带宽、行比对鲜食玉米间作鲜食大豆群体产量效益的影响

罗万宇，唐庄峻，任永福，杨文钰，王小春

（四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室/作物生理生态及栽培四川省重点实验室，成都 611130）

目前我国鲜食玉米种植面积为127 万hm2，70%以上种植在光热资源丰富的南方，且多采用单作种植[1]。在可用土地面积减少的情况下，通过间套作扩大玉米播种面积、提高作物产量具有十分广阔的前景。玉米-大豆间套作是我国西南地区主推的一种旱地种植模式， 该模式集禾本科与豆科为一体，有效提高了光照、水分和养分等资源利用效率，在保证玉米产量的同时，增收了一季大豆，具有高产稳产、降低成本、提高经济效益等优点[2-4]。

带宽行比配置对于间套作体系中作物生长和群体产量效益具有重要的作用。大量研究表明，合理的带宽行比配置可以提高作物叶面积指数，延缓叶片衰老进程；能够增加间套作系统中作物的干物质积累量， 并促进干物质更多的分配到籽粒当中；利于养分的吸收利用，进而促进养分积累；同时利于土地当量比的提高，实现群体产量和经济效益的最大化；但这些研究大多集中在粒用玉米与粒用大豆间套作方面，目前西南地区粒用玉米套作粒用大豆以带宽200 cm、 玉豆行比2∶2， 间作区以带宽220 cm，玉豆行比 2∶3 较宜[5-15]。而与粒用玉米等相比，鲜食玉米、鲜食大豆生育期缩短，高产高效的带宽和行比配置缺乏相应的研究，制约了成都平原日趋增加的鲜食玉米间作鲜食大豆高效种植模式经济效益的发挥。因此本试验旨在分析比较，不同带宽行比配置对鲜食玉米间作鲜食大豆体系叶面积指数、干物质积累、产量及经济效益等的影响，明确与成都平原地区生态条件和生产水平相适应的鲜食玉米间作鲜食大豆最佳带宽行比配置，以期为该地区鲜食玉米和大豆协调高产的空间配置提供科学依据与技术支持。

1 材料和方法

1.1 供试材料

鲜食玉米品种川单甜3 号（四川川单种业有限责任公司提供）和鲜食大豆品种科鲜2 号（开原市雨农种业有限公司提供）。

1.2 试验设计

试验于2017年在四川农业大学崇州现代农业研发基地进行， 采用两因素随机区组设计， 因素A为鲜食玉米间作鲜食大豆带宽，3 个水平，A1：200 cm（160 cm+40 cm；宽行 160 cm，窄行 40 cm），A2：220 cm（180 cm+40 cm），A3：240 cm（200 cm+40 cm），因素B 为玉豆行比，2 个水平，B1：2∶2（2 行玉米和 2 行大豆），B2：2∶3（2 行玉米和 3 行大豆），单作鲜食玉米（MM）和鲜食大豆（MS）为对照，共 8 个处理，每个处理3 次重复， 共24 个小区。鲜食玉米间作鲜食大豆，每个小区种植3 带，带长5 m，单作玉米采用生产常规的70 cm 等行距种植，单作大豆采用生产常规的50 cm 等行距种植（处理田间配置图见图1 所示）。鲜食玉米种植密度均为52 500 株/hm2，鲜食大豆种植密度均为105 000 株/hm2，均穴植双株。

鲜食玉米、 鲜食大豆于4 月11 日同时点播，7月11 日同时收获。鲜食玉米底肥每公顷配施纯氮120 kg、过磷酸钙600 kg（含P2O512%）、氯化钾 150 kg（含K2O 60%），而后分别于拔节期和大喇叭口期追施拔节肥（150 kg/hm2尿素）和攻苞肥（750 kg/hm2碳酸氢铵）。鲜食大豆底肥每公顷配施氯化钾60 kg，过磷酸钙600 kg，其他管理同大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积指数和植株形态

