徐 杰，張 正，孟維偉，高華鑫，劉靈艷，張佳蕾，南鎮(zhèn)武，萬書波*

(1.山東省農業(yè)科學院作物研究所/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室/ 小麥玉米國家工程實驗室，山東 濟南 250100；2.山東省農業(yè)科學院生物技術研究中心/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室，山東 濟南 250100)

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施氮量對玉米花生寬幅間作體系農藝性狀及產量的影響

徐 杰1，張 正1，孟維偉1，高華鑫1，劉靈艷1，張佳蕾2，南鎮(zhèn)武1，萬書波2*

(1.山東省農業(yè)科學院作物研究所/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室/ 小麥玉米國家工程實驗室，山東 濟南 250100；2.山東省農業(yè)科學院生物技術研究中心/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室，山東 濟南 250100)

玉米花生寬幅間作被認為是黃淮海平原緩解糧油爭地矛盾，實現穩(wěn)糧增油的種植模式之一。針對目前氮肥過量施用和豆科作物固氮被忽視的實際，2014-2015年在山東濟南進行了玉米花生寬幅間作大田試驗，研究不同施氮量下玉米花生間作體系作物籽粒產量和農藝性狀。結果表明，間作玉米和間作花生分別在360 kg/hm2施氮水平上(按玉米帶占地面積折算間作玉米田施氮量為141 kg/hm2)和90 kg/hm2施氮水平上(按花生帶占地面積折算間作花生田施氮量為55 kg/hm2)時達到較高產量，兩年平均分別為7939 kg/hm2和1845 kg/hm2；繼續(xù)增加施氮量，雖然間作花生株高增加14%，但收獲指數降低了12%，產量降低12%。玉米花生間作體系能夠提高土地利用效率，土地當量比兩年平均為1.08；同時能夠顯著提高氮肥偏生產力和氮肥農學利用效率，不同施氮量梯度下，分別比玉米單作增加32.9%～43.4%和11.8%～69.2%。說明間作玉米帶施氮141 kg/hm2、花生帶施氮55 kg/hm2可獲得較高的產量、土地利用效率和氮肥利用效率，是本試驗條件下間作最優(yōu)施氮量。

玉米花生間作；施氮量；農藝性狀；產量

中國屬于典型的資源約束型國家，耕地后備資源不多，自然資源的緊缺嚴重制約糧食生產的發(fā)展[1]。隨著我國人口增加，糧食、油脂需求提高，糧食作物與油料作物爭地的矛盾日趨嚴峻。而玉米與花生間作被認為是在黃淮海平原緩解糧油爭地矛盾的一種重要種植方式[2]。因此提高玉米花生寬幅間作體系作物產量，對實現黃淮海平原穩(wěn)糧增油具有重要的意義。

氮素是影響作物生長發(fā)育和產量形成的重要元素，玉米花生間作是一種禾本科作物與豆科作物間作的模式，豆科可向禾本科作物轉移氮素[3]。研究表明，間作花生處于氮營養(yǎng)競爭劣勢，全株氮含量略有降低，但是間作玉米對花生氮營養(yǎng)的競爭，不是間作花生生長的限制因素[4]。玉米是高需氮作物[2]，間作玉米在一定程度上提高了玉米對氮素的吸收，減少了土壤中硝態(tài)氮的殘留[5-7]，但過高的氮肥施用量不僅不能持續(xù)提高作物產量及經濟收益，而且還會降低氮肥的利用率，造成氮素的淋失及地下水源的污染[8]。

因此，生產中為了最大限度地提高作物產量和氮肥利用效率，即使是間作種植系統也要投入適量的氮肥[9]。本試驗主要研究了施氮量對玉米花生間作體系農藝性狀和產量的影響, 并分析了玉米花生間作體系對施氮量的響應規(guī)律及其調控, 對提高該區(qū)玉米花生間作的產量實現穩(wěn)糧增油和氮肥利用效率具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014、2015年在山東省農業(yè)科學院作物研究所濟南試驗農場進行(36°42′ N，117°04′ E，海拔24 m)。供試玉米品種為魯單818，花生品種為花育25。土壤質地為壤土，耕層土壤有機質含量12.5g/kg，堿解氮67.3mg/kg，速效磷13.77 mg/kg，速效鉀131.2 mg/kg。

