不同间作模式对旱地胡麻干物质积累及产量的影响

Effects of different intercropping patterns on dry matter accumulation and grain yield of oilseed flax in dryland

摘要

目的 阐明不同间作模式下胡麻的生长发育变化规律，明确不同间作模式对胡麻干物质积累和分配及产量的影响，为半干旱旱作区的种植业结构调整和胡麻可持续发展提供理论参考。 方法 采用田间随机区组试验设计，以单作胡麻（F）为对照，探讨了胡麻间作玉米、胡麻间作大豆2种间作系统中4∶2、6∶3和8∶4带型对胡麻生长发育特性与产量形成的影响。 结果 6种间作模式均可提高胡麻干物质积累量，其中，8行胡麻与4行玉米（F8间作M4）间作模式在盛花期至成熟期较其他间作模式提高了17.1%~22.7%。胡麻间作玉米（F∶M）系统中，8∶4带型下胡麻成熟期蒴果的干物质分配量较4∶2带型增加26.2%。籽粒产量、蒴果数、果粒数和千粒质量表现为胡麻间作玉米（F∶M）较胡麻间作大豆（F∶S）分别提高了18.4%、27.1%、5.9%和10.3%；且F∶M系统中8∶4带型较4∶2带型分别提高27.6%、22.0%、7.4%和6.7%，较单作分别提高50.1%、58.5%、17.6%和20.5%。互作效应分析表明，间作作物与带型配置对胡麻干物质积累量、各器官的干物质分配量，蒴果数、果粒数、千粒质量及籽粒产量的互作效应均达显著或极显著水平。表明，增加胡麻和玉米间作系统中作物种植行数可提高胡麻干物质积累量，增加蒴果的分配量，进而提高胡麻产量。 结论 8行胡麻与4行玉米间作可作为试区胡麻高产比较适宜的间作模式。

Abstract

Objective The aim of this study was to reveal the change in growth and development of oilseedflax under different intercropping patterns，and to clarify the effects of different intercropping patterns on the accumulation and distribution of dry matter and on the yield of oilseed flax. Method With single cropping oilseed flax （F） as control，The effects of different intercropping belt types （i.e.，4∶2，6∶3 and 8∶4） on the growth and development characteristics and grain yield of oilseed flax were studied in two intercropping systems of oilseedflax∶maize and oilseedflax||soybean by using a randomized group field experiment design. Result All six intercropping patterns could increased dry matter accumulation of oilseed flax，among which the dry matter for intercropping pattern of 8-row oilseed flax with 4-row maize was 17.1%~22.7% higher than other intercropping patterns in anthesis to maturity.In the intercropping system of oilseed flax||maize （F∶M），the dry matter distribution of capsules at maturity stage was 26.2% higher in the 8∶4 belt types than in the 4∶2 belt types.The grain yield，capsule number，fruit grain number，1 000-seed weight of oilseed flax were 18.4%，27.1%，5.9% and 10.3% higher in oilseed flax∶maize （F∶M） than in oilseed flax∶soybean （F∶S），respectively.In the F∶M system，these indicators were 27.6%，22.0%，7.4% and 6.7% higher in the 8∶4 belt types than in the 4∶2 belt types，respectively，and they were increased significantly by 50.1%，58.5%，17.6% and 20.5%，respectively，compared to the single cropping.The analysis of interaction effects showed that the interactive effects of intercropping crops and belt types arrangement were all statistically significant on dry matter accumulation，dry matter distributionin different organs，capsule number，fruit grain number，1 000-seed weight and grain yield of oilseed flax.To sum up，increasing the number of crop rows in intercropping system of oilseedflax and maize could significantly increase dry matter accumulation and its distribution in the capsules of oilseed flax，thereby increasing grain yield of oilseed flax. Conclusion The intercropping pattern of 8-row oilseedflax and 4-row maize could be used as a suitable intercropping pattern for high grain production of oilseed flax in test area.

