摘要：間作是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，通過(guò)不同種植模式改善作物群體結(jié)構(gòu)，充分利用光、水、熱、氣、肥資源，提高土地利用率。為探索棉花與玉米不同種植模式對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，2023年在新疆石河子開(kāi)展了玉米-棉花間作、單作玉米和單作棉花3種種植模式的試驗(yàn)，以玉米品種新玉93號(hào)、棉花品種新陸早74號(hào)為研究對(duì)象，調(diào)查分析6月11日、6月30日、7月9日、7月20日、7月30日、8月9日作物株高、葉片葉綠素含量、根長(zhǎng)密度等的變化。結(jié)果顯示：間作玉米株高提升4.25%～18.71%；單作玉米葉綠素含量在7月20日、8月9日分別顯著增加21.40%、31.36%；間作玉米0～＜20 cm土層根長(zhǎng)密度在6月11日、7月9日分別顯著增加28.61%和43.11%，20～40 cm土層根長(zhǎng)密度在6月11日、6月30日、7月9日和8月9日分別顯著增加28.56%、33.95%、26.81%和21.63%。間作棉花株高降低5.12%～12.27%；單作棉花葉綠素含量在6月30日、7月9日、7月30日分別顯著增加10.76%、16.05%、19.36%；間作棉花0～＜20 cm土層根長(zhǎng)密度在6月30日、7月9日、7月20日和7月30日分別顯著增加22.85%、26.96%、38.11%、31.77%，20～40 cm土層根長(zhǎng)密度6月30日、7月9日、7月20日和7月30日、8月9日分別顯著增加84.42%、32.37%、64.52%、94.05%、47.03%。結(jié)果表明，間作導(dǎo)致棉花株高和葉綠素含量降低，根長(zhǎng)密度增加，玉米株高和根長(zhǎng)密度增加，葉綠素含量降低，初步揭示了間作模式對(duì)玉米和棉花主要生長(zhǎng)指標(biāo)產(chǎn)生的不同影響，可為優(yōu)化相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：玉米-棉花間作；間作模式；株高；葉綠素含量；根長(zhǎng)密度；根系分布特征

間作種植模式基于群落空間結(jié)構(gòu)原理，提高土地生產(chǎn)力和作物品質(zhì)。合理的間作模式可以改善作物冠層結(jié)構(gòu)，促進(jìn)作物對(duì)自然資源的高效利用，提高作物產(chǎn)量[1]。合理的田間配置有利于緩解光競(jìng)爭(zhēng)矛盾，充分發(fā)揮互補(bǔ)效應(yīng)[2]。

在全球糧食供給緊張和耕地短缺背景下[3]，間作作為一種高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，對(duì)于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和促進(jìn)鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。中國(guó)是世界棉花生產(chǎn)水平較高的國(guó)家，也是棉花需求量最大的國(guó)家[4]。玉米作為我國(guó)種植面積最大、總產(chǎn)最高的糧食作物，對(duì)我國(guó)糧食安全、飼料保障至關(guān)重要[5-6]。我國(guó)玉米種植面積和總產(chǎn)量，在世界上居第2位，占世界總產(chǎn)量的1/5左右，新疆玉米生產(chǎn)區(qū)主要分布在南疆和北疆的伊犁地區(qū)。采用玉米與棉花間作模式可以充分利用土地資源和水資源，提高土地生產(chǎn)力和作物品質(zhì)，增加農(nóng)民收入。在棉田采用玉米間作種植模式，有助于形成一種穩(wěn)定、高產(chǎn)、高效的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

前人對(duì)玉米-棉花間作的研究主要集中在產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益上，而對(duì)玉米-棉花間作系統(tǒng)中影響玉米和棉花植株生長(zhǎng)發(fā)育及根系形態(tài)方面的研究較少。本研究通過(guò)分析玉米-棉花間作對(duì)農(nóng)藝性狀和生理特性的影響，探究干旱區(qū)滴灌條件下玉米、棉花的農(nóng)藝性狀指標(biāo)，生理特性影響及根系形態(tài)變化，明確其增產(chǎn)機(jī)理，合理規(guī)劃作物種植結(jié)構(gòu)，以提高土地資源的利用效率并實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)簡(jiǎn)況

試驗(yàn)于2023年4月至9月在石河子大學(xué)試驗(yàn)站（44°19′N(xiāo)，86°03′E）進(jìn)行，玉米品種為新玉93號(hào)[7]，棉花品種為新陸早74號(hào)。土壤為砂壤土，0～

