2016, Vol. 22 
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合理的间套作集约利用养分、水分、光和热等自然资源，实现作物高产高效，在我国农业生产中占有重要地位[1]。玉米//花生间作是一种常见豆科作物与禾本科作物的间作模式，石灰性土壤上，玉米不仅改善花生铁营养，竞争吸收花生根区氮，提高花生根瘤共生固氮活性[2-4]，还改善群体冠层光照分布，提高玉米对强光、花生对弱光的利用能力[5-6]，实现光能的分层、立体利用，具有明显的氮、磷营养间作优势[7]；但在其共处后期，花生受到玉米遮荫的影响，光合速率降低，产量不高[6, 8]，成为间作玉米、花生进一步高产高效的瓶颈。针对如何提高间作花生光合速率和产量，依据喷施乙烯利能降低玉米株高，改善玉米株型[9]，焦念元等[10]在黄潮土壤上的研究结果表明，喷施乙烯利显著降低间作玉米株高和叶面积，减少单株干物质积累，产量降低1.20%~3.92%，却显著提高间作花生的单株干物质，间作花生产量由3074.7 kg/hm2提高到3838.5 kg/hm2，提高了24.84%，喷施乙烯利间作体系的总产量提高162~382 kg/hm2；喷施乙烯利并施磷肥显著增加间作玉米和花生植株的磷含量和磷积累量，促进磷素向玉米籽粒和花生果仁中的分配，进一步提高磷吸收间作优势[11]。然而，喷施乙烯利对间作玉米和间作花生的氮素吸收、分配会产生哪些影响？施磷后其氮素吸收、分配又将发生哪些变化？为了弄清上述问题，本试验以玉米//花生间作2:4(2行玉米4行花生)间作模式为研究对象，在施磷和不施磷条件下，分别对间作玉米采用不喷施乙烯利和喷施乙烯利两种措施，研究玉米和花生的植株不同器官氮含量、氮积累分配以及间作体系氮吸收间作优势，为进一步发挥氮营养间作优势，实现玉米、花生间作高产高效提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料于2012~2013年在河南科技大学开元校区农场(33°35'~35°05'N，111°8'~112°59'E)进行田间试验。供试玉米品种为郑单958，花生品种为花育16，土壤为黄潮土，质地为中壤，0-20 cm耕层土壤容重1.31 cm3，碱解氮33.86 mg/kg，速效磷3.46 mg/kg，有效铁5.98 mg/kg，有机质10.72 g/kg，pH值7.56。试验地处于温带，属于半湿润、半干旱的大陆性季风气候，年平均气温在12.1~14.6℃，年平均降雨量600 mm，年平均蒸发量2113.7 mm，年平均辐射量491.5 kJ/cm2，年日照时2300~2600 h，无霜期215~219 d。
1.2 试验设计本试验设玉米单作、花生单作、玉米花生间作、间作玉米喷施乙烯利4种种植方式，每个种植模式下设不施磷(P0)和施P2O5 180 kg/hm2(P1)2个处理，共8个处理，重复3次，共24个小区。小区面积60 m2(10 m×6 m)，完全随机区组设计。玉米单作行距60 cm，株距25 cm，密度66670 plant/hm2；花生单作行距30 cm，株距20 cm；玉米花生间作为2:4模式，即2行玉米间作4行花生(图 1)，玉米宽窄行种植，宽行行距160 cm，窄行行距40 cm，株距20 cm，花生播于宽行中，行距30 cm，株距20 cm，玉米、花生间距35 cm。磷肥一次性基施，花生单作、间作施氮量均为90 kg/hm2，基施；玉米单作、间作施氮量均为180 kg/hm2，按基追比1:1两次施用，追肥在玉米大喇叭口期开沟追施。玉米小口期喷施乙烯利剂(玉米超大棒由南京绿源生物科技有限公司生产，主要成分为乙烯利)，30支超大棒（600 mL）兑水450 kg/hm2，混匀并均匀喷雾到玉米顶部新叶，不喷施乙烯利剂的间作玉米，均匀喷相同量的清水。其他管理同大田生产。2012年6月6日播种，10月5日收获；2013年6月1日播种，9月26日收获。玉米、花生同时播种，同时收获。
