青贮玉米与饲用谷子间作对产量相关性状的影响

孙颖琦，王钰文，范晓庆，张靓瑶，郭 江，瓮巧云，刘颖慧，赵治海，王晓明，袁进成

（1.河北北方学院, 河北 张家口 075000；2.张家口市农业科学院, 河北 张家口 075000）

青贮玉米(Zea mays)是指在乳熟期或蜡熟初期收获的玉米茎、叶片以及果穗作为牛、羊等草食性牲畜饲料的专用玉米品种，是发展畜牧业不可或缺的优质饲料来源[1]。谷子(Setaria italica)是一种重要的粮食和牧草兼用作物，谷子经加工去壳后成为人类可食用的营养价值丰富的粮用作物，加工剩下的谷糠则作为鸡、鸭等禽类的精饲料，秸秆作为我国传统的优良饲草，在我国社会发展中起重要作用[2]。间作是农作物种植上在时间和空间上的高度集约化，可以充分利用水、温、光效应，适宜的间作模式有利于发挥作物最大的生产效益[3]。程彬等[4]对青贮玉米与大豆(Glycine max)带状间作研究发现，‘正红505’青贮玉米与‘川豆18’间作可提高生物产量。瓮巧云等[5]认为青贮玉米与大豆2 ∶ 1 种植，可以改良土壤和根际微生物，淀粉含量比青贮玉米单作多3.2%。王瑞雪等[6]对青贮玉米与大豆间作研究发现，间作下作物磷吸收与有效磷的线性关系斜率比单作有所上升。

冀西北地处华北平原与内蒙古高原的过渡地带，是典型的杂粮种植区和畜牧产业发展区，该地区地形复杂，水资源短缺，生态环境类型多样[7]。冀西北地区在“十三五”时期被指定为生态涵养区，在京津冀协同发展中占据不可替代的生态战略地位[8]。相关研究表明，随着全球气候变暖，冀西北地区温度也逐渐上升，降水量逐年减少，会降低该地区作物的生长势，但间作能提高作物对气候变化的适应或抵抗能力。随着我国畜牧业，特别是奶牛、羊等食草性动物养殖产业的迅猛发展，诸多乳制品企业在冀西北地区建立养殖基地，对优质饲草料的需求量显著增加[7-8]。青贮玉米和饲用谷子作为该地区主要饲料作物，扮演着至关重要的角色。一直以来，青贮玉米在生产过程中，种植模式单一，多为单作或混合播种种植，蛋白质含量低、氨基酸比例不平衡，营养成分不全面，需要补充豆科等高蛋白饲料[9]。饲用谷子抗旱、耐瘠薄，含有丰富的氨基酸和矿物质，糖分含量高，利于青贮饲料发酵[10]。本试验探讨青贮玉米和饲用谷子间作的种植模式，研究新的种植模式对青贮玉米与饲用谷子产量相关因子的影响，为冀西北地区土地、资源高效利用提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年5 月15 日在河北省张家口市农业科学院沙岭子试验基地(40.55° N，115.02° E)进行，该地区年均降水量约400 mm，7 月—8 月降水量占全年降水量的60%左右，雨热同季。土壤类型为淡栗钙土，质地为壤土，pH 8.01。

1.2 试验材料

供试材料为玉米‘郑单958’(M)、谷子‘饲用1号’(G1)与‘饲用5 号’(G2)由张家口市农业科学院提供。

1.3 试验设计

采用随机区组试验设计，设4 种种植模式，分别为，青贮玉米单作 (M)、饲用谷子单作 (S)、青贮玉米与饲用谷子间作模式(MS24 和MS44)。MS24处理：采用2 行青贮玉米、4 行饲用谷子的种植模式，青贮玉米行距0.6 m，株距0.19 m；饲用谷子行距0.3 m，株距0.1 m，一个间作带宽2.3 m。MS44 处理株行距同MS24，一个间作带宽3.5 m。单作作物均为等行距播种，株行距与间作时相同，青贮玉米栽植密度9 万株·hm-2，饲用谷子33 万株·hm-2。试验每个小区面积10 m × 3.24 m，3 次重复。播前整地，施入底肥，其他管理同大田栽培管理。

1.4 指标测定

1.4.1 农艺性状的测定

株高：每小区随机选取3 株生长健壮且无病虫害植株，分别于青贮玉米和饲用谷子生育时期测定。其中：青贮玉米在抽雄期以前，用卷尺测量茎基部到最高叶尖端位置，雄穗露出以后则测量植株茎基部到雄穗顶端的位置；饲用谷子于抽穗前测量茎秆基部到最高尖端的高度，抽穗后则测量茎秆基部到谷穗顶端的长度[11]。

