)，表明這兩種間作模式都具有產(chǎn)量優(yōu)勢。同一行比配置下，胡麻||玉米間作系統(tǒng)產(chǎn)量優(yōu)勢大于胡麻||大豆間作，且隨著行比的增加LER呈增加趨勢。其中，8:4行比配置下作物的LER均大于其他處理。
表2不同種植模式下作物籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量及土地當量比
同列不同小寫字母表示同一指標不同處理間差異顯著(P<0.05)。*表示在P<0.05水平影響顯著, **表示在P<0.01水平影響顯著, NS表示無顯著差異。
2.2不同間作模式對作物養(yǎng)分吸收量的影響
2.2.1作物氮吸收量
不同作物搭配及帶型配置對間作系統(tǒng)作物氮素吸收量的影響均達極顯著水平，但二者的互作效應(yīng)不顯著(表3)。與單作比較，間作系統(tǒng)顯著增加了作物氮素吸收量，其中胡麻||玉米間作系統(tǒng)氮素吸收量較單作(加權(quán)平均)高12.15%~50.38%，胡麻||大豆間作系統(tǒng)較單作高6.86%~60.06%，且胡麻||玉米間作顯著高于胡麻||大豆間作。行比配置亦顯著影響作物植株氮素吸收量，胡麻||玉米間作系統(tǒng)中F8M4行比配置較單作極顯著高出50.38%(P<0.01)，胡麻||大豆間作系統(tǒng)中F8S4行比配置較單作極顯著高出60.06%(P<0.01)。以上結(jié)果表明各間作模式下作物植株氮素吸收量均隨作物行比的增加而增加，均在8:4行比配置下達到最大值，且胡麻||玉米間作優(yōu)于胡麻||大豆間作系統(tǒng)。
2.2.2作物磷吸收量
方差分析表明(表3)，不同作物搭配及帶型配置均對間作系統(tǒng)作物磷素吸收量無顯著影響，且二者的互作效應(yīng)也不顯著。間作系統(tǒng)較單作顯著增加了作物的磷素吸收量，胡麻||玉米間作系統(tǒng)較單作胡麻和單作玉米按間作比例加權(quán)平均的磷素吸收量高44.79%~67.29%，胡麻||大豆間作磷素吸收量較單作高11.97%~59.21%，且胡麻||玉米間作顯著高于胡麻||大豆間作。其中，F8M4和F8S4行比配置間作系統(tǒng)中作物植株磷素吸收量分別較單作高67.29%(P<0.01)和59.21%(P<0.01)。以上結(jié)果表明增加行比配置可以顯著增加胡麻間作系統(tǒng)作物磷素吸收量。
2.2.3作物鉀吸收量
不同作物搭配及帶型配置均對間作系統(tǒng)作物鉀吸收量的影響達極顯著水平，二者互作效應(yīng)的影響達顯著水平(表3)。間作對作物鉀吸收量的影響與氮磷基本一致，胡麻||玉米間作系統(tǒng)較胡麻||大豆間作顯著增加了作物鉀吸收量，二者分別較單作加權(quán)平均鉀吸收量高3.90~25.75%(P<0.01)和7.34%~65.30%(P<0.01)。F8M4行比配置下作物植株的鉀吸收量比單作高25.75%(P<0.01)，F8S4行比配置下作物植株鉀吸收量比單作高65.30%(P<0.01)。以上結(jié)果表明各間作模式下作物鉀吸收量隨行比增加呈增加趨勢，且植株鉀吸收量均在8:4行比配置下達到最大值。
表3不同種植模式下作物的養(yǎng)分吸收量
同列不同小寫字母表示同一指標在不同處理間差異顯著(P<0.05)。*表示同一種植模式下間作相對于單作的養(yǎng)分吸收量差異顯著(P<0.05)，**表示同一種植模式下間作相對于單作的養(yǎng)分吸收量差異顯著(P<0.01), NS表示無顯著差異。
2.3不同間作模式對作物養(yǎng)分利用效率的影響
2.3.1作物氮利用效率
方差分析結(jié)果表明，不同作物搭配及帶型配置對間作系統(tǒng)作物氮素利用效率均無顯著影響，二者的互作效應(yīng)也不顯著(表4)。與單作相比，間作顯著增加了作物氮素利用效率，胡麻||玉米間作系統(tǒng)較單作胡麻和單作玉米按間作比例加權(quán)平均的氮素利用效率高73.20%~78.36%，其中F6M3行比配置下作物植株氮素利用效率極比單作高78.36%(P<0.01)。胡麻||大豆間作系統(tǒng)氮素利用效率較單作高48.77%~71.74%，且氮素利用效率隨行比增加而增加，其中F8S4行比配置下作物植株氮素利用效率比單作高71.74%(P<0.01)。
2.3.2作物磷利用效率
