間作對(duì)玉米磷、鐵、鋅和鈣素吸收及其在植株體內(nèi)轉(zhuǎn)移分配的影響

夏海勇+孔瑋琳+薛燕慧+湯艷艷+汪寶卿+劉開(kāi)昌+萬(wàn)書(shū)波

摘要：為進(jìn)一步明確玉米/花生間作對(duì)玉米磷、鐵、鋅和鈣素吸收及其在植株體內(nèi)轉(zhuǎn)移分配的影響規(guī)律，為間套作生產(chǎn)體系的健康發(fā)展提供理論指導(dǎo)，于2015年生長(zhǎng)季在田間條件下通過(guò)設(shè)置不同間作玉米株距（10、13、16、20 cm和27 cm）和玉米常規(guī)單作（27 cm）處理，研究其對(duì)玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)，玉米中磷、鐵、鋅、鈣素這四種元素的吸收量、收獲指數(shù)、體內(nèi)利用效率及其在玉米籽粒和莖葉中質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。結(jié)果表明，間作明顯提高玉米對(duì)土壤中這四種元素的吸收量；隨間作玉米株距縮小，即種植密度增加，這些元素的吸收量有增加的趨勢(shì)。而這四種元素的收獲指數(shù)均不受間作的影響。間作玉米株距在非增密時(shí)，對(duì)磷素表現(xiàn)出奢侈吸收特征。間作導(dǎo)致籽粒和莖葉磷的“富集”；隨玉米株距的增加，即種植密度降低，莖葉磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。而隨玉米株距的增加，間作玉米籽粒鐵和鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)出一定的“稀釋效應(yīng)”。

關(guān)鍵詞：間作；玉米；花生；元素吸收；轉(zhuǎn)移分配

中圖分類(lèi)號(hào)：S344.2：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2017）07-0086-05

Abstract We want to better understand the effect law of intercropping of maize with peanut on the absorption of phosphorus （P）， iron （Fe）， zinc （Zn） and calcium （Ca） from soil and translocation to grain in maize. It would provide theoretical guidance for the healthy development of intercropping production system. So we designed the treatments， including different planting distances of 10， 13， 16， 20 and 27 cm for intercropped maize and 27 cm for mono-cropped maize. Then their effects on maize grain yields and harvest indexes， and also the absorption amounts， harvest indexes， plant-internal use efficiency and mass fraction in grain and straw of maize of P， Fe， Zn and Ca were studied at growing season in 2015 in field. The results showed that intercropping obviously increased the acquisition amounts of maize to P， Fe， Zn and Ca， and the acquisition amounts increased with the narrow of planting distance of intercropped maize. The harvest indexes of the 4 elements were not affected by intercropping. When the planting distance of intercropped maize was the same as mono-cropped maize， the intercropped maize showed the characteristic of P luxury absorption. Intercropping led to enrichment of P in grains， stems and leaves. With the increase of planting distance of intercropped maize， the mass fraction of P in stems and leaves increased， but the mass fraction of Fe and Zn in grain showed a dilution effect.

Keywords Intercropping； Maize； Peanut； Nutrient absorption； Translocation and allocation

