玉米大豆不同间作系统光合特性与产量边际效应_崔文芳.pdf
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1、为明确内蒙古河套灌区间作模式的边际效应及该区域本土化玉米大豆间作技术模式,在滴灌条件下,设置4 种间作技术模式(行比为 2 3、2 4、4 3、4 4(T2 3、T2 4、T4 3、T4 4),以玉米大豆单作为对照,对光合特性变化规律、种间竞争力及边际效应进行分析。结果表明,单作与间作玉米叶片叶绿素 SPAD 及氮质量比总体表现为大喇叭口期达到峰值,之后逐渐下降,进入灌浆期又出现一小高峰,此时,T2 3模式叶绿素 SPAD 及氮质量比与单作差异均不显著,大喇叭口期,分别较单作下降 0.91%、5.07%,灌浆期,较单作分别提高 5.09%、5.17%,且净光合速率均于吐丝期达到峰值,但 T2
2、3较单作下降缓慢,其它模式的特点是峰值低,出现早(大喇叭口期),降得快。T2 3模式与单作大豆叶片叶绿素 SPAD 和氮质量比均在开花期达到峰值,之后逐渐下降,鼓粒期又出现一小高峰,结荚期与鼓粒期,T2 3模式 SPAD 较单作分别提高 2.32%、5.11%,氮质量比分别提高 2.34%、5.77%,且净光合速率峰值出现晚(鼓粒期),其它模式峰值出现早,降得快,尤其 T2 4、T4 3、T4 4模式的中行更显著。因此,间作群体花后光合功能稳定期长是关键,是发挥间作优势的重要原因。仅 T2 3模式土地当量比大于 1,达到 1.38,且大豆的相对拥挤系数大于玉米,间作大豆侵占力、竞争比率均大于玉
3、米,T2 3具有明显的间作优势和竞争力,大豆相对产量增长大于玉米,是竞争优势种。T2 3模式的玉米、大豆产量最高,分别为 9 705、2 265 kg/hm2,占系统产量的 81.08%、18.92%。T4 4模式的玉米产量与叶绿素 SPAD、净光合速率具有显著的边际优势,而大豆仅光合速率表现边际优势,T2 3模式的中行大豆具有光合优势。综上,T2 3模式是内蒙古河套灌区适宜的间作技术模式。关键词:玉米;大豆;间作;边际效应;种间竞争力中图分类号:S513;S565.1文献标识码:A文章编号:1000-1298(2023)08-0309-11OSID:收稿日期:2022 12 23修回日期:2
4、023 02 03基金项目:国家自然科学基金项目(32160506)作者简介:崔文芳(1977),女,教授,博士,主要从事玉米高产和氮高效研究,E-mail:cui wenfang163 com通信作者:秦丽(1975),女,副教授,主要从事作物高产高效研究,E-mail:dulifeng0803126 comMarginal Effects of Photosynthetic Characteristics and Yield in Maizeand Soybean Intercropping SystemsCUI WenfangQIN DezhiCHEN JingLIU JianYAN H
5、aiouQIN Li(Vocational and Technical College,Inner Mongolia Agricultural University,Baotou 014109,China)Abstract:In order to clarify the marginal effect of intercropping patterns and the localized maize andsoybean intercropping technical patterns in Hetao Irrigation Area of Inner Mongolia,four interc
6、roppingtechnical patterns(row ratio:2 3,2 4,4 3,4 4(T2 3,T2 4,T4 3,T4 4)were set under thecondition of trickle irrigation The changes of photosynthetic characteristics,interspecific competitivenessand marginal effect were analyzed with maize and soybean as control The results showed that the overall
7、chlorophyll SPAD and nitrogen content of maize leaves in mono-cropping and intercropping reached peakat the large trumpet stage,and then decreased gradually,and then appeared a small peak at the fillingstage At this time,the chlorophyll SPAD and nitrogen contents in the T2 3 mode were not significan
8、tlydifferent from those in mono-cropping stage,and the chlorophyll SPAD and nitrogen contents in the largetrumpet stage were decreased by 0.91%and 5.07%compared with that in mono-cropping stage,respectively Compared with monocropping,the net photosynthetic rate was increased by 5.09%and5.17%,respect