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| 图1 玉米//花生间作模式田间种植示意图 Fig. 1 Schematic illustration of field planting of maize and peanut intercropping |
在玉米拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、开花期、花后10 d、花后20 d、成熟期各重复分别取长势均匀有代表性的玉米、花生2株，玉米按叶片、茎、鞘、苞叶、籽粒分成5部分，花生按叶片、茎、果壳、果仁分成4部分，105℃杀青30 min，75℃烘至恒重称重。样品粉碎后，采用H2O2-H2SO4法消煮，凯氏定氮法测定氮(N)含量。在测定时，玉米穗轴归在茎中；花生果壳归在茎中。
作物氮吸收量=各器官质量与各器官氮含量之积的总和
氮吸收间作优势(kg/hm2)=间作体系氮吸收量-(单作玉米氮吸收量×Fm+单作花生氮吸收量×Fp)
式中，Fm和Fp分别为间作体系中玉米和花生所占面积比例，分别是0.40和0.60，下同。
氮吸收土地当量LERN=Yim/Ysm+Yip/Ysp
式中，Yim和Yip分别表示间作玉米和间作花生氮吸收量；Ysm和Ysp分别表示单作玉米和单作花生氮吸收量，下同。LERN > 1为氮吸收间作优势，LERN < 1为氮吸收间作劣势。
营养竞争比率是度量作物养分吸收竞争强弱的一种指标。本文用玉米相对花生对氮的竞争比率来衡量氮营养竞争能力(competition ratio of maize to peanut, CRmp)。营养竞争比率根据Morris (1993)法[12]计算：
| $ C{R_{{\rm{mp}}}}\left({{Y_{{\rm{im}}}}/{Y_{{\rm{sm}}}}{\rm{ \times }}{F_{\rm{m}}}} \right)/\left({{Y_{{\rm{ip}}}}/{Y_{{\rm{sp}}}}{\rm{ \times }}{F_{\rm{p}}}} \right) $ |
当CRmp > 1时，表明玉米比花生氮营养竞争能力强；当CRmp < 1时，表明玉米比花生氮营养竞争能力弱。
1.4 数据分析试验数据采用DPS 7.05软件分析方差和Duncan’新复极差法多重比较。
2 结果与分析 2.1 施用乙烯利和磷肥对间作玉米不同器官氮含量的影响由表 1可以看出，与单作玉米相比，间作降低了玉米苞叶氮含量，但对茎、叶、鞘和籽粒中氮含量影响不显著；与不喷施乙烯利相比，喷施乙烯利间作玉米苞叶氮含量增加，但对茎、叶、鞘和籽粒中氮含量影响不显著；与不施磷肥相比，施磷肥后，喷施乙烯利间作玉米茎、叶、鞘、苞叶和籽粒氮含量增加，其中茎、叶和籽粒氮含量分别提高9.85%~18.64%、3.88%~4.32%和5.16%~13.25%(P < 0.05)。这表明喷施乙烯利不利于间作玉米茎、叶和籽粒氮含量的提高，施磷能提高喷施乙烯利间作玉米植株氮含量。
| 表1 施用乙烯利和磷肥玉米不同器官氮含量(g/kg) Table 1 N contents in different organs of maize affected by ethephon and P application |
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由表 2表明，与单作花生相比，间作有利于提高花生茎、叶和果仁氮含量，其中叶部氮含量提高了5.63%~9.77%(P < 0.05)；对间作玉米喷施乙烯利后，间作花生茎、叶和果仁氮含量均略有升高，与不施磷相比，施磷间作花生的茎、叶和果仁氮含量增加，在收获期分别增加了15.34%(P < 0.05)、5.04%和4.83%(P < 0.05)。表明间作有利于提高花生氮含量，喷施乙烯利和施磷促进间作花生茎、叶和果仁氮含量的提高。