1.2 試驗設計

大田試驗，采用裂區(qū)設計，主區(qū)為氮肥梯度，設6個施氮水平，分別是 N0(對照)、N1、N2、N3、N4、N5，不同處理施氮量見表1。副處理為種植方式，包括在玉米單作、花生單作、玉米花生行比2:4間作三個種植模式。共18個處理，3次重復，54個小區(qū)。氮肥用尿素(含N 46%)；磷鉀肥用量分別為P2O5：112.5 kg/hm2(過磷酸鈣，含P2O516%)，K2O: 112.5 kg/hm2(硫酸鉀，含K2O 50%)，磷鉀肥作為底肥一次性施入。

玉米花生寬幅間作(2:4)帶寬2.8m(附圖)，每小區(qū)種4帶，帶長6 m，小區(qū)面積67.2 m2，玉米單作行距66 cm，每小區(qū)播種13行，合計寬8.5 m，小區(qū)面積51 m2；花生單作壟寬85 cm，共種10壟，合計寬8.5 m，小區(qū)面積51 m2。單作玉米株距25 cm，密度約60000 株/hm2；花生單作每壟播2行，行距35 cm，穴距15.7 cm，密度約150000 穴/hm2；間作玉米小行距50cm，株距12.5 cm密度約57000 株/hm2，間作花生播種規(guī)格與單作一致，密度約91000 穴/hm2，花生地膜覆蓋，玉米行距花生壟30 cm，玉米花生行間距60 cm。間作試驗地的前作均為冬小麥，于小麥收獲后及時播種玉米和花生。2014年玉米、花生播種期為6月25日，玉米收獲期為10月1日，花生收獲期為10月8日。2015年玉米、花生播種期為6月26日，玉米收獲期為10月4日，花生收獲期為10月11日。田間管理同其他高產田。

表1 不同種植模式施氮量

注：玉米單作和間作氮肥底肥∶大口肥=1∶1，花生單作和間作氮肥均為底肥。

Note: Ratio of base and top dressing fertilizer applied to mono- and inter-cropping maize as 1∶1, and all fertilizer applied to both mono- and inter-cropping peanut was base type.

1.3 測定項目與方法

植株性狀調查：于花生收獲期，在每個小區(qū)選代表性地段連續(xù)取樣10株，調查植株性狀主莖高、分枝數，秕果數和飽果數。

干物質：花生成熟期，每小區(qū)選取樣株5株，玉米成熟期每小區(qū)選取樣株3株，烘干測定干物質。

籽粒產量：玉米和花生成熟收獲期，玉米單作每小區(qū)取2行4m樣段，玉米間作取一個帶寬2m樣段內所有雌穗，風干脫粒后測籽粒產量。花生取2壟2 m樣段，測花生莢果產量。間作玉米和間作花生產量是基于總間作帶占地面積的產量，玉米、花生凈面積產量則為基于實際占地面積的產量。

氮肥偏生產力(Partial factor productivity nitrogen, PFPN, kg/kg)=產量/施氮量

氮肥農學利用率(Agronomic nitrogen use efficiency, ANUE, kg/kg)=(施氮區(qū)產量-對照區(qū)產量)/施氮量

土地當量比(Land equivalent ratio，LER)=Yim/Ysm+ Yip/Ysp

式中：Yim和Yip分別指在間作總面積上玉米和花生的籽粒產量(kg/hm2)；Ysm和 Ysp分別指單作玉米和花生的籽粒產量(kg/hm2)；LER用于衡量間作優(yōu)勢，當LER﹥1 時表示有間作優(yōu)勢，當 LER﹤1則無間作優(yōu)勢。

1.4 數據統計分析

采用 Microsoft Excel 2007 整理數據，用SAS 9.0(SAS Institute，USA)進行統計和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量對玉米花生間作系統作物產量的影響