磷（P）、鐵（Fe）、鋅（Zn）和鈣（Ca）是玉米正常生長(zhǎng)和發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素，籽粒中這些營(yíng)養(yǎng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響動(dòng)物和人體健康。間套作作為一種有效的農(nóng)藝措施，有助于改善土壤中難溶性養(yǎng)分如磷、鐵和鋅的活化、吸收及植株體的營(yíng)養(yǎng)狀況。過(guò)去的十多年里，磷素吸收優(yōu)勢(shì)在小麥/玉米和蠶豆/玉米等間套作體系中的研究得到了特別的關(guān)注和重視[1-6]；另外，石灰性土壤上，禾本科與花生間作改善花生籽粒鐵和鋅營(yíng)養(yǎng)的生理及分子生態(tài)機(jī)制持續(xù)得到學(xué)者的研究重視，取得了一系列研究進(jìn)展[7-9]。而關(guān)于玉米籽粒磷、鐵、鋅和鈣濃度及其收獲指數(shù)和體內(nèi)利用效率，即在植株體內(nèi)的轉(zhuǎn)移分配情況，如何受間作套種影響的研究報(bào)道還比較少見(jiàn)。筆者最近在西北（甘肅）地區(qū)開(kāi)展的研究，首次報(bào)道了間套作顯著提高玉米籽粒磷濃度，與油菜、蠶豆、鷹嘴豆套作和與大豆間作的玉米平均籽粒磷濃度分別比單作高出19.8%、13.0%、17.2%和12.0%，而收獲指數(shù)和磷素收獲指數(shù)均無(wú)顯著變化；此外，間套作明顯降低玉米體內(nèi)磷素利用效率，與油菜、蠶豆、鷹嘴豆和大豆間套作玉米平均體內(nèi)磷素利用效率分別比單作降低15.9%、9.6%、14.9%和8.5%[10]?；谏鲜龉ぷ鳎P者首次報(bào)道了相對(duì)于單作玉米，與蠶豆、鷹嘴豆和大豆間套作的玉米地上部植株Fe、Mn、Cu和Zn的吸收量顯著增加，而籽粒微量元素濃度顯著降低，表現(xiàn)出“稀釋效應(yīng)”，主要是從營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移或再活化的比例降低所致，這可能與相應(yīng)的玉米衰老進(jìn)程減緩有關(guān)[11]。

玉米/花生間套作被認(rèn)為是在黃淮海平原緩解糧油爭(zhēng)地矛盾的一種重要種植方式，能夠提高我國(guó)油脂油料自給能力，提高土地利用效率，增加農(nóng)民收益，尤其對(duì)種植大戶(hù)、家庭農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社具有廣闊的應(yīng)用前景[12]。2015年8月7日，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的意見(jiàn)》[國(guó)辦發(fā)（2015）59號(hào)文]，提出重點(diǎn)在東北和黃淮海地區(qū)推廣玉米花生間作套種模式，科學(xué)合理利用耕地資源，促進(jìn)種地養(yǎng)地結(jié)合。與花生間作對(duì)玉米P、Fe、Zn和Ca這四種元素吸收及其在莖稈和籽粒中轉(zhuǎn)移分配的影響目前尚未見(jiàn)報(bào)道。黃淮海平原玉米/花生間作的情況與我們之前在甘肅的研究是否存在統(tǒng)一的規(guī)律及其差異值得研究。

因此，本研究擬率先報(bào)道玉米/花生間作條件下玉米P、Fe、Zn和Ca的吸收情況、在籽粒中的濃度以及相應(yīng)收獲指數(shù)和體內(nèi)利用效率等指標(biāo)相對(duì)于單作的變化，為間套作玉米體內(nèi)養(yǎng)分元素累積利用和籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)變化分析提供理論依據(jù)，對(duì)間套作生產(chǎn)體系發(fā)展提供實(shí)際指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

夏玉米/夏花生全生育期間作試驗(yàn)在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所濟(jì)南試驗(yàn)站（36°42′N(xiāo)， 117°4′E；海拔48 m）進(jìn)行，該地區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年均溫度13.6℃，年均降水量約625 mm。砂壤土，pH 值7.7， 0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量2.1%，水解氮45.0 mg/kg，速效磷14.8 mg/kg，交換性鉀163.0 mg/kg。供試玉米品種為魯單818，花生品種為花育25號(hào)，均為適宜在黃淮海地區(qū)種植推廣的優(yōu)良品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