Graphical abstract

关键词

旱地胡麻 / 间作模式 / 带型 / 干物质 / 产量

Key words

oilseed flax / intercropping patterns / belt types / dry matter / grain yield

全球人口迅速增长和耕地面积逐年减少给粮食生产带来巨大压力，同时也给农业持续发展带来严重影响^［1］，间作具有集约利用光、热、水、肥等自然资源的优势^［2-3］，能够实现土地集约化和资源利用的可持续化。合理的间作模式通过改善作物营养状况，进而提高其干物质积累，为实现作物高产稳产奠定基础^［4］。已有研究表明，高秆与矮秆作物搭配，群体具有较好的光照与通风条件，利于作物生长及产量的形成^［5］。早熟与晚熟作物搭配可保证早熟作物收获后，光能充分被晚熟作物吸收，达到高产优质^［6］。可见，在生产实践中，可通过合理的作物搭配来促进其干物质积累，优化干物质分配，为间作高产提供基础保障。带型配置是间作优势的重要基础之一^［7-8］。有研究表明，在玉米间作大豆系统中，随着带宽逐渐增加，田间光照条件变好，利于大豆各生育时期群体干物质积累量的增加，同时也利于大豆植株授粉受精，使单株粒数增加，最终达到增产目的^［9］；在玉米间作花生系统中，玉米在大喇叭口期至收获期，单株干物质积累量与单穗质量均表现为2行玉米与8行花生间作>2行玉米与4行花生间作>2行玉米与2行花生间作>单作玉米。说明玉米单株干物质积累量与单穗质量随着花生种植行数的增加而有所提高^［10］。由此可见，改变作物间作系统中作物种类与带型配置可改善间作系统通风透光，进而促进作物干物质积累，为作物高产奠定基础。

西北旱作雨养农业区生态系统功能极为脆弱^［11］，胡麻耐土壤瘠薄，是当地主栽作物，但种植模式单一，产量低而不稳的现象严重限制着胡麻产业可持续发展^［12-14］。研究表明，胡麻小麦轮作系统可改善土壤理化性质，利于下茬胡麻生长，促进其干物质积累，进而提高产量^［15］；在灌溉区，4行胡麻间作1行蚕豆系统中胡麻籽粒产量高达2 034 kg/hm²，较单作胡麻籽粒产量有明显增加 ^［16］；水肥耦合条件下，胡麻间作玉米^［17］与胡麻间作大豆^［18］系统中均具有胡麻增产的优势。可见，实行胡麻间作或轮作种植模式，进行胡麻与高秆作物、胡麻与养地类作物的搭配种植，调整间作系统作物带型配置均可促进胡麻的生长发育，有利于提高胡麻单产。关于胡麻间作系统对籽粒产量的影响研究，多侧重于常规带型配置。关于增加胡麻种植行数和搭配作物的种植行数能否会因田间小环境发生变化而进一步促进胡麻高产的形成？有必要进一步研究。因此，本文通过田间试验，研究了不同带型配置对胡麻间作玉米、胡麻间作大豆两种间作模式中胡麻的干物质积累、分配与产量形成的影响，以期明确不同间作模式对胡麻产量形成的调控效应，筛选出适宜试区胡麻生产的间作模式，为该区域种植业结构调整和胡麻可持续发展提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021年4月~10月在甘肃省定西市农业科学院油料试验基地（N 34°26′，E 103°52′）进行。试验区位于陇中黄土高原半干旱丘陵沟壑区，属中温带半干旱气候区，年平均日照时数2 476.6 h，≥10 ℃积温2 239.1 ℃，无霜期约140 d，胡麻全生育期降雨量和平均气温分别为182.7 mm和15.6 ℃，其中，降雨量最大为6月下旬，气温最高为7月中旬（图1）。试验区为梯田，土壤为典型的黄绵土，肥力均等，其中0~30 cm土壤有机质17.53 g/kg，土壤全氮0.81 g/kg，全磷0.69 g/kg，速效磷27.43 mg/kg，速效钾108.30 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用二因素随机区组设计，以单作胡麻（F）为对照，设置2种间作作物：胡麻间作玉米（F∶M）、胡麻间作大豆（F∶S）；3种带型配置：4∶2、6∶3和8∶4，各间作系统中带型配比均为1∶1，重复3次，南北向种植，具体试验方案见表1。胡麻行距为20 cm；玉米和大豆行距均为40 cm，其株距均为30 cm。胡麻种植密度为3.75×10⁶株/hm²，玉米和大豆种植密度均为6×10⁴株/hm²，间作与单作种植密度一致。

