新单58 与高油899 间作互补增抗增效效应分析

李方杰 洪德峰 史大坤 卫晓轶 魏 锋 马俊峰 刘经纬 马 毅 郑秋道 王稼苜

（新乡市农业科学院，河南新乡 453000）

玉米是中国主要的粮食和饲料作物之一，也是重要的工业原料，玉米生产对我国的粮食安全以及畜牧业和工业发展起到了至关重要的作用[1]。近年来随着全球气候的变化，玉米生育期内的极端天气越来越多[2]，尤其是2021-2022 年河南地区连续2年出现极端暴风雨天气，给河南部分地区玉米生产造成了重大影响。病虫害的发生也是制约玉米产量和品质的一个重要因素，有研究表明食叶类害虫对玉米叶片进行啃食，造成玉米光合能力降低甚至死亡，使玉米减产乃至绝收；蛀茎类害虫幼虫寄生在玉米茎秆内影响玉米穗部物质运输，造成玉米产量降低，被蛀玉米茎秆易发生茎秆折断，给玉米生产造成损失[3]。玉米籽粒品质受到蛀穗类害虫的影响较大，玉米穗被害虫蛀食后雨水随被蛀孔洞进入穗内易造成穗腐病，使玉米品质降低[4]。作物间作是一种能够集约利用光、热、肥、水等自然资源的种植模式[5]。生产实践和前人研究表明，间作可以通过协调作物间的竞争与互补关系，充分利用自然资源，减少极端不利天气、病虫害等方面对作物的危害，减少化肥农药的使用量，进而提高作物群体产量[6]。

前人研究发现选择不同基因型玉米品种进行间混作，是生产中增产抗逆的关键[7]。张三坤等[8]试验表明不同玉米品种进行间作后，生育期遇到连续阴雨寡照天气时，可以提高玉米雌蕊的受精效率，改善玉米结实情况，达到增产减灾的目的。王永宏等[9]利用高油玉米与普通玉米混种，使普通玉米籽粒含油率提高。宋同明[10]利用普通玉米与高油玉米混作，通过高油玉米油分基因的花粉直感效应，提高了籽粒含油量和蛋白质含量，且产量也有所增加，但是关于普通玉米和高油玉米间作在受灾后玉米抗倒伏性和虫害的影响方面缺乏理论的研究和具体的试验支撑。本研究在前人试验基础上，通过新单58与高油899 间作，研究二者在遭遇极端暴风雨天气后玉米的抗倒伏性能和虫害情况，为河南玉米抗灾提质和粮油一体化生产提供数据支撑和一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况试验于2022 年在河南省新乡市辉县市胡桥街道三小营村新乡市农业科学院试验基地（35°27′12″ N，113°45′23″ E）进行，试验地处于辉县市南部，地势平坦，海拔85m，属暖温带大陆性季风型气候，年平均气温14.1ºC，1 月平均气温-0.6℃，7 月平均气温27.1℃，年平均降水量589.1mm。耕作制度为冬小麦旋耕夏玉米免耕，种植制度为一年两熟。试验土壤为沙壤土，0～20cm耕层土壤基础养分：土壤有机质含量1.4%，全氮含量1.08g/kg，有效磷含量11.39mg/kg，速效钾含量111.20mg/kg。

1.2供试材料供试玉米品种为新单58（代号XD58，由新乡市农业科学院选育）和高油899（代号GY899，由河南农业大学提供）。

1.3试验设计试验采用随机区组设计，在冬小麦季土地旋耕的基础上设新单58 单作（XD58S）、高油899 单作（GY899S）和新单58 与高油899 间作（XD58I，GY899I，行比为2∶2）3 个处理，每个处理设3 个重复，小区面积为210m2（6m×35m）。前茬作物为小麦，麦后人工耧播玉米，株距25cm，行距60cm，种植密度6.75 万株/hm2。基肥为心连心复合肥600kg/hm2，中期追施尿素300kg/hm2。其他田间管理与当地生产习惯保持一致。

