我国食用植物油的消费量远远大于生产量，进口油籽或直接进口食用油的比值已接近60%[1]，油料供给能力不足已成为影响国家粮食安全的重要因素，与粮食作物相比，扩大面积、增加油料供给能力任务更为紧迫。河北省花生春播一年一熟的平作传统种植模式仍占主导地位，这一种植模式造成土地全年近2/3的时间被浪费，土地及光热水资源利用率低。随着耕地面积的不断减少，粮油争地矛盾日益突出，小麦花生两熟制面积迅速扩大。与夏直播花生相比，麦套花生具有延长花生生育时期、提高产量等优点[2]。王秋杰等[3]研究表明，小麦套作花生复种方式下的小麦、花生产量明显高于小麦和花生接续种植情况下的产量。前人在小麦花生两熟制和花生与其他大田作物(玉米)间作对作物光合特性及产量方面已有许多报道[4-15]。
以往有关小麦套作花生方面的研究多集中在花生上[2-3，16-19]，而关于小麦的研究尚少。本研究将探讨不同冬小麦套作花生种植模式对小麦旗叶净光合速率、SPAD值、冠层温度、最大LAI和产量的影响，以期为农业生产提供理论基础。
1 材料和方法
1.1 试验区概况
本试验于2017-2019年在河北省农林科学院粮油作物研究所藁城堤上试验站(37°94′ N，114°72′ E，海拔51.2 m)进行。该地区属于半干旱、季风气候，年平均气温为12.8 ℃，年平均降水量484.7 mm，冬小麦生育期年均降水量为132 mm，年平均无霜期为144 d。试验地耕层0～20 cm土壤含有机质15.68 g/kg、全氮1.04 g/kg、全磷2.13 g/kg、碱解氮80.0 mg/kg、速效磷21.4 mg/kg、速效钾113.9 mg/kg。
1.2 试验设计
采用随机区组设计，2017-2018年度设4个处理，分别为：T1，大垄宽幅(垄宽50 cm、垄高10～12 cm，垄沟宽30 cm)垄上覆膜种植模式，垄上种植2行花生，垄沟内采取宽幅匀播方式种植冬小麦；T2，大垄宽幅未覆膜种植模式，种植方式同T1；T3，小垄宽幅(垄宽30 cm、垄高10～12 cm，垄沟宽10 cm)未覆膜种植模式，垄上种植1行花生，垄沟内采取匀播方式种植冬小麦；T4，冬小麦15 cm等行距种植模式(CK)。2018-2019年度设3个处理：T1、T2和T4。其中T1～T3处理小麦为人工播种，T4处理为普通小麦播种机播种；T1～T3处理灌溉方式为滴灌，T4处理为微喷带灌溉，T1处理小麦播种前即在垄上铺设好地膜。小区面积4 m×8 m，3次重复。
参试品种冬小麦为冀麦325，花生为冀花19。冬小麦2017年10月18日播种，2018年6月11日收获；2018年10月17日播种，2019年6月10日收获。T1～T3处理基本苗为187.5万/hm2，T4处理基本苗345万/hm2，整地播种前施入复合肥750 kg/hm2(含纯N 19%、P2O5 21%、K2O 5%)，小麦生育期灌溉2水(起身水和开花水，次灌水量均为375 m3/hm2)，于起身末期随灌水采用水肥一体化技术追施尿素(含纯N 46%)270 kg/hm2。其他管理同一般大田生产。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 旗叶净光合速率 每小区选取长势一致且旗叶完全展开的植株挂牌标记，于小麦开花期晴天无风或微风的上午10：00-12：00采用Li-6400 型光合测定仪测定已标记好小麦植株的旗叶净光合速率(Pn，μmol/(m2· s))，每个处理重复5次。
1.3.2 旗叶叶绿素相对含量(SPAD值) 测定时每小区选5片旗叶，用手持式SPAD-502型叶绿素计测定SPAD值，每片叶测定3点，取平均值。
1.3.3 冠层温度 采用非接触式手持红外测温仪AGRI-THERM Ⅲ 来测定，晴天中午13：30-14：00进行观测，仪器观测位置位于冬小麦冠层上方1 m左右，与水平呈45 °(30)倾角测定，分别从东、南、西和北4个基本方向进行观测，以尽量消除热红外辐射的双向反射造成的影响，然后取平均值。
1.3.4 最大LAI 于小麦孕穗期每小区选定0.3 m2，挑选长势均匀一致的植株5株，人工测量叶长、叶宽，根据单株叶面积计算LAI。
1.3.5 产量 于小麦起身期选择长势均匀一致的地块定为测产区并做好标记，面积为3 m2左右，成熟期人工收获，待籽粒自然风干后分别称质量，采用谷物水分测定仪测定籽粒含水量，折算为含水量13%的标准产量。
1.4 数据计算与统计分析
