不同高粱大豆間作模式對(duì)產(chǎn)量及水分養(yǎng)分利用的影響

梁曉紅，曹 雄，張瑞棟，劉 靜，王愛(ài)愛(ài)

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)作物研究所，山西 汾陽(yáng) 032200)

山西省地處黃土高原，旱地面積占全省總耕地面積的75%以上[1]，降水稀少、分布不均是黃土高原農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制因素[2-3]，且近年來(lái)干旱程度加劇，病蟲(chóng)害嚴(yán)重，一定程度制約了作物的增產(chǎn)增收。近年來(lái)，在供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的倡導(dǎo)下，農(nóng)作物種植減肥減藥，以實(shí)現(xiàn)作物清潔高效生產(chǎn)。而間套作是利用不同作物間互惠作用以提高資源利用效率的一種重要的農(nóng)業(yè)模式，不僅可以使作物高效利用地上部的光、熱等資源，而且可通過(guò)根際間的互作提高養(yǎng)分、水分的高效利用，也可明顯減輕病蟲(chóng)害[4]，其被認(rèn)為是發(fā)展多樣性種植模式、保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)途徑[4-5]。豆科禾本科作物間作在我國(guó)種植歷史悠久，但傳統(tǒng)的間作制度無(wú)法平衡作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[6]。為進(jìn)一步挖掘間作優(yōu)勢(shì)，學(xué)者通過(guò)對(duì)品種特性[7]、配置結(jié)構(gòu)[8-10]、田間布局[11]、播期[12]、密度[13]、少耕密植[14]、施肥水平[15-18]、施肥位置[19]等農(nóng)藝措施進(jìn)行研究，提升了間作體系作物群體產(chǎn)量，提高了土地生產(chǎn)力。間作復(fù)合群體有利于創(chuàng)造適宜作物生長(zhǎng)發(fā)育的土壤水分環(huán)境，提高作物水分利用效率[20]；玉米花生間作體系中高耗水作物玉米可能通過(guò)吸收花生條帶的水分降低對(duì)自身?xiàng)l帶水分的過(guò)度消耗，從而改善間作玉米土壤水分利用環(huán)境[21]；糜子綠豆間作模式有利于提高糜子水分利用效率[22]；玉米豌豆間作體系可提高作物水分利用效率3.07%～43.38%[23]。豆科禾本科作物間作被廣泛應(yīng)用，不僅具有產(chǎn)量和水分優(yōu)勢(shì)，而且也具有養(yǎng)分獲取優(yōu)勢(shì)。黨科等[24]研究表明，糜子綠豆間作可提高糜子生育期內(nèi)葉片和籽粒中的氮素含量和氮素積累量；Fu等[25]研究指出，玉米大豆間作提高了玉米籽粒的氮吸收量；豆禾本科作物間作可提高土壤磷有效性含量，促進(jìn)磷的高效吸收[26-27]；肖靖秀等[28]研究發(fā)現(xiàn)，小麥蠶豆間作可提高小麥鉀吸收量32%～69%。

國(guó)內(nèi)外對(duì)高粱與豆科作物間作開(kāi)展了初步研究，尹學(xué)偉等[29]、郭安等[30]研究認(rèn)為，高粱大豆間作可提高糯高粱光合能力，有效控制高粱炭疽病，提高周年產(chǎn)量及效益。Ghosh等[31]研究表明，高粱大豆間作土壤養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)主要存在于氮和磷。但是對(duì)高粱大豆間作體系土地生產(chǎn)力和水分利用缺少系統(tǒng)研究，而且山西省呂梁市高粱種植區(qū)主要采取玉米與高粱輪作，單一的輪作方式導(dǎo)致肥料投入多、養(yǎng)分水分利用低、病蟲(chóng)害嚴(yán)重。

