玉米-大豆間作種植效應(yīng)分析及展望

翟娟 劉嵐君 褚崇勝 胡妹

摘? ? 要：玉米-大豆間作是農(nóng)業(yè)中典型的間作模式之一。結(jié)合試驗研究結(jié)果可知，玉米-大豆間作種植在時間和空間上利用光、熱、水、養(yǎng)分等資源具有互補優(yōu)勢。文章分析了玉米-大豆間作種植類型，總結(jié)了該間作體系增加養(yǎng)分累積量、防控作物病蟲害、抑制雜草生長、增強抗倒伏能力、提高土壤肥力、土地當(dāng)量比及產(chǎn)量等間作優(yōu)勢，并根據(jù)目前應(yīng)用情況提出了需進(jìn)一步研究的問題和展望方向。

關(guān)鍵詞：玉米；大豆；間作優(yōu)勢；效應(yīng)分析

文章編號：1005-2690（2023）10-0130-03? ? ? ?中國圖書分類號：S513；S565.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：翟 娟（1979—），女，漢族，貴州赫章人，本科，農(nóng)藝師，研究方向為農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理。

間作是指在生長季節(jié)或生長期的同一塊田地同時交替種植2種或多種不同作物的種植方式[1]。間作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的傳統(tǒng)農(nóng)藝措施，可提高作物競爭力，并改善單位農(nóng)田面積的資源利用能力。良好的間作模式在地下部表現(xiàn)為深根系植株與淺根系植株養(yǎng)分資源共享、生態(tài)位分離，在地上部則體現(xiàn)為空間光源的充分利用[2]，間作作物在營養(yǎng)需求、生根能力、高度、冠幅結(jié)構(gòu)和間作作物生長資源等方面表現(xiàn)為互補關(guān)系[3]。大量研究表明，在多種作物間作體系中都存在間作優(yōu)勢，合理間作可以提高光、熱、水、肥等自然資源和農(nóng)業(yè)資源的利用率[4]。

玉米和大豆是我國主要的糧食和經(jīng)濟作物，對保障畜牧糧食安全具有重要意義，我國玉米常年種植面積約4 300萬hm2，大豆僅800萬hm2左右[5]，兩者目前皆主要依賴進(jìn)口。近年來，為了切實解決“三農(nóng)”問題，各級農(nóng)業(yè)主管部門紛紛提倡踐行新型、高效種植技術(shù)探索。

西南地區(qū)土壤多黏性、土地養(yǎng)分流失率較高，間作是較好的種植模式之一，能充分利用光、熱資源提高單位面積的收益[6]。對眾多禾本科和豆科作物的分析表明，玉米和大豆間作是優(yōu)良的間作體系，玉米和大豆可在空間結(jié)構(gòu)上互補，有效利用受光面積，促進(jìn)田間小氣候交流，且玉米和大豆分別是耗氮C4和固氮C3作物，播種季節(jié)相同，適合機械化種植和收獲[7]。

1 玉米-大豆間作種植類型

1.1 間作套種

間作套種指在同一土地上按照不同比例種植不同種類農(nóng)作物的種植方式[8]。這涉及在既定作物中種植1種或多種作物，使第1批作物的最后生長階段與其他作物的初始生長階段相對應(yīng)[9]。總而言之，在第1季作物達(dá)到生理成熟或接近成熟階段種植第2季作物。在玉米-大豆間作系統(tǒng)中，大豆通常是晚播作物，當(dāng)2種作物都以最佳種植密度種植時，土壤當(dāng)量比通常在1.1～1.8，間作作物在整個共同生長期不會激烈競爭，間作套種可以更平衡地利用土壤養(yǎng)分、光源和水分，從而增加整體經(jīng)濟效益、減少雜草和病蟲害[10]。

1.2 混合間作

這種間作類型涉及1次同時種植多種作物，但沒有明確的行布局[11]。這種間作方法普遍應(yīng)用于勞動密集型小型農(nóng)業(yè)，也適用于牧場草豆科間作。玉米-大豆間作可有效改善土壤多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能，促進(jìn)土壤生物群繁殖以及提升土壤質(zhì)量[12]。此外，混合間作與各種生態(tài)效益相關(guān)，例如在總生態(tài)位空間中增強資源利用，促進(jìn)生態(tài)位分化[13]。