| 表2 施用乙烯利和磷肥花生不同器官氮含量(g/kg) Table 2 N contents in different organs of peanut affected by ethephon and P application |
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由玉米氮素积累图(图 2)可知，小喇叭口期(7月20日)以前，间作玉米单株氮积累量略低于单作，随后间作玉米单株氮积累量逐渐高于单作玉米，到大喇叭口期(7月31日)比单作玉米高7.82%~7.92%，成熟期比单作玉米高8.47%~12.31%(P < 0.05)。与不喷施乙烯利相比，喷施乙烯利明显降低了间作玉米单株氮积累量，尤其在灌浆期至成熟期降低13.93%~19.84%(P < 0.05)；与不施磷相比，施磷有利于提高喷施乙烯利间作玉米单株氮积累量，开花期(8月09日)和成熟期(9月26日)分别提高13.25%和27.71%(P < 0.05)。这表明间作提高了玉米氮素积累量，喷施乙烯利不利于间作玉米氮积累提高，施磷促进喷施乙烯利间作玉米氮素积累。
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| 图2 施用乙烯利和磷肥对间作作物单株氮素积累量的影响 Fig. 2 Effect of ethephon and P application on N accumulation of intercropped maize and peanut [注（Note）：P0-不施磷No P application; P1-P2O5 180 kg/hm2; SM-单作玉米Single cropped maize; IM-间作玉米Intercropped maize; IME-间作玉米喷施乙烯利Intercropped maize with spraying ethephon before trumpet period; SP-单作花生Single cropped peanut; IP-间作花生Intercropped peanut; IPE-间作花生喷施乙烯利Intercropped peanut with spraying ethephon on intercropped maize before trumpet period.] |
由花生氮素积累图(图 2)可知，花生开花下针期(7月10日)前，间作花生单株氮积累量与单作花生差异不明显；开花下针期以后，间作花生氮积累量逐渐低于单作花生，在结荚期(7月31日)降低28.03%~40.64%(P < 0.05)，收获期(9月27日)降低43.42%~51.31%(P < 0.05)。在玉米小口期对间作玉米喷施喷施乙烯利剂后，间作花生单株氮积累量明显提高，结荚期、收获期分别比不喷施乙烯利间作体系花生单株氮积累量提高25.83%~47.04%和23.72%~49.53%(P < 0.05)；与不施磷肥相比，施磷提高喷施乙烯利间作体系中花生单株氮积累量，结荚期膨大期(9月05日)和收获期(9月26日)分别提高19.00%和43.21%(P < 0.05)。这表明玉米花生间作降低了花生氮素积累量，在玉米小口期对间作玉米喷施乙烯利促进间作花生氮积累，施磷能进一步提高间作花生单株氮积累量。
2.4 施用乙烯利和磷肥对间作玉米成熟期氮素分配比例的影响由表 3可知，不施磷肥和施磷条件下，与单作玉米相比，间作提高了玉米茎、叶和籽粒氮积累量，降低了在叶和鞘中的氮素分配比例，促进氮在籽粒中的分配，其中籽粒氮分配比例提高1.58%~3.00%；与不喷施乙烯利相比，喷施乙烯利间作玉米茎、叶和籽粒氮积累量减小，茎、叶、鞘中分配比例下降，籽粒氮分配比例升高，增加3.32%~5.93%；与不施磷肥相比，施磷明显提高了喷施乙烯利间作玉米茎、叶和籽粒氮积累量，分别提高16.91%、48.80%和27.52%(P < 0.05)，叶中氮分配比例提高17.7%(P < 0.05)。这表明间作可以提高玉米籽粒氮积累量，促进氮向籽粒分配，喷施乙烯利降低了间作玉米籽粒氮积累量，有利于氮素向籽粒分配，施磷促进喷施乙烯利间作玉米籽粒氮积累。