不同作物搭配對間作系統(tǒng)作物利用效率的影響達極顯著水平，不同帶型配置及二者的互作效應(yīng)均無顯著影響(表4)。間作較單作顯著增加了作物磷利用效率，且胡麻||玉米間作系統(tǒng)顯著高于胡麻||大豆間作。胡麻||玉米間作系統(tǒng)較單作胡麻和單作玉米按間作比例加權(quán)平均的磷利用效率高21.88%~50.03%。其中，間作系統(tǒng)磷素利用效率隨行比增加而增加，F8M4行比下的磷利用效率比單作高50.03%(P<0.01)。胡麻||大豆間作系統(tǒng)磷利用效率較單作高54.83%~85.73%。其中，F6S3行比下的磷利用效率比單作高85.73%(P<0.01)。
2.3.3作物鉀利用效率
不同作物搭配及帶型配置對間作系統(tǒng)作物鉀吸收量的影響均達極顯著水平，但二者的互作效應(yīng)不顯著(表4)。間作顯著增加了作物鉀素利用效率，且胡麻||玉米間作系統(tǒng)顯著高于胡麻||大豆間作。胡麻||玉米間作和胡麻||大豆間作較單作加權(quán)平均鉀吸收量分別高74.65%~86.32%和47.02%~92.85%。其中，F6S3行比配置下的鉀利用效率比單作高92.85%(P<0.01)。在胡麻||玉米間作系統(tǒng)中，鉀利用效率隨行比增加而增加，F8M4行比配置下的鉀利用效率比單作高86.32%(P<0.01)。
表4不同種植模式下作物養(yǎng)分利用效率
同列不同小寫字母表示同一指標不同處理間差異顯著(P<0.05)。*表示同一種植模式下間作相對于單作的養(yǎng)分利用效率差異顯著(P<0.05), **表示同一種植模式下間作相對于單作的養(yǎng)分利用效率差異顯著(P<0.01), NS表示無顯著差異。
2.4養(yǎng)分吸收及利用效率對間作優(yōu)勢的貢獻
胡麻||玉米間作時，氮、磷養(yǎng)分吸收因子對間作優(yōu)勢的貢獻為正，利用效率的貢獻為負，表明胡麻||玉米間作系統(tǒng)可以增加氮磷的吸收量，降低氮、磷的利用效率(表5);鉀的吸收因子對間作優(yōu)勢的貢獻為正，利用因子的貢獻有正有負，吸收因子對間作優(yōu)勢的貢獻高于利用因子，表明胡麻||玉米間作系統(tǒng)增加了鉀的吸收量，且在F8M4行比配置下鉀利用效率達到最大值。氮、磷的交互因子均為負值，鉀的交互因子為正，但對間作優(yōu)勢的貢獻率很低，說明胡麻||玉米間作系統(tǒng)的間作優(yōu)勢主要來源于氮、磷、鉀吸收量的增加及鉀利用效率的提高。
胡麻||大豆間作系統(tǒng)作物氮、磷、鉀吸收效率對土地當量比的貢獻分別為1.17~2.13、1.20~2.10、1.15~2.15，利用效率的貢獻分別為-0.53~-0.3、-0.46~-0.15、-0.52~-0.03。胡麻||大豆間作系統(tǒng)中利用因子、交互因子對間作優(yōu)勢的貢獻均為負，僅吸收因子為正。說明胡麻||大豆間作時，間作優(yōu)勢主要來源于養(yǎng)分吸收量的增加。間作系統(tǒng)氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量隨著行比的增加而增加，且在F8S4行比配置下顯著高于其他處理。綜上所述，本研究中胡麻||玉米間作和胡麻||大豆間作優(yōu)勢主要來源于間作相對于單作養(yǎng)分吸收量的增加，而非利用效率的改變。
表5養(yǎng)分吸收和利用效率對土地當量比的貢獻
交互因子是間作相對于單作養(yǎng)分吸收量變化對產(chǎn)量優(yōu)勢的貢獻, 利用因子是間相對于單作養(yǎng)分利用效率的變化對產(chǎn)量優(yōu)勢的貢獻, 交互因子是養(yǎng)分吸收和利用效率交互作用對間作優(yōu)勢的貢獻。
3 討論
3.1間作產(chǎn)量優(yōu)勢
