梁 滿徐 杰汪寶卿宮慧慧李新國(guó)劉靈艷孟維偉張 正*萬(wàn)書(shū)波*

(1.煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005; 2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/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.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心/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; 4.山東棉花研究中心,山東 濟(jì)南 250100)

芝麻和花生是經(jīng)濟(jì)效益和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值均較高的油料作物[1],也是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物。我國(guó)花生常年種植面積在470萬(wàn)hm2左右[2-3],芝麻常年播種面積在66.7萬(wàn)hm2左右[4]。近年來(lái),隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革,兩者種植效益顯著增加,但隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的加快,耕地面積日益減少[5]。因此,進(jìn)一步提高耕地復(fù)種指數(shù)、挖掘其增收潛力,提高單位土地面積的經(jīng)濟(jì)效益,是農(nóng)民增產(chǎn)增收的重要途徑。

間作是在同一塊地上相間種植兩種或兩種以上的生育期相同或相近的作物的種植方式[6-8],可充分利用有限的資源,在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)資源的集約化利用[6,9]是提高資源利用率、緩解人地矛盾的有效途徑。在農(nóng)田生態(tài)均衡、農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展上越來(lái)越受到關(guān)注[10]。研究表明,基于芝麻和花生生長(zhǎng)空間的差異,將兩種作物間作種植,高矮搭配,提高通風(fēng)透光性并且可減肥減藥、減少病蟲(chóng)害[11]。花生、芝麻間行比為6∶3的種植模式較花生單作或芝麻單作增收1050元/hm2以上[12]。而汪強(qiáng)等[13]認(rèn)為芝麻花生2∶6間作模式產(chǎn)量和效益最高,土地利用率1.57,產(chǎn)投比4.94。但是,以上模式均不能有效避免芝麻、花生的連作障礙。因此,在保持穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的同時(shí),解決芝麻、花生連作障礙的問(wèn)題,是促進(jìn)我國(guó)芝麻、花生產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的重要途徑。

本研究通過(guò)設(shè)置不同的間作行比,研究其對(duì)作物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益及土地利用率的影響,以期構(gòu)建高產(chǎn)高效的芝麻花生等帶寬間作模式,為探尋芝麻花生最佳種植模式提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濟(jì)陽(yáng)試驗(yàn)基地進(jìn)行,土壤類(lèi)型為潮土,質(zhì)地沙壤,耕層(0～20 cm),土層有機(jī)質(zhì)含量12.3g/kg,全氮0.5 g/kg,堿解氮52.8 mg/kg,速效磷93.1 mg/kg,速效鉀10.2 mg/kg,鹽分2.1‰,pH7.3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試花生品種為花育25號(hào),芝麻品種為冀航芝1號(hào)(單桿型),壟作種植,裂區(qū)設(shè)計(jì),不同間作模式為主區(qū),以芝麻單作(CK1)和花生單作(CK2)為對(duì)照,設(shè)芝麻花生2∶2(M1)、芝麻花生4∶4(M2)兩種間作模式。氮肥150 kg/hm2,磷肥P2O5120 kg/hm2、鉀肥K2O 120 kg/hm2,均作底肥一次性施入。隨機(jī)區(qū)組排列,3次重復(fù),試驗(yàn)地選擇通風(fēng)透光、無(wú)遮陰、地勢(shì)平坦、排灌方便、前茬一致的地塊。芝麻花生同規(guī)格壟作種植,壟底寬80 cm,壟面寬40 cm,壟上分別播2行花生和2行芝麻,行距35 cm,穴距10 cm,每穴1株,芝麻、花生密度均約為21.0萬(wàn)株/hm2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 植株干物質(zhì)

分別于芝麻苗期、花期、結(jié)莢期、收獲期和花生苗期、下針期、結(jié)莢期、收獲期,每個(gè)模式選取代表性樣株芝麻15株、花生10株(3次重復(fù),下同),105℃殺青30 min,80℃烘至恒質(zhì)量,計(jì)算干物質(zhì)。

1.3.2 收獲指數(shù)

收獲指數(shù)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/生物學(xué)產(chǎn)量[14]。

1.3.3 產(chǎn)量

收獲期,單作選取5 m 4行樣段,間作選取5m×1個(gè)帶寬。分小區(qū)收獲芝麻、花生,計(jì)算產(chǎn)量[15-17]。

1.3.4 土地當(dāng)量比(LER)計(jì)算公式

式中,YAic和YBic分別指間作總面積上芝麻和花生的產(chǎn)量;YAsc和YBsc分別指單作總面積上芝麻和花生的產(chǎn)量,當(dāng)LER＞1時(shí),表明有間作優(yōu)勢(shì);當(dāng)LER＜1時(shí),表明無(wú)間作優(yōu)勢(shì)[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

本試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)應(yīng)用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行整理,并采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對(duì)芝麻花生干物質(zhì)積累的影響

圖1可看出,不同種植模式對(duì)芝麻、花生各生育期干物質(zhì)積累的影響存在差異。與芝麻單作CK1處理相比,兩種間作模式均顯著降低了芝麻生育后期的干物質(zhì)積累量,其中成熟期M1和M2處理干物質(zhì)積累量分別降低34.6%和24.7%;兩種間作模式相比,M2總干物質(zhì)積累量較M1顯著增加15.0%。不同種植模式下,花生干物質(zhì)積累變化規(guī)律和芝麻基本一致,M1和M2兩種間作模式總干物質(zhì)積累量均較對(duì)照CK2顯著降低55.2%和50.3%;M2總干物質(zhì)積累量較M1顯著增加27.2%。說(shuō)明,芝麻花生4∶4間作模式,通風(fēng)透光條件更好,顯著增加兩作物的干物質(zhì)積累量。

