花生与玉米和芝麻间作的产量及经济效益分析.docx
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花生与玉米和芝麻间作的产量及经济效益分析
DOI:
10.13930/ki.cjea.210056
武岩岩,汪江涛,李雪,孙增光,郭彬彬,尹飞,焦念元.花生与玉米和芝麻间作的产量及经济效益分析[J].中国生态农业学报（中英文）,2021,29（8）:
12851295
WUYY,WANGJT,LIX,SUNZG,GUOBB,YINF,JIAONY.Yieldandeconomicbenefitsofpeanutintercroppingwithmaizeandsesame[J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2021,29（8）:
12851295
花生与玉米和芝麻间作的产量及经济效益分析*
武岩岩,汪江涛,李雪,孙增光,郭彬彬,尹飞,焦念元**
（河南科技大学农学院/河南省旱地农业工程技术研究中心洛阳471023）
摘要:
为明确不同间作体系对花生产量形成和经济效益的影响,本试验于2018—2019年,设置玉米||花生（M||P）、芝麻||花生（S||P）、单作花生（SP）、单作玉米（SM）和单作芝麻（SS）5个种植模式,研究了不同种植模式对花生功能叶光合-光强响应曲线、干物质积累、种间竞争力指数、产量及经济效益的影响。
结果表明:
1）与玉米||花生体系中的间作花生相比,芝麻||花生体系中间作花生的最大净光合速率（Pnmax）、产量和最大干物质积累量分别显著提升了18.0%~20.7%、64.2%~70.0%、26.5%~31.8%（P<0.05）。
2）间作芝麻干物质积累进入缓增期后16~19d,芝麻||花生中间作花生仍处于干物质积累快增期,芝麻和花生干物质积累快增期互相错开,而玉米||花生体系中玉米和花生的干物质积累快增期重叠;成熟期,间作花生相对于芝麻、玉米的竞争力指数分别为–2.31~–2.06和–4.68~–4.34。
说明间作花生相对于芝麻的竞争力比相对于玉米的竞争力强。
3）芝麻||花生较玉米||花生的土地当量比提高3.0%~4.0%,且大于1;经济效益显著提高16.7%~50.8%（P<0.05）,达2.3万~2.4万元·hm–2。
研究结果表明芝麻||花生较玉米||花生,提高了土地利用率、产量和收益,其机理在于芝麻||花生较玉米||花生能错开作物间干物质积累的快增期,降低高、矮两种作物的种间竞争强度,提高间作花生冠层光强和净光合速率。
关键词:
芝麻||花生;玉米||花生;种间竞争力;产量;经济效益
中图分类号:
S344.2
Yieldandeconomicbenefitsofpeanutintercroppingwithmaizeandsesame*
WUYanyan,WANGJiangtao,LIXue,SUNZengguang,GUOBinbin,YINFei,JIAONianyuan**
（CollegeofAgriculture,HenanUniversityofScienceandTechnology/HenanDrylandAgriculturalEngineeringTechnologyResearchCenter,Luoyang471023,China）
Abstract:
PeanutsareanimportantoilcropinChina.Intercroppingpeanutswithmaizeorsesameimprovesthefieldmicroclimateandtheutilizationoflightandheatresourcesandincreasesyieldandincome.Differenthighcropsintheintercroppingsystemshavedifferenteffectsonthecanopylightintensity,photosyntheticcapacityofthefunctionalleaves,drymatteraccumulation,andyieldofintercroppingcrops.Thepurposeofthisstudywastooptimizethepeanutintercroppingsystemandtoselectsuitablecropsforpeanutintercropping.Toassesstheeffectsofdifferentintercroppingsystemsonpeanutyieldandtheeconomicbenefits,afieldexperimentwasconductedin2018and2019withfivetreatments:
maizeintercroppingwithpeanut（maize||peanut,M||P）,sesameintercroppingwithpeanut（sesame||peanut,S||P）,monoculturedpeanut（SP）,monoculturedmaize（SM）,andmonoculturedsesame（SS）.Thedifferentplantingpatternswereassessedfortheireffectsontheinterspecificcompetitionindex,drymatteraccumulation,photosyntheticrateresponsecurvestolightinthefunctionalleaves,yield,andtheeconomicbenefitsofpeanuts.Theresultsshowedthat:
