小麦大豆间作氮磷肥效的双变量分析

小麦/大豆间作氮磷肥效的双变量分析

孙建好

（甘肃省农业科学院土壤肥料研究所　甘肃兰州　730070）

摘要：本文采用双变量分析法，分析小麦/大豆间作氮磷肥效。结果表明：①在小麦/大豆间作种植时，施用磷肥对大豆的增产作用超过小麦，施用氮肥能明显提高间作系统中小麦产量，同时减低大豆产量。②小麦/大豆间作的互补效应表现为：小麦产量的提高，大豆产量相应下降；大豆产量的提高，小麦产量变化不大。③在小麦/大豆间作中，施磷提高小麦千粒重，增加大豆粒数；施氮增加小麦穗粒数，降低小麦与大豆的千粒重。氮磷配施，磷肥能缓冲施氮引起的小麦与大豆千粒重降低。

关键词：双变量分析法；小麦/大豆间作；互补效应；产量构成

间作种植能充分利用光、热、水、肥等生产资源，在“两季不足，一季有余”或水肥条件优越的地区较单一种植有明显的产量优势，甘肃省“吨粮田”的70%～85%是采用间套作种植技术实现的。但间作套种是在同一地块上种植两种和两种以上作物，种间存在竞争、补偿、互惠等复杂的相互关系，传统分析间作产量优势方法为分别考虑每种作物或将两者简单相加，不考虑两作物彼此的影响。双变量分析方法类似于协方差分析考虑了两变量的相关性，但对两个变量对称处理，是分析间作套种产量优势的适宜方法，能更好地解释试验结果。

本文采用双变量分析法，研究小麦/大豆间作氮磷肥效，分析氮、磷肥对小麦/大豆间作产量的影响。

1　材料与方法

试验设在甘肃省农科院景滩试验点，地处东经104°40′，北纬37°05′，海拔1645m，无霜期165～170d，年均日照时数2919h，降水量200～250mm，蒸发量2369mm，年均气温6.6℃，活动积温3208℃，≥10℃积温2622℃，土壤为灌耕灰钙土，由表1可以看出供试土壤严重缺氮，磷不足，钾则较富裕。

试验设4个处理：①空白对照（CK），②施P₂O₅90kg/hm²，③施N 165 kg/hm²④施P₂O₅90kg/hm²+施N 165 kg/hm²。重复3次，随机区组排列。所有肥料均播前均匀深施。

注：本文发表于《干旱地区农业研究》，2007，25（4）：183～186.

种植方式采用0.8m小麦带＋0.4m大豆带，小麦带内条播6行，大豆带内穴播2行，穴距0.15m，每穴下5粒。每小区三个组合带，小区面积25.2m²。小麦3月23日播种，7月21日收获；大豆4月13日播种，9月26日收获。在小麦抽穗期和大豆终花期分别调查穗数和株数，收获时常规考种。供试肥料品种：磷肥为普通过磷酸钙（含P₂O₅12%），氮肥为尿素（含N 46%）。供试作物品种：小麦为花培764，大豆为汾豆8号。

表1　供试土壤的基本性质（0～20cm）

2　结果与分析

2.1　小麦/大豆间作氮磷肥效的双变量分析

双变量分析计算类似于协方差分析，由X1（作物A的产量），X2（作物B的产量）的方差分析和二者的协方差构成，表2是小麦/大豆间作籽粒产量的双变量分析结果表。

表2　施肥对小麦/大豆间作籽粒产量的影响　kg/hm²

Tab 2 Effects of fertilization on grain yield of wheat/soybean inter cropping

注：r为变异项的相关系数。

从表2可见，各处理之间差异极显著，氮素差异达极显著，磷素和氮磷交互项差异达显著水平。因氮素项、磷素项和氮磷交互项均为单一自由度，故氮素主效应为极显著，磷素主效应和氮磷配合效应为显著。由表2分别计算氮、磷主效应和配合效应可以看出：①施氮平均比不施氮，小麦增产1821kg/hm²，增幅58.9%，而大豆减产657 kg/hm²，增幅-34.5%。②施磷平均比不施磷，小麦增产429kg/hm²，增幅11.3%，而大豆增产403kg/hm²，增幅29.3%。③氮磷配合平均比单氮、磷，小麦增产508kg/hm²，增幅13.6%，而大豆减产307kg/hm²，增幅-17.7%。