本試驗(yàn)結(jié)合當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，選取當(dāng)?shù)貜V泛種植的高稈品種晉雜22和矮稈品種晉雜34高粱與大豆間作，研究高粱大豆不同行比配置下作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、土地生產(chǎn)力、土壤水分及養(yǎng)分利用的變化，探討其間作中表現(xiàn)的促進(jìn)和競(jìng)爭(zhēng)作用，以期為該地區(qū)構(gòu)建簡(jiǎn)化、高效、高產(chǎn)的高粱大豆間作栽培體系提供理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018-2019年在山西省呂梁地區(qū)汾陽(yáng)市的山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所高粱試驗(yàn)田(東經(jīng)111°47′E、北緯37°15′N)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)海拔747.7 m，年均(2002-2019年)降雨量437.8 mm，年均氣溫11.3 ℃，屬于典型溫帶季風(fēng)氣候，主要種植制度為一年一熟。2018年作物生育期降雨量為345.2 mm，生育期內(nèi)平均氣溫為21.7 ℃。2019年作物生育期降雨量為285.5 mm，由于作物種植后降雨極少，于2019年7月8 日灌溉1次，灌溉量為120 mm，生育期內(nèi)供水405.5 mm；生育期內(nèi)平均氣溫為22.5 ℃(圖1)。供試土壤為沙壤土，2018-2019年 0～20 cm耕層土壤基本理化性狀如表1所示。

1.2 試驗(yàn)材料

供試大豆品種2018年選用晉豆40、2019年選用晉豆25，均為早熟品種。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置9個(gè)處理，包括高稈高粱晉雜22單作(G1，株距15.8 cm)、矮稈高粱晉雜34單作(G2，株距12.2 cm)、大豆單作(D，株距14.4 cm)、2行高粱2行大豆間作(2G1∶2D、2G2∶2D，高稈高粱株距9.3 cm，矮稈高粱株距7.0 cm，大豆株距7.0 cm)、2行高粱3行大豆間作(2G1∶3D、2G2∶3D，高稈高粱株距8.0 cm，矮稈高粱株距6.4 cm，大豆株距9.5 cm)、2行高粱4行大豆間作(2G1∶4D、2G2∶4D，高稈高粱株距7.6 cm，矮稈高粱株距5.8 cm，大豆株距11.6 cm)。每個(gè)處理3次重復(fù)，種植3個(gè)帶寬，南北向種植，行長(zhǎng)5 m(圖2)。2018年高粱、大豆分別于5月3日、5月5日播種，9月27日、10月8日收獲；2019年高粱、大豆分別于5月6日、5月8日播種，9月26日、9月22日收獲。2 a大田試驗(yàn)中，種植前試驗(yàn)田撒施雞糞作為基肥，后期未進(jìn)行追肥。生育期間進(jìn)行正常田間管理。

表1 耕層土壤(0～20 cm)基本理化性狀Tab.1 The basic physical and chemical properties of topsoil(0-20 cm)

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 于高粱和大豆成熟期，在每個(gè)小區(qū)選取20株進(jìn)行考種，分別測(cè)定高粱穗長(zhǎng)、千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量和大豆的結(jié)莢數(shù)、百粒質(zhì)量。每個(gè)小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn)，按含水量14%折算成公頃產(chǎn)量。

1.4.2 土壤含水量 分別于2018，2019年播種前和作物成熟期，在每個(gè)小區(qū)用土鉆以20 cm為一層，采集0～100 cm土壤樣本，按烘干法測(cè)定土壤含水量；作物定苗之后，用TDR土壤水分速測(cè)儀結(jié)合烘干法測(cè)定土壤含水量，其中，0～20 cm采用土鉆取土烘干法測(cè)定，20～100 cm采用TDR土壤水分速測(cè)儀測(cè)定。單作小區(qū)隨機(jī)鋪設(shè)2個(gè)測(cè)管，間作小區(qū)依次在高粱株間、高粱行間、高粱大豆帶間、大豆株間、大豆行間連續(xù)鋪設(shè)5個(gè)測(cè)管，小區(qū)的土壤含水量為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均土壤含水量。

1.4.3 生物量和養(yǎng)分 于高粱成熟期分別在單、間作處理選取高粱6株，于大豆成熟期分別在單、間作處理選取大豆12株。將植物樣本于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定生物量。植株和籽粒粉碎后用于測(cè)定氮磷鉀養(yǎng)分。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和圖表繪制采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行；采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行分析比較。

土地當(dāng)量比(LER)是衡量間套作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)的指標(biāo)[21]。