9、ively,and reached the peak at the spinneret stage,but T2 3 decreased slowly comparedwith monocropping Other modes were characterized by low peak,early appearance(large trumpetstage),and rapid decline The contents of chlorophyll SPAD and nitrogen in the leaves of T2 3 modeand mono-cropping soybean re
10、ached a peak at the flowering stage,and then decreased gradually,and asmall peak appeared at the drum grain stage At pod stage and drum grain stage,the SPAD value andnitrogen content of T2 3 mode were increased by 2.32%and 5.11%,respectively,compared with thatof mono-cropping The peak value of net p
11、hotosynthetic rate appeared late(bulging stage),while thepeak value of other models appeared early and decreased rapidly,especially in the middle line of modelsT2 4,T4 3 and T4 4 Therefore,the long post-anthesis photosynthetic stability period of intercroppingpopulationwas the key,which was an impor
12、tant reason to exert the advantage of intercropping Only T2 3model land equivalent ratio was greater than 1,reaching 1.38,and the relative crowding coefficient ofsoybean was greater than that of maize,and the encroachment power and competition ratio ofintercropping soybean were greater than that of
13、maize T2 3 had obvious intercropping advantage andcompetitiveness,and the relative yield growth of soybean was greater than that of maize,so it was acompetitive dominant species The maize and soybean yields of T2 3 mode were the highest,which were9 705 kg/hm2and 2 265 kg/hm2,respectively,accounting
14、for 81.08%and 18.92%of the system yieldMaize yield,chlorophyll SPAD and net photosynthetic rate in T4 4 mode had significant marginaladvantage,while soybean only showed marginal advantage in photosynthetic rate,and middle-linesoybean in T2 3 mode had photosynthetic advantage In conclusion,T2 3 model
15、 was the appropriateintercropping technology model in Hetao Irrigation Area of Inner MongoliaKey words:maize;soybean;intercropping;marginal effect;interspecific competitiveness0引言加强间作种植技术的研究和知识储备符合国家“藏粮于地,藏粮于技”的粮食战略1。间作作物间存在的竞争与互补作用是间作优势产生的重要决定因素。前人研究表明,禾本科作物相对于豆科作物表现出竞争优势2,而不同的作物搭配种植及行距变化均会影响作物种间作用
16、。WANG 等3 研究表明,玉米间作花生行比为 2 4(2 行玉米 4 行大豆)时,可以放大玉米的正边际效应,缓解花生的负边际效应,并且此模式下宽 2 m 的花生带,有利于小型收获机进行机械操作,被认为是适宜的田间配置模式。WANG 等4 研究表明,当糯高粱与大豆行比为 2 1时,光环境较优,土地当量比和经济效益均为最高,但该模式下大豆带仅宽 1.2 m,不利于机械化收获;YANG 等5对甘蔗间作大豆系统进行了研究,发现大豆比甘蔗更有竞争力,间作大豆比单作种植长势更优,各间作模式土地当量比均大于 1,表现出间作优势;任家兵等6研究了不同施氮水平下小麦蚕豆种间作用,结果表明,间作模式可有效降低低