2 a测定指标的变化趋势基本一致，本研究主要以2017-2018年的试验结果进行分析。试验数据采用Microsoft Excel 2007和SAS软件计算、作图、统计分析，差异显著性检验用LSD法。
2 结果与分析
2.1 不同套种模式对冬小麦旗叶净光合速率(Pn)的影响
小麦生育后期植株上部叶片尤其是旗叶的持绿性直接影响着光合性能的强弱，进而影响籽粒灌浆进程即粒质量的大小。如图1所示，套作种植模式对小麦灌浆后期旗叶Pn有一定的影响，不同处理间存在一定差异。其中，T1处理旗叶Pn低于对照T4处理，差异不显著，2次测定平均值较T4处理减少4.1%，T2、T3处理显著高于T4处理，2次测定平均值较T4处理分别增加12.9%，12.5%。
相同图例的柱形图上不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图2-4同。
Different letters on the histogram of the same illustration indicate significant difference between treatments. The same as Fig.2-4.
图1 不同套种模式对小麦生育后期旗叶Pn的影响
Fig.1 Effects of different intercropping patterns on flag leaf photosynthetic rate in late growth period of wheat
2.2 不同套种模式对冬小麦旗叶SPAD值的影响
小麦旗叶叶绿素含量的高低直接影响着植株光合性能的强弱，进而影响产量的高低。从图2可以看出，从小麦孕穗期-灌浆末期随着生育进程的推迟旗叶SPAD值变化趋势为先增大后减小，最大值出现在花后10 d前后。其中，孕穗期-开花期旗叶SPAD值增加较快，开花期-灌浆中期旗叶SPAD值增加较缓，灌浆中期以后旗叶SPAD值迅速下降。各套种模式孕穗期小麦旗叶SPAD值均高于对照T4处理，T1、T2、T3处理较T4处理分别增加4.4%，1.9%，3.8%，其中T1处理显著高于对照；开花期和灌浆中期旗叶SPAD值均低于对照，开花期T1、T2、T3处理较T4处理分别减少3.1%，0.9%，0.5%，各处理与对照差异不显著，灌浆中期T1、T2、T3处理较T4处理分别减少4.5%，1.3%，2.6%，其中T1处理与对照差异显著；灌浆末期T2处理显著高于对照，较T4处理增加5.1%，其他2个处理均低于对照，其中T1处理与T4处理差异显著。
图2 不同套种模式对小麦旗叶SPAD值的影响
Fig.2 Effects of different intercropping patterns on SPAD values of flag leaves of wheat
2.3 不同套种模式对冬小麦冠层温度的影响
适宜的冠层温度有利于小麦植株的生长发育，尤其是开花后籽粒灌浆的进程，进而获得高产。冬小麦套作花生种植模式较对照较大幅度地增加了小麦开花前冠层温度，环境温度略有增加(图3)。小麦冠层温度T1、T2、T3处理较T4处理分别增加11.5%，8.6%，9.1%，差异均达显著水平；而环境温度T1、T2、T3处理较T4处理分别增加4.2%，4.4%，4.4%，差异均不显著。不同套种模式间相比较，T1处理小麦冠层温度高于T2、T3处理，较T2、T3处理分别增加2.6%，2.2%，差异不显著，原因可能是T1处理垄上覆盖塑料薄膜后增加了土壤表面温度进而影响到冠层温度；T1、T2、T3处理环境温度基本相同。
图3 不同套种模式对小麦冠层温度的影响
Fig.3 Effects of different intercropping patterns on canopy temperature of wheat
2.4 不同套种模式对冬小麦最大叶面积指数(LAI)的影响
由图4可得，不同套种模式冬小麦最大LAI存在一定差异。以对照T4处理LAI最大，显著高于其他3种套种模式，较T1、T2、T3处理分别增加20.0%，65.7%，12.5%。表明，小麦套作花生模式尤其是大垄宽幅未覆膜模式显著降低了小麦最大LAI，不利于产量的增加。
图4 不同套种模式对小麦最大LAI的影响
Fig.4 Effects of different intercropping patterns on maximum LAI of wheat