LER=Yig/Ysg+Yid/Ysd

①

式中，Yig和Yid分別指在間作總面積上高粱和大豆的籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)；Ysg和Ysd分別指單作高粱和大豆的籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)。當(dāng)LER>1時(shí)，說(shuō)明高粱/大豆具有間作優(yōu)勢(shì)；當(dāng)LER=1時(shí)，說(shuō)明高粱/大豆無(wú)間作優(yōu)勢(shì)；當(dāng)LER<1時(shí)，說(shuō)明高粱/大豆具有間作劣勢(shì)。

土壤貯水量(W，mm)=土壤質(zhì)量含水量(%)×土壤容重(g/cm3)×土層厚度(cm)×10

②

作物生育期耗水量(ET)根據(jù)試驗(yàn)區(qū)實(shí)際情況，地下水補(bǔ)給量、徑流量、深層滲漏量均忽略不計(jì)。

ET=P+I+(W1-W2)

③

式中，P為生育期降水量，I為灌水量，W1為試驗(yàn)初期土壤貯水量，W2為試驗(yàn)?zāi)┢谕寥蕾A水量。單位均以mm計(jì)。

水分利用效率WUE(kg/(hm2·mm))=Y/ET

④

式中，Y為作物產(chǎn)量，ET為作物耗水量。

間作體系水分利用優(yōu)勢(shì)用水分當(dāng)量比(WER)表征[21]。

WER=WERg+WERd=WUEig/WUEsg+WUEid/WUEsd

⑤

式中，WERg、WERd為間作體系中高粱、大豆的相對(duì)水分利用效率；WUEig、WUEsg、WUEid、WUEsd分別表示間作、單作高粱和間作、單作大豆的水分利用效率。當(dāng)WER>1時(shí)，說(shuō)明高粱大豆間作相對(duì)于單作提高了農(nóng)田水分利用效率；當(dāng)WER≤1時(shí)，說(shuō)明高粱大豆間作體系相對(duì)于單作不具備農(nóng)田水分利用優(yōu)勢(shì)。

植株氮磷鉀養(yǎng)分累積量(kg/hm2)=籽粒產(chǎn)量×籽粒氮磷鉀養(yǎng)分含量+秸稈產(chǎn)量×秸稈氮磷鉀養(yǎng)分含量

⑥

2 結(jié)果與分析

2.1 不同高粱大豆間作模式對(duì)作物產(chǎn)量及構(gòu)成因素、土地生產(chǎn)力的影響

2.1.1 不同高粱大豆間作模式對(duì)高粱、大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 由表2可知，2 a間作晉雜22的千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量與單作(G1)差異不顯著；與單作相比，穗長(zhǎng)平均僅降低0.94%，千粒質(zhì)量提高1.86%，穗粒質(zhì)量降低18.28%。2 a間作晉雜34的穗長(zhǎng)、千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量比單作(G2)分別降低6.58%，3.83%，16.85%，但差異不顯著。

表2 不同高粱大豆間作模式對(duì)作物產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.2 Effects of different sorghum-soybean intercropping patterns on yield components of sorghum and soybean

大豆的百粒質(zhì)量在不同年度間差異表現(xiàn)明顯，不同處理間差異不顯著；而結(jié)莢數(shù)在不同年度不同處理間達(dá)到極顯著差異。2018，2019年間作處理的大豆結(jié)莢數(shù)分別較單作降低1.04%～18.01%和11.37%～46.84%。2 a 2G1∶2D處理的間作大豆結(jié)莢數(shù)均顯著低于單作，平均降低37.89%；2019年2G2∶2D處理的間作大豆結(jié)莢數(shù)比單作顯著降低41.79%，2 a平均降低32.16%；與單作大豆相比，2G1∶4D、2G2∶4D處理的間作大豆結(jié)莢數(shù)分別降低22.46%，21.51%。可見(jiàn)，與相應(yīng)的單作高粱相比，高粱大豆間作對(duì)高粱的產(chǎn)量構(gòu)成因素千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量影響不明顯；與間作大豆相比，間作不同程度降低了大豆的結(jié)莢數(shù)，進(jìn)而影響大豆的產(chǎn)量，且降幅隨著大豆在間作中所占面積的比例增加而減小。