17、氮水平下的种间竞争,间作小麦则表现出明显的竞争优势和互利效应;赵建华等7对玉米大豆间作系统进行研究,结果表明,玉米竞争能力强于大豆,当玉米种植行距为 45 cm 时有利于作物增产。综上可知,不同作物间进行合理配置,能够发挥间作优势,且种间优势表现不同,而小行比间作系统边际效应更显著。关于玉米大豆不同种植模式的光合特性研究也存在不同意见,徐延辉等8 研究认为,玉米大豆行比 2 4间作模式中,大豆光合生理指标和产量均有所下降,但提高了玉米净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间 CO2浓度、水分利用效率。李易玲等9 研究认为,减量施氮下,玉米大豆套作显著延长了叶片的持绿期;花后叶片的光合速率、PS光合
18、机构功能、叶绿素含量都保持在较高的水平且比单作稳定,充分发挥了玉米的生产潜力并增加了大豆产量,使套作系统总产量显著提高。这表明通过作物群体的合理配置,能够实现玉米和大豆在时间和空间上的互补,增加光合资源的有效利用,保证复合种植的稳产增产。前人在间套作种间作用关系方面已有诸多报道,但基于北方旱地滴灌条件下,玉米大豆间作系统因带宽、行比配置不同引起的种间作用力、边际效应变化对作物产量影响研究较少。河套灌区是内蒙古自治区重要的粮油基地,也是黄河流域水土流失最严重的区域之一,其中粮食主产区河套平原是黄河上中游地区的主要耗水区域,农业灌溉用水占81.36%10,地表水资源开发已接近极限,农业节水措施单一
19、化、低效化,耗水量巨大。与黄河水漫灌相比,采用滴灌水肥一体化技术,至少可节省 50%灌水量和 30%化肥用量11,可有效提高水肥利用效率。随着玉米大豆间作种植已全部实现机械化,我国开始在黄淮海、西北、西南地区大力推广玉米大豆带状复合种植,多措并施扩面积、提产量,推广水肥一体化技术。贾彪等12 认为,调控滴灌玉米最佳施氮量,可提高滴灌玉米光合能力,进而提高产量。本文针对河套灌区长期大水漫灌、耕地结构变差的现状,在滴灌条件下实施玉米大豆间作技术,系统研究013农业机械学报2 0 2 3 年不同行比下玉米和大豆的边际效应,结合作物叶绿素积累和光合特性表现,筛选该区域适宜的玉米大豆间作技术模式,以改善
20、土壤结构,保证间作技术产量的稳定性,为河套灌区发展高产稳产的玉米大豆间作技术,实现水肥资源高效利用提供理论指导和技术支撑。1材料与方法1.1试验田概况试验于 2022 年 410 月在内蒙古农业大学敕勒川农业博览园(包头市土默特右旗萨拉齐镇北只图村,11014E,4014N)进行。该地区属大陆性半干旱季风气候,多年平均降水量 400 500 mm,多年平均气温6.9,无霜期135 d 左右。试验地前茬为百合花,土质为壤土,土壤有机质质量比24.65 g/kg,碱解氮质量比 41.56 mg/kg,速效磷质量比8.19 mg/kg,速效钾质量比 74.98 mg/kg。1.2试验材料玉米品种选用
21、真金 308,株型为半紧凑型,株高271 286 cm,具有耐密、抗倒、宜机收等特点,由内蒙古真金种业有限公司提供。大豆品种选用中黄30,有限生长类型,平均株高 70.1 cm,结荚高度15.0 cm,单株有效荚 62.8 个,单株粒数 137.7 个,单株粒质量 25.3 g,百粒质量 19.0 g,不裂荚,由中国农业科学院作物科学研究所选育。1.3试验设计设置玉米与大豆行比 2 3、2 4、4 3、4 4间作及玉米、大豆单作模式,即 2 行玉米 3 行大豆(T2 3)、2 行玉米 4 行大豆(T2 4)、4 行玉米 3 行大豆(T4 3)、4 行玉米 4 行大豆(T4 4)间作及单作玉米(
22、CKM)、单作大豆(CKS),采用随机区组排列,6 种模式,3 次重复,共 18 个小区,小区面积 5 m 4.6 m。玉米大豆于 5 月 7 日同期播种,各模式的磷钾肥施用量一致,磷肥为 105 kg/hm2P2O5(磷酸二铵),钾肥为 45 kg/hm2K2O(硫酸钾),均作为底肥施入,于播种前将肥料均匀撒于地表,再翻入耕层10 cm 左 右。大 豆 开 沟 施 种 肥,纯 氮(尿 素)45 kg/hm2,玉米氮肥(尿素)在拔节期、大喇叭口期按 3 7追施,随水滴灌水肥一体化追施。玉米于5 月 19 日出苗,大豆 5 月 22 日出苗,玉米于 6 月25 日追拔节肥、灌第 1 水,7 月
23、13 日大喇叭口期追肥、灌第 2 水(玉米大豆同时进行滴灌),7 月 27 日开花期灌第 3 水,8 月 9 日灌第 4 水(玉米大豆同时进行滴灌),灌水总量为 300 m3/hm2,9 月 25 日收获。间作模式中,玉米带和大豆带相邻各行依次记为边行,位于中间的植株行记为中行。T2 3、T2 4、T4 3、T4 4 模式中,玉米种植面积占比分别为45.0%、40.0%、60.0%、53.0%,大豆种植面积占比分别为 55.0%、60.0%、40.0%、47.0%。玉米大豆同期播种,采用穴播方式,玉米和大豆的间距均为60 cm,各种植模式的株行距、带宽等见表 1。试验小区种植为南北行向,按照玉
24、米大豆自西向东依次排列,保证大豆的光照条件。表 1不同种植模式株行距Tab 1Plant row spacing of different planting patterns模式种植模式株距/cm行距/cm间距/cm带宽/mCKM玉米单作26.450CKS大豆单作18(穴距)30T23玉米间作1240602.2大豆间作16(穴距)30T24玉米间作1240602.5大豆间作1630T44玉米间作1440603.4大豆间作14(穴距)30、40、30T43玉米间作1640603.0大豆间作12(穴距)301.4测定指标及方法于玉米大喇叭口期(V12)、吐丝期(1)和灌浆期(3),大豆的分枝期(V
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