不同行比配置對鮮食玉米—綠豆套種甘薯體系產(chǎn)量效益的影響

肖富良，肖國濱，鄭 偉，肖小軍，呂偉生，李亞貞，黃天寶，吳 艷

（江西省紅壤研究所，江西省紅壤耕地保育重點實驗室，國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部江西耕地保育科學(xué)觀測實驗站，江西 南昌 331717）

紅壤區(qū)光、溫、水、熱資源豐富，年均溫14～28℃，≥10℃積溫5 300～9 200℃，年降水量1 200～2 500 mm，土壤資源生產(chǎn)潛力巨大[1]。提高紅壤區(qū)光溫資源利用率，增加農(nóng)民經(jīng)濟收入，對保障國家糧食安全和促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義[2-3]。間作套種能利用不同作物在時間和空間生態(tài)位上的互補作用，提高光、溫、水、肥等資源利用率[4-6]，提升復(fù)種指數(shù)，增加糧食產(chǎn)量，獲得較高種植效應(yīng)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中起著重要的作用[7]。而在間作套種中，空間配置是影響作物生長和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一[8]，優(yōu)化調(diào)整強弱勢作物的布局，最大限度地利用資源，發(fā)揮邊際效應(yīng)，同時減少種間競爭的影響，是間作套種模式中迫切需要解決的問題。

我國在間作套種方面已有一些研究進展，特別是在西南地區(qū)，間作套種很好地解決了“一季有多，兩季不足”的問題。湯復(fù)躍等[9]研究認為，春大豆與半緊湊型玉米采用寬窄行種植能降低大豆底莢高度、主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)，更有利于大豆發(fā)育，獲得更高產(chǎn)量。王貝貝等[10]研究認為，與凈作大豆相比，在玉米大豆套作種植中采用2∶2和1∶1的行比配置，大豆產(chǎn)量顯著降低15.85%和54.43%，這主要是由大豆植株分枝數(shù)和莢粒數(shù)下降導(dǎo)致的。封亮等[11]在研究不同帶寬和行比配置對玉米間作大豆模式下玉米農(nóng)藝性狀及干物質(zhì)積累的影響時認為，2∶4的行比配置較2∶2和2∶3的行比配置更能協(xié)調(diào)個體與群體的矛盾，使植株更高、禿尖長更短、干物質(zhì)積累量更大、產(chǎn)量更高，為玉米間作大豆較好的田間配置模式。趙德強等[12]通過對玉米大豆間作模式下干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的邊際效應(yīng)及其系統(tǒng)效益的研究，發(fā)現(xiàn)間作增加了玉米和大豆的干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量，提高了土地當(dāng)量比。然而，在光熱資源富足的長江中下游區(qū)域則鮮有類似研究，特別是針對多熟制輪作模式間作套種方面的研究較少。基于此，筆者將輪作制度與間作套種相結(jié)合，比較不同行比配置對鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式下作物農(nóng)藝性狀的影響，分析了復(fù)合群體的套作優(yōu)勢和經(jīng)濟效益，以期為紅壤旱地鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式的推廣提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于江西省旱作物良種引育中心（東經(jīng)116°17′，北緯28°35′），屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，氣候溫和，雨量充沛，年平均氣溫17.5℃，平均降雨量1 587 mm，年內(nèi)降水分布不均，其中4—6月為集中降雨期，占全年降雨量的56%。試驗地為典型紅壤旱地，土壤為第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育而來，肥力中等。試驗前地塊的土壤基本理化性狀：土壤pH值 5.1，含有機質(zhì)19.8 g/kg、水解性氮124.8 mg/kg、有效磷29.2 mg/kg、有效鉀135.1 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試鮮食玉米品種為滬玉糯3號，綠豆品種為中綠1號，甘薯品種為贛薯2號，分別由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物品種資源研究所和江西省紅壤研究所提供 。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2019年以春鮮食玉米—綠豆輪作（CK1）、甘薯單作（CK2）為對照，設(shè)置每1行春鮮食玉米—綠豆套1行甘薯（T1）、每3行春鮮食玉米—綠豆套2行甘薯（T2）和每2行春鮮食玉米—綠豆套1行甘薯（T3）3種行比配置間作套種種植模式。春鮮食玉米行距為56 cm，株距為30 cm；綠豆行距為28 cm，株距10 cm，T1、T2、T3處理，每行玉米收獲后種植兩行綠豆；甘薯行距為56 cm，株距為30 cm，T1、T2、T3處理保持玉米綠豆行株距，按照1∶1、3∶2、2∶1的行比套種甘薯（見圖1）。每個處理設(shè)置3次重復(fù)，小區(qū)完全隨機排列，小區(qū)面積30.0 m2。

