劉朝茂++李成云
摘要:采用大田試驗(yàn),研究玉米與大豆、馬鈴薯不同行比間作模式對(duì)玉米葉片衰老、產(chǎn)量和病害控制的影響。結(jié)果表明,玉米與大豆、馬鈴薯不同行比間作,增加了對(duì)光、水和肥的利用率,減少了遮陰以及增加了光合作用,從而延緩葉片衰老,具體表現(xiàn)為間作玉米葉片衰老速度均比凈作慢,其中與大豆間作以2 ∶3差異最顯著,與馬鈴薯間作以1 ∶2、3 ∶2、2 ∶7和4 ∶4差異最顯著。由于大部分病害是玉米銹病,只在活體葉片上才能夠生存,因此衰老較快的葉片發(fā)病較重。另外,間作能夠很好地預(yù)防和控制病害的發(fā)生和蔓延,以馬鈴薯間作模式 2 ∶1、2 ∶7、1 ∶2和2 ∶2差異最為顯著。研究還表明,間作能夠增加復(fù)合群體的產(chǎn)量。
關(guān)鍵詞:玉米;大豆;馬鈴薯;間作;葉片衰老;產(chǎn)量;病害控制;復(fù)合群體;品質(zhì)
中圖分類(lèi)號(hào):S344.2;S513.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1002-1302(2017)06-0075-04
間作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中歷史悠久而又非常有效的一種栽培方式[1]。利用間套作來(lái)構(gòu)建生態(tài)位互補(bǔ)的作物群體,可以充分利用自然資源,減輕病蟲(chóng)危害,減少化肥農(nóng)藥的使用量,減少環(huán)境污染,降低生產(chǎn)成本,提高群體產(chǎn)量和整體經(jīng)濟(jì)效益益[2-5],在提高光、肥、水、氣、熱等自然資源利用率,實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)方面,玉米(Zea mays)與其他作物間作具有明顯的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)[6-9]。
禾本科、豆科間作套種是全國(guó)普遍采用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位[10-12]。禾本科與豆科間作優(yōu)勢(shì)主要在于豆科具有固氮作用而本身對(duì)氮的需求小,而禾本科可從豆科的固氮性而得到氮的補(bǔ)充。大量研究已證明,不同作物間套作具有提高養(yǎng)分利用率的作用[13]。株高不同的作物間作可增加作物群體光合面積,提高光能利用率,增加邊緣效應(yīng),從而使作物產(chǎn)量顯著提高[14]。玉米與大豆間套作,由于生態(tài)位互補(bǔ),優(yōu)化了群體結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了植株的抗逆性,提高了資源的利用率,并且在植株成熟后期可維持較高的葉日積(LAI-D)[15]、葉綠素含量和光合速率,因而有利于實(shí)現(xiàn)植株的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。Zhu等報(bào)道了水稻品種多樣性種植是降低病害發(fā)生和增加糧食產(chǎn)量的有效途徑[16-18]。多樣性種植能提高土地利用率、增加田間通風(fēng)透光、降低作物葉片表面濕度、稀釋病原菌等[19-20]。劉天學(xué)等研究了不同基因型玉米間作對(duì)葉片衰老、籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)具有不同特性的基因型玉米間作可以提高葉片的SOD、POD、CAT活性,增強(qiáng)清除氧自由基的能力,丙二醛(MDA)保持較低水平,延緩葉片衰老,可維持較高的葉日積(LAI-D),提高光合作用速率,有利于增加復(fù)合群體的產(chǎn)量,提高土地當(dāng)量比[21];另外,不同基因型玉米間作對(duì)籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響在品種間差異較大,但是還是能夠改善群體的整體品質(zhì)[21]。