2.1.2 不同高粱大豆間作模式對(duì)產(chǎn)量及土地生產(chǎn)力的影響 2 a數(shù)據(jù)結(jié)果表明(表3)，間作晉雜22和間作晉雜34的生物產(chǎn)量與相應(yīng)單作間差異不顯著，但比單作分別降低19.05%，25.93%，2018年處理間差異來(lái)源于品種間。2018，2019年間作處理的大豆生物產(chǎn)量分別比單作降低24.99%～50.81%和15.89%～52.04%；2G1∶2D處理的間作大豆生物產(chǎn)量2 a均顯著低于單作，平均降低51.12%，2G2∶2D處理的間作大豆生物產(chǎn)量比單作平均降低40.75%。

間作晉雜22的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量在2 a表現(xiàn)不一，2018年2G1∶3D、2G1∶4D處理的間作高粱經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著低于單作；2019年間作處理的高粱經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與單作間差異不顯著。2 a 2G1∶2D、2G1∶3D、2G1∶4D間作處理的高粱平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別為G1的84.67%，76.56%，77.24%，2G2∶3D、2G2∶4D間作處理的高粱經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量2 a均顯著低于單作，2G2∶2D、2G2∶3D、2G2∶4D間作處理的高粱平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別為G2的71.53%，65.97%，60.82%；2a 2G1∶3D、2G1∶4D、2G2∶3D、2G2∶4D間作處理的大豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與單作差異不顯著，分別達(dá)到單作大豆的70.26%，82.52%，77.57%，84.51%，而2G1∶2D、2G2∶2D間作處理的大豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量?jī)H達(dá)到單作大豆的49.02%，52.31%。

不同間作模式下混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著高于單作大豆；2 a 2G1∶2D、2G1∶3D、2G1∶4D間作處理的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別達(dá)到G1的100.14%，98.72%，103.27%，2G2∶2D、2G2∶3D、2G2∶4D間作處理的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別為G2的85.79%，87.12%，83.86%。從土地當(dāng)量比來(lái)看，所有間作模式的LER均大于1，晉雜22大豆和晉雜34大豆間作體系均以2∶4處理的LER最高，2 a平均值分別為1.63和1.48，分別比2∶2、2∶3處理的LER提高15.60%，9.40%和14.73%，2.07%；2G1∶2D、2G1∶3D、2G1∶4D處理的LER分別比2G2∶2D、2G2∶3D、2G2∶4D處理提高8.91%，2.76%，10.17%。可見(jiàn)，2∶2間作處理的大豆生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量都處于間作劣勢(shì)，2∶4間作處理的土地利用率高于2∶2、2∶3間作處理；高稈品種晉雜22大豆間作體系的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、土地利用率比矮稈品種晉雜34大豆間作體系優(yōu)勢(shì)明顯。

2.2 不同高粱大豆間作模式對(duì)土壤水分利用的影響

2.2.1不同高粱大豆間作生育期土壤水分變化 對(duì)各處理定苗之后的土壤0～100 cm土層平均土壤含水量比較可知(圖3，4)，2 a間作處理與單作高粱、單作大豆整個(gè)生育期0～100 cm土壤含水量變化趨勢(shì)一致，隨著生育進(jìn)程呈先上升后下降最后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，但2 a達(dá)到峰值的時(shí)期不一樣，這可能與降雨分布有關(guān)。2019年不同處理間0～100 cm土壤含水量接近。2018年，晉雜22大豆不同處理0～100 cm土壤含水量在整個(gè)生育期呈現(xiàn)D>2G1∶3D>2G1∶2D>2G1∶4D>G1，在定苗之后到7月25日表現(xiàn)明顯；整個(gè)生育期高粱大豆間作土壤含水量較大豆單作降低0.93～2.93百分點(diǎn)，較高粱單作提高1.24～3.24百分點(diǎn)。而晉雜34大豆不同處理0～100 cm土壤含水量在整個(gè)生育期大致呈現(xiàn)D>2G2∶4D>2G2∶3D>G2>2G2∶2D；整個(gè)生育期高粱大豆間作較大豆單作降低2.26～3.92百分點(diǎn)，2G2∶3D、2G2∶4D間作處理較高粱單作分別提高0.13，0.81百分點(diǎn)。高粱大豆間作體系的0～100 cm的土壤平均含水量大致介于單作高粱和單作大豆之間；與相對(duì)應(yīng)的單作高粱相比，晉雜22大豆間作體系比晉雜34大豆間作體系保持較高的土壤含水量。