1）comparedwithintercroppedpeanutsinmaize||peanut,themaximumnetphotosyntheticrate（Pnmax）,yield,andmaximumdrymatteraccumulationofintercroppedpeanutsinsesame||peanutincreasedby18.0%–20.7%,64.2%–70.0%,and26.5%–31.8%,respectively.2）Whenthedrymatteraccumulationofintercroppedsesameenteredtheperiodof16–19daysaftertheslow-growingperiod,theintercroppedpeanutsinsesame||peanutwerestillintheperiodofrapiddrymatteraccumulation.Thefastgrowthperiodsofdrymatteraccumulationofsesameandpeanutinsesame||peanutintercroppingsystemstaggeredeachother,however,thoseofmaizeandpeanutsinmaize||peanutintercroppingsystemwereoverlapped.Atthematurestage,thecompetitivenessindexofpeanutsagainstsesameandmaizeintheintercroppingsystemswas–2.31~–2.06and–4.68~–4.34,respectively.Thisindicatesthatthecompetitivenessofintercroppedpeanutstosesameisstrongerthanthattomaize.3）Theland-equivalentratioofsesame||peanutintercroppingsystemincreasedby3.0%–4.0%comparedwithmaize||peanutintercroppingsystem,andthoseofbothsystemsweregreaterthan1.Theeconomicbenefitsofsesame||peanutintercroppingsystemsignificantlyincreasedby16.7%–50.8%comparedwithmaize||peanutintercroppingsystem,reaching23 000–24 000¥·hm–2.Comparedwithmaize||peanutintercroppingsystem,sesame||peanutintercroppingsystemimprovedthelandutilizationrate,yield,andincome.Sesame||peanutintercroppingsystemstaggeredtherapidgrowthperiodsofdrymatteraccumulationoftwocrops,reducedtheintensityofinterspecificcompetitionbetweenhighandlowcrops,andimprovedthecanopylightintensityandnetphotosyntheticrateofintercroppedpeanuts.
Keywords:
Sesame||peanutintercropping;Maize||peanutintercropping;Interspecificcompetitiveness;Yield;Economicbenefits
间作是一种具有显著优势的种植模式[1-3],在中国、印度、东南亚、拉丁美洲等地区应用普遍[4]。
良好的间作体系可以维持和提高群体的生物多样性[5],充分利用光、热、水、肥等资源,减少肥料投入,增加单位土地面积产量[6]。
花生（ArachishypogaeaL.）与其他作物间作是生产上常见的种植模式。
已有研究发现,玉米（ZeamaysL.）与花生[7]、芝麻（SesamumindicumL.）与花生[8]等作物间作行比为2∶4时效果表现良好。
Wang等[8]研究显示,芝麻与花生间作行比为2∶4时,与其他间作行比相比,芝麻单株蒴果数和产量最高。
姚远等[7]研究表明玉米与花生间作行比为2∶4时,对玉米产量影响不显著,间作体系花生产量提高,其经济效益明显高于玉米与花生的其他间作行比。
在花生与芝麻和玉米的间作体系中,间作可充分发挥芝麻、玉米的增产潜力,在保证高位作物产量的前提下,通过多收花生来提高间作体系对土地的利用效率。
而在间作体系中,如何提高花生的产量是进一步提高间作体系土地利用效率的关键。
与单作花生相比,玉米||花生体系中高位作物降低了间作花生的冠层光照强度[9]和功能叶的光合能力[10-11],从而降低间作花生的产量,成为高矮作物间作体系产量和收益进一步提高的限制因素[12-14]。