茎粗：在作物的主要生育期，利用游标卡尺分别测量青贮玉米与饲用谷子植株茎秆第1 节间中部扁平位置，读取并记录数值。

鲜、干重测定：青贮玉米在收获时期从每小区随机选取3 株植株，按器官(茎、叶、叶鞘、雄穗、雌穗、苞叶)分解；饲用谷子每小区随机选取3 植株收获，按器官(茎、叶、叶鞘、穗)分开，利用天平称取各部分器官的青体重量，将称重后的各器官装入牛皮纸袋，做好标记以防混淆，于101-1AB 型电热鼓风干燥箱105 ℃杀青30 min，调温80 ℃烘干至恒重，利用电子天平称取各器官干重并准确记录数值。

叶面积指数及叶绿素的测定：分别于青贮玉米和饲用谷子生育时期测定。每小区随机选取3 株无病虫害的样品，利用手持式YMJ-B 叶面积测定仪测量植株的叶面积。

叶面积指数为单位土地面积上的总叶面积占单位土地面积之比。

叶绿素：各生育时期于每小区随机选取3 株具有代表性的植株挂牌标记，植株穗位叶选取9 个点利用SPAD-502 叶绿素含量测定仪进行检测，取平均值。

光合势(leaf area duration, LAD, m2·d)是各生育期内的平均叶面积与该生育日期的乘积。

LAD=(L2-L1)×(T2-T1)。

式中：L为叶面积，T为时间。

1.4.2 产量的测定

分别于不同收获时期取样，每个小区去掉每行两端各5 株及两侧边行后，测定等面积的单作、间作的地上部分青贮玉米和饲用谷子的青体产量，后取5 株样品，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重。烘干后测定干物质量和含水量，折算出单位面积生物产量。

1.5 数据处理与分析

利用Excel 2010 及Origin 2018 软件进行数据整理分析与作图，采用SPSS 25.0 统计软件对数据进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同间作模式对青贮玉米和饲用谷子生育进程的影响

不同间作模式下的生育进程表明，青贮玉米‘郑单958’从播种到蜡熟期需要113 d 左右(图1)，谷子‘饲用1 号’和‘饲用5 号’从播种到成熟均需要130 d左右。‘郑单958’开花期后生长较快，从灌浆期到乳熟期需要9 d 左右；‘饲用1 号’和‘饲用5 号’从播种到抽穗需要75～77 d，抽穗后开花较快。不同种植方式及种植方式对‘郑单958’‘饲用1 号’和‘饲用5 号’的生育进程没有明显的影响，间作模式下两种作物与单播相比，生育进程几乎相同。

图1 不同间作模式下青贮玉米和饲用谷子的生育期Figure 1 Growth periods of silage maize and feeding millet under different intercropping patterns

2.2 不同间作模式对青贮玉米和饲用谷子株高的影响

如图2 所示，不同种植模式下，青贮玉米与饲用谷子G1组合，青贮玉米在灌浆期MS44 株高达到最高，为291.8 cm，其次为蜡熟期MS24，为290.2 cm；青贮玉米与‘饲用5 号’组合，不同种植方式玉米的株高除拔节期和开花期外均表现为MS44 ＞MS24 ＞ M，MS24 和MS44 的株高均在乳熟期最高，分别为270.9 和288.7 cm。

图2 不同间作模式下青贮玉米的株高Figure 2 Plant height of silage maize under different intercropping patterns

‘饲用1 号’不同生育时期下，拔节期株高显著低于其他时期，开花期、灌浆期、成熟期差异不显著(P＞ 0.05) (图3)，不同间作模式下‘饲用1 号’各生育期株高除成熟期外均表现为MS24 ＞ MS44 ＞ S，其中，在灌浆期MS24 株高最高，为191.6 cm；‘饲用5 号’不同生育时期下，拔节期株高显著低于其他时期，灌浆期和成熟期差异不显著(P＞ 0.05)，随着生育进程加快，成熟期‘饲用5 号’单作株高最高(217.8 cm)，MS24 为217.0 cm，MS44 为209.2 cm。

图3 不同种植方式种植下饲用谷子的株高Figure 3 Plant height of forage millet under different intercropping patterns