因此，在小麦/大豆间作系统中，对小麦而言施氮素增产极显著，氮磷配合互作效应明显；对大豆而言，施磷素增产效果显著，施氮素导致显著减产，氮磷配合的互作效应为负值。

2.2　小麦/大豆间作相关产量的图示分析

前面已提到，间作系统中如果不考虑两作物随机相关模型，分析小麦和大豆产量中结果变异会出现误解。双变量分析的基本优点是在背景相关模型允许之内，用一个简单的成对作物平均产量图示形式来表示。

图1和图2是按Dear和Mead（1993，1994）介绍的斜轴图构型而绘制的，两斜轴的夹角θ=cos^-1（r误）=cos^-1（0.44）= 63.9^o，故轴的斜度已表明两处理间的随机相关。从图1可见，相对CK施肥各处理均向两轴分布，就表明小麦/大豆间作种间产量存在互补效应。由表2计算氮、磷简单效应，相对CK而言：①单施氮肥，小麦增产1313kg/ hm²，增幅41.9%；大豆减产350kg/hm²，增幅-22.6%。②单施磷肥，小麦减产79kg/hm²，减幅仅有-2.5%；大豆增产710kg/hm²，增幅45.7%。③氮磷配合，小麦增产2250kg/hm²，增幅71.9%；大豆减产254kg/hm²，增幅-16.4%。因此，小麦/大豆间作的互补效应表现为：小麦产量的提高，大豆产量相应下降；大豆产量的提高，小麦产量变化不大。有人报道，在小麦/大豆间作中单施磷肥，小麦竞争大豆的氮（或利用大豆固定的氮），从而提高产量。但由上分析可见，在本试验中，小麦产量与单施磷肥关系不大，氮磷配合时，磷肥不但能提高小麦产量，而且可以缓冲施氮引起的大豆产量降低。

从图2看，磷素效应“线”几乎与大豆产量轴平行，这说明在小麦/大豆间作中，施用磷肥主要是提高大豆产量，而对大豆产量影响不大；氮素效应“线”偏向小麦产量轴，这说明施用氮肥能提高小麦产量但同时对大豆产量造成负影响。因此，氮素能调节间作整体产量效益。

图1　不同施肥处理平抑产量的双变量图（单位0.01kg/hm²）

图2　氮、磷主效应平均产量的双变量图（单位0.01kg/hm²）

2.3　氮、磷肥对小麦/大豆间作产量构成的影响

分析小麦/大豆间作的产量构成，可进一步了解氮磷对产量影响的原因。从表4可见，小麦穗数的增加，对应的大豆株数减少，这与小麦/大豆产量的互补效应相一致。很可能间作种间产量互补的原因是小麦穗数与大豆株数的消长。

施磷对小麦穗粒数的影响不大，但小麦千粒重提高17.7%；施氮小麦穗粒数增加55.1%，但千粒重降低15.6%。这与施氮引起的小麦贪青晚熟，成熟不好有关。氮磷配施使穗粒数增加124.5%，千粒重变化不大。这可能是施磷缓冲了施氮引起的小麦千粒重降低。施磷对大豆荚数和千粒重影响不大，而粒数增加16.3%；施氮使大豆荚数和粒数变化不大，而千粒重下降16.1%。这与小麦千粒重下降的原因相同。氮磷配施使大豆荚数、粒数和千粒重分别下降27.5%、8.4%和11.8%，千粒重的下降幅度小于单施氮肥。

由上面分析可知，在小麦/大豆间作中，施磷提高小麦千粒重，增加豆粒数；施氮增加小麦穗粒数，降低小麦与大豆的千粒重。氮磷配施，磷肥能缓冲了施氮引起的小麦与大豆千粒重降低。

表3　小麦/玉米间作产量构成表

3　结论

第一，在小麦/大豆间作系统中，对小麦而言，施氮素增产效果极显著，氮磷配合互作效应明显；对大豆而言，施磷素增产效果显著，施氮素导致显著减产，氮磷配合的互作效应为负值。

第二，小麦/大豆间作的互补效应表现为：小麦产量的提高，大豆产量相应下降；大豆产量的提高，小麦产量变化不大。

第三，在小麦/大豆间作中，磷肥关键是提高大豆产量；氮肥在提高小麦产量的同时降低大豆产量。小麦产量与单施磷肥关系不大，氮磷配合时，磷肥不但能提高小麦产量，而且可以缓冲施氮引起的大豆产量降低。

第四，在小麦/大豆间作中，施磷提高小麦千粒重，增加大豆粒数；施氮增加小麦穗粒数，降低小麦与大豆的千粒重。氮磷配施，磷肥能缓冲了施氮引起的小麦与大豆千粒重降低。