＜20 cm和20～40 cm的土壤容重分別為1.28 g·cm－3和1.31 g·cm－3；土壤全氮含量為0.74 g·kg－1，有機(jī)質(zhì)含量為10.62 g·kg－1，堿解氮含量為54 mg·kg－1，速效鉀含量為197 mg·kg－1，速效磷含量為51.7 mg·kg－1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 種植方式。采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置1種間作模式（以“-”表示）和2種作物單作，分別為：玉米-棉花間作和單作玉米、單作棉花。玉米-棉花田間排列分布如圖1所示。棉花-玉米間作：膜寬1.5 m，膜距50 cm，玉米行距40 cm，棉花行距20 cm，兩者株距均為20 cm；玉米單作：膜寬1.5 m，膜距50 cm，行距60 cm，株距20 cm；棉花單作：膜寬1.5 m，膜距30 cm，行距20 cm，株距10 cm。

于2023年4月初開(kāi)始播前整地，采用膜下滴灌種植方式，于4月28日各處理同時(shí)播種，四周設(shè)置保護(hù)行。

1.2.2 樣品數(shù)據(jù)采集時(shí)間。從 6月11日起每10～15 d進(jìn)行1次田間農(nóng)藝性狀的采集并記錄數(shù)據(jù)，其間進(jìn)行室內(nèi)根系性狀試驗(yàn)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 株高測(cè)定。單作和間作條件下，在每種作物邊行選擇3個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)選取長(zhǎng)勢(shì)相同且緊鄰的3株，通過(guò)標(biāo)簽與紅繩標(biāo)記，使用卷尺對(duì)作物株高進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算平均值。玉米抽雄前，地面到玉米頂端為玉米株高，抽雄后地面到雄穗頂端的值作為株高；從子葉節(jié)到主莖頂端生長(zhǎng)點(diǎn)基部的距離則為棉花株高。

1.3.2 葉綠素相對(duì)含量（soil and plant analyzer development， SPAD）測(cè)定。每個(gè)處理選取連續(xù)的3株作物，利用SPAD-502葉綠素儀（日本美能達(dá)公司生產(chǎn)）分別測(cè)量玉米和棉花葉片的 SPAD，每株作物選取3片功能葉，玉米功能葉為雌穗上下3片葉，棉花功能葉為倒三葉，每片葉測(cè)定3次，取平均值。

1.3.3 根系數(shù)據(jù)采集。在玉米和棉花的取樣階段，選擇生長(zhǎng)狀況一致的樣本區(qū)域，使用CI-600（美國(guó)CID公司）分別獲取0～＜20 cm和20～40 cm的土樣，確保每個(gè)處理3次重復(fù)。清洗土樣后，挑出其中的根系，并按照作物種類(lèi)整齊地?cái)[放在1張帶有1 cm×1 cm的正方形方格白紙上用高拍儀進(jìn)行拍照。使用WIN-RHIZO 2020a軟件來(lái)獲取相應(yīng)土層的根長(zhǎng)參數(shù)。根據(jù)取樣時(shí)的體積（根鉆內(nèi)體積）和相應(yīng)的土層深度進(jìn)行分層計(jì)算，每個(gè)區(qū)域的根長(zhǎng)除以相應(yīng)的體積得到玉米和棉花的根長(zhǎng)密度（root length density， RLD）。具體計(jì)算公式如下：RLD＝Li/Vi。式中，Li表示對(duì)應(yīng)的總根長(zhǎng)，Vi表示對(duì)應(yīng)土體體積。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2019分析處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 20.0進(jìn)行成對(duì)數(shù)據(jù)t檢驗(yàn)，用Sigmaplot 12.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單、間作玉米、棉花株高的動(dòng)態(tài)變化

如圖2所示，從株高看，2種模式下玉米均在6月11日至7月30日快速生長(zhǎng)，在7月 30日至8月9日生長(zhǎng)緩慢；間作玉米株高始終高于單作。間作玉米株高較單作玉米的增幅在6月11日、6月30日、7月9日、7月20日、7月30日、8月9日分別為7.35%、7.65%、13.89%、17.63%、18.71%、4.25%。

單作和間作棉花的株高均表現(xiàn)為先快后慢再平穩(wěn)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，且間作棉花株高始終低于單作。間作棉花株高較單作棉花的降幅在6月11日、6月30日、7月9日、7月20日、7月30日、8月9日分別為6.34%、5.12%、11.14%、10.32%、12.27%、8.19%。

2.2 各處理作物功能葉片SPAD分析

由表1可知，單作玉米SPAD在7月20日和8月9日顯著高于間作玉米，增幅分別為21.40%、31.36%，在7月9日顯著低于間作玉米。間作玉米的SPAD表現(xiàn)出升高－降低－升高－降低的變化趨勢(shì)，在7月30日達(dá)到最高值（49.19），這種變化趨勢(shì)與玉米的生長(zhǎng)階段和光合作用密切相關(guān)，但與單作玉米存在差異。