因此,选择合适的作物同花生间作种植,减小高位作物对间作花生的遮阴程度,是解决这一问题的有效方法。
相比玉米,芝麻具有株高低、冠层小的特点,当与花生间作时,芝麻对花生的遮阴程度小,利于改善间作花生冠层的微环境,促进间作花生的光能吸收利用能力和产量的形成。
但芝麻||花生是否会有利于间作体系的产量和收益的提高？
具体如何影响间作花生产量形成,其机理是什么？
目前还鲜有报道。
因此,本研究以玉米||花生、芝麻||花生2∶4模式为研究对象,主要研究了间作花生的冠层光照强度、功能叶光合-光强响应曲线、干物质积累、间作体系土地当量比和经济效益,分析间作花生干物质积累特点和间作花生竞争力指数,明确其中机理。
1材料与方法
1.1材料和样地
试验于2018—2019年在河南科技大学开元校区农场（112°16~112°37E,34°32~34°45N）进行。
该区属温带季风性气候,全年日照时数2141.6h,年平均降水量约600mm,无霜期为215~219d。
土壤为黄潮土,中壤。
0~20cm耕层,土壤pH为7.56,容重为1.35g∙cm–3,有机质含量为10.72g∙kg–1,速效磷和碱解氮含量分别为6.46mg∙kg–1和33.86mg∙kg–1,田间灌溉系统良好。
供试品种,花生为‘花育16号’,玉米为‘郑单958’,芝麻为‘豫芝8号’。
共设置5个处理,分别为玉米||花生（M||P）、芝麻||花生（S||P）、单作花生（SP）、单作玉米（SM）和单作芝麻（SS）,每个处理重复3次。
单作花生行距、株距分别为30cm和20cm,单作玉米行距、株距分别为60cm和25cm,单作芝麻行距、株距分别为40cm和25cm。
两间作体系均采用当地产量效益较佳的2∶4模式,即2行玉米或2行芝麻与4行花生间作种植,玉米||花生和芝麻||花生体系中玉米、芝麻宽行行距均为160cm,窄行行距40cm,株距20cm,玉米或芝麻与花生间的行距为35cm,间作花生行距和株距与单作花生相同。
花生均为每穴双株,芝麻、玉米为每穴单株。
玉米、芝麻施用纯氮为180kg∙hm–2,基追比为1∶1,追肥分别在玉米大口期、芝麻开花结蒴期穴施;花生施用纯氮为90kg∙hm–2。
玉米、芝麻、花生均基施磷肥180kg（P2O5）∙hm–2。
氮肥为尿素,磷肥为磷酸二铵。
田间管理同大田生产。
2018年、2019年播种日期分别为6月13日、6月17日。
2018年、2019年收获日期均为10月19日。
1.2数据采集与计算
1.2.1花生冠层光强日变化曲线
采用WatchDog1000系列微型气象站记录不同处理花生荚果膨大期6:
30—18:
30时的顶部冠层光强,每个处理重复3次,取其均值,绘制冠层光强日变化曲线。
1.2.2光合-光强响应曲线
参照焦念元等[15]的方法,使用LI-6400XT型光合仪（LI-COR,USA）,分别在花生荚果膨大期、玉米乳熟期、芝麻灌浆成熟期测定其功能叶光合-光强响应曲线,测定时间为晴天上午9:
00—12:
00。
测量部位花生为倒3叶,玉米为穗位叶,芝麻为从上向下倒5~6片叶。
采用Photosynassistant软件计算分析光饱和时最大净光合速率（Pnmax）、光饱和点（Isat）、光补偿点（Ic）和暗呼吸速率（Rd）。
光合-光强响应曲线拟合采用直角双曲线修正模型[16],计算公式为:
（1）
式中:
Pn为净光合速率,I为光强,
为光响应曲线的初始斜率,
、
为系数,Rd为暗呼吸速率。
1.2.3干物质积累
2018—2019年在花生开花下针期、结荚期、荚果膨大期和饱果成熟期,每个小区选取代表性2穴4株花生,每个处理重复3次;玉米取样时期为拔节期、抽雄期、乳熟期、完熟期,芝麻取样时期为幼苗生长期、开花结蒴期、灌浆成熟期和完熟期,分别选取代表性2株玉米或芝麻,每个处理重复3次。
样品105 ℃杀青30min,75 ℃烘干称重。
干物质量采用Logistic生长模型[17-18]进行拟合,公式为:
（2）
式中:
y为任意时刻干物质量（g∙plant–1）;K为最大干物质量（g∙plant–1）;t为苗后天数（d）;a、b为待定系数。
对式
（2）进行一阶求导得到干物质积累[19]速率函数:
（3）
对式（3）进行一阶求导、二阶求导并令其等于0,求出干物质最大积累速率（vmax）及出现时间（tmax）、快速积累开始和结束的时间（t1和t2）,t1、t2依次将作物的生育期分为干物质积累渐增期、快增期和缓增期,干物质快增期持续时间为∆t:
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
1.2.4竞争力指数
间作作物种间竞争关系依据Willey[20]提出的竞争力指数衡量:
（9）
（10）
式中:
Aa为间作作物a的竞争力指数,Ab为间作作物b的竞争力指数,Aa>0表明a作物相对b作物的竞争能力强,Aa<0则刚好相反;Pa为间作作物a的播种面积比例（本间作体系中,花生播种面积比例均为3∶5）;Pb为间作作物b的播种面积比例（本间作体系中,芝麻、玉米播种比例均为2∶5）;Ya、Yb分别表示间作作物a、b的生物产量;YA、YB分别为单作作物a、b的生物产量。
以地上部干重作为植株的生物产量,计算方式为:
（11）
1.2.5产量、土地当量比及偏土地当量比