图1 玉米-大豆带状间作及单作田间配置图Figure 1 Field arrangement diagram of maize-soybean relay strip intercropping and monoculture

鲜食玉米：每小区选取5 株生长发育一致、健康的植株挂牌标记， 在播后 45、60、75、90 d 时测定叶片长宽。单叶叶面积=叶长×叶宽×0.75，叶面积指数=单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积。于播后90 d 测定挂牌植株的株高和茎粗。

鲜食大豆：每小区选取3 株生长发育一致、健康的植株挂牌标记， 与玉米同一时间测定叶片长宽。单叶叶面积=叶长×叶宽×0.65。于播后90 d 测定挂牌植株的株高和茎粗。

1.3.2 干物质积累

分别于鲜食玉米拔节期（播后45 d）、吐丝期（播后60 d）、成熟期（播后90 d）和鲜食大豆开花期（播后 60 d）、成熟期（播后 90 d），取生长发育一致的植株地上部，每处理5 株，将茎秆、叶片、籽粒等器官分开，置于105 ℃烘箱杀青1 h，85 ℃烘干至恒重，分别称取玉米、大豆地上部分干物质重。

1.3.3 产量及产量构成

鲜食玉米：小区实收带苞叶鲜穗折算实际产量，考察每个小区玉米果穗总数，并根据均重法选取10 个果穗考察穗部性状（穗长、穗粗、秃尖长、穗粒数、百粒重及单穗重）。

鲜食大豆：小区实收鲜豆荚折算实际产量，考察每个小区大豆植株总数，并选取每个小区中间区域连续10 株大豆植株进行考种（单株有效夹数、一粒夹数、二粒夹数、三粒夹数、百粒重）。

1.3.4 土地当量比

土地当量比（land equivalent ratio，LER）是衡量间混作比单作增产程度的一项指标。LER 为两种或两种以上作物间混作与相应单作产量比值的总和。计算公式为 LER=YIM/YMM+YIS/YMS， 其中，YIM和 YIS分别代表间作玉米和大豆产量，YMM和YMS分别代表单作玉米和大豆的产量[16]。

1.3.5 相关计算

营养器官花前干物质转运率（%）=（开花期营养器官干重-成熟期营养器官干重）/开花期营养器官干重×100%

营养器官花前干物质对籽粒的贡献率（%）=（营养器官花前干物质转运量/成熟期籽粒干重）×100%

花后干物质同化量=成熟期籽粒干重-营养器官花前干物质转运量

收获指数=籽粒产量/地上部生物量[17]

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2010 软件整理试验数据，使用DPS 7.5 软件分析数据。

2 结果与分析

2.1 带宽、行比对鲜食玉米和鲜食大豆叶面积指数的影响

由图2 可知，鲜食玉米和大豆各处理叶面积指数（LAI）变化规律均表现为随播后天数增加呈先升高后降低的趋势，在播后60 d，鲜食玉米和大豆LAI均达最大值。带宽增加，鲜食玉米LAI 减小，A1处理的最大LAI 值较A2和A3处理高3.85%和11.11%，不同行比配置表现为B1处理的最大LAI 值较B2处理高3.56%， 从播后60～90 d 玉米叶面积降低速率来看，带宽处理以A1降幅最小为9.79%，行比处理以B1处理最低为12.32%；鲜食大豆LAI 变化趋势与玉米相反，A3处理的最大LAI 值高于A1和A2处理14.01%和7.19%， 且在播后90 d，A3处理的LAI降幅最低为12.88%，不同行比配置下，则以B2处理最低为15.73%。由此可见，合理的带宽行比配置有利于提高作物叶面积指数， 且叶面积下降较缓慢，从而有利于光合源的扩大。

图2 带宽、行比对植株叶面积指数的影响Figure 2 Effects of bandwidth and row ratio on leaf area index of plant