| 表3 施用乙烯利和磷肥对间作玉米氮积累和分配比例的影响 Table 3 Effect of ethephon and P application on N accumulation and distribution of intercropped maize |
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由表 4可以看出，不论施磷与否，与单作花生相比，间作降低了花生茎、叶和果仁氮积累量和果仁中分配比例，分别降低28.57%~40.00%、42.85%~43.47%、53.06%~58.33%和13.37%~14.22%(P < 0.05)，却提高了茎和叶中的分配比例，分别提高27.09%和33.63%(P < 0.05)。与不喷施乙烯利相比喷施乙烯利间作体系花生茎和果仁氮积累量分别增加10.00%~33.33%和56.52%~60.00%(P < 0.05)，果仁中氮分配比例提高8.12%~20.39%(P < 0.05)；与不施磷肥相比，施磷提高了喷施乙烯利间作体系花生茎、叶和果仁的氮积累量，分别提高45.52%、72.72%和33.33%(P < 0.05)。这表明间作降低了茎、叶和果仁氮积累量，不利于氮向果仁分配，在玉米小喇叭口期对间作玉米喷施乙烯利提高了间作花生茎、叶和果仁氮积累量，有利于氮向果仁分配，施磷后进一步促进喷施乙烯利间作体系花生茎、叶和果仁的氮积累。
| 表4 施用乙烯利和磷肥对间作花生氮素积累和分配比例的影响 Table 4 Effect of ethephon and P application on N accumulation and distribution of intercropped peanut |
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由表 5可知，不施磷肥和施磷条件下，在可比面积上，间作玉米吸氮量比单作提高了107.06%~122.97%(P < 0.05)，而间作花生吸氮比单作花生降低了33.26%~42.58%(P < 0.05)；与单作体系相比，玉米花生间作体系氮吸收间作优势为N 26.88~42.21 kg/hm2；与不喷施乙烯利相比，喷施乙烯利降低间作玉米吸氮量14.06%~23.31%，却提高间作花生吸氮量23.67%~49.54%(P < 0.05)，间作体系的氮吸收间作优势N 23.57~63.98 kg/hm2，比不喷施乙烯利间作体系的提高4.95%~54.65%；与不施磷相比，施磷提高了喷施乙烯利间作体系中玉米和花生吸氮量，分别提高19.49%~27.71%和34.26%~43.24%(P < 0.05)，氮吸收间作优势提高69.97%~162.57%(P < 0.05)。不施磷肥时，喷施乙烯利间作体系氮吸收土地当量比(LERN)小于不喷施乙烯利，施磷肥后与其相反，但是LERN均大于1。
| 表5 施用乙烯利和磷肥对玉米花生间作体系氮吸收量及间作优势的影响 Table 5 Effect of ethephon and P application on N absorption and intercropping advantages of maize andpeanut intercropping system |
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营养竞争比率(CRmp)是衡量作物竞争吸收养分强弱的指标。由表 5可得，玉米相对花生氮营养竞争比率CRmp > 1，说明玉米比花生竞争氮营养的能力强。与不喷施乙烯利相比，喷施乙烯利间作体系CRmp降低30.51%~47.34%(P < 0.05)，施磷后，喷施乙烯利体系CRmp又降低12.09%~17.91%(P < 0.05)，这表明喷施乙烯利和施磷能显著缓解玉米、花生对氮的竞争。