種植模式共計(jì)6種，分別為：玉米單作和玉米/花生行比2∶4間作（包括1種玉米常規(guī)間作和4種玉米縮小株距增密間作處理），重復(fù)3次。

玉米單作處理中，玉米行距60 cm，株距27 cm，種植密度為61 728株/hm2，小區(qū)面積8.0 m×5.0 m=40 m2。玉米/花生間作處理中，每個(gè)作物組合種植帶包含2行玉米（行距60 cm）和4行花生（行距20 cm），玉米行與花生行的間距為40 cm，帶寬2.0 m；其中，玉米面積占整個(gè)間作區(qū)域的60%，花生占40%。玉米常規(guī)間作株距設(shè)置為27 cm，種植密度為37 037株/hm2（對(duì)整個(gè)間作體系而言，包含花生所占土地面積），4種增密間作處理的株距設(shè)置分別為20、16、13 cm和10 cm，相應(yīng)種植密度分別為50 000、62 500、76 923、100 000株/hm2（算法同上）。間作花生穴距統(tǒng)一為20 cm，種植密度為100 000穴/hm2（對(duì)整個(gè)間作體系而言，包含玉米所占土地面積）。每個(gè)間作小區(qū)面積8.0 m × 5.0 m= 40 m2，共包含4個(gè)作物組合帶。

6月20日，花生和玉米同時(shí)播種，10月5日同時(shí)收獲。基施腐熟畜禽糞肥6 750 kg/hm2。氮肥用尿素（N 46%），花生基施（N）112.5 kg/hm2。玉米純氮用量為225 kg/hm2，分為基施和追施，基肥用量和方法與花生相同；追肥時(shí)期為大喇叭口期，施入量為112.5 kg/hm2，在玉米行間追施。每次施用尿素結(jié)合翻耕、開(kāi)溝覆土或灌水。磷肥用過(guò)磷酸鈣，基施（P2O5）60 kg/hm2。鉀肥用硫酸鉀，基施（K2O）120 kg/hm2。作物生長(zhǎng)期間，充足灌水，及時(shí)除草、防治病蟲(chóng)害，并適時(shí)鋤地松土。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

玉米成熟收獲時(shí)，每個(gè)單作或間作小區(qū)收獲2行緊鄰的玉米，用以測(cè)定籽粒產(chǎn)量和地上部生物量。元素測(cè)定前，植株樣品分為籽粒和秸稈兩部分（手工脫粒以防止機(jī)器對(duì)植株體微量元素造成污染），并分別用去離子水洗凈，經(jīng)65～70℃、 72 h 烘干后用不銹鋼研磨機(jī)（中國(guó)北京環(huán)亞天元機(jī)械技術(shù)有限公司制造，型號(hào)HY-04B）進(jìn)行粉碎，然后經(jīng)HNO3∶H2O2（6 mL∶2 mL）由微波消煮爐（CEM， Matthews， NC， USA）消煮。消煮液中P、Fe、Zn和Ca的濃度由等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES， OPTIMA 3300 DV， Perkin-Elmer， USA）測(cè)定。在每批消煮測(cè)定過(guò)程中，設(shè)置空白樣和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品（荷蘭瓦格寧根大學(xué) Wageningen 籽粒樣品 IPE556 和秸稈樣品 IPE883），以保證分析質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

利用SAS 8.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，用最小顯著性差異法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)

由表1可以看出，相對(duì)于單作，間作顯著提高玉米凈面積籽粒產(chǎn)量，增幅達(dá)34.2%～62.6%。間作玉米籽粒產(chǎn)量與玉米株距之間呈顯著性負(fù)相關(guān)（r=-0.916， P=0.029； n=15），即間作玉米種植密度越大，籽粒產(chǎn)量越高。收獲指數(shù)在間作玉米株距為10 cm時(shí)顯著低于其它處理。相關(guān)性分析表明，間作玉米收獲指數(shù)與玉米株距之間呈邊緣性顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.823， P=0.087； n=15），說(shuō)明隨間作玉米種植密度的增加，干物質(zhì)向籽粒分配的比例降低，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)影響籽粒的形成，這與筆者田間觀(guān)察發(fā)現(xiàn)株距在10 cm時(shí)玉米棒出現(xiàn)較多畸形的情況相符。

