林松明，張 正，南鎮(zhèn)武，孟維偉，李 林，郭 峰，萬書波

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,湖南 長沙 410128；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；3.山東師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000)

間套作是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，是將不同生態(tài)位的2個(gè)或以上的作物，在相同季節(jié)里合理的配置在一起，形成充分利用各種自然資源的高效群落，對提高復(fù)種指數(shù)和土地綜合產(chǎn)出率具有重要作用。不同類型的作物進(jìn)行間作套種，不但可以充分利用光、熱、水等自然資源，而且可以降低病蟲害，強(qiáng)化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，從而實(shí)現(xiàn)大幅度的提高作物產(chǎn)量[1-4]。玉米 ‖ 花生間作、木薯 ‖ 花生間作能夠改善彼此根區(qū)內(nèi)的微生物及養(yǎng)分狀況，從而改善根際土壤微生態(tài)環(huán)境和土壤肥力[5-6]。近年來，在我國花生集中的產(chǎn)區(qū)，大面積推廣了玉米 ‖ 花生間作的種植模式。與單作比較，間作模式花生截獲的光能較少，其生長發(fā)育和產(chǎn)量主要受弱光環(huán)境因子的影響，因此，提高間作花生耐陰能力成為花生高產(chǎn)高效栽培技術(shù)的研究重點(diǎn)。

孟維偉等[7]研究結(jié)果表明，玉米 ‖ 花生3∶4 間作模式(3行玉米4行花生)，充分利用了玉米行間邊際效應(yīng)和單株生產(chǎn)潛力，保障玉米穩(wěn)產(chǎn)或少減產(chǎn)，擠出寬帶間套種植花生，是實(shí)現(xiàn)糧油均衡增產(chǎn)的一種重要間作模式[7]，符合當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)穩(wěn)糧增油形勢。前人研究表明，玉米 ‖ 花生間作對間作玉米為正效應(yīng)，但對間作花生地上部則為負(fù)效應(yīng)[8]。與高位作物間作使得花生在很長一段時(shí)間內(nèi)處于光照的劣勢，且越靠近高位作物，花生的遮蔭程度就越高，這使發(fā)育前期植物的營養(yǎng)生長快，主莖不斷伸長，分蘗數(shù)降低，側(cè)枝縮短，降低了干物質(zhì)尤其是生育后期干物質(zhì)的累積；生育后期間作花生因?yàn)楣庹詹蛔悖菀壮霈F(xiàn)早衰倒伏等現(xiàn)象；由于光照強(qiáng)度減弱，花生功能葉中的葉綠素含量減少和光合速率減慢，因此，葉片光合能力降低，光合產(chǎn)物運(yùn)輸不暢是影響間作花生莢果產(chǎn)量提高的重要因素[9-10]。缺鈣或低鈣脅迫條件下，光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化運(yùn)輸速率降低，運(yùn)輸不暢通，空果、秕果顯著增多，莢果產(chǎn)量及籽粒產(chǎn)量顯著降低[11]。合理使用鈣肥能明顯降低單作花生主莖高和側(cè)枝長度，還能抑制花生營養(yǎng)生長，提高葉片葉綠素含量，提高光合速率和碳代謝關(guān)鍵酶活性，延長酶活性峰值持續(xù)期，提高花生的碳代謝能力，同時(shí)花生單株的結(jié)果數(shù)和出仁率以及果仁質(zhì)量和籽仁產(chǎn)量也會有所增加[12-13]。但目前關(guān)于玉米 ‖ 花生間作遮蔭條件下鈣肥用量對花生生理特性和產(chǎn)量形成的影響效應(yīng)研究較少。因此，研究不同施鈣量處理對單作和間作花生生理特性的差異及其對產(chǎn)量的影響，可為間作遮蔭花生莢果產(chǎn)量的進(jìn)一步提高提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016-2017年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所濟(jì)南試驗(yàn)基地進(jìn)行(36°42′N，117°04′E)。試驗(yàn)地海拔高度約24 m，屬于溫帶季風(fēng)氣候。其特點(diǎn)是季風(fēng)氣候比較明顯，四季變化明顯。年平均氣溫是在13.8 ℃左右，無霜期大約178 d，年平均降水量約680 mm；年日照時(shí)數(shù)約1 870 h。土壤類型為壤土，試驗(yàn)地(0～20 cm)土壤基礎(chǔ)性狀：有機(jī)質(zhì)13.67 g/kg，全氮0.55 g/kg，堿解氮74.43 mg/kg，速效磷13.76 mg/kg，速效鉀134.49 mg/kg，土壤交換性鈣0.73 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)玉米以耐密、高產(chǎn)、緊湊型品種登海605為供試材料，花生以相對耐蔭、高產(chǎn)品種花育25號為供試材料。在花生單作和玉米 ‖ 花生間作2種種植模式下(玉米 ‖ 花生間作布置詳見圖1)，間作種植規(guī)格：玉米 ‖ 花生行比3∶4，玉米小行距55 cm，株距為14 cm；間作花生壟距85 cm，壟高10 cm，1壟2行，小行距30 cm，大行距50 cm，單粒播種，穴距10 cm；單作花生種植規(guī)格同間作花生。