1.3 帶狀間作

帶狀間作種植系統(tǒng)包括在不同條帶中種植2種或多種作物，當(dāng)條帶寬度適宜，可種植其他種作物[14]。隨著農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)并使用了玉米-大豆條帶間作模式，條帶間作允許玉米和大豆在條帶中分布生長。帶狀間作類型主要基于3個重要策略：增加行距、減少株間間距以及優(yōu)化品種篩選[15]；帶狀間作適合機械耕作和作物收獲；有助于適當(dāng)提高玉米-大豆間作物種的競爭力。帶狀間作也是目前玉米-大豆種植的主要間作類型。

2 玉米和大豆間作的優(yōu)勢

2.1 增加養(yǎng)分累積量，提高土壤肥力

禾本科與豆科間作可以提高土壤肥力，特別是玉米和大豆間作體系。研究發(fā)現(xiàn)，青貯玉米與飼草大豆間作[16]，可改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，降低土壤容重。玉米和大豆均是喜溫作物，對土壤水分的需求階段相似，從營養(yǎng)需求角度來看，玉米為喜氮作物，在發(fā)育前期和品質(zhì)形成后期皆需要大量的氮元素，而大豆能夠通過生物固氮作用固定大氣中的氮轉(zhuǎn)化為無機氮，以供玉米利用[17]。

間作非固氮植株（玉米）和固氮（大豆）作物可以提高氮素總累積量和群體產(chǎn)量，并且在沒有施氮肥的情況下，大豆會固定大氣中的氮，而不是與玉米競爭土壤氮資源。Pierre等（2018）[18]使用3個大豆品種（SB19、地方種GAZELLE和雜交TGX1990-5F）與玉米進(jìn)行多元間作顯示，相較于大豆單作，所有間作體系（特別是玉米與大豆雜交體系）的大豆根系結(jié)瘤數(shù)更多，固氮量及其他養(yǎng)分（硫、鉀、磷）含量更高。

2.2 抑制病蟲害和雜草發(fā)育

在同一塊土地上玉米-大豆間作會改變寄主植物間的關(guān)系和土壤環(huán)境，從而影響害蟲識別和作物防御能力[19]。

大量研究表明，間作比單作能更有效抑制雜草生長，隨著時間和間作群體在土壤生態(tài)位中的延伸，間作對雜草的競爭效應(yīng)更強。與單作相比，玉米-大豆作物間作的雜草密度和雜草干物質(zhì)較低，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)田中雜草往往根系較深但其地上部矮小，接觸光線較少，而土壤中的養(yǎng)分競爭卻很激烈，因此雜草生長受限。

玉米種植過程中易感染大斑病、莖腐病、灰斑病、銹病等病害。研究表明，玉米與大豆間作比例為2∶3時玉米發(fā)病率低。間作種植模式能有效延緩玉米葉片的衰老速度，因而玉米少發(fā)病[20]。玉米與大豆間作，玉米的根系分泌物對大豆帚梗柱孢菌病原菌的生長具有很好的抑制作用，可誘導(dǎo)感病蛋白基因發(fā)生上調(diào)表達(dá)，從而激活大豆內(nèi)生防御系統(tǒng)，以降低紅冠根腐病帶來的損傷[21]。

2.3 增強抗倒伏能力

倒伏是玉米種植過程中因自然災(zāi)害或人為管理不當(dāng)使植株傾斜或著地。作物倒伏帶來的負(fù)面影響包括機械損傷、感染病蟲害和降低植株高度，從而降低光攔截效率，并導(dǎo)致收成降低，是影響玉米生產(chǎn)的重要災(zāi)害[22]。研究表明，玉米-大豆間作種植可提高玉米抗倒伏能力。程彬等（2021）[23]研究表明，在玉米-大豆帶狀間作系統(tǒng)中，大豆生長中后期受高位作物玉米遮蔭和自蔭性增加的影響，其植株群體冠層內(nèi)部的光合有效輻射、葉面積指數(shù)、葉片光合能力、分枝數(shù)及產(chǎn)量顯著降低。在玉米-大豆帶狀間作模式下，適宜的大豆種植密度有利于創(chuàng)造良好的群體冠層內(nèi)部光環(huán)境，降低植株田間大豆、玉米倒伏率。