不同種植方式下作物產量均隨施氮量的增加而先顯著增加，當施氮量超過某一臨界值時，再增施氮肥，作物產量無明顯增加(表2)。2014年，玉米單作施氮量達到270 kg/hm2(N3)時獲得較高產量，再增施氮肥各處理無顯著差異，均顯著高于N0、N1和N2處理；與單作玉米相比，各氮肥處理間作玉米產量均有不同幅度降低，玉米間作施氮量為360 kg/hm2(N4)處理獲得較高產量，兩年均達7700 kg/hm2以上，可實現玉米產量年際間的穩(wěn)定，再增施氮肥對其產量無顯著影響?；ㄉ鷨巫鞲魇┑幚肀憩F為施氮量135 kg/hm2(N3)處理獲得較高產量，再增施氮肥對單作花生產量影響不顯著；而間作花生則表現為施氮量達90 kg/hm2(N2)處理即可獲得較高產量，再增施氮肥對間作花生產量影響不顯著。2015年不同種植方式作物產量變化規(guī)律和2014年基本一致。

2.2 施氮量對玉米花生間作系統作物農藝性狀的影響

由表3可以看出，不同種植方式下，不同年份間花生株高和總分枝數隨施氮量的增加而增加，N4和N5處理的株高、分枝數差異不顯著，但是顯著高于N0、N1和N2 處理。單作花生秕果數隨施氮量的增加而降低，當施氮量為N3處理時再增施氮肥處理間秕果數無顯著差異；花生間作處理間秕果數無顯著差異。單作處理飽果數隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，N3與N4處理差異不顯著，但是顯著高于N0、N1、N2和N5處理。2015年各氮肥處理下單作花生飽果數差異不顯著。 間作花生以N3處理飽果數最多，與N4和N5處理差異不顯著，兩年平均較N0和N1分別顯著增加7%和5%。

表2 施氮量對玉米花生間作體系作物產量的影響

注：表中同列內不同小寫字母表示處理間差異顯著性p<0.05。下同

Note: Different lowercase letters in the same column indicate the significance of the differencep<0.05. The same as below

表3 不同施氮量對玉米花生間作體系花生植株性狀的影響

2.3 施氮量對玉米花生間作系統作物干物質和收獲指數的影響

由表4可知，不同種植方式下玉米干物質隨施氮量的增加呈增加趨勢，單作和間作玉米均為施氮量N5處理總干物質量最高，顯著高于N0、N1、N2和N3處理；施氮量為N4處理總干物質量與N5處理的無顯著差異。單作花生N3、N4、N5處理間干物質無顯著差異，但均顯著高于N0、N1和N2處理；間作花生施氮量為N2和N3處理間干物質差異不顯著，但顯著高于N0和N1處理，在N2基礎上增加施氮量總干物質量無顯著增加，過量施氮則有下降趨勢。

單作玉米以N3處理收獲指數最高，與N4處理差異不顯著，較N0、N1、N3和N5處理分別顯著增加15%，9%，7%和13%；間作玉米以N4處理收獲指數最高，較N0、N1、N2、N3和N5處理分別顯著提高17%、8% 、7%、8%和7%。單作花生N0和N1處理收獲指數顯著高于N5處理，分別增加15% 和11%；間作花生收獲指數隨施氮量的增加呈先降低后增加再降低的趨勢，其中N0、N2 、N3和N4收獲指數較高，且差異不顯著，但均顯著高于N1和N5處理，分別平均增加10%和15%。

表4 不同施氮量對玉米花生間作體系作物總干物質和收獲指數的影響 (2015年)