2種種植模式分別設(shè)置Ca0(0 kg/hm2)、Ca1(150 kg/hm2)、Ca2(300 kg/hm2)和Ca3(450 kg/hm2)4個(gè)施鈣水平，共 8個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù) 3次。各處理的基施氮、磷、鉀肥量相同，均為N 120 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2和 K2O 120 kg/hm2。氮肥采用含氮量為46%的尿素，磷肥為磷酸二氫鉀KH2PO4(P2O552%，K2O 35%)，鉀肥為磷酸二氫鉀和氯化鉀 KCl(K2O 55%)，鈣肥選用CaO試劑，基肥在整地起壟前一次性施入。間作玉米帶在玉米大喇叭口期追施尿素氮肥120 kg/hm2，花生帶不追肥。其他栽培管理按花生高產(chǎn)要求進(jìn)行。2016 年6月25日播種，10月1日收獲；2017 年6 月21 日播種，10月6 日收獲。

圖1 玉米 ‖ 花生間作3∶4模式田間種植布局

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量測定 各小區(qū)取2壟2 m長的樣段作為小區(qū)的待測樣點(diǎn)，測量實(shí)收面積，并收獲樣點(diǎn)內(nèi)全部花生果，刨收、摘果、去雜后自然風(fēng)干，計(jì)算莢果產(chǎn)量。

1.3.2 凈光合速率測定 參照焦念元等[8]的測定方法，利用LI-6400XT光合測定儀(LI-COR，Inc，Lincoln，NE，美國)分別在花針期、飽果期、成熟期的上午9：00-11：00選取具有代表性的植株測定花生主莖倒三葉凈光合速率。

1.3.3 葉綠素相對含量(SPAD值)測定 分別在花針期和飽果期，采用日本美能達(dá)公司產(chǎn)的手持式SPAD-502 型葉綠素計(jì)測定花生主莖倒三葉的葉綠素相對含量(SPAD值)，每葉測定3點(diǎn)，每個(gè)小區(qū)測定10 株。

1.3.4 酶活性及MDA含量測定 在花生花針期、飽果期取花生主莖倒三葉鮮樣在-20 ℃下冷凍保存。采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CAT、MDA、SOD、POD(均以鮮質(zhì)量計(jì))試劑盒進(jìn)行測定。稱取組織約0.4 g，加入提取液2 mL，進(jìn)行冰浴勻漿，磨勻后再加入2 mL提取液沖洗，轉(zhuǎn)移到5 mL離心管，離心10 min(10 889 r/min，4 ℃)，然后取上清液，按照試劑說明書分別進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米 ‖ 花生間作條件下花生莢果產(chǎn)量對鈣素的響應(yīng)

由表1可知，相同鈣肥條件下，不同種植模式下花生莢果產(chǎn)量表現(xiàn)為單作最高，其次為間作中間行，間作邊行莢果產(chǎn)量最低。同一種植模式下，與不施鈣肥處理相比，增施鈣肥的處理，均不同程度地提高了花生莢果的產(chǎn)量。隨施鈣量的增加，單作花生、間作邊行和間作中間行莢果產(chǎn)量均呈先增加后降低的趨勢，Ca2處理獲得最高莢果產(chǎn)量，在Ca2處理基礎(chǔ)上增加鈣肥，花生莢果產(chǎn)量呈降低趨勢，表明適當(dāng)增加鈣肥利于單作和間作花生莢果產(chǎn)量的提高，過量施鈣則不利于花生莢果產(chǎn)量的提高。