溫三明等對(duì)生物多樣性控制魔芋及玉米病蟲(chóng)害進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,多樣性種植能夠有效控制魔芋和玉米病害[22];白海燕等利用生物多樣性有效地控制了果園蟲(chóng)害[23]。本試驗(yàn)在前期研究的基礎(chǔ)上,探討了玉米與大豆、馬鈴薯間作對(duì)玉米葉片衰老、籽粒產(chǎn)量和病蟲(chóng)害控制的影響,為建立多樣性種植控制病蟲(chóng)害、提高作物產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)減災(zāi)穩(wěn)產(chǎn)的保健栽培技術(shù)提供了理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)材料
玉米品種為云瑞6號(hào);大豆品種為華嚴(yán)1號(hào);馬鈴薯品種為會(huì)-2。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山茶苑和尋甸大河橋試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)地均為壤土,地勢(shì)平坦,排灌方便,地力均勻。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、凈作和多個(gè)不同行比的間作處理,其中農(nóng)大后山茶苑試驗(yàn)安排了4個(gè)處理,分別是玉米凈作、玉米與大豆行比2 ∶2、玉米與大豆行比2 ∶3、玉米與大豆行比 2 ∶4,3次重復(fù),12個(gè)小區(qū)。采用南北行向種植,每個(gè)處理株距、行距分別是:玉米凈作時(shí)株距30 cm,行距40 cm;玉米與大豆間作,玉米與玉米之間株距為30 cm,大豆與大豆之間為35 cm,玉米與玉米之間行距為40 cm,玉米與大豆之間行距為30 cm,大豆與大豆之間行距為30 cm。小區(qū)面積為4 m×5 m,小區(qū)四周留1 m寬隔離帶。尋甸試驗(yàn)田安排了13個(gè)玉米與馬鈴薯間作的處理,行比分別是2 ∶1、2 ∶3、2 ∶5、2 ∶7、2 ∶9、1 ∶2、3 ∶2、5 ∶2、7 ∶2、9 ∶2、2 ∶2、4 ∶4 和玉米凈作,3次重復(fù),42個(gè)小區(qū),玉米凈作時(shí)株距 30 cm,行距40 cm;間作中,玉米與馬鈴薯之間行距為50 cm,馬鈴薯與馬鈴薯之間株距為 35 cm,行距為40 cm,小區(qū)面積16 m×10 m。試驗(yàn)地播種期翻地,潑灑農(nóng)家肥作為基肥,使得地力均勻、肥力中等,于2011年5月5日播種,9月14日收獲。大豆、玉米播種均采用人工開(kāi)溝點(diǎn)播,玉米每穴2~3粒,大豆3~4粒,覆土落實(shí)。與此同時(shí),追加復(fù)合肥,播種后保證正常的水肥管理直至收獲。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1成熟后期功能葉片數(shù)調(diào)查在玉米3葉期,對(duì)其進(jìn)行掛牌以便后期試驗(yàn)調(diào)查,在玉米成熟后期,對(duì)每個(gè)小區(qū)玉米穗位葉和現(xiàn)存功能葉片數(shù)進(jìn)行調(diào)查分析,每個(gè)小區(qū)調(diào)查50株,其中對(duì)現(xiàn)存功能葉片數(shù)調(diào)查時(shí),葉片枯黃部分占該葉片面積50%以上則不計(jì)入,小于50%則計(jì)入,共調(diào)查3次,每次間隔1周。
1.3.2病害調(diào)查在玉米成熟后期,對(duì)茶苑、尋甸每個(gè)小區(qū)玉米植株進(jìn)行完全隨機(jī)抽樣病害調(diào)查,調(diào)查玉米在多樣性種植模式下葉片死亡率與未死部分的病斑率。病害調(diào)查方法參照文獻(xiàn)[24]中“植物病害調(diào)查中麥類(lèi)銹病的分級(jí)記載標(biāo)準(zhǔn)中的發(fā)病率”進(jìn)行。