2.3 不同间作模式对青贮玉米和饲用谷子茎粗的影响

在整个生育期内，不同种植比例对青贮玉米茎粗影响明显(图4)。同一间作模式，单作青贮玉米蜡熟期显著高于其他时期(P＜ 0.05)。茎粗随生育进程推进总体上逐渐增大，最大茎粗出现在玉米与‘饲用1 号’间作MS24 模式的蜡熟期，为33.6 cm。

图4 不同种植方式种植模式下青贮玉米的茎粗Figure 4 Stem diameter of silage maize under different intercropping patterns

饲用谷子不同生育期茎粗差异明显(图5)。‘饲用1 号’不同种植方式的茎粗性状随生育期推迟变化趋势不一致。单作茎粗在生育期内呈先上升后下降的趋势，抽穗期到开花期变幅最大；间作MS44 茎粗变化趋势与单作茎粗变化表现相同，抽穗期到开花期达到最大变幅。‘饲用5 号’不同种植模式茎粗变化趋势不相同，单作呈先上升后缓慢下降的变化趋势，在开花期茎粗达到最大值，为9.78 cm；MS44 茎粗变化为先下降再上升最后下降的趋势，与单作一样茎粗表现相同，在开花期达到峰值，为11.22 cm；MS24 茎粗为先上升后缓慢下降再上升后下降的变化趋势。

图5 不同种植方式种植模式下饲用谷子的茎粗Figure 5 Stem diameter of forage millet under different intercropping patterns

2.4 不同间作模式对青贮玉米和饲用谷子光合性能的影响

2.4.1 叶面积指数的影响

叶面积指数(LAI)是评价作物生长发育状况的重要指标，与作物产量的形成密切相关。不同种植模式下青贮玉米LAI 变化情况表明，青贮玉米LAI与两个谷子品种间作均呈先上升后下降的趋势(图6)，在开花期达到最大，间作MS24、MS44 的LAI 均大于青贮玉米单作(M)处理，其中，MS24 开花期LAI分别为5.14 (G1)和4.62 (G2)，比M 处理高42% (G1)和27% (G2)；MS44开花期分别为3.88 (G1)和4.85 (G2)，比M 处理高7% (G1)和34% (G2)。

图6 不同种植方式下青贮玉米各生育时期内的叶面积指数Figure 6 Leaf area index of silage maize at different growth stages under different planting patterns

两个饲用谷子品种的LAI 在拔节期到抽穗期呈上升趋势，从抽穗期到开花期呈下降趋势，最后从开花期到成熟期又呈逐渐上升趋势(图7)。成熟期‘饲用1 号’与玉米间作MS24 和MS44 模式的LAI较单作(S)处理分别提高了10.85%和降低了30.61%，‘饲用5 号’与玉米间作MS24、MS44 的LAI 较单作处理分别降低了0.50%和提高了0.56%。

图7 不同种植方式下饲用谷子各生育时期内的叶面积指数Figure 7 Leaf area index of forage millet at different growth stages under different planting patterns

2.4.2 光合势的影响

与不同品种饲用谷子的不同种植方式下，青贮玉米光合势差异明显(图8)，均呈先上升后下降的变化趋势，都在大口期到开花期达到峰值。在大口期到开花期，青贮玉米和‘饲用1 号’在MS24 种植模式光合势最高，为28.92 m2·d，比单作高显著28%，比MS44 模式(P＞ 0.05)高20%，MS44 模式下光合势比玉米单作处理高6%显著。在大口期到开花期，不同种植比例、不同品种下青贮玉米和‘饲用5 号’在MS44种植模式光合势最大，为26.28 m2·d，比玉米单作显著高16% (P＜ 0.05)，比MS24 显著高35% (P＜ 0.05)，玉米单作光合势比MS24 模式显著高16% (P＜ 0.05)。

图8 不同种植方式对青贮玉米光合势变化的影响Figure 8 Effects of different intercropping patterns on photosynthetic potential of silage maize

两个饲用谷子品种于不同种植方式下光合势差异不显著(P＞ 0.05)，均呈现先下降后上升的变化趋势(图9)，‘饲用1 号’在拔节期到抽穗期出现峰值，S、MS44 均达到最大，较MS24 高3.23%。‘饲用5 号’在灌浆期到成熟期光合势达到最大，MS24、MS44 达到峰值，较S 处理高33.33%。

图9 不同种植方式对饲用谷子光合势变化的影响Figure 9 Effects of different intercropping patterns on the photosynthetic potential of feeding millet

