高粱大豆间作对高粱生物性状及产量的影响
辛宗绪 刘 志 赵术伟 肖继兵 朱晓东 吴洪生
（辽宁省旱地农林研究所，朝阳 122000）
高粱是辽宁省重要的杂粮作物之一，在农作物生产体系中具有不可替代的优势，由于其抗旱性好，耐盐碱性强，耗水量少，水分利用率高，成为种植业结构调整中重要的替代作物[1]。辽西地区高粱常年播种面积在6 万～8 万hm2，占全省高粱播种面积的80%左右[2]，高粱生产中存在连作导致的病虫害发生概率大、不利于恢复和提高地力、容易造成缺苗断垄的问题。间作是一种在时间和空间上实现种植集约化的种植模式，不仅能够提高光能利用率，同时可充分地利用光、温、水、肥等资源，从而提高单位面积产出效率[2-4]，而且还能抑制田间杂草生长和病虫害的发生[5-8]，已成为重要的栽培模式。彭方丽等[9]认为可根据产业发展的需求以及间作作物的生长特性等选择作物类型，目前，在辽西地区以高粱为主栽作物，间作共生群体作物种类还处于初步探索阶段，相关可以借鉴或参考的资料很少，为此该试验选用生产中应用较多的中高秆品种辽杂19 和矮秆品种辽杂37 与辽豆29 进行不同间作模式研究，提出最优配置方案，为今后辽西地区推广高粱间作栽培技术提供参考依据。
1.1 试验材料试验选择中高秆和矮秆高粱品种各1 个，中高秆品种为辽杂19，矮秆品种为辽杂37，大豆品种为辽豆29。均为当地生产中推广面积较大的品种。
1.2 试验地点试验于2019-2020 年在辽宁省旱地农林研究所试验基地（34°52′～35°02′N，112°51′～113°13′E）进行，试验地前茬作物为谷子，土壤类型为沙壤土，肥力中等，地势平坦，土壤有机质含量11.39g/kg、全氮含量0.93g/kg、有效磷含量27.79mg/kg，速效钾含量96.30mg/kg，pH值7.81。
1.3 试验设计设计高粱单作对照、大豆单作对照和3 种高粱大豆间作处理，共9 个处理（表1），套作行比分别为2∶2、4∶2、2∶4。随机区组设计，3 次重复，每小区12 行，行长8m，行距0.6m。依据各品种大田生产适宜密度播种，辽杂19 种植密度为10.5 万株/hm2，辽杂37 种植密度为15.0 万株/hm2，辽豆29 种植密度为18.0 万株/hm2。
表1 各处理详细信息
2019 年试验于5 月18 日播种，2020 年试验于5 月20 日播种。高粱播种时每hm2施入磷酸二铵300kg，拔节期追施尿素300kg；
大豆播种时施入磷酸二铵150kg，初花期追施尿素75kg。其他管理同大田。
1.4 测定项目及方法株高和茎粗 在高粱拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期和大豆成熟期，每个处理连续选择10 株，用卷尺测量株高，用游标卡尺测量茎粗。
干物质积累量 在高粱拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期进行取样，每个处理选取10 株具有代表性的植株，置于烘干箱105℃杀青30min，80℃烘干至恒质量，对干物质进行测定。
叶面积指数（LAI） 在高粱拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期采用AccuPAR LP-80 植物冠层分析仪（美国）进行叶面积指数测定，在靠外第10 株位置将植物冠层分析仪探头向内探伸进行测量。
产量 成熟时在每个处理中间区域连续选取10 株高粱和10 株大豆植株在风干室自然风干后进行考种，测量穗长、穗重、穗粒重和千粒重等指标。并对小区分别进行收获测产。
1.5 数据分析采用 Microsoft Excel 2003 进行试验数据整理、制图，使用SPSS 7.05 进行数据分析。采用2 年平均值进行统计分析。