1.3.3測(cè)產(chǎn)在玉米成熟后,將其收獲、曬干脫粒,分別對(duì)茶苑、尋甸不同玉米與大豆間作模式下每個(gè)小區(qū)的玉米進(jìn)行測(cè)產(chǎn),測(cè)每個(gè)小區(qū)千粒質(zhì)量、總棒數(shù)、總質(zhì)量以及30棒總質(zhì)量,每個(gè)小區(qū)測(cè)3個(gè)千粒質(zhì)量,求平均值。
1.3.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析用SPSS 17.0、Dpsv 7.05軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2結(jié)果與分析
2.1玉米與大豆、馬鈴薯不同間作種植模式對(duì)玉米葉片衰老的影響
2.1.1玉米與大豆間作效應(yīng)在玉米成熟后期,對(duì)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山茶苑玉米與大豆不同行比間作模式下的玉米穗位葉和現(xiàn)存功能葉進(jìn)行調(diào)查分析,結(jié)果表明,玉米成熟后期,玉米與大豆在2 ∶2、2 ∶3、2 ∶4間作模式下的玉米穗位葉高度均低于玉米凈作模式(簡(jiǎn)稱凈作),而且2 ∶2、2 ∶3的種植模式與凈作之間存在顯著差異,2 ∶4與凈作之間差異極顯著,2 ∶2、2 ∶3 2種種植模式下穗位葉高度差異不顯著(圖1)。大豆與玉米在2 ∶2、2 ∶3、2 ∶4等3種間作模式下的玉米現(xiàn)存功能葉片數(shù)均多于玉米凈作,而且2 ∶2、2 ∶4的種植模式與凈作之間存在顯著差異,2 ∶3與凈作之間差異極顯著,2 ∶2 和2 ∶4等2種種植模式下玉米現(xiàn)存功能葉片數(shù)差異不顯著(圖2)。
2.1.2玉米與馬鈴薯間作效應(yīng)在玉米成熟后期,對(duì)尋甸農(nóng)場(chǎng)玉米與馬鈴薯不同行比間作模式下的玉米穗位葉和現(xiàn)存功能葉片進(jìn)行調(diào)查分析,結(jié)果表明,玉米成熟后期,玉米與馬鈴薯不同行比間作模式中,所有間作模式下的玉米穗位葉高度均低于凈作,而且除3 ∶2以外,其他種植模式與凈作之間均存在明顯差異,但均不顯著(除2 ∶3、2 ∶9的種植模式與凈作之間存在極顯著差異外)(圖3)。由圖4可見(jiàn),玉米與馬鈴薯間作模式下的現(xiàn)存功能葉片數(shù)均多于凈作,其中1 ∶2、3 ∶2、2 ∶7、4 ∶4的種植模式與凈作之間存在極顯著差異,其他種植模式與凈作之間存在顯著差異,但是這些種植模式之間玉
米現(xiàn)存功能葉片數(shù)差異不顯著。
上述結(jié)果顯示,玉米與大豆、馬鈴薯不同行比間作都有相同的結(jié)果:(1)間作模式下穗位葉的高度都低于凈作,并且不同行比間作模式之間存在差異;(2)間作模式下玉米成熟后期玉米現(xiàn)存功能葉片數(shù)均多于凈作,并且不同行比間作模式之間存在差異。從以上結(jié)果可以看出,玉米與大豆、馬鈴薯不同行比間作能夠增加群體光合面積,提高光能利用率,最終延緩玉米葉片衰老。
2.2玉米與大豆、馬鈴薯不同間作模式下對(duì)葉斑病害控制的影響
2.2.1玉米與大豆的間作效應(yīng)在玉米成熟后期,對(duì)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山茶苑玉米與大豆不同行比間作模式下玉米穗位葉下一張葉片死亡率和未死部分病斑率進(jìn)行調(diào)查分析,結(jié)果表明,玉米成熟后期,玉米與大豆在2 ∶2、2 ∶3、2 ∶4間作模式下的穗位葉下一張葉死亡率均低于凈作玉米,而且2 ∶2、2 ∶4 的種植模式與凈作之間存在顯著差異,2 ∶3與凈作之間差異極顯著,2 ∶2和2 ∶4 2種種植模式之間差異不顯著。所有間作模式下的葉片未死部分病斑率與凈作玉米之間均沒(méi)有顯著差異(圖5)。