1.3 试验材料与田间管理

供试胡麻品种为陇亚11号、玉米品种为先玉335、大豆品种为中黄30号，胡麻于4月10日露地条播，8月13日收获；玉米于4月26日覆白膜进行穴播，10月1日收获；大豆于4月18日露地进行穴播，两个对生单叶展开至第一片复叶展开前间苗，9月28日收获。胡麻、大豆生育期施用氮肥120 kg/hm²，磷肥75 kg/hm²；玉米生育期施用氮肥250 kg/hm²，磷肥125 kg/hm²；氮肥品种为尿素（含N 46%），磷肥品种为过磷酸钙（含P₂O₅ 16%），氮、磷肥均作为基肥施用。其他田间管理同一般大田单作。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 地上部干物质的测定

分别在胡麻苗期、现蕾期、盛花期、青果期、成熟期，每小区采集具有代表性的植株15株，将其各器官分开，按小区标好顺序并在烘箱中于105 ℃烘30 min杀青，然后于70 ℃烘干至恒质量，称质量并记录各生育时期胡麻各器官的干物质积累量。

1.4.2 籽粒产量及其构成因子的测定

胡麻成熟期在每个小区中随机取样20 株，进行室内考种，分别测定其单株有效蒴果数、果粒数和千粒质量，收获时按小区单打单收，晒干后测得小区实际产量，并按实际面积折算公顷产量。

1.5 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2016整理、汇总、制作图表，使用SPSS 23.0统计分析软件进行相关性分析以及主效应检验，运用Duncan方法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同间作模式对胡麻干物质积累量的影响

间作对胡麻全生育期内干物质积累量影响显著（P<0.05，图2）。间作胡麻全生育期内干物质积累量较单作胡麻平均高出28.1%，其中，6行胡麻与3行玉米（F6∶M3）和8行胡麻与4行玉米（F8∶M4）间作模式下胡麻全生育期内干物质积累量较单作胡麻分别平均高出34.3%和35.1%。就不同作物搭配而言，胡麻间作玉米（F∶M）系统中胡麻苗期、现蕾期、盛花期、青果期和成熟期的干物质积累量较胡麻间作大豆（F∶S）分别提高7.9%、10.4%、15.5%、18.0%和13.8%。从不同带型配置来看，8∶4带型较4∶2带型下胡麻苗期、现蕾期、盛花期、青果期和成熟期的干物质积累量分别提高16.9%、22.4%、34.3%、20.5%和22.3%。整体来看，6行胡麻与3行玉米（F₆∶M₃）、8行胡麻与4行玉米（F₈∶M₄）间作模式下胡麻苗期和现蕾期的干物质积累量较其他间作模式均有所提高，且二者差异不显著。8行胡麻与4行玉米（F₈∶M₄）间作模式下胡麻盛花期、青果期和成熟期的干物质积累量较其他间作模式分别平均高出22.7%、20.3%和17.1%。表2表明，间作系统中，不同作物搭配对胡麻现蕾期至成熟期干物质积累量的影响均达显著水平；带型配置对胡麻全生育期干物质积累量均达极显著水平；除盛花期外，二者对胡麻全生育期干物质积累量的互作效应均达显著水平。