圖1 不同行比配置種植示意圖

各處理間同種作物的管理水平一致，其中種植鮮食玉米的化肥用量折合純N 225 kg/hm2、純P 90 kg/hm2、純K 180 kg/hm2，種植甘薯時化肥用量折合純N 150 kg/hm2、純P 90kg/hm2、純K 225 kg/hm2；鮮食玉米、甘薯種植時，50%的氮肥、50%的鉀肥和100%的磷肥以基肥方式一次施入，其余肥料在苗期和后期中耕培土?xí)r施入。種植綠豆時化肥用量折合純N 45 kg/hm2、純P 90 kg/hm2，純K 45 kg/hm2，其中70%的氮肥、70%的鉀肥和100%的磷肥以基肥方式一次施入，剩余的氮肥和鉀肥在清棵蹲苗期施入。鮮食玉米、綠豆及甘薯的具體生育時期見表1。

表1 鮮食玉米—綠豆/甘薯種植模式下各作物的生育期

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì) 參照魯如坤[13]主編的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》對土壤理化性質(zhì)進行檢測分析。

1.4.2 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測定 于鮮食玉米、甘薯及綠豆成熟期分別在各處理中間行連續(xù)取10株進行考種并計算理論產(chǎn)量。

1.4.3 土地當(dāng)量比（LER） 參考Zhang等[14]的方法，土地當(dāng)量比LER=YIM/YMM+YIS/YMS+ YIG/YMG，式中，YIM、YIS和YIG分別為套作鮮食玉米、甘薯和綠豆的產(chǎn)量（kg/hm2）；YMM、YMS和YMG分別為單作鮮食玉米、甘薯和綠豆的產(chǎn)量（kg/hm2）。

1.4.4 經(jīng)濟效益 總投入包括人工投入和物資投入，人工投入為播種、田間管理、收獲的用工成本，物資投入為種子、農(nóng)藥、化肥的成本。按照市場批發(fā)價鮮食玉米2元/kg，甘薯1.2元/kg，綠豆6元/kg，人工費用80元/d，計算各處理的總投入、總產(chǎn)出和純收益。

1.5 統(tǒng)計分析

采用Excel2007軟件進行數(shù)據(jù)分析處理，采用DPS7.5軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同行比配置對鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式下作物農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 鮮食玉米的農(nóng)藝性狀 由表2可知，和鮮食玉米單作處理（CK1）相比，T1～T3處理鮮食玉米葉的生物量、單株總生物量和單穗重均有所增加，根和莖的生物量有增有減，說明不同行比配置均能產(chǎn)生邊際效應(yīng)，使間作套種模式下鮮食玉米植株形態(tài)生長優(yōu)于鮮食玉米單作處理。不同行比配置間，穗位高隨著行比值的增加而降低；根和莖的生物量隨著行比值的增加先增加后減少；葉、總生物量以及鮮穗重隨著行比值的增加而增加，以T3處理（2∶1行比）葉的生物量、總生物量和鮮穗重最高。因此，在鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式下2∶1的行比配置（T3處理）較為適宜鮮食玉米植株的生長，更有利于個體產(chǎn)量的形成。

表2 不同行比配置處理鮮食玉米的農(nóng)藝性狀

2.1.2 綠豆的農(nóng)藝性狀 由表3可知，與綠豆單作處理（CK1）相比，T1～T3處理綠豆的株高、底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)和單株生物量均呈下降趨勢，表明甘薯對綠豆植株生長產(chǎn)生了顯著的抑制作用，且大于邊際效應(yīng)的增產(chǎn)效應(yīng)。不同行比配置間，株高隨著行比值的增加而升高；底莢高度和主莖節(jié)數(shù)隨著行比值的增加呈先升高后降低的趨勢；有效分枝數(shù)和單株生物量隨著行比值的增加而減小。綜合來看，在鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式下1∶1的行比配置（T1處理）更有利于綠豆植株的生長發(fā)育，可形成較高生物量，為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