2.4.3 叶绿素含量的影响

不同种植方式下青贮玉米叶绿素含量有明显差异(图10)。除开花期M ＞ MS44 外，间作处理下青贮玉米叶绿素含量都优于青贮玉米单作，除拔节期MS24 外，青贮玉米的叶绿素含量均在灌浆期达到最大值，叶绿素含量表现为MS24 ＞ MS44 ＞ M，G1和G2的MS24 叶绿素含量分别为66.45 和66.94，分别比MS44 高出7%和3%，比M 高出9%和10%。

图10 不同种植方式下青贮玉米各生育期的叶绿素含量Figure 10 Chlorophyll content of silage maize at different growth stages under different intercropping patterns

‘饲用1 号’除抽穗期外，其他物候期不同种植方式下叶绿素含量差异均不显著(P＞ 0.05) (图11)，‘饲用5 号’除拔节期外，在不同种植方式下叶绿素含量有显著性差异(P＜ 0.05)。‘饲用1 号’与‘饲用5 号’在灌浆期均达到最大值，‘饲用1 号’叶绿素含量表现在MS44 ＞ MS24 ＞ S，MS44 叶 绿 素 含 量 最 大，为64.92，较S 和MS24 模式提高4.75%和1.83%，MS24模式叶绿素含量比S 高2.87%。‘饲用5 号’叶绿素含量表现与‘饲用1 号’相一致，灌浆期MS44 模式最大为60.92，比MS24 和S 分别高出8.07% 和14.08%，MS24 的叶绿素含量为56.37，比S 处理高5.56%。

图11 不同种植方式下饲用谷子各生育期的叶绿素含量Figure 11 Chlorophyll content of forage millet at different growth stages under different intercropping patterns

2.5 不同种植模式对青贮玉米和饲用谷子干物质积累的影响

不同种植模式对青贮玉米干物质积累影响明显(图12)。随生育进程推迟，青贮玉米干物质积累均呈逐步上升趋势。不同种植方式大部分较单作增加了青贮玉米的干物质积累量，在与两个谷子品种间作下，青贮玉米开花前期干物质积累以茎叶为主，叶在干物质积累总量中占比最大，开花后期逐渐向果穗输送营养物质，显著增加青贮玉米后期的干物质积累量。同一品种不同种植模式比较，与‘饲用1 号’间作，除开花期和乳熟期外，青贮玉米单株最大干物质积累量均表现为MS24 ＞ MS44 ＞ M，蜡熟期MS24 和MS44 单株干物质积累量较M 处理分别显著增加了58.93% 和43.99%；与‘饲用5 号’间作，除拔节期和灌浆期外，单株干物质积累量与‘饲用1 号’间作干物质积累量一致，蜡熟期MS24、MS44单株干物质积累量较M 处理分别显著增加了50.02%和27.77%。同一间作模式下，青贮玉米与G1品种间作，全株干物质积累量优于与G2品种间作。

图12 不同种植模式对青贮玉米干物质积累动态的影响Figure 12 Effects of different planting patterns on dry matter accumulation dynamics of silage maize

不同种植模式下两个饲用谷子品种均在成熟期达到单株干物质积累量最高峰(图13)。‘饲用1 号’在不同间作模式除灌浆期，单株干物质积累量优于饲用谷子单作。在全生育期内，S、MS24、MS44 单株干物质积累量均呈逐上升趋势，成熟期MS24和MS44模式下全株干物质积累量较单作处理分别增加了53.43%和13.62%。‘饲用5 号’在不同种植模式下单株干物质积累量峰值出现在成熟期。MS24 和MS44模式下单株干物质积累量较单作处理分别减少了20.3%和增加了3.56%。MS44 单株干物质积累量最佳。在整个生育期内，饲用谷子在各生长阶段的单株干物质积累量都低于青贮玉米。

图13 不同种植比例对饲用谷子干物质积累动态的影响Figure 13 Effects of different planting patterns on dry matter accumulation dynamics of forage Millet