1.4测定项目与方法

1.4.1气象数据统计历年6-9 月气象资料由新乡市试验基地气象站提供。

1.4.2玉米株高、茎粗、穗位高、重心高和抗倒伏指标于开花期在每小区内随机选取6 株代表性植株，在田间测定茎秆抗弯曲力，以穗下节间中部为支点用YYD-1 型茎秆强度测定仪缓缓用力推，直至植株与地面成45°角，记录数值。然后沿基部将玉米砍下测定株高、穗位高、重心高、茎粗，截取基部第3 伸长节间，使用YYD-1 型茎秆强度测定仪测定穿刺强度、压碎强度和横折强度。计算穗位系数和茎秆抗倒伏指数。穗位系数=穗位高/株高，抗倒伏指数=茎秆横折强度/植株重心高度。

1.4.3玉米虫害种类与虫害情况于玉米乳熟期调查主要虫害种类和虫害情况，每小区选取5 个点，每个点调查30 株玉米。

1.4.4产量及产量构成要素玉米成熟后于田间每个小区选取3 个点，每个点收取20 穗进行测产，每个小区随机取10 穗进行考种，测定玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重等指标，并计算单位面积产量。

1.4.5土地当量比及偏土地当量比间作优势采用土地当量比（LER）和偏土地当量比（PLER）来衡量[11]。

式中：Yai 和Ybi 分别表示新单58 间作和高油899 间作的产量，Yas 和Ybs 分别表示新单58单作和高油899 单作的产量。PLER（a）和PLER（b）分别表示新单58 和高油899 偏土地当量比。LER＞1，表明有间作优势；LER＜1，为间作劣势。

1.4.6油分分析玉米籽粒晾晒干后，采用瑞典Perten 公司DA7250 近红外品质分析仪测定玉米籽粒油分。

1.5数据统计分析利用Microsoft Excel 2016 进行数据计算分析和绘图，SPSS27.0 软件进行处理间显著性检验（Duncan′s）分析。

2 结果与分析

2.1玉米全生育期6-9月降水量和气温由图1和图2 可看出，2022 年在玉米生育期和近5 年平均最高气温均发生在6 月上中旬玉米苗期和8 月上中旬开花授粉阶段，极端降水均集中在7-8 月上旬。2022 年6 月上、中、下旬最高气温较近5 年平均最高气温分别高4.40℃、6.52℃、5.44℃，平均气温较近5 年平均气温分别高2.87℃、4.39℃、4.66℃，但是2022 年6 月上旬和下旬降水量比近5 年同期减少11.09mm 和29.51mm，连续的高温天气和远低于同期的降水量势必会影响到玉米的出苗和苗期玉米的生长发育。7 月份玉米生育期普遍在拔节期至抽雄吐丝期之间，2022 年7 月上、中、下旬降水量较近5 年同期降水量分别高91.23mm、26.83mm、95.85mm。刘成等[12]研究表明玉米长时间的阴雨天气和涝害会造成玉米脱肥，发育迟缓，使玉米开花与吐丝时间错开，进而导致玉米无法完成授粉。2022 年8 月上、中旬最高气温分别较近5 年平均最高气温高4.57℃、6.01℃，平均气温也分别较近5年平均气温高3.75℃、5.28℃，降水量分别比近5年同期平均降水量减少33.27mm、46.01mm，此时夏玉米处于开花授粉阶段，极端高温天气会使花粉活力降低，导致玉米结实性差[13]。2022 年8 月下旬至9 月下旬降水量分别比近5 年平均降水量减少22.54mm、19.92mm、42.52mm 和30.73mm，这个阶段玉米正处于灌浆阶段，是玉米产量形成的关键时期，干旱少雨会造成玉米灌浆不良，粒重降低，进而影响整体产量[14]。综上分析可知，相较于近5 年，2022 年玉米生育期间极端天气更多，给夏玉米生产也造成了更多不利影响。