2.2.2玉米與馬鈴薯的間作效應(yīng)在玉米成熟后期,對(duì)尋甸玉米與馬鈴薯不同行比間作模式下玉米穗位葉下一張葉片死亡率和未死部分病斑率進(jìn)行調(diào)查分析,結(jié)果表明,玉米與馬鈴薯在1 ∶2、2 ∶2、3 ∶2、2 ∶7、2 ∶9的種植模式下的穗位葉下一張葉死亡率均低于凈作玉米,而且2 ∶9與凈作之間差異極
顯著,其他與凈作之間沒(méi)有顯著差異;在2 ∶1、2 ∶3、2 ∶5、5 ∶2、7 ∶2、9 ∶2、4 ∶4的種植模式下的穗位葉下一張葉死亡率均高于凈作玉米,而且4 ∶4與凈作之間差異極顯著,其他種植模式與凈作模式之間沒(méi)有顯著差異。所有間作模式下的玉米葉片未死部分病斑率均低于凈作,而且2 ∶1、2 ∶7、1 ∶2、2 ∶2 的種植模式與凈作之間差異極顯著,其他模式與凈作之間差異顯著,這些間作模式之間的未死部分病斑率差異不顯著(圖6)。
上述結(jié)果顯示,玉米與大豆、馬鈴薯在不同行比間作模式下都能夠有效延緩葉片衰老和死亡,并且還能夠有效控制病蟲(chóng)害的發(fā)生和傳播,但間作模式之間存在差異,總體而言,玉米與大豆、馬鈴薯不同行比間作還是能夠有效控制病蟲(chóng)害的發(fā)生和傳播。
2.3玉米大豆不同間作模式對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量的影響
由表1可見(jiàn),玉米與大豆間作后,間作玉米產(chǎn)量(千粒質(zhì)量)較玉米凈作有所提高,其中以間作模式2 ∶2提高最大,但是差異并不顯著。從表1中還可以看出,凈作玉米產(chǎn)量的降低來(lái)自30棒總質(zhì)量的減少。總的來(lái)說(shuō),本試驗(yàn)的間作模式有利于增加玉米的產(chǎn)量,雖然效果不是很明顯,但對(duì)整體產(chǎn)量的提高是非常有益的。
3結(jié)論與討論
本試驗(yàn)研究了玉米與大豆、馬鈴薯不同行比間作對(duì)玉米葉片衰老、產(chǎn)量和病蟲(chóng)害控制的影響,結(jié)果表現(xiàn),玉米與大豆、馬鈴薯間作能夠很好地延緩玉米葉片的衰老,提高玉米的產(chǎn)量,并且能夠有效控制和預(yù)防病蟲(chóng)害的發(fā)生和蔓延。這與Liu等研究不同特性的基因型玉米間作可以提高葉片的SOD、POD、CAT活性,增強(qiáng)清除氧自由基的能力,MDA保持較低水平,從而延緩衰老,增加玉米產(chǎn)量的結(jié)果[21]相一致。玉米與大豆、馬鈴薯不同行比間作,可能增加了間作群體間的生物多樣性,優(yōu)化了群體結(jié)構(gòu),改善了群體的通風(fēng)、透光狀況,增強(qiáng)了群體對(duì)環(huán)境的抗逆性,減少了玉米種間的競(jìng)爭(zhēng),增加了玉米葉片對(duì)光、水和肥的利用率,提高了光合效率,有效控制了玉米葉片衰老;鮑巨松等研究認(rèn)為,玉米要獲得高產(chǎn),必須延長(zhǎng)功能葉的壽命,以提高和保持較高同化率[25]。Quirino等研究發(fā)現(xiàn),誘導(dǎo)衰老的因素中,遮陰、溫度、光合作用及病原菌攻擊等都能夠很好地誘導(dǎo)葉片的衰老[26]。
農(nóng)業(yè)生物多樣性控制病蟲(chóng)害的原理和方法雖然還沒(méi)有搞清楚,但是多樣性種植控制病蟲(chóng)害的例子已經(jīng)很多了,本試驗(yàn)結(jié)果表明,將玉米與大豆、馬鈴薯這樣矮小的植物間作,可顯著減少玉米種內(nèi)之間對(duì)光、水和肥的競(jìng)爭(zhēng),減少葉片與葉片之間相互交叉,增加葉片對(duì)光的利用率,提高光合作用,同時(shí)間作還能夠很好地起到隔離帶的作用,能夠有效預(yù)防和控制病蟲(chóng)害的發(fā)生和蔓延,從而延緩葉片衰老。特別是與大豆間作,大豆能夠固氮為玉米提供營(yíng)養(yǎng),實(shí)現(xiàn)生態(tài)位的互補(bǔ),使得玉米植株能夠充分的獲得光、水和肥,提高光合利用率以及土地利用率,從而延緩葉片的衰老,提高作物產(chǎn)量。由于大部分病害都是玉米銹病,銹菌只生長(zhǎng)在活體植株上,凈作玉米葉片死亡率最大,未死部分最少,所以銹菌大量集中在未死部分,這也可能會(huì)加速葉片的衰老和死亡,再加上凈作玉米之間間隔小,容易相互傳播,而間作則與之相反,與大豆、馬鈴薯間作,不但延緩了葉片的衰老和死亡,還能夠有效控制病蟲(chóng)害的發(fā)生和蔓延。這與溫三明等的研究結(jié)果[22]相一致,多樣性種植能夠有效控制病蟲(chóng)害的發(fā)生和蔓延。