2.2 間作對(duì)玉米磷吸收及向籽粒轉(zhuǎn)移分配的影響

由表2和表3可以看出，相對(duì)于單作，間作能大幅度提高玉米對(duì)土壤中磷的吸收量，且隨間作玉米種植密度增加即株距縮小，磷吸收量有增加的趨勢(shì)。這與籽粒產(chǎn)量增加有關(guān)，相關(guān)性分析表明，間作玉米籽粒產(chǎn)量與相應(yīng)磷吸收量之間呈顯著性正相關(guān)（r=0.565， P=0.028； n=15）。磷收獲指數(shù)在所有處理之間均無(wú)顯著性差異。間作玉米磷體內(nèi)利用效率在株距為27 cm時(shí)顯著低于單作，其它處理間均無(wú)顯著性差異。與單作相比，間作玉米籽粒磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加。間作玉米莖葉磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與玉米株距之間呈顯著性正相關(guān)（r=0.638， P=0.011； n=15），即玉米株距越大，莖葉磷濃度越大。

上述結(jié)果表明，與花生間作能增強(qiáng)玉米對(duì)土壤磷的吸收能力，而并未影響其在籽粒和莖葉的分配比例；磷的吸收量越多，莖葉中的含量多，籽粒中的含量也多。間作玉米株距在27 cm時(shí)表現(xiàn)出磷的奢侈吸收特征，即過(guò)多的磷素累積在植株體內(nèi)。間作導(dǎo)致籽粒磷“富集”，隨玉米株距的增加，莖葉磷“富集效應(yīng)”越明顯。

2.3 間作對(duì)玉米鐵吸收及向籽粒轉(zhuǎn)移分配的影響

由表3和表4可以看出，相對(duì)于單作，間作均能大幅度提高玉米對(duì)土壤中難溶性鐵的吸收量，且隨間作玉米種植密度增加即株距縮小，鐵吸收量有增加的趨勢(shì)。這與籽粒產(chǎn)量增加有關(guān)，相關(guān)性分析表明，間作玉米籽粒產(chǎn)量與相應(yīng)鐵吸收量之間呈邊緣顯著性正相關(guān)（r=0.491， P=0.063；n=15）。鐵收獲指數(shù)和體內(nèi)利用效率在所有處理之間均無(wú)顯著性差異。與單作相比，間作玉米籽粒鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)和莖葉鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著性變化。間作玉米籽粒鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)與玉米株距之間呈顯著性負(fù)相關(guān)（r=-0.525， P=0.044； n=15），即玉米株距越大，籽粒鐵濃度越低。間作玉米籽粒鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在株距為27 cm，即常規(guī)間作時(shí)，顯著低于株距縮小為10 cm的情況；間作玉米莖葉鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不同株距之間無(wú)顯著性差異。

上述結(jié)果表明，與花生間作也能增強(qiáng)玉米對(duì)土壤鐵的吸收能力，而并未影響其在籽粒和莖葉的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；鐵的吸收量越多，支撐更大的植株體，莖葉中的含量多，籽粒中的含量也多。隨玉米株距的增加，間作玉米籽粒鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在一定的“稀釋效應(yīng)”。

2.4 間作對(duì)玉米鋅吸收及向籽粒轉(zhuǎn)移分配的影響

表3和表5看出，相對(duì)于單作，間作能大幅度提高玉米對(duì)土壤中難溶性鋅的吸收量，相關(guān)性分析表明，間作玉米總鋅吸收量與玉米株距之間呈邊緣顯著性負(fù)相關(guān)（r=-0.512， P=0.051； n=15），即間作玉米種植密度越大，鋅吸收量越多。這與籽粒產(chǎn)量增加有關(guān)；間作玉米籽粒產(chǎn)量與相應(yīng)鋅吸收量之間呈極顯著性正相關(guān)（r=0.888， P<0.01； n=15）。鋅收獲指數(shù)和體內(nèi)利用效率在所有處理之間均無(wú)顯著性差異。與單作相比，間作玉米籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)和莖葉鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著性變化。間作玉米籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)與玉米株距之間呈極顯著性負(fù)相關(guān)（r=-0.648， P=0.009； n=15），即玉米株距越大，籽粒鋅濃度越低。間作玉米籽粒鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在株距為27 cm，即常規(guī)間作時(shí)，顯著低于株距分別縮小為16 cm和10 cm的情況；間作玉米莖葉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在株距為16 cm時(shí)顯著低于27、20 cm和13 cm的情況。