2.2.2 不同高粱大豆間作模式對(duì)水分利用效率和水分當(dāng)量比的影響 由表4可知，2 a間作晉雜22的WUEg低于單作，但差異不顯著；與單作(G2)相比，2018年2G2∶4D間作高粱的WUEg顯著低于單作；2019年2G2∶2D、2G2∶3D、2G2∶4D間作高粱的WUEg均比單作顯著降低24.67%～35.81%，但不同間作處理的WUEg差異不顯著。2018年間作大豆的WUEd與單作差異不顯著；2019年2G1∶2D、2G2∶2D間作大豆的WUEd分別比單作顯著降低60.49%，60.85%。不同間作處理相比，2 a 2G1∶4D、2G2∶4D間作大豆的平均WUEd均處于最高，分別為4.76，4.86 kg/(hm2·mm)。

表4 不同高粱大豆間作模式對(duì)水分利用效率和水分當(dāng)量比的影響Tab.4 Effects of different sorghum-soybean intercropping patterns on Water use efficiency and water equivalent ratio

水分當(dāng)量比(WER)可比較準(zhǔn)確地比較間作群體水分利用效率的提高或減少[21]。2 a不同間作處理的WERg差異均不顯著；2019年2G1：2D、2G2∶2D間作處理的WERd顯著低于其他處理，WER分別比 2G1∶4D、2G2∶4D顯著降低33.85%，32.56%。從整個(gè)間作體系的WER來(lái)看，不同間作體系的WER均大于1，晉雜22大豆間作體系的WER為1.27 ～ 1.98，晉雜34大豆間作體系的WER為1.16 ～ 1.89，說(shuō)明高粱大豆間作較單作提高了農(nóng)田水分利用率；不同間作處理相比，2 a 2G1∶2D、2G2∶2D間作處理降低了水分利用效率，2G1∶4D、2G2∶4D間作處理的WER最大，分別為1.85，1.70；2G1∶2D、2G1∶3D、2G1∶4D處理的WER分別比2G2∶2D、2G2∶3D、2G2∶4D 處理提高8.30%，3.60%，9.14%。可見(jiàn)，晉雜22大豆間作體系的WER高于晉雜34大豆間作體系。

2.3 不同高粱大豆間作模式對(duì)作物地上部養(yǎng)分積累的影響

2.3.1 不同高粱大豆間作模式對(duì)作物地上部氮累積量的影響 由圖5可知，與單作相比，間作降低了間作高粱和間作大豆的氮累積量；2 a間作晉雜22降低幅度平均為35.43～ 45.04 kg/hm2，降低18.63%～23.68%；間作晉雜34降低幅度為48.59～50.87 kg/hm2，降低26.11%～27.34%；間作大豆降低幅度為31.94～74.38 kg/hm2，降低20.76%～48.34%；2G1∶2D、2G2∶2D處理的間作大豆的氮積累量分別僅達(dá)到單作的48.55%，54.77%；但高粱大豆間作體系的氮累積量2 a均顯著高于相對(duì)應(yīng)的單作高粱和單作大豆。2018年，不同間作處理間差異不顯著，晉雜22大豆間作和晉雜34大豆間作均以2∶4處理的氮累積量最高，分別比相對(duì)應(yīng)的單作提高35.39%，42.69%；2019年，在晉雜22大豆間作處理中，2G1∶4D處理的氮累積量分別比G1、2G1∶2D、2G1∶3D處理提高49.13%，31.88%，5.28%；在晉雜34大豆間作處理中，2G2∶3D處理的氮積累量顯著高于2G2∶2D處理，與2∶4處理差異不顯著，分別比G2、2G2∶2D、2G2∶4D處理提高48.05%，31.00%，2 a 9.71%；2G1∶2D、2G1∶4D處理的氮累積量分別比2G2∶2D、2G2：4D 處理提高4.56%，4.35%。