單、間作棉花SPAD都總體表現(xiàn)出降低－升高－降低的變化趨勢(shì)。單作棉花的SPAD在6月30日、7月9日、7月30日均顯著高于間作，增幅分別為10.76%、16.05%、19.36%。

2.3 作物根系RLD對(duì)比分析

如圖3、圖4所示，隨著取樣時(shí)間的推移，各土層玉米和棉花植株根系RLD整體表現(xiàn)出上升趨勢(shì)；隨土層深度增加，根系RLD整體表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。

如圖3所示，間作玉米0～＜20 cm土層RLD在6月11日、7月9日均顯著高于單作，增幅分別為28.61%和43.11%；6月30日、7月20日、7月30日和8月9日相比單作的增幅分別為9.05%、－1.41%、5.03%和11.61%，但差異均不顯著。間作玉米20～40 cm土層RLD在6月11日、6月30日、7月9日和8月9日顯著高于單作，增幅分別為28.56%、33.95%、26.81%和21.63%；而在7月20日、7月30日低于單作，降幅分別為13.06%和13.30%，但差異均不顯著。

如圖4所示，6月30日、7月9日、7月20日和7月30日，間作棉花0～＜20 cm和20～40 cm土層RLD均顯著高于單作，且8月9日20～40 cm土層RLD顯著高于單作，其他日期2種模式間棉花的RLD沒(méi)有顯著差異。在6月11日、6月30日、7月9日、7月20日、7月30日、8月9日，0～＜20 cm土層間作棉花RLD較單作棉花的增幅分別為－28.22%、22.85%、26.96%、38.11%、31.77%、9.12%，20～40 cm土層間作棉花RLD較單作棉花的增幅分別為－25.25%、84.42%、32.37%、64.52%、94.05%、47.03%。

3 討論

株高變化是衡量作物生長(zhǎng)速度的重要指標(biāo)，能在一定程度上反映作物的生長(zhǎng)狀況[7]，株高是玉米的重要育種性狀，影響玉米產(chǎn)量[8]，也是影響玉米株型和種植密度的重要農(nóng)藝性狀[9]。玉米株高可通過(guò)影響葉片受光面積，進(jìn)而影響光能利用率，在一定程度上反映出玉米的生長(zhǎng)速率和健壯程度[10]。本研究結(jié)果初步表明，間作玉米株高高于單作，能提高受光面積和光能利用率；間作棉花株高低于單作，可能因玉米遮陰，導(dǎo)致棉花光合作用減弱、株高增長(zhǎng)緩慢。

葉綠素含量信息對(duì)及時(shí)了解農(nóng)作物受害程度、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和估測(cè)產(chǎn)量等方面具有重要意義[11]。根據(jù)SPAD變化可對(duì)作物產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性預(yù)測(cè)[12-13]。本研究在6月11日至8月9日的試驗(yàn)結(jié)果表明，間作玉米SPAD在7月9日顯著高于單作，在7月20日、8月9日顯著低于單作，且2種模式下SPAD高峰期和變化趨勢(shì)不一致，可能是因?yàn)閱巫骱烷g作模式行距不同，改變了光照分布和資源競(jìng)爭(zhēng)。本研究中，間作棉花的SPAD在6月30日、7月9日、7月30日顯著低于單作，可能是因?yàn)殚g作棉花株高較低、生長(zhǎng)受抑制，吸收光能的能力較弱。

根系功能性狀是植物獲取養(yǎng)分和群落種間競(jìng)爭(zhēng)的核心性狀[14]。根系吸收土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并通過(guò)組織傳遞到地上部分，影響植株生長(zhǎng)發(fā)育。越來(lái)越多的證據(jù)表明植物在遇到相鄰植物時(shí)會(huì)在根系生長(zhǎng)和形態(tài)方面做出相應(yīng)改變[15]。根系更加廣泛分布反映植物對(duì)土層養(yǎng)分的利用能力更強(qiáng)[16]。本研究中2種間作作物玉米和棉花0～＜20 cm和20～40 cm土層的RLD在多數(shù)調(diào)查日期高于單作，暗示玉米和棉花在間作下能夠更好地吸收利用土壤養(yǎng)分。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，玉米-棉花間作模式對(duì)玉米生長(zhǎng)的積極影響主要表現(xiàn)在間作玉米株高和根長(zhǎng)密度較單作玉米明顯增加；間作棉花根長(zhǎng)密度增加，但受玉米遮陰影響，株高和葉片SPAD下降。本研究?jī)H進(jìn)行了1年玉米-棉花間作試驗(yàn)，結(jié)果還須經(jīng)多年多品種試驗(yàn)驗(yàn)證。

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（責(zé)任編輯：楊子山 責(zé)任校對(duì)：秦凡）