土地當量比(LER)能夠評定間作系統(tǒng)是否具有優(yōu)勢，并反映間作的土地利用效率。大量研究表明多種間作系統(tǒng)都存在間作優(yōu)勢。研究發(fā)現(xiàn)，玉米||豌豆(Pisum sativum L.)間作[26]、油菜(Brassica napus L.)||蠶豆(Vicia faba L.)間作[10]、玉米||大豆間作[7]時的LER均大于1，間作系統(tǒng)表現(xiàn)出明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢。此外，同一物種與不同作物間作，間作系統(tǒng)的產(chǎn)量也存在顯著差異，如玉米分別與高丹草(Sorghum bicolor×S. Sudanense)和燕麥(Avena sativa)間作時，玉米||高丹草間作在在行比為4:8，帶寬為300cm間作模式下的系統(tǒng)產(chǎn)量和LER均最高[27]。本研究中，間作系統(tǒng)的LER在不同種植模式下均表現(xiàn)大于1，說明胡麻||玉米間作，胡麻||大豆間作均表現(xiàn)出明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢，提高了土地利用效率，與前人研究結(jié)果一致[28]，并且胡麻||玉米間作模式下系統(tǒng)LER和產(chǎn)量表現(xiàn)最優(yōu)。其中，配對作物類型和帶型配置亦是決定作物產(chǎn)量和LER的重要因素，間作系統(tǒng)LER隨帶寬的增加而增加。高位作物與低位作物間作時，高位作物對空間和光溫資源具有更強的競爭能力，適度增加間作行比配置，有利于促進植株地上部的生長和生物量的積累[29]。豆科與非豆科作物間作時，利用豆科作物的結(jié)瘤固氮能力可以減少氮肥的投入，改善非豆科作物物質(zhì)能量的合成和運輸，進而促進間作系統(tǒng)作物生物量的積累[9]。本研究結(jié)果表明，F8M4與F8S4行比配置下作物的生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量均顯著高于其他處理，這與前人研究結(jié)果一致[19]。此外，本研究結(jié)果還表明玉米||大豆間作時，M6S6行比配置下作物總產(chǎn)量顯著高于M4S4和M2S2(P<0.05)，且間作帶寬的增加緩解了高稈玉米對矮稈大豆的遮蔭問題，減少了玉米對大豆條帶養(yǎng)分的競爭，進而提高了大豆干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量[30]。但并非所有的間作模式都具有產(chǎn)量優(yōu)勢，例如蠶豆||豌豆間作[31]，馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)||油菜間作[32]系統(tǒng)中以籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量為基礎(chǔ)計算的LER均小于1，說明這兩種間作作物組合表現(xiàn)為間作劣勢。
3.2間作對作物養(yǎng)分吸收的影響
在間作系統(tǒng)中，不同作物搭配在時間和空間上對養(yǎng)分吸收利用存在互補效應(yīng)[33]。與單作相比，間作具備更高的養(yǎng)分吸收能力，進而提高產(chǎn)量[7]。本研究結(jié)果表明，間作較單作養(yǎng)分吸收量顯著提高。其中，胡麻||玉米間作系統(tǒng)養(yǎng)分吸收量顯著高于胡麻||大豆間作。研究發(fā)現(xiàn)，高矮作物的搭配可以增加土壤覆蓋[30]的時間，改變?nèi)后w的冠層結(jié)構(gòu)[4]從而影響作物的生長發(fā)育和養(yǎng)分吸收。在小麥(Triticuma estivum L.)||玉米間作系統(tǒng)中，共生前期小麥有較強的養(yǎng)分競爭能力，首先獲得產(chǎn)量優(yōu)勢;小麥收獲后，玉米的營養(yǎng)吸收和生長得到恢復(fù)，使整個間作系統(tǒng)的養(yǎng)分得以高效利用[34]。本研究發(fā)現(xiàn)，受作物種植順序[32]的影響，先種植的胡麻具有更強的資源競爭能力，共生前期能夠獲得更多營養(yǎng)，胡麻收獲后，玉米生長得到恢復(fù)[34]，從而使整個間作系統(tǒng)養(yǎng)分吸收量增加。此外，還可以通過改變帶型配置來調(diào)節(jié)作物的養(yǎng)分吸收利用。研究發(fā)現(xiàn)，在玉米||花生間作系統(tǒng)中，適度增加玉米行比有助于增強玉米對氮素營養(yǎng)的競爭能力以及間作養(yǎng)分對產(chǎn)量的貢獻，其中4:4行比為區(qū)域較佳配置[35]。在本研究中也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果，胡麻||玉米間作系統(tǒng)中，8:4行比配置下間作系統(tǒng)氮、磷、鉀吸收量均達到最大值。