由表1還可以看出，同一種植模式下施鈣處理增產(chǎn)幅度隨施鈣量的增加呈先增后減的趨勢，Ca2處理增產(chǎn)幅度最高，較不施鈣處理增產(chǎn)幅度達(dá)10.06%以上。再增加施鈣量其增產(chǎn)幅度顯著降低。相同施鈣處理下，間作中間行花生的增產(chǎn)幅度高于單作的增產(chǎn)幅度，表明不同種植模式下花生莢果產(chǎn)量對鈣素的響應(yīng)不同，施鈣利于間作花生產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。

注：同列中不同小寫字母表示不同處理間差異達(dá)5%顯著水平。表2-3同。

Note：Different lowercase letters in the same column show a significant difference among the treatments at 5% levels. The same as Tab.2-3.

從建立的施鈣量與產(chǎn)量的相關(guān)圖(圖2)可以看出，單作花生和間作花生產(chǎn)量均表現(xiàn)出隨施鈣量的增加而先升高后降低，不同種植方式曲線變化趨勢一致。2016年，單作花生產(chǎn)量與施鈣量建立的方程為y=-0.006x2+3.703x+3 014，可以得到施鈣量在308.58 kg/hm2時(shí)，單作花生產(chǎn)量達(dá)最大3 585.34 kg/hm2；間作中間行花生產(chǎn)量與施鈣量建立的方程為y=-0.005x2+3.060x+1 574，可以得到施鈣量在306 kg/hm2時(shí)，間作中間行花生產(chǎn)量達(dá)最大2 042.18 kg/hm2；間作邊行花生產(chǎn)量與施鈣量建立的方程為y=-0.002x2+1.791x+1 521，可以得到施鈣量在447.75 kg/hm2時(shí)，間作中間行花生產(chǎn)量達(dá)最大1 921.96 kg/hm2。

圖2 施鈣量與不同種植方式花生產(chǎn)量的關(guān)系

2017年，單作花生產(chǎn)量與施鈣量建立的方程為y=-0.004x2+2.347x+3 814，可以得到施鈣量在293.38 kg/hm2時(shí)，單作花生產(chǎn)量達(dá)最大4 158.28 kg/hm2；間作中間行花生產(chǎn)量與施鈣量建立的方程為y=-0.003x2+1.974x+1 536，可以得到施鈣量在329.00 kg/hm2時(shí)，間作中間行花生產(chǎn)量達(dá)最大1 860.72 kg/hm2；間作邊行花生產(chǎn)量與施鈣量建立的方程為y=-0.003x2+1.914x+1 488，可以得到施鈣量在319.00 kg/hm2時(shí)，間作中間行花生產(chǎn)量達(dá)最大1 793.28 kg/hm2。本試驗(yàn)條件下，施鈣量在293.38～308.58 kg/hm2是單作花生獲得莢果產(chǎn)量最高的優(yōu)化施鈣量。間作中間行適宜施鈣量在306.00～329.00 kg/hm2，間作邊行受間作遮陰影響2年變化幅度較大在319.00～447.75 kg/hm2。

2.2 玉米 ‖ 花生間作條件下花生葉片SPAD值對鈣素的響應(yīng)

葉片中葉綠素含量的高低是反映植物葉片光合能力大小的一個(gè)重要指標(biāo)。由表2可以看出，相同鈣肥條件下，不同種植模式下花針期、飽果期花生主莖倒三葉SPAD值均表現(xiàn)為單作最高，其次為間作中間行，間作邊行最低。同一種植模式下，花生主莖倒三葉SPAD值在0～300 kg/hm2范圍內(nèi)隨著施鈣量的增加呈增加趨勢，Ca2處理SPAD值顯著高于Ca0、Ca1處理，在Ca2處理基礎(chǔ)上增加施鈣量的Ca3處理與Ca2處理的主莖倒三葉SPAD值無顯著差異。且在飽果期Ca2、Ca3處理SPAD值仍舊較高，顯著高于Ca0、 Ca1處理，表明，兩處理在飽果期仍保持較高的光合能力。各種植模式下，在Ca2處理基礎(chǔ)上增加施鈣量的Ca3處理與Ca2處理的主莖倒三葉SPAD值無顯著差異。

表2 不同種植模式下不同施鈣量對花生葉片SPAD值的影響Tab.2 Effects of different calcium application on SPAD value of peanut leaves under different cropping patterns

2.3 玉米 ‖ 花生間作條件下花生葉片凈光合速率對鈣素的響應(yīng)