图1 2022 年6-9 月玉米生长季的逐日降水量和气温

图2 2018-2022 年6-9 月玉米生长季近5 年平均逐日降水量和气温

2.2新单58和高油899间作对植株性状和抗倒伏性状的影响由表1 可知，新单58 间作相对于新单58 单作的玉米株高增加了4.96%，茎粗增加了1.15%，穗位高降低了7.46%，重心高降低了7.55%，抗弯曲力增加了10.34%，穿刺强度增加了11.34%，压碎强度增加了5.51%，横折强度增加了5.42%，穗位系数降低了11.36%，抗倒伏指数增加了14.09%，其中株高、穗位高、横折强度、穗位系数和抗倒伏指数达到了显著性差异，其他指标均无显著性差异；高油899间作相对于高油899单作玉米株高基本一致，茎粗增加了4.59%，穗位高降低了6.33%，重心高降低了6.35%，抗弯曲力增加了13.18%，穿刺强度增加了9.81%，压碎强度增加了9.00%，横折强度增加了9.15%，穗位系数降低了4.76%，抗倒伏指数增加了16.55%，其中株高、茎粗、穿刺强度和压碎强度未达到显著性差异，其他指标均达到了显著性差异。说明间作能够显著提高新单58 和高油899 的抗倒伏能力。

表1 新单58 和高油899 间作对植株性状和抗倒伏性状的影响

2.3新单58和高油899间作对虫害发生的影响

2.3.1新单58和高油899间作对关键害虫数量的影响从表2 可以看出，玉米主要虫害为桃蛀螟、玉米螟、棉铃虫和玉米蚜。其中，新单58 间作桃蛀螟和玉米蚜数量显著低于新单58 单作，玉米螟和棉铃虫数量也低于单作，但差异不显著；高油899 间作桃蛀螟、玉米螟和玉米蚜显著低于高油899 单作，只有棉铃虫数量上间作和单作没有显著性差异。

表2 新单58 和高油899 间作对关键害虫数量的影响

2.3.2新单58和高油899间作对虫害情况的影响由表3 可以看出，玉米被虫害危害情况主要有蛀穗孔洞数、被蛀籽粒数、蛀茎孔洞数和穗上部茎秆折断数。其中，新单58 间作蛀穗孔洞数、被蛀籽粒数和蛀茎孔洞数显著低于新单58 单作，穗上部茎秆折断数间作和单作没有显著性差异；高油899 间作蛀穗孔洞数和蛀茎孔洞数显著低于高油899 单作，被蛀籽粒数和穗上部茎秆折断数上间作和单作没有显著性差异。

表3 新单58 和高油899 间作对虫害情况的影响

2.4新单58和高油899间作对产量及产量构成要素的影响新单58 和高油899 间作较单作均能够增加玉米穗长、穗粗、穗粒数、百粒重和产量（表4）。新单58 间作比单作穗长增加了6.80%，穗粗增加了3.01%，穗粒数增加了16.48%，百粒重增加了4.88%，其中，穗长、穗粒数、百粒重差异达到了显著性水平，穗粗差异不显著；高油899 间作比单作穗长增加了13.33%，穗粗增加了3.04%，穗粒数增加了25.95%，百粒重增加了3.72%，同样，穗长、穗粒数、百粒重差异达到了显著性水平，穗粗差异不显著。新单58 和高油899 间作的单位面积产量较新单58 单作和高油899 单作分别显著增加了14.59%和5.19%，说明了间作优势明显。

表4 新单58 和高油899 间作对产量及产量构成要素的影响

2.5新单58和高油899间作下的土地当量比偏土地当量比是衡量间作是否具有产量优势的一个重要指标，当偏土地当量比大于间作作物播种面积占比时，说明该作物具有间作产量优势，新单58 和高油899 间作体系中，新单58 的偏土地当量比为0.57，高油899 的偏土地当量比为0.53（表5），二者的偏土地当量比均大于二者间作播种面积占比，说明这两个玉米品种都具有间作产量优势。此外，新单58 和高油899 间作体系内土地当量比为1.10（表5），土地当量比大于1，说明二者具有明显的间作优势，并且二者间作的增产率达到了10%。