表5 施氮量對玉米花生間作體系氮肥偏生產力、氮肥農學利用效率和土地當量比的影響

2.4 施氮量對玉米花生間作系統作物氮肥利用和土地當量比的影響

由表5可知，不同種植模式下玉米、花生氮肥偏生產力均隨施氮量的增加而顯著降低。與N5處理相比，單作玉米N1、N2、N3和N4處理氮肥偏生產力兩年平均分別顯著提高326%、131%、67%和27%；單作花生兩年平均分別顯著提高328%、135%、74%和30%；間作體系兩年平均分別顯著提高336%、137%、65%、29%。同一氮素水平下與單作相比，間作體系氮肥偏生產力比玉米單作增加32.9%～43.4%。在不同種植模式下玉米、花生及間作體系氮肥農學利用效率均隨施氮量的增加而呈先增加后降低的趨勢。同一氮素水平下與單作相比，間作體系氮肥農學利用效率比玉米單作增加11.8%～69.2%。2014和2015年兩年平均土地當量比為1.08，但不同施氮量對玉米花生間作體系土地當量比無顯著影響。

3 討論與結論

合理的氮肥管理措施，能夠滿足作物生育期間養(yǎng)分需求，提高植株氮素含量，從而促進植株體內外的生理生化反應，同時還提高了作物對光熱資源的利用率以及水分利用效率，最終提高作物產量[9-11]。禾本科作物的增產主要依靠氮肥的投入，一定范圍內，其產量隨著施氮量的增加而增大[12]，本試驗中單作玉米在施氮量270kg/hm2時產量最高，繼續(xù)增施氮肥產量無顯著增加，與前人研究結果一致[14]。但是間作系統和單作系統不同，本試驗中，間作玉米施氮量在360 kg/hm2水平時獲得較高的產量，這是由于間作系統壓縮了單位面積上的玉米，提高了凈面積玉米密度導致的。表明間作條件下應適當增加間作玉米帶的施肥量。同時，由于禾本科作物競爭資源的能力高于豆科作物，尤其是禾本科作物吸收土壤無機氮的能力強[5]，促使與之間作的豆科作物固定更多的大氣氮，因此間作豆科作物中的總氮來源于生物固定的比例要高于豆科作物單作種植[14]。吳科生等[12]研究表明，施氮量75 kg/hm2時，間作豌豆產量最大，繼續(xù)增加氮肥用量對豌豆的增產作用減弱甚至會減低豌豆的產量，與本試驗結果一致。單作花生施氮量為135 kg/hm2達到較高產量，而間作花生在施氮量90 kg/hm2時即可獲得較大產量，這是因為豆科作物因自身具有結瘤固氮功能，并且在間作種植時可以緩解施氮對豆科根瘤菌形成和固氮作用的抑制效應[12]。因此在確定玉米花生間作種植模式合理施氮量時，不能簡單照搬各種作物單作種植時的施氮量[15]，而應當充分利用間作種植優(yōu)勢，以最少的施氮量獲得最大的效益。

本研究結果表明，玉米花生間作體系土地當量比在不同施氮量條件下平均為1.08，不同施氮處理間差異不顯著，因為與單作相比，間作玉米不但接受更多的光、熱、風等地上資源，而且可以更多地吸收花生的水分和養(yǎng)分等地下資源，所以也提高了土地利用效率[12]。研究表明，與單作相比，玉米和馬鈴薯間作可以顯著提高氮肥偏生產力[16]，玉米和豌豆間作能夠顯著提高作物吸氮量和氮肥利用效率[17]，本研究中與玉米單作相比，間作體系顯著提供氮肥偏生產力和氮肥農學利用效率。前人研究表明間作系統不追施氮肥處理的土壤硝態(tài)氮含量維持在一個較穩(wěn)定的水平上，而隨著追肥量增多，土壤硝態(tài)氮含量增加越多[9]。本研究隨著施氮量的增加玉米花生間作體系氮肥偏生產力顯著降低，說明土壤中殘留氮素增多，而土壤中殘留的氮素存在很大的環(huán)境風險[18]，尤其是這些氮素淋失進入地下水將導致地下水硝酸鹽含量超標[19]，因此在保證土壤氮素滿足間作作物生長需求的情況下，應盡可能減少施氮量以降低其環(huán)境風險。