2.6 不同种植模式对青贮玉米和饲用谷子总产量的影响

不同种植比例青体产量和生物产量有明显差异(表1)。青贮玉米和饲用谷子单作的青体产量随熟期推迟呈上升趋势，均在蜡熟期收获最大，M、G1、G2分别为119.58、89.10 和86.17 t·hm-2。青贮玉米与‘饲用1 号’间作，间作处理MS24、MS44 比单作处理M 分别提高18.79% 和10.86%，较单作处理S 分别提高59.43% 和48.74%。具体表现为MS24 ＞MS44 ＞ M ＞ S。与‘饲 用5 号’种 植 方 式 中MS24、MS44 比S 分别上升36.59%、34.57%，处理MS44 比MS24 青体产量减少了1.5%。‘饲用1 号’间作处理中生物产量均表现为MS24 ＞ MS44 ＞ S ＞ M，处理MS24 比处理MS44 高出20.78%，间作处理MS44 较单作M、S 分别高出41.65%、16.69%。‘饲用5 号’的生物产量处理MS24 优于处理MS44，增加了5.27%。同一品种青贮玉米与饲用谷子以种植方式2 ∶ 4，在蜡熟期收获可获得较高的青体产量和生物产量。

表1 不同种植模式对青贮玉米和饲用谷子产量的影响Table 1 Effects of different planting patterns on yield of silage maize and feeding millet t·hm-2

3 讨论与结论

青贮玉米和饲用谷子的生长发育受环境条件、品种及栽培措施等影响。由于作物在不同种植模式下所处的气候条件以及吸收的营养成分含量不同，对青贮玉米和饲用谷子整个生育期内的生长发育和产量具有一定的影响。在作物生长季节，间作模式可以充分利用复合群体来提高作物的光能利用率，促进作物较好生长[12-13]。刘景辉等[14]研究了不同品种的青贮玉米与苜蓿(Medicago sativa)的间作，结果表明，在间作模式下的‘科青1 号’‘科多4 号’和‘科多8 号’的株高、茎粗以及绿叶面积均较单作明显增加。本研究结果发现，与单作相比，青贮玉米与饲用谷子间作均提高了叶面积指数。吴小丽等[15]研究玉米和花生(Arachis hypogaea)间作模式可显著提高作物间光合效率，与本研究结果一致。茎重、穗重以及叶重等是作物产量构成的重要组成部分。任媛媛等[16]研究结果表明，玉米与大豆2 ∶ 4 间作的穗长、穗重等产量构成要素均高于单作。本研究青贮玉米和饲用谷子不同间作配比下的茎重、叶重、穗重等产量构成因素均高于青贮玉米单作和饲用谷子单作，这与任媛媛等[16]的研究结果一致。这可能是由于不同作物间作改善了田间环境，使其更好地利用环境资源，从而促进作物较好的生长发育。吕越等[17]研究结果进一步证明玉米谷子间作可以显著提高玉米产量的组成因素。

产量是衡量间作系统质量的重要指标之一，通过间作可以更好地利用资源，改善田间环境条件并促进作物的良好生长以提高作物产量。王颂宇等[18]通过对高粱(Sorghum bicolor)和大豆间作、高粱和花生间作研究发现，间作模式下作物的生物产量比单作显著提高。黄营等[19]研究表明玉米与大豆、玉米与花生间作可以促进干物质的积累。李智等[20]研究指出在间作模式下谷子大豆的产量提高2%～9%。但汤复跃等[21]研究则指出，与单作相比，不同作物比例配置下玉米和谷子的产量都有所下降。禄兴丽[22]等研究结果认为作物间作与单作相比同样降低了作物产量。因此，间作模式对于作物产量的增减尚未确立一定的标准，需要根据试验情况进行具体的分析研究。本研究以青贮玉米与饲用谷子为研究对象，发现青贮玉米与饲用谷子间作可以显著提高作物产量，且在种植比例为2 ∶ 4 产量表现最佳，‘饲用1 号’间作处理中MS24 比间作处理MS44增产7.18%，比青贮玉米单作产量上升了18.79%，比饲用谷子单作产量增加了10.83%，此研究结果在一定范围内与申正化[23]的研究结果相一致。本研究中，青贮玉米与饲用谷子间作处理较作物单作显著提高了株高、茎粗以及叶面积指数，而间作并不会影响两种作物的生育进程。青贮玉米与饲用谷子在蜡熟期时期收获产量最高，综合对比两个品种的间作指标的表现，‘饲用1 号’与青贮玉米种植方式2 ∶ 4 的产量比‘饲用5 号’与青贮玉米种植方式2 ∶ 4高30.40%。确定具体精确的青贮玉米和饲用谷子间作模式，还应考虑当地的气候条件，避免气温突降、冷害等问题。可根据作物具体品种，确定与其适配的种植密度，从而使间作模式下作物群体产量得到有效提升。