2.1 间作对高粱生物性状的影响株高 从图1可以看出，中高秆品种辽杂19 与大豆不同间作模式下，各生育时期间作高粱株高均低于单作高粱。具体表现为T7 处理显著高于T1 和T5，与T3 处理间拔节期、抽穗期和成熟期无显著差异（灌浆期除外），T3 处理显著高于T5 处理，与T1 处理间无显著差异（灌浆期除外），T1 和T5 在拔节期和灌浆期差异显著，其他时期差异均不显著，各处理由高到低的顺序为T7>T3>T1>T5。灌浆期4 个处理之间均差异显著。
图1 高粱大豆间作对株高的影响
矮秆品种辽杂37 与大豆不同间作模式下对株高的影响较大，在拔节期T4 处理显著高于T6，与T2、T8 处理差异不显著；
T2 和T6 处理间差异不显著，在抽穗期、灌浆期、成熟期T4 和T8 显著高于T6，总体表现由高到低为T4>T8>T2>T6。
以上结果说明中高秆品种辽杂19 在单作状态下，由于其株型较高，植株行间产生遮蔽，通风透光条件减弱，这增强了高粱之间的空间竞争，促进其伸长生长。而间作状态下，大豆植株低矮，高粱株高较高，间作有效地将高粱株行的间距进行分割，从而使高粱之间的空间竞争减弱。矮秆品种辽杂37 单作状态下，由于其株高较矮空间竞争较弱，其伸长生长没有高秆品种强。间作状态下，由于其株高与大豆相当，两种作物之间表现出竞争和互补并存的弱竞争效应。同时作物间高低配合也改善了田间通风条件，更好地利用了光热资源，为后期的生殖生长奠定了良好的基础。
茎粗 从图2 可以看出，中高秆品种辽杂19 与大豆不同间作模式下，在各生育阶段茎粗都有不同程度的增长，各间作处理与单作处理相比，在拔节期各处理间差异不显著，在抽穗期T1、T5 处理的茎粗显著大于T7 处理，T3 与T7 处理之间差异不显著，在灌浆期T1、T3、T5 处理高粱茎粗要显著高于T7处理，在成熟期，茎粗的表现与灌浆期基本一致，各处理总体呈现出T1>T5>T3>T7 的趋势。矮秆品种辽杂37 与大豆不同间作模式下，各间作处理的茎粗均大于单作处理，在拔节期T6 处理、T2 处理显著高于T8 处理，T4 处理与T8 处理之间差异不显著。在抽穗期、灌浆期和成熟期以T6 处理显著高于T8处理，T2 处理、T4 处理与T8 之间差异不显著。结果说明中高秆品种辽杂19 与大豆不同间作模式下T1 处理和T5 处理对茎粗生长更为有利，矮秆品种与大豆间作模式下T6 处理对茎粗生长更为有利。
图2 高粱大豆间作对茎粗的影响
单株干物质积累量 单株干物质是衡量高粱生长状况的重要指标之一。从图3 可以看出，辽杂19 与大豆间作模式下，高粱单株干物质积累量随着生育时期的进行呈逐渐增加趋势变化。整个生育进程干物质积累量均表现间作处理大于单作处理。拔节期T1 处理和T5 处理显著高于T7，抽穗期T3 处理和T5 处理表现较好，显著高于T1 处理和T7 处理，在灌浆期和成熟期T1 处理和T5 处理表现较好，显著高于T3 处理和T7 处理，T3 处理显著高于T7处理。
图3 高粱大豆间作对干物质积累量的影响
辽杂37 与大豆间作模式下，拔节期各处理与单作处理差异不显著，在抽穗期T4 处理和T8 处理显著高于T2 处理和T6 处理，在灌浆期和成熟期T4处理显著高于T2 处理、T6 处理和T8 处理，T2 处理和T8 处理显著高于T6 处理。结果说明中高秆品种辽杂19 与大豆间作模式下T1 和T5 处理有利于干物质积累，矮秆品种辽杂37 与大豆间作模式下T4 处理更有利于干物质积累。
叶面积指数 从图4 可以看出，叶面积指数总体表现为先升高后降低的趋势。中高秆品种辽杂19 与大豆不同间作模式下，各生育时期间作高粱叶面积指数均低于单作高粱，且在拔节期、抽穗期、灌浆期达显著水平，在成熟期T7 处理、T5 处理和T3 处理显著大于T1 处理，T7 处理和T5 处理之间差异不显著，各处理叶面积指数总体呈现T7>T5>T3>T1。
图4 高粱大豆间作对叶面积指数的影响