2.3.2 不同高粱大豆間作模式對(duì)作物地上部磷鉀累積量的影響 與單作相比，間作同樣降低了間作高粱和間作大豆的磷鉀累積量，但高粱大豆間作體系的磷鉀累積量顯著高于單作大豆；與相對(duì)應(yīng)的單作高粱(G1、G2)差異不顯著(圖6，7)。在晉雜22大豆間作處理中，2 a磷鉀累積量均以2∶4處理最高，2G1∶4D處理的磷累積量分別比G1、2G1∶2D、2G1∶3D處理提高5.24%，5.70%，6.21%；鉀累積量分別提高10.07%，13.86%，6.47%。在晉雜34大豆間作處理中，2 a磷鉀累積量均以2∶3間作處理最高，2G2∶3D處理的磷累積量分別比G2、2G2∶2D、2G2∶4D處理提高13.74%，3.20%，9.69%；鉀累積量分別提高11.81%，15.88%，5.54%。晉雜22大豆間作體系的磷累積量與晉雜34大豆間作體系差異不顯著；而同一間作模式下，晉雜22大豆體系的鉀累積量明顯低于晉雜34大豆間作體系，2019年表現(xiàn)尤為明顯，差異達(dá)到顯著，這可能是由品種差異所導(dǎo)致。

3 討論與結(jié)論

3.1 高粱大豆間作模式對(duì)高粱大豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素、土地生產(chǎn)力的影響

本試驗(yàn)2 a研究中高粱大豆間作體系的LER均大于1，但受系統(tǒng)資源、種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng)等因素的影響，間作高粱和間作大豆的生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量整體較單作都有不同程度下降，這與高硯亮等[21]、郭安等[30]的研究結(jié)果一致。2G1∶2D處理的間作高粱和間作大豆的平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別達(dá)到相對(duì)應(yīng)單作的84.67%，49.02%；2G2∶2D 處理的間作高粱和間作大豆的平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別達(dá)到相對(duì)應(yīng)單作的71.53%，52.31%。而2G1∶3D和2G1∶4D間作高粱和間作大豆的平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別達(dá)到相對(duì)應(yīng)單作的76.56%，77.24%；70.26%，82.52%。2G2∶3D和2G2∶4D處理的間作高粱和間作大豆的平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別達(dá)到相對(duì)應(yīng)單作的65.97%，60.82%；77.57%，84.51%。說(shuō)明高粱大豆間作系統(tǒng)中兩者存在種間競(jìng)爭(zhēng)，2∶2間作系統(tǒng)中高粱屬于優(yōu)勢(shì)作物，這主要是由于一方面地下競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)了高粱的莖生長(zhǎng)而抑制了大豆莖的生長(zhǎng)，2∶2處理間作大豆的生物產(chǎn)量明顯低于單作證實(shí)了這一點(diǎn)；另一方面間作中高稈作物高粱對(duì)矮稈作物大豆地上部有遮陰影響，高稈品種晉雜22表現(xiàn)尤為明顯，2G1∶2D處理的間作大豆的生物產(chǎn)量顯著降低51.12%。這與呂越等[32]、王鈺云等[33]的研究結(jié)果一致，高位作物玉米、谷子對(duì)低位作物大豆、花生嚴(yán)重遮陰會(huì)嚴(yán)重影響大豆和花生的生長(zhǎng)發(fā)育。而本研究結(jié)果表明，2G1∶3D、2G1∶4D間作處理的間作高粱產(chǎn)量較單作下降接近于間作大豆；2G2∶3D、2G2∶4D間作處理的間作高粱產(chǎn)量較單作下降高于大豆，說(shuō)明2∶3、2∶4高粱大豆間作體系存在種間弱競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，作物間作劣勢(shì)不明顯；高稈品種晉雜22大豆間作體系作物間作劣勢(shì)尤為不明顯。