雖然多樣性種植對(duì)葉片衰老、產(chǎn)量和病蟲(chóng)害控制影響的分子機(jī)制方面的研究仍比較膚淺,尚未形成一套可以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的理論和技術(shù)體系,但是從宏觀上能夠很清晰地看到,多樣性種植,尤其像玉米與大豆、馬鈴薯這樣的間作模式能夠很好地延緩葉片的衰老,增加葉片的壽命,能夠維持較高的葉日積(LAI-D)[15],有利于提高群體的產(chǎn)量,除此之外,間作還能夠有效控制病蟲(chóng)害的發(fā)生和蔓延,減少因?yàn)椴∠x(chóng)害而導(dǎo)致減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。這在一定程度上為建立多樣性種植控制病蟲(chóng)害、提高作物產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)減災(zāi)穩(wěn)產(chǎn)的保健栽培技術(shù)提供了一定的理論依據(jù),有利于以后對(duì)這方面的研究,特別是對(duì)分子機(jī)理的研究,找到最佳的多樣性種植模式來(lái)控制病害、減緩衰老及增加作物產(chǎn)量,真正實(shí)現(xiàn)多樣性種植的價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
[1]劉巽浩. 中國(guó)耕作制度[M]. 北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1993:50-51.
[2]Braconnier S. Maize-coconut intercropping:effects of shade and root competition on maize growth and yield[J]. Agronomie,1998,18(5/6):373-382.
[3]Dupraz C,Simorte V,Dauzat M,et al. Growth and nitrogen status of young walnuts as affected by intercropped legumes in a mediterranean climate[J]. Agroforestry Systems,1998,43(1/2/3):71-80.
[4]Jolliffe P A,Wanjau F M. Competition and productivity in crop mixtures:some properties of productive intercrops[J]. Journal of Agricultural Science,1999,132(4):425-435.
[5]Trenbath B R. Intercropping for the management of pests and diseases[J]. Field Crops Research,1993,34(3/4):381-405.
[6]Sekamatte B M. Options for integrated management of termites (Isoptera:Termitidae) in smallholder maize-based cropping systems in Uganda[D]. Uganda:Makerere University,2001:289.
