玉米-大豆間作種植效應分析及展望

翟娟 劉嵐君 褚崇勝 胡妹

摘? ? 要：玉米-大豆間作是農業中典型的間作模式之一。結合試驗研究結果可知，玉米-大豆間作種植在時間和空間上利用光、熱、水、養分等資源具有互補優勢。文章分析了玉米-大豆間作種植類型，總結了該間作體系增加養分累積量、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、土地當量比及產量等間作優勢，并根據目前應用情況提出了需進一步研究的問題和展望方向。

關鍵詞：玉米；大豆；間作優勢；效應分析

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

作者簡介：翟 娟（1979—），女，漢族，貴州赫章人，本科，農藝師，研究方向為農業經營管理。

間作是指在生長季節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]。間作是農業生產的傳統農藝措施，可提高作物競爭力，并改善單位農田面積的資源利用能力。良好的間作模式在地下部表現為深根系植株與淺根系植株養分資源共享、生態位分離，在地上部則體現為空間光源的充分利用[2]，間作作物在營養需求、生根能力、高度、冠幅結構和間作作物生長資源等方面表現為互補關系[3]。大量研究表明，在多種作物間作體系中都存在間作優勢，合理間作可以提高光、熱、水、肥等自然資源和農業資源的利用率[4]。

玉米和大豆是我國主要的糧食和經濟作物，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口。近年來，為了切實解決“三農”問題，各級農業主管部門紛紛提倡踐行新型、高效種植技術探索。

西南地區土壤多黏性、土地養分流失率較高，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良的間作體系，玉米和大豆可在空間結構上互補，有效利用受光面積，促進田間小氣候交流，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[9]?？偠灾诘?季作物達到生理成熟或接近成熟階段種植第2季作物。在玉米-大豆間作系統中，大豆通常是晚播作物，當2種作物都以最佳種植密度種植時，土壤當量比通常在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分、光源和水分，從而增加整體經濟效益、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用于勞動密集型小型農業，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系統功能，促進土壤生物群繁殖以及提升土壤質量[12]。此外，混合間作與各種生態效益相關，例如在總生態位空間中增強資源利用，促進生態位分化[13]。

1.3 帶狀間作

帶狀間作種植系統包括在不同條帶中種植2種或多種作物，當條帶寬度適宜，可種植其他種作物[14]。隨著農業持續發展，已經開發并使用了玉米-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勢

2.1 增加養分累積量，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。研究發現，青貯玉米與飼草大豆間作[16]，可改善土壤團聚體結構，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，從營養需求角度來看，玉米為喜氮作物，在發育前期和品質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）的大豆根系結瘤數更多，固氮量及其他養分（硫、鉀、磷）含量更高。

2.2 抑制病蟲害和雜草發育

在同一塊土地上玉米-大豆間作會改變寄主植物間的關系和土壤環境，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位中的延伸，間作對雜草的競爭效應更強。與單作相比，玉米-大豆作物間作的雜草密度和雜草干物質較低，進一步研究發現，在農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，可誘導感病蛋白基因發生上調表達，從而激活大豆內生防御系統，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害或人為管理不當使植株傾斜或著地。作物倒伏帶來的負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，并導致收成降低，是影響玉米生產的重要災害[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，其植株群體冠層內部的光合有效輻射、葉面積指數、葉片光合能力、分枝數及產量顯著降低。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造良好的群體冠層內部光環境，降低植株田間大豆、玉米倒伏率。

2.4 提高環境資源利用效率

玉米與大豆間作種植不存在養分競爭關系，因此可以提高土壤中養分利用率[24]。玉米-大豆間作展現出的高養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。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，能顯著提高復合群體對不同時間及空間生態位上養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，從而增加產量。

2.5 提高產量和土地當量比

玉米-大豆間作模式能夠提高作物產量，原因是間作提高了作物對養分、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2種作物在一起種植時，可能會發生植物內部或物種間的競爭，而玉米-大豆間作中的種間資源互補是促進作物增產的重要因素。

玉米-大豆間作以提高產量為目的，特別是對于小型種植和生長季節較短的地區，土地當量比、面積時間當量比的方向是評價間作產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，土地當量比分別為1.24、1.29、1.37；當玉米播期為大豆播種后20、27、34 d時，當量比分別為1.24、1.29、1.27[29]。這表明播期、種植密度是影響間作優勢的重要因素。

3 問題與展望

與集約化單一栽培生產相比，玉米-大豆間作被認為是提高農業系統可持續性的替代措施之一，可有效提高復合群體資源利用、養分吸收及產量。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，如果管理不善，可能會降低2種作物的產量[30]。大豆單產低主要是由于截獲的光合有效輻射不足，通常被認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，甚至會促進真菌病害的發生。因此，玉米-大豆間作在保證兩者之間互不沖突、相互促進的情況下，可達到最佳的產量效果。

此外，要實現玉米和大豆田間生產機械化、產量潛力最大化以及全國和國際應用的最終目標，還需要開展更多工作，以改進目前在我國所有玉米或大豆種植區的應用系統，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、適宜當地氣候和土壤的新型品種等。此外，有研究表明，在玉米-大豆帶狀套作系統中，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養分。因此，要實現玉米-大豆間作高產高效，必須因地制宜開展間作種植的品種篩選、最優帶寬、間作體系合理配置等相關技術研究。

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