表3 不同行比配置處理綠豆的農(nóng)藝性狀

2.1.3 甘薯的農(nóng)藝性狀 由表4可知，與甘薯單作處理（CK2）相比，T1～T3處理甘薯的蔓長、單株生物量、大中薯率和單薯重均有所增加，單結(jié)薯數(shù)和薯蔓比（R/T值）均有所降低，表明鮮食玉米和綠豆的遮陰作用促進了地上部分藤蔓的生長，提高了光合產(chǎn)物向薯塊的轉(zhuǎn)運，但抑制了薯塊的分化。不同行比配置間，隨著行比值的增加，蔓長逐漸增長，單結(jié)薯數(shù)減少，大中薯率逐漸降低，單株生物量和單薯重呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。綜合來看，在鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式下3∶2的行比配置（T2處理）更有利于甘薯植株的生長，獲得較高的生物量。

表4 不同行比配置處理甘薯的農(nóng)藝性狀

2.2 各處理的群體產(chǎn)量和經(jīng)濟效益

由表5可知，與甘薯套作時鮮食玉米產(chǎn)量與單作時相比差異不顯著；與鮮食玉米和綠豆間作套種時，甘薯產(chǎn)量比單作時顯著降低，并且隨著行比值的增加產(chǎn)量顯著降低，表明作為弱勢作物，種植過程中增加鮮食玉米和綠豆的行比，將壓縮甘薯的生長空間；與甘薯間作時綠豆產(chǎn)量比單作時顯著降低，并且隨著行比值的增加降幅更大，表明增加綠豆行比，加劇了群體競爭，減少了邊際效應(yīng)優(yōu)勢?？偖a(chǎn)量和土地當(dāng)量比均隨行比值的增加而降低。綜合來看，在鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式下，1∶1的行比配置（T1處理）有著顯著的產(chǎn)量優(yōu)勢，不僅能發(fā)揮鮮食玉米和綠豆的邊際效應(yīng)優(yōu)勢，還能減小對甘薯的影響，適宜在紅壤旱地區(qū)域推廣應(yīng)用。

表5 不同行比配置處理的群體產(chǎn)量和產(chǎn)出效益

從表6可以看出，不同行比配置處理的產(chǎn)出、純收益均高于單作處理，表明不同行比配置處理能顯著增加經(jīng)濟效益，T1、T2、T3處理純收益較CK1處理分別增加72.75%、15.08%、6.14%，較CK2處理分別增加279.07%、152.51%、132.91%。各處理產(chǎn)投比由高到低排列依次為T1＞CK1＞T2＞T3＞CK2。不同行比配置處理間，產(chǎn)出、純收益和產(chǎn)投比均隨著行比值的增加而降低，以1∶1的行比配置（T1處理）產(chǎn)出、純收益和產(chǎn)投比最高，為紅壤旱地鮮食玉米—綠豆間作套種甘薯體系最適宜的行比配置。

表6 不同行比配置處理的經(jīng)濟效益

3 討 論

高低位作物間作套種是一種典型的多作物栽培模式，能有效利用不同作物在生長過程中形成的時空分布，充分發(fā)揮光、溫、水、肥等有限資源的生產(chǎn)潛力，實現(xiàn)資源的高效利用[15-16]，但由于間作套種模式中農(nóng)業(yè)資源和系統(tǒng)競爭關(guān)系的改變，作物的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征以及生物量的積累與分配會隨之發(fā)生改變[10]，因此通過不同行比配置來協(xié)調(diào)作物間的資源利用率和競爭關(guān)系，是栽培上重要的農(nóng)藝措施[8]。

高位作物由于存在空間和光溫資源的競爭優(yōu)勢，當(dāng)行比較小時，邊際效應(yīng)優(yōu)勢大于種間競爭劣勢，隨著種植行比的增加而促進植株生長發(fā)育，當(dāng)行比配置增加到一定程度，種間競爭增強，且大于邊際效益優(yōu)勢，進而抑制植株的生長發(fā)育，表現(xiàn)為隨著行比配置的增加，作物的生長表現(xiàn)為先促進后抑制。低位作物一般具有較強的耐蔭性，比較適應(yīng)這種弱光條件，因此表現(xiàn)出促進地上部分生長、降低根冠比和總生物量等特點[17]。