玉米 ‖ 花生間作條件下施鈣對花生葉片凈光合速率的影響不同(表3)。單作和間作的花生，葉片的凈光合速率從花針期后開始逐漸降低。花針期單作條件下，施鈣處理花生的凈光合速率與不施鈣處理無顯著差異，但施鈣均顯著提高了間作邊行和間作中間行花生的凈光合速率。飽果期和成熟期，單作和間作條件下，增施鈣肥均提高了花生葉片的凈光合速率，間作邊行花生增加了8.9%～18.5%，間作中間行增加了14.2%～21.8%，單作花生增加了3.1%～23.7%。

從表3還可以看出，施鈣條件下，間作中間行的花生花針期和飽果期倒三葉凈光合速率顯著低于單作處理，但高于間作邊行花生凈光合速率。

表3 不同種植模式下施鈣對花生葉片凈光合速率的影響Tab.3 Effects of calcium application on net photosynthetic rate of peanut leaves under different cropping patterns

2.4 玉米 ‖ 花生間作條件下施鈣對花生葉片超氧化物歧化酶活性的影響

玉米 ‖ 花生間作條件下花生葉片SOD活性(以鮮質(zhì)量計(jì))對鈣素的響應(yīng)不同(圖3)。相同處理，飽果期單作、間作花生主莖倒三葉SOD活性高于花針期，單作和間作分別是花針期的3.02～3.03倍，2.72～2.79倍。相同施鈣條件下，間作花生主莖倒三葉SOD活性低于單作花生。相同種植方式下，施鈣提高了單作和間作花生主莖倒三葉SOD活性，單作和間作分別提高了15.40%～24.70%，20.36%～34.07%，間作施鈣SOD活性增加幅度高于單作。

M-Ca0.單作Ca0處理；I-Ca0.間作Ca0處理；M-Ca2.單作Ca2處理；I-Ca2.間作Ca2處理。不同字母表示不同處理間差異達(dá)5%顯著水平。圖4-6同。

M-Ca0.Monoculture Ca0 treatment; I-Ca0.Intercropping Ca0 treatment; M-Ca2.Monoculture Ca2 treatment;I-Ca2.Intercropping Ca2 treatment. Different letters mean significant difference among the nitrogen treatments at 5% levels. The same as Fig.4-6.

圖3 不同種植模式下花生葉片SOD活性對鈣素的響應(yīng)
Fig.3 Response of superoxide dismutase activity to calciumin peanut leaves under different cropping patterns

2.5 玉米 ‖ 花生間作條件下花生葉片POD活性對鈣素的響應(yīng)

POD是植物體內(nèi)重要的活性氧清除酶，較高的POD活性對減少活性氧積累，抵御膜脂過氧化，維護(hù)膜結(jié)構(gòu)的完整性有重要作用。花生玉米間作條件下花生葉片POD活性(以鮮質(zhì)量計(jì))對鈣素的響應(yīng)趨勢與SOD基本相同(圖4)。相同處理，飽果期單作、間作花生主莖倒三葉POD活性高于花針期，單作和間作分別是花針期的3.34～4.52倍，2.64～3.40倍。相同施鈣條件下，間作花生主莖倒三葉POD活性顯著低于單作花生，花針期和飽果期降幅分別為8.29%～32.25%，13.65%～32.91%。相同種植方式下，施鈣處理顯著提高了單作和間作花生主莖倒三葉POD活性，花針期和飽果期分別提高了45.56%～46.98%，9.44%～16.23%，花針期POD活性增幅明顯比飽果期大。

圖4 不同種植模式下花生葉片POD活性對鈣素的響應(yīng)

2.6 玉米 ‖ 花生間作條件下花生葉片CAT活性對鈣素的響應(yīng)

由圖5可以看出，花生單作、與玉米間作條件下花生主莖倒三葉CAT活性(以鮮質(zhì)量計(jì))對鈣素的響應(yīng)不同。相同處理，飽果期單作、間作花生主莖倒三葉CAT活性高于花針期，單作和間作分別是花針期的1.42～1.84倍和1.78～2.02倍，間作CAT活性增加幅度高于單作。相同施鈣條件下，間作花生主莖倒三葉CAT活性均低于單作花生，花針期施鈣和不施鈣處理、飽果期不施鈣處理下可達(dá)顯著水平，花針期和飽果期降幅分別為22.03%～36.32%，11.53%～17.41%，花針期過氧化氫酶的活性降幅大于飽果期。相同種植方式下，與不施鈣肥相比，施鈣提高了單作和間作花生主莖倒三葉CAT活性，花針期和飽果期分別提高了5.74%～29.47%和32.44%～41.87%，飽果期CAT活性增幅明顯大于花針期。