本試驗(yàn)條件下，間作高粱的穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量與單作高粱差異不顯著，間作高粱的產(chǎn)量顯著提高很大程度取決于群體增產(chǎn)潛勢(shì)的發(fā)揮。間作大豆產(chǎn)量的提升主要在于大豆的結(jié)莢數(shù)和單莢粒數(shù)，本試驗(yàn)未對(duì)高粱有效穗數(shù)和大豆的單莢粒數(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于如何提升高粱有效穗數(shù)、高粱影響大豆開(kāi)花結(jié)莢的影響因素還有待進(jìn)一步研究。試驗(yàn)選用的大豆品種的開(kāi)花期-結(jié)莢期正是高粱的拔節(jié)期-孕穗期，這一時(shí)期可能是2種作物種間競(jìng)爭(zhēng)形成的關(guān)鍵時(shí)期，探討種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵時(shí)期的調(diào)控措施尤為重要。

3.2 高粱大豆間作模式對(duì)水分養(yǎng)分利用的影響

本試驗(yàn)中，受氣候干旱和灌溉的影響，2019年不同間作處理生育期內(nèi)0～100 cm土壤含水量與單作高粱、單作大豆的土壤含水量接近，可見(jiàn)，間作體系在水分嚴(yán)重虧缺和充足條件下較單作并沒(méi)有表現(xiàn)出更節(jié)水。2 a研究中，高粱大豆間作體系WER均大于1，說(shuō)明高粱大豆間作提高了農(nóng)田水分生產(chǎn)力，晉雜22大豆間作體系WER為1.27～1.98，晉雜34大豆間作體系WER為1.16～1.89，高稈高粱晉雜22大豆間作比矮稈高粱晉雜34大豆間作更具有優(yōu)勢(shì)。

諸多研究表明，豆科禾本科間作可改變田間小氣候、根系分泌物、土壤酶活性、微生物以及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)等，提高作物對(duì)氮磷的吸收利用，改善間作體系的土壤養(yǎng)分管理，從而提高作物產(chǎn)量[25，27，34-35]。李少明等[36]通過(guò)盆栽試驗(yàn)證實(shí)玉米大豆間作體系中間作玉米氮素養(yǎng)分吸收量比相應(yīng)單作提高57.53%，間作大豆的吸氮量比單作僅降低1.21%；小麥大豆間作的作物氮磷鉀養(yǎng)分吸收總量分別高出相應(yīng)單作小麥和單作大豆加權(quán)的平均吸收量24%～39%，6%～27%，24%～64%[37]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與相應(yīng)單作相比，高粱大豆間作降低了間作高粱和間作大豆氮、磷、鉀的吸收量，高粱大豆間作體系只是顯著提高了氮的累積量，說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下，高粱大豆間作體系的養(yǎng)分優(yōu)勢(shì)只體現(xiàn)在氮養(yǎng)分的累積量上，而并非養(yǎng)分的利用率。在高粱大豆間作體系中，土壤養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)主要存在于N和P，高粱一旦進(jìn)入成熟期，其對(duì)大豆的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)就大大降低，可通過(guò)氮磷鉀復(fù)合肥和有機(jī)肥配施減少2種作物氮和磷的競(jìng)爭(zhēng)[31]。因此，要進(jìn)一步發(fā)掘高粱大豆間作體系豆科作物的固氮潛力和促進(jìn)土壤中難溶性磷的活化，從而提高作物養(yǎng)分利用率，促進(jìn)產(chǎn)量的顯著提升。

本研究結(jié)果表明，高粱大豆間作對(duì)高粱的產(chǎn)量構(gòu)成因素千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量影響不明顯；但抑制了大豆的結(jié)莢數(shù)，且這種抑制作用隨著大豆在間作中所占面積的比例增加而削弱。高粱大豆間作顯著提高農(nóng)田土地生產(chǎn)力、水分利用效率和氮素養(yǎng)分的累積量；高稈晉雜22大豆間作體系的LER、WER均高于矮稈晉雜34大豆間作體系。在晉雜22大豆間作處理中，2G1∶4D間作處理的混合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量達(dá)到單作高粱的103.27%，且大豆減產(chǎn)幅度最小，具有較高的水分和土地利用效率、氮磷鉀養(yǎng)分累積量，2G1∶4D是本試驗(yàn)條件下高粱大豆間作的適宜配比。