2.2 带宽、行比对鲜食玉米和大豆植株形态指标的影响

由表1 可以看出，鲜食玉米株高随带宽的增加而增加，茎粗则降低，其中A1处理株高显著低于A3处理3.51%，茎粗显著高于A3处理12.09%。而鲜食大豆株高、茎粗变化趋势相反，A3较A1处理株高显著降低11.90%，茎粗显著增加14.22%，不同行比配置表现为B2处理茎粗显著高于B1处理7.05%。采取合理的带宽行比配置可以构建适宜的作物形态特征，增强对逆境的抵抗力，成为高产的重要基础。

2.3 带宽、行比对鲜食玉米干物质积累与转运的影响

2.3.1 干物质积累

从表2 可知，带宽、行比配置对拔节后各生育时期鲜食玉米单株干物质积累量的影响达显著水平。不同带宽配置下，鲜食玉米干物质积累在各生育时期均表现A1处理最高，A3处理最低，不同行比配置表现为B1＞B2处理。A1处理在成熟期的单株干物质积累量比A2和A3处理高出11.80%和19.58%，B1处理在成熟期的干物质积累量比B2处理高出4.53%， 表明间作条件下带宽行比配置直接影响玉米地上部分的生长。

2.3.2 干物质转运

表3 表明，不同带宽配置下，鲜食玉米茎秆干物质的转移率和贡献率均以A1处理最大，显著高于A2和 A3处理 25.37%、28.56%和 26.73%、27.01%；叶片干物质的转移率和贡献率则与茎秆相反，以A3处理最大， 显著高于A1和A2处理52.05%、22.33%和72.17%、26.40%。而行比配置对茎秆和叶片的干物质转移率及贡献率影响差异不显著。

鲜食玉米花后干物质同化量随带宽增加而逐渐减少， 带宽配置对其影响达极显著水平，A1处理的花后干物质同化量较A2和A3处理高10.04%和23.93%，且A1处理的收获指数高于A3处理4.26%。表明合理的田间配置有利于促进花后干物质同化量的积累， 并促进玉米花前干物质向籽粒转移，利于提高花后干物质同化量和干物质转移率对籽粒的贡献率。

表1 带宽、行比对植株形态指标的影响Table 1 Effects of bandwidth and row ratio on plant morphological targets

表2 带宽、行比对鲜食玉米单株干物质积累量的影响Table 2 Effects of bandwidth and row ratio on maize dry matter accumulation per plant g·plant-1

2.4 带宽、行比对鲜食大豆干物质积累与分配的影响

由图3 可知，从开花期到成熟期，鲜食大豆单株各器官干物质积累量增加，不同生育时期各器官干物质积累变化趋势一致， 随带宽的增加而增加，表现为 A1＜A2＜A3，不同行比配置表现为 B2＞B1。A3处理在成熟期的茎秆、叶片、籽粒干物质积累量分别显著高于A1处理25.49%、38.44%和34.82%， 显著高于 A2处理 13.71%、18.09%和 20.83%， B2处理在成熟期的茎秆、叶片和籽粒平均干物质积累量显著高于 B1处理 9.65%、14.70%和 15.04%， 且 B2处理的籽粒干物质分配比例显著高于B1处理5.31%，而茎秆干物质分配比例则为B1处理显著高于B2处理4.75%， 叶片干物质分配比例在不同行比配置下差异不显著，各器官干物质分配比例在不同带宽配置下差异均不显著。

2.5 带宽、行比对群体产量及作物产量构成的影响

由表4 可知，带宽和行比对两作物产量影响各处理间差异显著，随着带宽变宽，鲜食玉米产量逐渐降低， A1处理玉米产量较A2和A3处理高16.97%和53.11%， 行比配置表现为B1处理玉米产量显著高于B2处理10.72%。鲜食大豆产量变化趋势与玉米相反，A3处理大豆产量显著高于A1和A2处理31.10%和13.69%；行比配置下B2处理大豆产量显著高于B1处理12.73%， 带宽和行比两因素对鲜食大豆产量的交互影响显著，带宽加大，行比增加到3行对大豆的增产作用更明显。