試驗結果得出，與玉米單作比較，間作體系氮肥農學利用效率提高了11.8%～69.2%，不同氮肥用量對提高幅度影響較大。間作玉米和間作花生分別在360 kg/hm2施氮水平上(按照玉米帶占地面積折算間作玉米田施氮量為141 kg/hm2)和90 kg/hm2施氮水平上(按照花生帶占地面積折算間作花生田施氮量為55 kg/hm2)獲得較高的產量，即間作條件下農田施氮量在196 kg/hm2可獲得較高產量、土地利用效率和氮肥利用效率。為本試驗條件下間作最優(yōu)氮肥用量。考慮大田施肥的可操作性，推薦間作田適宜施氮量為196～210 kg/hm2。推薦施氮量較單作玉米傳統施氮量240 kg/hm2減少12.5%～18.3%，可降低農田過量施氮造成的環(huán)境風險。本試驗結果表明，玉米花生寬幅間作在實現穩(wěn)糧增油的同時可達到減量施氮和氮肥高效利用的目的。

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Effect of Nitrogen Rate on the Agronomic Traits and Yield of Peanut/Maize under Wide Intercropping System

XU Jie1, ZHANG Zheng1, MENG Wei-wei1, GAO Hua-xin1, LIU Ling-yan1, ZHANG Jia-lei2, NAN Zhen-wu1, WAN Shu-bo2*

(1. Crop Research Institute, Shandong Academy of Agr. Sci./ Key Lab of Crop Genetic Improvement and Ecological Physiology of Shandong, Jinan 250100; 2. Biotechnology Research Center of Shandong Academy of Agricultural Sciences/ Key Lab of Crop Genetic Improvement and Ecological Physiology of Shandong, Jinan 250100)

Peanut/maize wide intercropping has been considered as one important mode to increase grain production and oil production, which can effectively alleviate land competition between grain and oil crops in Huanghuaihai Plain. Excessive fertilization as well as neglect of symbiotic N2fixation exists in local crop production. Thus field trials were conducted in Jinan of Shandong in 2014 and 2015 to study the effects of nitrogen on the grain yield and agronomic traits of peanut/maize under the wide intercropping system. On average over two years, maize achieved a higher yield of 7935 kg/hm2at 360kg/hm2nitrogen (Nitrogen rate of intercropped maize corrected by the occupied area of intercropped maize was 141 kg/hm2) under the intercropping system, and peanut produced a higher yield of 1845 kg/hm2at 90 kg/hm2nitrogen (Nitrogen rate of intercropped peanut corrected by the occupied area of intercropped peanut was 55 kg/hm2). With the increased nitrogen amount, plant height of intercropped peanut increased by 14%, but the harvest index decreased by 12%, causing the yield decreased by 12%. Meanwhile, the peanut/maize wide intercropping system significantly improved the land use efficiency, the land equivalent ratio averaged 1.08 in these two years. And compared to the monocropped maize, the nitrogen partial factor productivity and agronomic nitrogen use efficiency of the intercropping system increased by 32.9%～43.4% and 11.8%～69.2% respectively at different nitrogen rate. This illustrated that, the intercropped maize and peanut could produce high yield at 141 kg/hm2and 55 kg/hm2nitrogen rate, as well as increase land use efficiency and nitrogen use efficiency, and was the optimal nitrogen amount under this experiment condition.

intercropped maize/peanut; nitrogen rate; agronomic traits; yield

10.14001/j.issn.1002-4093.2017.01.003

2016-12-03

山東省2013年度農業(yè)重大應用技術創(chuàng)新課題“玉米//花生間作均衡增產增效技術體系研究”；山東省2014年度農業(yè)重大應用技術創(chuàng)新課題“小麥—玉米//花生周年肥水高效利用技術研究與示范”；山東省青年基金項目(ZR2015YL063)；山東省農業(yè)科學院青年基金(2016YQN02)；國家自然科學基金(31601252)

徐杰(1985-)，女，山東青島人，山東省農業(yè)科學院作物研究所助理研究員，博士，主要從事作物高產高效栽培生理研究。E-mail: xujie0596@163.com

*通訊作者：萬書波(1962-)，男，研究員，博士生導師，主要從事花生栽培生理研究。E-mail: wansb@saas.ac.cn

S565.2062; S344.2

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