矮秆品种辽杂37 与大豆间作模式下，在拔节期和抽穗期间作处理叶面积指数低于单作处理，拔节期各间作处理中以T2 处理与T4 处理显著高于T6处理，T2 处理和T4 处理之间无显著差异。在灌浆期和成熟期间作处理叶面积指数高于单作处理，灌浆期T2 处理最高，显著高于其他处理，T6 处理显著高于T8 处理，T6 处理和T4 处理之间无显著差异。成熟期T2 处理和T6 处理显著高于T4 处理和T8处理，T4 处理显著高于T8 处理。结果说明中高秆品种辽杂19 与大豆间作模式下T5 处理有利于叶片生长，矮秆品种辽杂37 与大豆间作模式下T2 处理更有利于叶片生长。
2.2 间作对高粱产量构成因素及产量的影响从表2 可以看出，中高秆品种辽杂19 与大豆间作模式下，各处理对穗长的影响不大，对穗重和穗粒重的影响表现为各间作处理均高于单作处理，且T1 和T3处理与单作差异达显著水平，千粒重也表现为各间作处理均高于单作处理，且T1 与单作间差异达显著水平，产量表现为各间作处理产量均显著高于单作处理，T5 产量最高（10141.8kg/hm2），显著高于其他处理。矮秆品种辽杂37 与大豆间作模式下，间作处理穗长、穗重、穗粒重和千粒重均高于单作处理（T4 处理穗粒重除外），但差异不显著。产量表现为各间作处理产量均显著高于单作处理，T2 产量最高（8897.5kg/hm2），显著高于其他处理。
2.3 间作对大豆产量的影响从表2 可以看出各间作处理大豆的产量均显著低于T9 大豆单作处理，中高秆高粱辽杂19 与大豆间作模式下，间作处理较单作处理减产16.93%～38.45%，间作处理中以T5 处理产量显著高于T1 处理和T3 处理。矮秆品种与大豆间作模式下，间作处理较单作处理减产17.86%～36.31%，间作处理中以T6 处理产量显著高于T2 处理和T4 处理，T4 处理显著高于T2 处理。结果说明高粱和大豆间作模式下，由于大豆植株低矮，高粱株高较高，高粱对大豆产生遮蔽，不利于大豆生长发育，导致大豆减产。
表2 高粱大豆间作对高粱产量构成因素及产量的影响
间作对高粱的生物性状和产量产生一定的影响，这些影响多有利于高粱生长发育，影响程度因品种不同有较大差异。本研究发现，中高秆品种辽杂19 与大豆间作模式下，各生育时期间作处理高粱的株高、叶面积指数均低于单作处理，茎粗、干物质积累量均高于单作处理。各处理对穗长的影响不大，对穗重、穗粒重和千粒重的影响表现为各间作处理均高于单作处理，这与梁晓红等[10]的研究有所不同。间作的影响最终会体现在产量上，各间作处理高粱的产量均有一定的增长，T5（2∶4）处理产量最高，为10141.8kg/hm2，显著高于其他处理。
矮秆品种辽杂37 与大豆不同间作模式下，各生育时期间作处理高粱的株高除T4（4∶2）处理外均低于单作处理，各间作处理茎粗均大于单作处理，干物质积累T4（4∶2）处理表现最好，其次是T2（2∶2）处理。在拔节期和抽穗期间作处理叶面积指数低于单作处理，在灌浆期和成熟期间作处理叶面积指数高于单作处理，以T2（2∶2）处理叶面积指数表现最好。间作处理穗长、穗重、穗粒重、千粒重均高于单作处理，但差异不显著，这与梁晓红等[10]的研究一致。各间作处理产量均显著高于单作处理，T2（2∶2）处理产量最高，为8897.5kg/hm2，显著高于其他处理。
高粱和大豆间作模式下，由于大豆植株低矮，高粱株高较高，高粱对大豆产生遮蔽，不利于大豆生长发育，导致大豆减产，减产幅度达16.93%～38.45%。
在高粱和大豆间作模式下，高粱和大豆高低配合，有效将高粱株行的间距进行分割，减弱了同种作物之间对于光能的竞争，更好地利用了光热资源，也改善了田间通风，使高粱的生物性状发生改变，最终使间作高粱的产量高于单作种植。综合分析认为中高秆高粱辽杂19 与大豆2∶4 间作；
矮秆高粱辽杂37 与大豆2∶2 间作模式下更有利于高粱的生长发育，是较为合理的间作模式。本研究只是对2 个不同株高的高粱品种与大豆不同比例间作模式进行了初步探索，其互作机制和病虫草害的防治、播种、收获机械的改进等技术尚有待于进一步探索。
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