亮文解读 | 不同玉米种植密度对玉米/花生间作中光截获和光能利用率的影响
发布时间：2021-11-02
发布人：唐静月
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Crop Diversity and Sustainable Agriculture
· 第六篇 ·
英文题目：Light interception and use efficiency differ with maize plant density in maize-peanut intercropping
中文题目：不同玉米种植密度对玉米/花生间作中光截获和光能利用率的影响
期刊名称：Frontiers of Agricultural Science and Engineering (FASE)
发表年份：2021年
第一作者：王旗
通讯作者：张立祯
: zhanglizhen@cau.edu.cn
作者单位：中国农业大学资源与环境学院
Cite this article
Qi WANG, Zhanxiang SUN, Wei BAI, Dongsheng ZHANG, Yue ZHANG, Ruonan WANG, Wopke VAN DER WERF, Jochem B. EVERS, Tjeerd-Jan STOMPH, Jianping GUO, Lizhen ZHANG. LIGHT INTERCEPTION AND USE EFFICIENCY DIFFER WITH MAIZE PLANT DENSITY IN MAIZE-PEANUT INTERCROPPING. Front. Agr. Sci. Eng., 2021, 8(3): 432‒446 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021403
1. 相比于单作豆科，间作增加了光截获量。
2. 提高种植密度增加了间作玉米的光能利用率（LUE）。
3. 间作增加了耐阴作物花生的LUE。
作物的光截获和光能利用率 (LUE) 取决于叶片的分布和光合能力等因素并直接影响生物量和产量。大量研究表明，间作的产量优势主要是由于更高的光截获和光能利用率。不同冠层发育阶段的物种组合（如小麦/棉花间作）、高矮物种的组合（如玉米/花生间作）可以增加土壤覆盖的时间，增加光截获量。
在农业中可以通过调整种植密度来改变植物间的相互作用，从而影响作物生长。在间作中增加优势作物的种植密度，作物的竞争能力和叶面积指数可能会增强，有助于提高光截获。然而，在单作和间作中，光截获和利用效率如何响应优势作物的种植密度仍不清楚。此外，当增加作物种植密度时，遮荫物种的叶面积指数降低，会导致光截获减少。因此间作种植密度是否是影响光能利用率的一个因素有待探究。
玉米/花生间作能够缓解半干旱地区单作玉米干旱风险，间作中残留的玉米残茬也可以缓解单作花生收获后的土壤侵蚀。带幅宽度是间作中影响光截获的一个重要因素。然而，在间作中，条带宽度如何影响密度对光截获的影响尚不清楚。本试验在半干旱条件下进行了不同条带宽度的玉米/花生间作，以量化(1)单作玉米和间作系统中玉米密度对光截获的影响；(2)玉米/花生间作系统中各物种的光截获和光能利用率对玉米种植密度的响应。
试验于2016年和2017年在辽宁省阜新市进行（图1），试验采用完全随机区组设计。共有10个处理，包括四种种植方式和三种玉米种植密度，每个处理有三个重复。四种种植方式分别为单作玉米、单作花生、四行玉米与四行花生间作（M4P4）、两行玉米与四行花生间作（M2P4）三个玉米种植密度分别是3株/米、4.5株/米和6株/米。对作物的测量指标包括叶面积指数动态、光截获估算、光能利用率等。
图1 辽宁省阜新市（a）2016年和（b）2017年的日最高（Tmax）和最低（Tmin）温度和降雨量。
1. 玉米、花生株高