表3 带宽、行比对鲜食玉米各器官干物质转运的影响Table 3 Effects of bandwidth and row ratio on dry matter transport in organs of fresh maize

不同带宽行比配置下鲜食玉米产量差异的主要原因是穗粒数和百粒重的差异。随着带宽逐渐增加，穗粒数和百粒重逐渐降低，带宽对穗粒数的影响达极显著水平，对百粒重的影响达显著水平，A1处理较A2和A3处理每穗粒数及百粒重分别高5.86%、9.62%和1.79%、6.13%；不同行比配置对每穗粒数和百粒重的影响表现为B1＞B2， 但处理间差异未达显著水平；鲜食大豆产量变化的主要原因是单株粒数和百粒重的差异，其中A3处理单株粒数显著高于A1和A2处理52.85%和27.97%，百粒重显著高于A1和A2处理3.39%和2.50%， 不同行比配置下，B2处理单株粒数显著高于B1处理6.56%。

2.6 带宽、行比对鲜食玉米和大豆产量性状的影响

如表5 所示，不同田间配置下，鲜食玉米的穗长、穗粗和秃尖长差异不显著。3 种带宽下，以A1处理的单穗重最高，平均达224.42 g，显著高于A2和A3处理 11.51%和 25.90%，2 种行比下，B1处理单穗重显著高于B2处理4.78%。带宽配置对鲜食大豆各级荚率的影响达显著水平， 其中A3处理的单株荚数、 二粒荚率和三粒荚率较A1处理高35.17%、13.25%和 27.88%， 较 A2处理高 19.14%、7.45%和12.33%；而行比配置对其影响差异未达显著水平。表明带宽缩小，玉米种间竞争减小利于提高玉米单穗果重，但大豆由于遮阴严重，商品性会受到显著影响。

2.7 带宽、行比对群体效益及土地当量比的影响

从表6 可以看出，鲜食玉米间作鲜食大豆各处理土地当量比均大于1，表现出明显的生产优势，其中A1B2处理下土地当量比最高，达1.31，间作经济效益为4.21 万元/hm2，较单作鲜食玉米和鲜食大豆分别增值15.98%和60.69%，经济效益显著。

3 讨论与结论

3.1 讨论

图3 带宽、行比对鲜食大豆单株各器官干物质积累量和分配比例的影响Figure 3 Effects of bandwidth and row ratio on dry matter accumulation and distribution proportion per plant in different organs of fresh soybean

合理的田间配置方式可以提高作物群体的光截获量，增大群体受光面积，改善群体通风透光条件[18-21]，并进一步促进植株干物质的积累与分配，利于产量潜力的发挥[22]，对于实现鲜食玉米间作鲜食大豆体系中最大群体产量和经济效益具有重要的作用。

LAI 是衡量作物群体光合能力的重要指标[23-24]，焦念元等[9，25]研究表明，玉米/花生间作行比减小，可以使玉米中后期仍保持较高的LAI， 延缓玉米叶片衰老，从而保持后期较高的光合速率。刘永红等[26]研究结果表明，扩大带距对套作玉米单株叶面积有一定促进作用，利于群体有效叶面积率的提高。在本研究中，鲜食玉米和大豆LAI 均表现为随播后天数增加呈先增大后降低的趋势，最大值出现在播后60 d， 其中鲜食玉米的LAI 随带宽行比增加逐渐降低，鲜食大豆LAI 变化趋势则相反。玉米-大豆间作体系中，带宽行比的增加，使玉米株距减小，增加了玉米植株间的相互竞争，叶片之间遮挡重叠程度变高，导致玉米群体光能截获量降低，从而LAI 降低；大豆则随带宽行比的增加，减缓了被高位作物玉米荫蔽的程度以及植株间的相互竞争，使群体光截获量增加，从而 LAI 增加，这与王竹和于晓波等[6，27]人的研究结果相吻合。表明适宜的带宽行比配置可以增大作物群体LAI 以捕获更多的光能，为产量的形成提供充足源基础。