上述結(jié)果表明，與花生間作能增強(qiáng)玉米對(duì)土壤鋅的吸收能力，而并未影響其在籽粒和莖葉的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；鋅的吸收量越多，支撐更大的植株體，莖葉承載的量多，籽粒承載的量也多。隨玉米株距的增加，間作玉米籽粒鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在一定的“稀釋效應(yīng)”。間作玉米莖葉鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不同株距之間存在一定差異有待于進(jìn)一步研究。

2.5 間作對(duì)玉米鈣吸收及向籽粒轉(zhuǎn)移分配的影響

由表3和表6可以看出，相對(duì)于單作，間作均能提高玉米對(duì)土壤中鈣的吸收量，隨間作玉米密度增加即株距縮小，鈣吸收量有增加的趨勢(shì)。這與籽粒產(chǎn)量增加有關(guān)，相關(guān)性分析表明，間作玉米籽粒產(chǎn)量與相應(yīng)鈣吸收量之間呈極顯著性正相關(guān)（r=0.699， P=0.004； n=15）。鈣收獲指數(shù)、體內(nèi)利用效率、籽粒和莖葉鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在單作和間作之間均無(wú)顯著性差異。上述結(jié)果表明，與花生間作能增強(qiáng)玉米對(duì)土壤鈣的吸收能力，而并未影響其在籽粒和莖葉的分配比例，且不存在奢侈吸收特征；鈣吸收的多，支撐更大的植株體，往莖葉分配的量多，往籽粒分配的也多。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，間作能大幅度提高玉米對(duì)土壤中鈣素和難溶性磷、鐵、鋅的吸收能力，隨間作玉米株距縮小即種植密度增加，這些元素的吸收量有增加的趨勢(shì)，這主要與間作玉米籽粒產(chǎn)量隨種植密度增加而增加的原因有關(guān)。

磷、鐵、鋅和鈣這四種元素的收獲指數(shù)均不受間作的影響，即間作并不能影響它們?cè)谧蚜：颓o葉中的分配比例；元素吸收量越多，其在莖葉分配的量多，在籽粒中分配的量也多。

間作玉米株距在27 cm時(shí)表現(xiàn)出磷的奢侈吸收特征，即過(guò)多的磷素累積在植株體內(nèi)；其它元素/處理均未表現(xiàn)出奢侈吸收行為，吸收的量多，能支撐更大的植株體。

與單作玉米相比，間作導(dǎo)致籽粒和莖葉磷的“富集”，這與筆者之前在西北地區(qū)開(kāi)展的研究結(jié)果吻合[10]；隨玉米株距的增加，莖葉磷“富集效應(yīng)”越明顯。而微量元素鐵和鋅的表現(xiàn)則與大量元素磷截然不同，隨玉米株距的增加，間作玉米籽粒鐵和鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在一定的“稀釋效應(yīng)”。筆者之前在西北地區(qū)的研究中，“稀釋效應(yīng)”主要由鐵和鋅從營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移或再活化的比例降低所致，可能與相應(yīng)的間作玉米衰老進(jìn)程減緩有關(guān)，而本研究發(fā)現(xiàn)，“稀釋效應(yīng)”主要由種植密度的縮減所引起，與間作玉米產(chǎn)量和元素收獲指數(shù)變化無(wú)關(guān)[11]。鈣元素則不受影響。

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