2.5 不同套种模式对冬小麦产量的影响
冬小麦籽粒产量以对照T4处理最高，2017-2018年T4处理较T1、T2、T3处理分别增加45.6%，75.2%，22.2%，2018-2019年T4处理较T1、T2处理分别增加33.8%，58.1%，差异均极显著，且不同套种模式间产量差异亦达极显著水平，如2017-2018年T3处理较T1、T2处理分别增加19.2%，43.4%(表1)。单位面积穗数的变化趋势和籽粒产量相同：2017-2018年T4>T3>T1>T2，其中T4处理较T1、T2、T3处理分别增加103.7%，163.3%，40.2%，2018-2019年T4>T1>T2，T4处理较T1、T2处理分别增加62.6%，116.9%，差异均极显著；穗粒数和千粒质量的变化趋势和单位面积穗数相反，2017-2018年穗粒数T4处理较T1、T2、T3处理分别减少8.8%，16.8%，8.2%，2018-2019年T4处理较T1、T2处理分别减少13.0%，17.5%，差异均显著；2017-2018年千粒质量T4处理较T1、T2、T3处理分别减少5.0%，6.0%，0.3%，其中T4处理与T1、T2处理差异显著，2018-2019年T4处理较T1、T2处理分别减少4.5%，6.5%，差异均显著。结果表明，本试验中单位面积穗数的多少是决定小麦籽粒产量的关键因素，穗粒数和千粒质量的增加无法弥补小麦套作花生模式单位面积穗数大幅下降导致的减产。
表1 不同种植模式下小麦产量及产量构成的变化
Tab.1 Changes of wheat yield and yield composition under different planting modes
注：同一年同列数据后不同大、小写字母分别表示处理间在0.01和0.05水平上差异显著。
Note：Different big and small letters in the same column of the same year indicate significant differences among the treatments at the level of 0.01 and 0.05，respectively.
年度Year处理Treatment穗数/(×104/hm2)Spike number穗粒数Grain number per spike千粒质量/g1000-grains weight籽粒产量/(kg/hm2)Grain yield2017-2018T124.3±1.13C34.2±1.57b41.6±0.26a369.8±15.5CT218.8±0.60D37.5±0.87a42.0±0.53a307.5±9.2DT335.3±0.69B34.0±0.43b39.6±0.55b440.9±8.1BT449.5±2.01A31.2±0.31c39.5±0.94b538.6±14.0A2018-2019T128.9±1.12B35.3±0.72b40.6±0.46a410.8±8.3BT221.7±0.85C37.2±0.61a41.5±0.79a346.5±10.1CT447.0±0.76A30.7±0.87c38.8±0.62b547.9±11.5A
3 讨论与结论
李娜娜等[20]指出，增加行距缩小株距可有效延缓小麦灌浆期旗叶净光合速率的降低，改善生育后期光合特性，延缓衰老。魏珊珊等[21]研究表明，玉米宽窄行每穴2株种植方式较等行距种植方式改善了冠层内部光照状况，净光合速率有所提高。本研究中，大、小垄宽幅未覆膜麦套花生种植模式显著增加了小麦灌浆后期旗叶净光合速率，这与李娜娜等[20]的研究结论相一致。
本研究还得出：3种套种模式小麦孕穗期旗叶SPAD值均高于对照，而开花期和灌浆中期旗叶SPAD值均低于对照。冬小麦套作花生种植模式小麦开花前冠层温度较对照显著增加，最大LAI减少。小麦产量变化为大垄宽幅未覆膜<大垄宽幅垄上覆膜<小垄宽幅未覆膜<对照，3种套种模式均极显著低于对照，且3种套种模式间产量差异极显著，小垄宽幅未覆膜模式产量较大垄宽幅垄上覆膜、大垄宽幅未覆膜模式分别增加19.2%，43.4%，综合考虑冬小麦产量、花生产量、种植效益及环境污染等方面，小垄宽幅未覆膜冬小麦套种花生种植模式为冀中南不同套作种植模式中较佳种植模式。
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