圖1 不同種植模式對(duì)芝麻、花生干物質(zhì)積累的影響Fig.1 Effect of different planting patterns on dry matter accumulation of sesame and peanut

2.2 不同種植模式對(duì)芝麻、花生產(chǎn)量、收獲指數(shù)和土地當(dāng)量比的影響

表1可見(jiàn),不同種植方式顯著影響芝麻、花生產(chǎn)量,芝麻和花生產(chǎn)量均以單作對(duì)照CK1和CK2處理最高,其次是4∶4間作模式,2∶2間作模式各作物產(chǎn)量均最低。M2處理芝麻產(chǎn)量較CK1降低25.2%,但顯著高于M1處理,增產(chǎn)16.1%。不同種植模式間花生產(chǎn)量變化規(guī)律和芝麻產(chǎn)量變化規(guī)律一致,與CK1相比,M2處理花生產(chǎn)量降低59.6%,但顯著高于M1處理,增產(chǎn)8.0%。說(shuō)明M2模式通風(fēng)透光條件更好,可獲得較高的芝麻和花生產(chǎn)量。

表1 不同種植模式對(duì)芝麻、花生產(chǎn)量、收獲指數(shù)和土地當(dāng)量比的影響Table 1 Effect of different planting patterns on yield, harvest index and land equivalent ratio of sesame and peanut

表2可見(jiàn),雖然間作顯著降低了芝麻成熟期的干物質(zhì)積累量(圖1),但不同種植模式間芝麻收獲指數(shù)無(wú)顯著性的差異。與芝麻相比,不同種植模式顯著影響花生收獲指數(shù),M1和M2在顯著降低花生干物質(zhì)積累量的同時(shí),也顯著降低間作花生的收獲指數(shù),其收獲指數(shù)較CK2分別顯著降低14.7%和19.2%,但M1和M2處理間差異不顯著。本試驗(yàn)條件下,M1和M2處理的LER均大于1,M2處理的LER比M1提高13.0%,說(shuō)明芝麻花生4∶4模式比單作芝麻、單作花生和2∶2模式更能充分利用土地資源。

2.3 不同種植模式對(duì)芝麻、花生經(jīng)濟(jì)效益的影響

從種植成本來(lái)看,不同種植模式間農(nóng)資投入無(wú)差異,但種子費(fèi)用和人工費(fèi)用不同。種子費(fèi)用以芝麻單作300元/hm2最低,花生單作處理最高;但是,芝麻單作人工費(fèi)用最高,而花生單作處理最低;總成本是CK1最低,CK2處理最高,M1和M2處理間無(wú)差異均為5185元/hm2。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出變化規(guī)律與總成本投入基本一致,CK1最低,CK2最高,但兩種間作模式相比,M2高于M1。同時(shí),M2處理總產(chǎn)投比最高為4.75,而CK2處理最低。M2處理可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 不同種植模式對(duì)芝麻、花生經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的影響Table 2 Effect of different planting patterns on the economic effect of sesame and peanut

3 結(jié)論與討論

芝麻花生間作是一種高效益的種植模式,在花生行間種植芝麻,比單純種植花生或者單純種植芝麻效益更高[12]。本研究結(jié)果證明,采用芝麻花生4∶4模式產(chǎn)投比為4.75,顯著高于芝麻、花生單作以及芝麻花生2∶2處理,可以獲得較高經(jīng)濟(jì)效益,這與前人研究結(jié)果一致。本研究采用芝麻花生等帶寬間作,將芝麻帶和花生帶隔年交替種植,可以在獲得芝麻花生較高產(chǎn)量和效益的同時(shí),解決芝麻、花生連作障礙的問(wèn)題,促進(jìn)我國(guó)芝麻、花生產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。

芝麻花生間作可利用二者的植株特性和生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律,形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的立體種植結(jié)構(gòu)[18],使自然資源利用率在時(shí)間、空間上得到提高,是間作系統(tǒng)增產(chǎn)的重要原因之一。本研究間作系統(tǒng)中,各作物產(chǎn)量較單作雖有所降低,但系統(tǒng)總產(chǎn)量高于單作,且土地當(dāng)量比均大于1,說(shuō)明兩種間作模式都有增產(chǎn)優(yōu)勢(shì),4∶4等帶寬間作模式土地當(dāng)量比高于2∶2模式,能更有效地提高土地利用效率,這與前人對(duì)禾本科和豆科間作模式研究結(jié)果一致[19-20]。

間作系統(tǒng)中低位作物受高位作物蔭蔽影響,受光環(huán)境發(fā)生改變,截獲的光照多是側(cè)面光,從而影響了低位作物的生長(zhǎng)發(fā)育和物質(zhì)合成[21]。本研究中芝麻花生4∶4等帶寬間作模式干物質(zhì)積累量顯著高于芝麻花生2∶2模式,4∶4模式通過(guò)較大的干物質(zhì)積累量,獲得較高的產(chǎn)量。同時(shí),等帶寬間作模式,隔年可將芝麻帶和花生帶交替種植,解決芝麻、花生連作障礙的問(wèn)題。因此,可以優(yōu)先選擇芝麻花生4∶4模式,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效的同時(shí),解決芝麻、花生連作障礙的問(wèn)題。