表5 新单58 和高油899 间作下的土地当量比

2.6新单58和高油899间作对籽粒油分的影响由图3 可知，新单58 和高油899 间作相较于二者单作均能够提高籽粒中的油分。其中，新单58 间作比单作油分显著提高了17.96%，高油899 间作与单作油分无显著性差异。说明普通玉米新单58 与特种玉米高油899 间作，可以显著提高新单58 的油分。

图3 不同基因型玉米间作对籽粒油分的影响

3 讨论与结论

3.1讨论玉米的产量和品质不仅与栽培措施有关，同时也受到天气的影响[15]。因此在玉米生产上构建适宜的种植体系，在当年遭受极端不利天气时，能够有效缓解极端不利天气带来的负面效应，降低农业生产上的损失[16]。在全球气候变暖和极端天气频繁出现的大背景下，夏玉米生育期内极端降水和极端高温频繁发生，通过探索和选择合理适宜的种植模式与栽培措施来应对不同类型的极端不利天气具有重要的现实意义[17]。

玉米的抗倒伏能力不仅与玉米的株高、茎粗、穗位高和重心高等植株性状有关，还与玉米茎秆的抗弯曲力、地上部第3 伸长茎节的穿刺强度、压碎强度和横折强度密切相关[18]。不同基因型玉米合理间作，不仅能够增强玉米的群体光合特性，而且能优化玉米群体结构、增强玉米的群体抗逆能力[19]。刘天学等[20]试验研究表明，合理的间作复合群体后期抗逆能力明显提高，玉米倒伏率降低，抗倒伏能力增强；赵亚丽等[21]研究发现，风灾后抗倒性差的玉米品种浚单20 与登海662 间作能够显著降低浚单20 的倒伏率。本试验研究发现，2022 年玉米生育期内遭遇极端暴风雨天气，新单58 与高油899间作相比二者单作能够提高茎粗、抗弯曲力、穿刺强度、压碎强度、横折强度和抗倒伏指数，降低穗位高、重心高和穗位系数，因此提高了玉米植株的抗倒伏能力，这与前人关于灾后玉米倒伏率的研究结果一致。

虫害的发生严重影响玉米的产量和品质[22]。李潮海等[19]研究表明，合理间作的复合群体后期抗逆能力明显提高，其抗病虫能力增强。苏新宏[23]研究发现，抗虫性不同的玉米品种构成的复合群体抗蚜虫能力显著提高。本试验发现，新单58 与高油899 间作相比二者单作能够减少关键玉米害虫数量，进而减轻玉米穗部和茎秆的虫害危害程度，但是关于二者间作害虫数量降低的具体原理和机制还需要进一步研究。

玉米产量的增加取决于百粒重和穗粒数的提高[24]。史振声等[25]研究发现，不同基因型玉米的合理间作具有显著的增产效果，穗粒数增加的幅度最大，其次是百粒重的增加。刘天学等[26]试验结果表明，将株型互补的玉米间作，可显著增加复合群体的产量，提高土地当量比。宋同明[10]研究发现普通玉米与高油玉米间作，花粉直感对二者油分都有较大的提高。本试验研究发现，新单58 和高油899 间作与二者单作相比能够显著增加玉米穗粒数和百粒重，单位面积间作产量之和均高于单位面积二者单作产量；并且土地当量比大于1，说明二者具有明显的间作优势；两品种间交叉授粉所产生的花粉直感使新单58 油分显著提高。

3.2结论间作可以增强作物群体应对极端环境的能力，提高群体生产的稳定性和丰产性。新单58和高油899 间作能提高两者的抗倒伏能力，减轻了虫害危害，增加了产量，提升了玉米籽粒油分，有利于实现玉米丰产稳产和粮油一体化生产。