2.2 不同间作模式对胡麻地上部干物质分配量的影响

由表3可知，在胡麻整个生育期内，植株茎秆和蒴果的干物质分配量均随生育进程的推进不断增加。而叶片的干物质分配量呈先增大后减少的变化趋势，盛花期达到最大。从胡麻全生育期来看，间作胡麻茎秆、叶片、蕾/花/果的干物质分配量较单作胡麻分别平均高出20.7%、16.8%、40.2%。成熟期籽粒的干物质分配量较单作胡麻平均高出38.5%。就不同作物搭配而言，胡麻间作玉米（F∶M）系统中胡麻全生育期内茎秆、叶片、蕾/花/果的干物质分配量较胡麻间作大豆（F∶S）分别平均高出12.4%、16.2%、14.5%，成熟期籽粒的干物质分配量平均高出18.4%。从不同带型配置来看，8∶4带型较4∶2带型下胡麻全生育期内茎秆、叶片、果的干物质分配量分别平均高出21.1%、25.9%、27.2%，胡麻成熟期籽粒的干物质分配量也显著提高26.3%（P<0.05）。可见，不同间作作物与带型配置组合处理下，8行胡麻与4行玉米（F8∶M4）间作模式利于提高胡麻籽粒中干物质分配量。互作效应分析表明（表3），间作系统内，除苗期胡麻叶片外，不同作物搭配和带型配置对胡麻各生育时期各器官干物质分配量的影响均达显著水平；除苗期和青果期叶片，现蕾期、盛花期和成熟期茎秆外，间作作物与带型配置对胡麻各器官干物质分配量的互作效应均达显著或极显著水平。

2.3 不同间作模式对胡麻籽粒产量及其构成因子的影响

由表4可见，间作胡麻籽粒产量、蒴果数、果粒数和千粒质量分别较单作胡麻平均高出38.5%、46.2%、12.5%和13.7%，各间作模式中，8行胡麻与4行玉米（F₈∶M₄）间作模式下胡麻籽粒产量与产量构成因子较单作胡麻的增幅大于6行胡麻与3行玉米间作（F₆∶M₃）。从不同作物搭配来看，胡麻间作玉米（F∶M）系统中胡麻籽粒产量、蒴果数、果粒数和千粒质量较胡麻间作大豆（F∶S）分别增加18.4%、27.1%、5.9%和10.3%。从不同带型配置来看，8∶4带型下籽粒产量、蒴果数、果粒数、千粒质量较4∶2和6∶3带型分别增加26.3%和7.2%、27.7%和12.8%、7.8%和4.8%、12.0%和7.2%（P<0.05）。表明，蒴果数是决定胡麻籽粒产量的主导因素，综合来看，8行胡麻与4行玉米（F₈∶M₄）间作模式下产量及其构成因子均表现最佳。互作效应分析表明（表4），间作系统内，不同作物搭配与带型配置对胡麻籽粒产量与产量构成因子达极显著水平，且间作作物与带型之间的互作效应达显著水平或极显著水平。

3 讨论

间作利用时间生态位上分离、在空间生态位上互补扩大，从而高效利用光能、热量、水分、养分和土地等资源，促进作物生长发育，最终取得较单作更好的生态效应与经济效益^［19-20］。干物质积累能够反映作物生长发育状况，进而影响作物产量，而产量的形成与干物质积累量及各器官间的转移、分配又有着密切关系^［21］。在胡麻间作玉米系统中，胡麻整个生育期内干物质积累量随水肥的增加呈上升趋势。其中，胡麻苗期至盛花期的干物质积累量在快速生长期浇一次水与施用氮肥120 kg/hm²组合处理下最少，快速生长期、盛花期和青果期各浇一次水与施用氮肥240 kg/hm²组合处理下最多，这说明增加水肥能够显著提高胡麻干物质积累量^［17］。课题组在前期的胡麻间作大豆系统中研究发现，间作模式下胡麻花前贮藏物质转运量和花后贮藏物质积累量较单作胡麻分别平均高出50.24%和61.73%，且在间作模式下花后干物质积累量对籽粒的贡献率较单作胡麻平均高出5.9%^［22］。本研究表明，间作模式下胡麻全生育期内干物质积累量较单作胡麻平均高出28.1%，胡麻间作玉米系统中胡麻全生育期的干物质积累量较胡麻间作大豆显著提高13.2%，且在盛花期至成熟期，增加作物的种植行数，也提高了胡麻干物质积累量，其中，8行胡麻与4行玉米间作模式下胡麻盛花期至成熟期的干物质积累量较其他间作模式和单作胡麻分别提高了17.1%~22.7%和36.5%~43.0%。这与前期研究结果一致，表明间作较单作增加了胡麻的干物质积累量。也有研究表明，棉花间作小麦与花生系统中，间作棉花的铃质量和铃数较单作棉花有所提高，而在衣分上无显著差异^［23］。在胡麻轮作试验中发现，茎秆的干物质分配量随生育进程的推进不断增加；叶片干物质分配量呈先增后减的趋势，现蕾期达到最大；果（蕾）持续增加^［24］。本研究发现，在胡麻整个生育期内叶片的干物质分配量呈先增后减的变化趋势，盛花期达到最大，这主要是由于胡麻成熟期叶片基本全部脱落。茎秆和果的干物质分配量随生育进程的推进不断增加，且在成熟期8行胡麻与4行玉米间作模式下胡麻蒴果数占比最大。说明，胡麻生长前期促进其茎秆、叶片的增加，生长后期促进蒴果数的增加，进而为胡麻籽粒产量的形成奠定一定的基础。