单作玉米株高随着玉米种植密度增加而增加，主要由于在单作中植株间的相互遮阴严重，促进其生长；但在间作中，不同种植密度的玉米没有显著性差异，可能主要间作花生对玉米遮阴程度较低，不影响其株高变化。不同种植模式玉米间，在低密度时（3.0-4.5株/米）时，两者间没有显著差异。然而，在高密度时（6.0株/米）时，单作玉米的株高大于间作玉米（图2）。
图2 三种种植密度下的单作和间作中的玉米株高
间作花生的最终株高随着玉米密度的增加而降低（P< 0.05，图3）。M4P4间作时，单作花生比高玉米密度间作花生高；M2P4间作时，单作花生与高玉米密度间作花生高度相近。然而，单作花生高度与高玉米密度的间作花生无显著差异。
图3 三种种植密度下的单作和间作中的花生株高
2. 叶面积指数
在单作和间作中，玉米的叶面积指数（LAI）在6株/米时最高，在3株/米时最低（图4）。不同种植模式下，玉米的最大叶面积指数（LAIm） 随着种植密度的增加而增大（表1）。M4P4（0.5）间作玉米和M2P4（0.3）间作玉米的LAIm分别比单作玉米高17.2%和7.7%（表1）。种植密度、种植模式及其相互作用显著影响玉米叶面积指数的最大增长率（Cm）。在所有种植模式中，玉米Cm在高密度下大于低密度，M4P4高于M2P4。
图4 三种种植密度下的单作和间作中的玉米叶面积指数
表1 玉米和花生在不同种植模式中叶面积指数（LAI）生长的拟合参数
M4P4间作和M2P4间作花生LAI均随玉米种植密度的增加而降低（图5）。单作花生的多年平均产量为4.16，M4P4为1.44，M2P4为2.00。由于M4P4和M2P4的土地利用率分别为50%和67%，M4P4和M2P4的花生2年平均LAIm值分别为2.88和2.99，比单作低30.8%和28.1%。花生Cm仅受种植模式的显著影响，间作花生比单作低59.1%。结果表明，间作花生由于受到玉米的遮阴影响，叶片的生长受到抑制，生长发育期延后。
图5 三种种植密度下的单作和间作中的花生叶面积指数
3. 光截获
间作玉米不同密度的光截获率弱于单作玉米（图6）。随着玉米密度的增加，单作玉米整个生长季的平均光截获率增加了12.4%（0.75-0.85），M4P4增加了17.6%（0.46-0.54），M2P4增加了22.0%（0.36-0.45）。间作中，花生光截获随着玉米密度的增加而逐渐降低（图4-7）。
图6 三种种植密度下的单作和间作中的花生叶面积指数
随着玉米密度的增加，间作的总光截获量为787-891 MJ/m2。在M4P4中，间作光截获比单作花生多5.7%，但比单作玉米少7.5%。M2P4的总光截获量为778 MJ/m2，比单作花生高5.4%，比单作玉米低7.7%。M4P4间作玉米的光截获量为527 MJ/m2，比期望值高25.1%，M2P4（425 MJ/m2）比期望值高53.0%（图7）。花生间作的光截获量M4P4为421 MJ/m2，比预期低49.0%，M2P4为352 MJ/m2，比预期低28.7%。
图7 三种种植密度下的单作和间作中的玉米、花生和总光截获量
4. 光能利用率(LUE)
玉米的LUE随着密度的增加而变化，在相同的株间种植密度下，间作玉米和单作玉米的光能利用率没有显著性差异（表2）。当玉米种植密度从3 株/米增加到4.5 株/米时，玉米的光能利用率增加，但种植密度增加4.5 株/米时，光能利用率不再增加。在间作中，随着玉米种植密度的变化，花生的光能利用率没有显著变化。
表2 玉米和花生在不同种植模式中光能利用率（LUE）
玉米/花生间作的光截获高于单作花生，但低于单作玉米。尽管单作和间作玉米的光能利用率相似，但遮荫花生对光能利用率更高。密度对间作玉米光截获的影响小于单作玉米，说明间作中优势种的最佳密度低于单作。间作增加了玉米的光截获量，但降低了花生的光截获量使得间作系统中的光能截获处于一种平衡状态。该研究对理解间作中种内和种间竞争的机制以及优化可持续农业生产体系统具有借鉴意义。
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