該研究采用鮮食玉米—綠豆輪作間作套種甘薯的種植模式，涉及3種作物，情況相對復(fù)雜。高位作物中，隨著行比配置的增加，玉米株高差異不顯著，總生物量和單穗重逐漸增加，產(chǎn)量差異不顯著；而綠豆由于在甘薯封壟期間作，在生長前期甘薯屬于優(yōu)勢作物，隨著行比配置的增加，綠豆有效分枝數(shù)減少，總生物量、單株生物量和產(chǎn)量逐漸降低。低位作物甘薯，受玉米和綠豆的雙重影響，表現(xiàn)為隨著行比值的增加，單株生物量和單薯重呈先增后降趨勢，產(chǎn)量則逐漸下降，蔓長逐漸增長，地上部分出現(xiàn)了一定程度的徒長現(xiàn)象，與前人研究結(jié)果相一致[18]，甘薯為適應(yīng)遮陰環(huán)境，促進了地上部分生長，降低了R/T值。

間作套種是提高資源利用率、作物產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的重要農(nóng)作措施[12]。在該研究中，由于甘薯的人工、種苗和機械費用高于玉米和綠豆，導(dǎo)致甘薯單作（CK2）產(chǎn)投比最低。與單作相比，間作套種提高了系統(tǒng)產(chǎn)量、土地當(dāng)量比、產(chǎn)出和純收益，經(jīng)濟效益較鮮食玉米—綠豆輪作（CK1）增加6.12%～72.46%，較CK2增加132.91%～279.07%，增收顯著。不同行比配置中，隨著行比值的增加，玉米產(chǎn)量差異不顯著，但綠豆和甘薯產(chǎn)量逐漸下降，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)量、土地當(dāng)量、產(chǎn)出和產(chǎn)投比均下降，這與解備濤等[19]的研究結(jié)果一致。

間作套種能實現(xiàn)增產(chǎn)增效的目的，主要是通過不同行比配置來協(xié)調(diào)作物間的競爭關(guān)系和投入與產(chǎn)出的關(guān)系，因此常常出現(xiàn)間作產(chǎn)投比低于單作的現(xiàn)象[19-21]。該研究中，僅1∶1行比配置（T1處理）的產(chǎn)投比高于鮮食玉米—綠豆輪作（CK1），說明1∶1的行比配置不僅平衡了不同作物種間競爭關(guān)系，而且平衡了投入與產(chǎn)出關(guān)系，達到最高的產(chǎn)出和產(chǎn)投比。

調(diào)控播期能夠優(yōu)化間作套種群體資源利用率，協(xié)調(diào)優(yōu)勢與劣勢作物間的競爭關(guān)系，促進增產(chǎn)[22]。同時，播差期越長，系統(tǒng)產(chǎn)量越低[23-24]。在該研究的鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式中，甘薯在玉米拔節(jié)期栽插，共生期較長，為43 d，甘薯受玉米遮陰的影響較大，且持續(xù)時間長，而綠豆在甘薯封壟期播種，播差期也較長，為50 d，生長前期綠豆為劣勢作物，對光溫資源的競爭較弱，影響綠豆的生長發(fā)育。因此,為進一步提高系統(tǒng)產(chǎn)量，還需對各作物播期進一步深入研究，適當(dāng)提早玉米播種期，推遲甘薯栽插期，從而縮短共生期和播差期，減輕種間競爭。

4 結(jié) 論

在紅壤旱地鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式中，行比配置通過協(xié)調(diào)各作物種間競爭關(guān)系，發(fā)揮邊際效應(yīng)，減輕種間競爭，促進作物的生長發(fā)育，而且還通過協(xié)調(diào)投入與產(chǎn)出關(guān)系，達到較高的產(chǎn)出和產(chǎn)投比。試驗結(jié)果顯示，在鮮食玉米—綠豆套種甘薯模式中保持玉米和綠豆的行株距，按照1∶1的行比套種甘薯能獲得最高的系統(tǒng)產(chǎn)量、土地當(dāng)量比、經(jīng)濟效益和產(chǎn)投比，適宜在紅壤旱地區(qū)域推廣應(yīng)用。