产量构成因子是籽粒产量形成的关键，在玉米间作大豆系统中，间作玉米的千粒质量和产量较单作玉米分别提高8.11%和19.2%；相反，间作大豆的每株荚数、千粒质量和产量较单作大豆分别降低35.0%、14.9%和56.7%^［25］。说明，间作对低位作物具有一定的间作劣势。也有学者表明，宽行种植能够增加大豆单株分枝数、有效荚数和产量，而窄行种植则降低大豆单株分枝数和产量，增加单株无效荚数，表明增加大豆的种植行数可改善其光环境，从而提高大豆产量及其构成因子^［26］。在半干旱旱作农业区，水分因子限制了作物的生长发育状况，进而会影响其产量下降^［27］。低秆耐阴作物宜与高秆作物搭配可充分发挥水肥作用，增强作物抗灾能力，利于减轻旱涝灾害^［28］。本研究发现，间作模式下胡麻蒴果数、果粒数和千粒质量较单作胡麻分别平均高出46.2%、12.5%和13.7%，可见，蒴果数是决定胡麻籽粒产量的主要因素。其中，8行胡麻与4行玉米（F₈∶M₄）间作模式下胡麻籽粒产量及其构成因子均高于单作胡麻和其他间作模式。此外，胡麻籽粒产量随玉米、大豆种植行数的增加而增加，其中，8行胡麻与4行玉米间作模式下胡麻籽粒产量较单作胡麻提高50.1%。说明，增加间作系统中胡麻和玉米种植行数有利于改善田间群体通风透光性，促进胡麻生长发育，利于胡麻高产的形成。

4 结论

胡麻间作玉米系统较胡麻间作大豆更利于促进胡麻生长发育，蒴果数、果粒数、千粒质量和籽粒产量分别提高了27.1%、5.9%、10.3%和18.4%。其中，8行胡麻与4行玉米（F₈∶M₄）间作模式增加了胡麻干物质积累量，提高了成熟期籽粒的干物质分配量，蒴果数、果粒数和千粒质量均高于其他间作模式和单作，且籽粒产量分别提高22.7%和50.1%。互作效应分析表明，改变间作系统中作物的带型配置对胡麻干物质积累量，叶片、蕾/花/果中干物质分配量，蒴果数、果粒数、千粒质量及籽粒产量有显著或极显著的协同效应。8行胡麻与4行玉米间作可显著促进胡麻干物质积累，增加蒴果的分配量，进而提高胡麻产量，是试区比较适宜胡麻高产的间作模式。

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基金资助

甘肃省高等学校创新基金项目(2021A-059)

甘肃农业大学干旱生境作物学重点实验室主任基金课题(GSCS-2020-Z6)

财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系(CARS-14-1-16)

甘肃省教育科技创新产业支撑计划项目(2021CYZC-38)

甘肃农业大学伏羲杰出人才项目(Gaufx-02J05)