圖5 不同種植模式下花生葉片CAT活性對鈣素的響應(yīng)

2.7 玉米 ‖ 花生間作條件下花生葉片MDA含量對鈣素的響應(yīng)

玉米 ‖ 花生間作條件下花生葉片MDA含量(以鮮質(zhì)量計(jì))對鈣素的響應(yīng)不同(圖6)。相同處理，飽果期單作、間作花生主莖倒三葉MDA含量高于花針期，單作和間作分別是花針期的1.10～1.21倍，1.26～1.41倍，隨生育進(jìn)程，間作花生主莖倒三葉MDA含量增幅高于單作。相同施鈣條件下，間作花生主莖倒三葉MDA含量高于單作花生，花針期和飽果期增幅分別為12.90%～34.95%，2.98%～20.34%，花針期間作花生主莖倒三葉MDA含量較單作增幅高于飽果期。相同種植方式下，與不施鈣肥相比，施鈣顯著降低了單作花生和花針期間作花生主莖倒三葉MDA積累量，單作和間作分別降低了16.83%～28.52%，2.80%～14.57%，間作施鈣后MDA含量降幅顯著低于單作。

圖6 不同種植模式下花生葉片MDA對鈣素的響應(yīng)

3 結(jié)論與討論

張佳蕾等[12]研究表明，北方酸性土壤條件下，施鈣可顯著增加單作花生莢果產(chǎn)量，施210 kg/hm2CaO的產(chǎn)量最高，再增加鈣肥施用量，莢果增產(chǎn)效果降低。王建國等[14]在南方紅壤條件下研究發(fā)現(xiàn)，施鈣與覆膜栽培均提高花生單株生物量、莢果產(chǎn)量，且施375 kg/hm2CaO的處理鈣肥偏生產(chǎn)力顯著高于施750 kg/hm2CaO處理。與玉米間作的花生常因玉米的遮陰而處于光照劣勢，致使花生生物產(chǎn)量和莢果產(chǎn)量顯著降低。本試驗(yàn)采用4個(gè)施鈣量處理，建立了單作和間作種植模式下花生莢果產(chǎn)量與施鈣量的回歸方程，從方程推算出本試驗(yàn)條件下，單作花生適宜施鈣量為293.38～308.58 kg/hm2，間作中間行適宜施鈣量為306.00～329.00 kg/hm2。這與本試驗(yàn)所得的施鈣量為300 kg/hm2的Ca2處理產(chǎn)量最高的結(jié)果比較相符。

大量在花生單作上的研究表明，增加鈣肥除增加了花生莢果和籽仁的產(chǎn)量，其增產(chǎn)機(jī)制主要表現(xiàn)在增鈣提高了花生葉片的葉綠素含量、凈光合速率和根系活力等[15-16]。本試驗(yàn)在單作和間作的種植條件下進(jìn)行研究表明，與不施鈣處理相比較，施鈣能夠顯著提高單作和間作花生莢果的產(chǎn)量，其凈光合速率和葉片SPAD值亦有不同程度地提高。莢果產(chǎn)量和葉片SPAD值均隨施鈣量的增加呈先增加后降低的趨勢，表明適量增施鈣肥對提高花生的莢果產(chǎn)量、葉片SPAD值及凈光合速率有重要作用。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，間作邊行遮陰效應(yīng)較中間行嚴(yán)重，其莢果產(chǎn)量、凈光合速率及葉片SPAD值均低于間作中間行和單作。間作中間行施鈣處理花生莢果增產(chǎn)幅度大于單作處理，表明間作遮陰條件下，施鈣可部分緩解間作遮陰的減產(chǎn)效應(yīng)。

綜上所述，施鈣量為300 kg/hm2的Ca2處理提高了單作和間作花生的莢果產(chǎn)量、葉片SPAD值及凈光合速率，增加了花生主莖倒三葉的SOD、POD、CAT的活性，降低了花生葉片細(xì)胞膜的膜脂過氧化水平，是本試驗(yàn)條件下，間作遮陰條件下適宜的施鈣量處理。