表4 带宽、行比对鲜食玉米和大豆产量构成及产量的影响Table 4 Effects of bandwidth and row ratio on yield component and crops yield of fresh maize and fresh soybean

表5 带宽、行比对鲜食玉米和大豆产量性状的影响Table 5 Effects of bandwidth and row ratio on yield traits of fresh maize and fresh soybean

表6 带宽、行比对群体效益及土地当量比的影响Table 6 Effects of bandwidth and row ratio on group benefit and land equivalent ratio

干物质是作物光合作用产物的最高形式，其积累水平决定了最终籽粒产量的高低，籽粒中干物质积累主要来源于花后叶片光合作用的产物和营养器官贮存干物质向籽粒转移的部分[28-30]。本试验中，鲜食玉米花后干物质同化量呈随带宽行比增加逐渐减少的趋势，在带宽行比较小时，玉米株距较大，植株间通风透光条件好，使得植株花后仍保持较高的叶面积指数，且下降幅度缓慢，有利于生产更多的花后光合产物。另外，玉米营养器官对籽粒贡献率表现为茎秆＞叶片， 其中茎秆的花后干物质转运率和对籽粒贡献率以带宽200 cm、玉豆行比2∶2 处理最优，较其他处理增幅分别为15.01%～30.46%和17.35%～47.71%， 说明适当缩小带宽行比有利于促进玉米花后干物质积累，并增加茎秆花后干物质向籽粒的分配，提高籽粒产量。间作鲜食大豆则随着带宽行比的增加，叶面积指数增加，促进光合产物的合成，显著提高了籽粒的干物质积累量，带宽240 cm、玉豆行比2∶3 处理籽粒干物质积累量最优， 较其他处理增幅为24.70%～51.24%，这与杨春杰等[31]的研究结果相一致。表明合理的带宽行比配置能够协调个体与群体的发展， 促进干物质的积累与分配，利于群体产量潜力的发挥。

合理的宽窄行种植方式有利于促进玉米穗粒数和百粒重的增加，提高产量[32]。本研究中，间作鲜食玉米产量随带宽行比的增加呈逐渐降低的趋势，其穗粒数和百粒重变化趋势与产量一致，表明相同密度下，带宽行比配置主要通过影响玉米的穗粒数和百粒重影响其最终产量；而鲜食大豆产量则随带宽行比的增加呈逐渐升高的趋势，主要原因可能是增加带宽行比，玉米对大豆荫蔽程度减弱，使大豆群体光截获量增加，大豆的单株粒数和百粒重随之增加，进而提高产量，朱星陶等[33]试验也表明，玉米与大豆行比按2∶3 模式，并适当增加玉豆行距，可提高复合产量与产值，与本研究结果一致。间作的目的是在空间上集约利用生产资源，实现土地资源的高效利用，土地当量比（LER）是衡量间套作效益的重要指标[34]。在本研究中，带宽行比配置直接影响鲜食玉米-鲜食大豆间作系统群体产量和经济效益，各间作处理LER 均在1 以上， 经济效益和LER 最大值在带宽200 cm、玉豆行比2∶3 处理。虽然间作条件下鲜食玉米和鲜食大豆产量均低于单作，但总体经济效益高于单作， 这一结果与李志贤等人[35]的报道结果相吻合。

3.2 结论

在鲜食玉米间作鲜食大豆系统中，带宽、行比配置对两作物叶面积指数、干物质积累分配以及产量的影响各异，需要协调两者之间的关系，选择适宜的带宽、行比，才能获取群体高产。鲜食玉米间作鲜食大豆总体经济效益高于单一种植的玉米或大豆， 群体土地当量比高于1， 最佳田间配置为带宽200 cm、玉豆行比2∶3 的处理，土地当量比为 1.31，且经济效益显著。