2.4 提高環(huán)境資源利用效率

玉米與大豆間作種植不存在養(yǎng)分競爭關(guān)系，因此可以提高土壤中養(yǎng)分利用率[24]。玉米-大豆間作展現(xiàn)出的高養(yǎng)分資源吸收和利用效率以及低投入，使得該間作體系成為貧瘠土地的首選栽培技術(shù)。眾多研究表明，玉米-大豆間作可以提高大豆作物的固氮能力，能顯著提高復(fù)合群體對不同時間及空間生態(tài)位上養(yǎng)分資源的吸收和利用。

玉米喜強光直射，玉米-大豆間作種植不影響玉米的光能獲取面積，且大豆可以截取玉米帶間散落的光能進(jìn)行光合作用。間作種植模式使得單位土地面積上的光合效率提高，從而增加產(chǎn)量。

2.5 提高產(chǎn)量和土地當(dāng)量比

玉米-大豆間作模式能夠提高作物產(chǎn)量，原因是間作提高了作物對養(yǎng)分、水和光等自然資源的利用率[25-26]。Yu等（2015）[27]基于meta分析研究表明，當(dāng)2種作物在一起種植時，可能會發(fā)生植物內(nèi)部或物種間的競爭，而玉米-大豆間作中的種間資源互補是促進(jìn)作物增產(chǎn)的重要因素。

玉米-大豆間作以提高產(chǎn)量為目的，特別是對于小型種植和生長季節(jié)較短的地區(qū)，土地當(dāng)量比、面積時間當(dāng)量比的方向是評價間作產(chǎn)量和效率的重要表征。研究表明，玉米和大豆間作有利于提高土地當(dāng)量比。牛永鋒等（2022）[28]研究表明，選擇鮮食玉米與大豆種植行比2∶4的間作模式下，鮮食玉米種植密度為25 000、30 000和35 000株/hm2時，土地當(dāng)量比分別為1.24、1.29、1.37；當(dāng)玉米播期為大豆播種后20、27、34 d時，當(dāng)量比分別為1.24、1.29、1.27[29]。這表明播期、種植密度是影響間作優(yōu)勢的重要因素。

3 問題與展望

與集約化單一栽培生產(chǎn)相比，玉米-大豆間作被認(rèn)為是提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)性的替代措施之一，可有效提高復(fù)合群體資源利用、養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量。玉米-大豆間作仍存在一些困難，例如肥料綜合管理、機械化應(yīng)用、除草以及采收順序，間作還需要付出更多的勞動力，間作種植過程中的除草成本通常很高，尤其是在機械化水平不足且勞動力短缺的國家和地區(qū)，如果管理不善，可能會降低2種作物的產(chǎn)量[30]。大豆單產(chǎn)低主要是由于截獲的光合有效輻射不足，通常被認(rèn)為是限制間作效益的主要因素，間作中玉米冠層覆蓋會造成相對濕度較高的田間小氣候，不利于大豆生長，甚至?xí)龠M(jìn)真菌病害的發(fā)生。因此，玉米-大豆間作在保證兩者之間互不沖突、相互促進(jìn)的情況下，可達(dá)到最佳的產(chǎn)量效果。

此外，要實現(xiàn)玉米和大豆田間生產(chǎn)機械化、產(chǎn)量潛力最大化以及全國和國際應(yīng)用的最終目標(biāo)，還需要開展更多工作，以改進(jìn)目前在我國所有玉米或大豆種植區(qū)的應(yīng)用系統(tǒng)，例如適宜品種仍有待培育或篩選，包括半緊湊型玉米、蔭蔽不敏感大豆、適宜當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥赖男滦推贩N等。此外，有研究表明，在玉米-大豆帶狀套作系統(tǒng)中，窄行和寬行作物的周年輪作以及大豆的固氮作用和磷有效性的提高可為兩種作物提供持續(xù)養(yǎng)分。因此，要實現(xiàn)玉米-大豆間作高產(chǎn)高效，必須因地制宜開展間作種植的品種篩選、最優(yōu)帶寬、間作體系合理配置等相關(guān)技術(shù)研究。

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