前人研究表明，豆科與非豆科作物間作是一種被廣泛應(yīng)用的栽培方法[9]，通過作物種間在時間和空間上互補提高資源的利用率，可以實現(xiàn)作物增產(chǎn)和養(yǎng)分高效利用[36]。本研究發(fā)現(xiàn)在胡麻||大豆間作系統(tǒng)中，通過引入具有固氮作用的大豆來改變該系統(tǒng)下各作物的生態(tài)位，豆科作物固定的氮可以向非豆科作物轉(zhuǎn)移，被非豆科作物所利用，使整個間作系統(tǒng)3種帶型配置(4:2、6:3、8:4)養(yǎng)分吸收量較單作提高6.86%~60.06%、11.97%~59.21%和7.34%~65.30%。有研究發(fā)現(xiàn)在小麥||蠶豆間作系統(tǒng)中，小麥對氮素的競爭能力強于蠶豆，與蠶豆根系互作時會降低蠶豆的養(yǎng)分吸收，導致蠶豆地下部養(yǎng)分降低，促使蠶豆利用空氣中的氮來增加地上部的氮吸收[37]，從而使整個間作系統(tǒng)氮素吸收量明顯增加，這種氮素利用來源上的生態(tài)位分離，是豆科與非豆科間作時氮素補償利用的重要機制。但也有學者認為，適當增加大豆幅寬并與緊湊型玉米間作，能促使大豆的碳氮代謝變化趨勢向有利于產(chǎn)量形成的方向發(fā)展[38]。本研究發(fā)現(xiàn)，8:4行比配置下胡麻||大豆間作系統(tǒng)氮、磷、鉀吸收量優(yōu)于6:3和4:2。綜上，結(jié)合作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收特點本試驗得出的區(qū)域較佳配置為F8M4和F8S4。
3.3養(yǎng)分吸收和利用效率對產(chǎn)量優(yōu)勢的貢獻
間作系統(tǒng)是否具備產(chǎn)量優(yōu)勢，在作物營養(yǎng)方面主要取決于養(yǎng)分吸收因子、利用因子和交互因子貢獻的大小[39]。在本研究中，胡麻與玉米、大豆間作都具有間作優(yōu)勢。間作系統(tǒng)較單作提高了作物養(yǎng)分的吸收，但磷利用效率降低，氮、鉀利用效率沒有顯著變化。利用效率對間作優(yōu)勢的貢獻也相對較小，這與前人研究結(jié)果相似[18]。在玉米||馬鈴薯間作、玉米||油菜間作、大豆||馬鈴薯間作和大豆||油菜間作研究中，養(yǎng)分吸收因子對間作優(yōu)勢的貢獻為正，而利用效率的貢獻為負[32]。在小麥||大豆間作研究中，間作作物氮、磷和鉀養(yǎng)分吸收總量分別比相應(yīng)單作高24%~39%，6%~27%和24%~64%[40]，而利用效率分別比單作低5%~20%、5%~7%和6%~32%。以上結(jié)果說明，本研究中胡麻||玉米和胡麻||大豆間作優(yōu)勢主要來源于作物養(yǎng)分吸收效率的增加，而不是利用效率的改變。
4 結(jié)論
不同作物搭配與帶型配置顯著影響間作系統(tǒng)籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量，其中8行胡麻4行玉米間作帶型籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量分別較單作顯著增加7.20%和30.71%。間作系統(tǒng)氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量和養(yǎng)分利用效率在成熟期較單作分別顯著提高了50.38%和78.36%、67.29%和50.03%、29.75%和86.32%。綜上表明，8行胡麻4行玉米間作帶型可顯著提高作物養(yǎng)分吸收利用能力，增加間作系統(tǒng)作物產(chǎn)量，是試區(qū)胡麻||玉米間作的較佳配置。
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文章摘自：韓靜,王一帆,高玉紅等. 胡麻間作模式對作物養(yǎng)分吸收利用及產(chǎn)量的影響 [J/OL]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報(中英文), 1-11[2024-03-04]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/13.1432.s.20240201.1035.001.html.