[7]Walker S,Ogindo H O. The water budget of rain fed maize and bean intercrop[J]. Physics and Chemistry of the Earth,2003,28(20):919-926.
[8]Ogindo H O,Walker S. Comparison of measured changes in seasonal soil water content by rainfed maize-bean intercrop and component cropping systems in a semi-arid region of southern Africa[J]. Physics and Chemistry of the Earth,2005,30:799-808.
[9]Sekamatte B M,Ogenga-Latigo M,Russell-Smith A. Effects of maize-legume intercrops on termite damage to maize,activity of predatory ants and maize yields in Uganda[J]. Crop Protection,2003,22(1):87-93.
[10]黃鵬,張恩和,柴強(qiáng). 施氮對(duì)新灌區(qū)不同間套種植模式產(chǎn)量及茬口養(yǎng)分特性的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào),2001,10(1):86-91.
[11]李隆,楊思存,孫建好. 春小麥大豆間作條件下作物養(yǎng)分吸收積累動(dòng)態(tài)的研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),1999,5(2):163.
[12]Zhang E,Li L,Huang G,et al. Regulation of fertilizer application on yield and root growth of spring wheat-faba bean intercropping system[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2002,13(8):939-942.
[13]中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M]. 北京:科學(xué)出版社,1985:58.
[14]崔俊明,宋長(zhǎng)江,盧道文,等. 不同類(lèi)型玉米雜交種高矮立體間作種植技術(shù)研究[J]. 雜糧作物,2005,25(4):253-257.
[15]李潮海,蘇新宏,孫敦立. 不同基因型玉米間作復(fù)合群體生態(tài)生理效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2002,22(12):2096-2103.
[16]Zhu Y Y,Chen H R,F(xiàn)an J H,et al. Genetic diversity and disease control in rice[J]. Nature,2000,406(6797):718-722.
[17]Leung H,Zhu Y Y,Revilla I M,et al. Using genetic diversity to achieve sustainable rice disease management[J]. Plant Disease,2003,87(2003):1156-1169.
[18]Fridley J D. Resource availability dominates and alters the relationship between species diversity and ecosystem productivity in experimental plant communities[J]. Oecologia,2002,132(2):271-277.
[19]Zhang X,Zhang L,Dong F,et al. Hydrogen peroxide is involved in abscisic acid-induced stomatal closure in Vicia faba[J]. Plant Physiology,2001,126(4):1438-1448.
[20]Zhu Y,F(xiàn)ang H,Wang Y,et al. Panicle blast and canopy moisture in rice cultivar mixtures[J]. Phytopathology,2005,95(4):433-438.
[21]Liu T X,Li C H,Ma X M,et al. Effects of maize intercropping with different genotypes on leaf senescence and grain yield and quality[J]. Journal of Plant Ecology,2008,32(4):914-921.
[22]溫三明,潘開(kāi)華,莊齊源,等. 生物多樣性控制魔芋及玉米病害試驗(yàn)[J]. 云南農(nóng)業(yè),2010(8):20-21.
[23]白海燕,馬建列. 利用生物多樣性持續(xù)有效地控制果園害蟲(chóng)[J]. 植物醫(yī)生,2003,16(4):14-16.
[24]方中達(dá). 植病研究方法[M]. 北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1979:6-10.
[25]鮑巨松,胡小平. 緊湊型玉米不同群體的冠層特征和物質(zhì)生產(chǎn)關(guān)系的研究[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),1992(2):25-29.
[26]Quirino B F,Noh Y S,Himelblau E,et al. Molecular aspects of leaf senescence[J]. Trends in Plant Science,2000,5(7):278-282.楚文琢,彭雙強(qiáng),廖曉蘭,等. 銅綠假單胞菌SU8發(fā)酵液與乙蒜素混配對(duì)草莓灰霉病的防效[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,45(6):79-83.
doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.019