3 讨论 3.1 施用乙烯利和磷肥对玉米花生间作氮含量、积累与分配的影响大量研究表明，在豆科和非豆科间作系统中，大部分存在氮营养间作优势[13-17]。本研究表明，玉米花生间作提高了玉米和花生茎、叶、籽粒氮含量，这与其他禾本科与豆科作物间作效果相一致[18]。玉米氮竞争力强，花生氮竞争力弱，间作后，玉米可吸收更多的氮素，使得玉米茎、叶、籽粒全氮含量增高，当土壤中的氮含量降低时，会促进花生自身固氮能力，促进花生茎、叶、果仁氮含量升高；在玉米小喇叭口期喷施乙烯利不利于间作玉米茎、叶、籽粒等器官氮含量提高，有利于间作花生茎、叶、果仁氮含量提高；当花生缺磷时，花生茎和果仁氮含量降低[19]，王月福等[23]研究表明，施磷能提高根瘤数和根瘤鲜重，促进花生固氮，提高花生植株氮素含量，在本研究中发现施磷提高间作花生的茎、叶和果仁氮素含量，这可能与施磷提高花生固氮能力有关，固定的氮能被与其间作的玉米吸收，因此，间作玉米的茎、叶和籽粒氮素含量也随之提高。
王小春等[20]发现与大豆间套作的玉米氮素积累量、氮收获指数和氮吸收效率增加，籽粒氮素分配比例增加，茎和鞘氮素分配比例减小；玉米是一种对磷肥比较敏感的作物[21]，增施磷肥可显著增加玉米干物质量，提高玉米产量，增加玉米植株氮素积累量显著，降低叶和穗轴中氮素分配比例，显著增加籽粒氮素分配比例[22]，促进了氮素向玉米籽粒转运。本研究结果表明，玉米、花生间作提高了玉米氮素积累量，降低了花生氮素积累量，提高了玉米茎、叶、籽粒氮素积累量，促进了氮素向籽粒分配，却降低了花生茎、叶和果仁氮素积累量，不利于氮素向果仁分配，提高了间作体系的氮吸收量，具有明显的氮吸收间作优势，这可能是与玉米间作后，花生受到遮阴的影响，光合速率降低，生长受到抑制，单株生物量降低有关；在玉米小喇叭口期喷施乙烯利，间作玉米氮积累量有所降低，而间作花生氮积累量明显增加，这可能与喷施乙烯利，降低了间作玉米株高和生物量，改善了花生光照条件，促进花生生长有关[10]；喷施乙烯利并施磷肥提高了玉米茎、叶和籽粒氮素积累量以及花生茎、叶和果仁氮素积累量和花生果仁氮素分配比例，促进间作玉米、间作花生对氮素的吸收，可能在于施磷促进玉米生长和氮吸收[22]，提高花生共生固氮活性[23]，并且喷施乙烯利和施磷均能缓解玉米、花生对氮营养竞争吸收比率(表 5)。
3.2 施用乙烯利和磷肥对玉米和花生间作体系氮吸收间作优势的影响在玉米和花生间作共处后期，玉米对花生遮荫作用，抑制了花生的生长发育，降低产量。因此，如何协调其光竞争，提高花生产量成为玉米和花生间作高产研究的重点。已有研究表明，在玉米花生间作体系中，喷施乙烯利降低间作玉米株高，促进间作花生生长，再施磷肥提高间作体系产量和磷吸收量[10-11]。本研究表明，喷施乙烯利间作玉米后，减小玉米、花生间作对氮营养吸收竞争比率，降低了间作玉米单株生物量和单株吸氮量，但其降低幅度小于间作花生氮吸收增加的幅度，因此，间作体系的氮吸收间作优势明显增加，增加幅度是N 23.57~63.98 kg/hm2。施磷进一步缓解玉米、花生氮竞争，并促进玉米和花生对氮的吸收，因此，显著提高了喷施乙烯利间作体系氮吸收量和氮吸收间作优势。这可能是在于在玉米小口期喷施乙烯利后，间作玉米株高明显降低，不施磷肥土壤磷营养不足，造成穗分化减弱，穗粒数减少，产量降低[10]，进而导致氮营养间作优势增加不明显。但在喷施乙烯利并施磷肥，能促进间作玉米穗分化，增加穗粒数，产量提高[10]，提高花生共生固氮活性[23]，显著提高间作体系氮吸收间作优势。
4 结论在玉米小口期喷施乙烯利剂600 mL/hm2(兑水450 kg)可以缓解玉米、花生对氮营养的竞争比率，降低玉米对氮的吸收，提高花生氮吸收量；施磷能进一步促进喷施乙烯利间作体系中玉米和花生对氮的吸收，有利于间作体系氮吸收量增加，提高氮吸收间作优势。
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