收获时,选取各处理有代表性的植株2m双行进行测产,玉米取果穗,芝麻取蒴果,花生取荚果,风干后玉米、芝麻取籽粒称重,花生称荚果重。
间作优势采用土地当量比（LER）和偏土地当量比（PLER）[21]来衡量:
（12）
（13）
（14）
式中:
Yai为间作作物a的实际产量,Yas为单作作物a的实际产量,Ybi为间作作物b的实际产量,Ybs为单作作物b的实际产量。
PLER（a）代表a作物在间作体系中的偏土地当量比,PLER（b）代表b作物在间作体系
中的偏土地当量比。
1.3统计分析
采用MicrosoftExcel2010、SPSS22.0和Origin2018等软件对数据进行处理分析与作图。
处理间显著性分析采用单因素方差分析（LSD法,
=0.05）。
采用决定系数（R2）来检验Logistic模型精度。
2结果与分析
2.1不同间作体系花生荚果膨大期的冠层光照强度
由图1可知不同间作模式对花生冠层光照强度日变化曲线具有显著影响。
荚果膨大期花生冠层光照强度日变化曲线均呈单峰曲线,峰值出现在11:
30—12:
30。
与玉米||花生体系的花生[IP（M||P）]相比,芝麻||花生体系的花生[IP（S||P）]的冠层光照强度在9:
00—11:
30、12:
30—17:
00显著提高,IP（S||P）的日均光照强度较IP（M||P）显著提高39.4%（P<0.05）;IP（S||P）与IP（M||P）的冠层光强在峰值处（11:
30—12:
30）差异不显著。
单作花生（SP）日均光照强度较IP（M||P）和
IP（S||P）分别显著提高96.4%、48.3%（P<0.05）。
2.2不同间作体系花生功能叶光合-光强响应曲线及参数
直角双曲线修正模型适合多种植物光响应曲线的拟合,拟合值与实测值较接近[22-24]。
根据式
（1）,采用直角双曲线修正模型对2018—2019年光合数据进行拟合,采用Photosynassistant软件计算相应光合参数。
由表1可知,光合-光强曲线决定系数（R2）均大于0.975,说明光合-光强响应曲线的拟合度较高。
不同处理花生的最大净光合速率（Pnmax）表现为单作花生（SP）>芝麻||花生体系的花生[IP（S||P）]>玉米||花生体系的花生[IP（M||P）],IP（S||P）和IP（M||P）较SP分别降低15.6%~15.9%、28.7%~30.2%。
说明间作花生光合速率受到高位作物遮阴的影响,有所下降。
IP（S||P）的Pnmax和光饱和点（Isat）较IP（M||P）分别提高18.0%~20.7%和22.8%~55.8%。
不同间作模式下花生的暗呼吸速率较为复杂,本试验未表现出明显规律性。
图1不同间作体系中花生荚果膨大期冠层光强日变化曲线（2019）
Fig.1Diurnalvariationcurvesoflightintensityofpeanutcanopyindifferentintercroppingsystemsatpodenlargementstageofpeanutin2019
IP（S||P）:
芝麻||花生体系的间作花生;IP（M||P）:
玉米||花生体系的间作花生;SP:
单作花生;PPFD:
光量子通量密度。
不同小写字母表示差异在P<0.05水平差异显著。
IP（S||P）:
peanutinsesame||peanutintercroppingsystem;IP（M||P）:
peanutinmaize||peanutintercroppingsystem;SP:
monoculturedpeanut;PPFD:
lightquantumfluxdensity.DifferentlowercaselettersmeansignificantdifferencesatP<0.05level.
表1玉米||花生、芝麻||花生对花生功能叶光合-光强响应曲线参数的影响
Table1Effectsofmaize||peanutandsesame||peanutintercroppingonrelevantparametersofthephotosyntheticrateresponsecurvestolightinthefunctionalleavesofpeanuts
年份
Year
种植方式
Plantingpattern
Pnmax
Isat
Ic
Rd
决定系数
Determinationcoefficient
2018
IP（S||P）
21.57
1720
84
3.11
0.9965
IP（M||P）
18.28
1104
64
3.38
0.9982
SP
25.65
1544
60
2.64
0.9957
2019
IP（S||P）
22.94
1488
60
2.67
0.9993
IP（M||P）
19.01
1164
56
2.63
0.9986
SP
27.23
1540
56
3.12
0.9987
IP（S||P）:
芝麻||花生体系的间作花生;IP（M||P）:
玉米||花生间作体系内间作花生;SP:
单作花生。
Pnmax:
光饱和时净光合速率;Isat:
光饱和点;Ic:
光补偿点;Rd:
暗呼吸速率。
IP（S||P）:
peanutinsesame||peanutintercroppingsystem;IP（M||P）:
peanutinmaize||peanuti
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