玉米大豆帶狀復合種植模式對糧豆經濟性狀的影響

胡海波,丁素榮,劉迎春,魏云山,王曉磊,康澤然,崔智慧,李 峰,侯建華,劉會宇,周學超*

(1.內蒙古自治區赤峰市農牧科學研究所,內蒙古赤峰 024031;2.內蒙古農業大學農學院,內蒙古呼和浩特 010010;3.赤峰市喀喇沁旗西橋鎮政府,內蒙古赤峰 024418)

大豆原產于我國,富含豐富的蛋白有脂肪,年產大豆在1 600萬t左右,而年消費量在1.1億t左右。近幾年,我國大豆總產量有所提高,仍不能滿足日益增長的大豆需求量,大豆進口依存度過高。提高大豆總產量可以通過增加單產和擴大種植面積來實現,套作是傳統農業的精華,利用物種互補性,通過增加單位土地的作物產量來實現可持續的集約化[1]。在我國耕地資源有限的情況下,玉米大豆帶狀復合種植模式通過“選配良種,擴間增光,縮株保密”核心技術,可實現在保證玉米基本不減產的情況下,增加大豆總產量[2]。中央一號文件連續多年指出,要穩定糧食生產,加大對大豆高產品種和玉米、大豆間作新農藝推廣的支持力度[3]。現階段,受耕地資源限制,可以通過間套作種植模式來提高復種指數,從而擴大大豆種植面積,增加大豆產量。大量研究表明,玉米-大豆間套作種植通過改善土壤養分結構及田間小氣候,提高光能利用率和光合速率,增加干物質積累,從而獲得產量優勢[4-7]。

大豆為喜光作物,在大豆干物質中,光合產物積累占 91.31%。然而,在玉米-大豆間作種植模式中,大豆處于光能截獲的劣勢,高位作物玉米對低位作物大豆的遮陰使大豆植株凈光合速率下降,從而導致單株莢數、粒數和百粒質量降低,最終導致大豆產量下降[8]。不同種植模式下,光照條件不同會導致大豆生長發育不同,玉米的蔭蔽脅迫使大豆莖稈細弱、發生倒伏而影響產量[9]。合理的田間配置能夠減少強勢作物對弱勢作物的影響,使作物產量的潛能得到充分發揮。通過改變作物間套作的帶寬和密度,可以對群體結構進行調整,進而影響作物群體的光能利用率和干物質生產。前人研究表明,間作大豆幅寬的增加有利于大豆光能截獲、提高光合速率、保證干物質積累,使大豆有效莢數和粒數增加,從而提高大豆產量[10-12]。與單作相比,玉米+大豆套作能促進氮肥利用率,降低氮素依賴率,從2012年的75.4% 緩慢下降至69.4%[13]。王敏等[14]研究發現,在德國北方玉米和大豆間作產量潛力大,間作玉米產量總體很高,葉片發育良好,可以促進光合作用和干物質積累。

在不同地區采取寬窄條帶田間種植方法,充分利用邊行優勢,合理地分帶以協調大豆-玉米之間對光照和肥水的需求,是實現帶狀種植、提高大豆總產量的關鍵。前人對玉米大豆復合種植的帶寬和密度研究多以小區形式開展,而采用與種植戶相同的大面積模式篩選報道較少。為了改善大豆生長環境,同時響應當前大力推行機械化耕作的趨勢,以探求玉米-大豆帶狀復合種植模式下玉米-大豆田間最佳配置,筆者設置玉米和大豆不同帶寬和行比,研究不同田間配置對玉米-大豆生長及產量特征,分析其經濟效益,以期找到合理的帶寬和密度配置,為玉米-大豆帶狀復合種植模式下玉米-大豆最優配置的確定及推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗在赤峰市喀喇沁旗西橋鎮七家村-赤峰市農牧科學研究所試驗基地進行(41°51′20.56″N,119°5′47″E)。北緯試驗區域的土壤為砂壤土,前茬一致為高粱。

1.2 試驗材料供試大豆材料品種為赤豆5號和東農63;玉米品種為宇玉704。

1.3 試驗設計于2021年4月25日播種,播種時一次性側深施。肥料種類為緩控釋復合肥(27-10-12)和二銨(18-46-0);玉米施肥量為復合肥600 kg/hm2+二銨150 kg/hm2,大豆施肥量為復合肥202.5 kg/hm2+二銨52.5 kg/hm2。玉米/大豆復合種植設置5個處理,處理1為4+4模式;處理2為2+4模式;處理3為22(加密)+4模式;處理4為22(加密)+2模式(勻壟50 cm);處理5為22(加密)+2模式(40-60 cm大小壟);對照為大豆(CK2)、玉米(CK1)清種。

玉米行距50 cm,株距30 cm,種植密度65 340株/hm2;大豆行距50.0 cm,株距8.5 cm,赤豆5號密度為204 180株/hm2。種植面積玉米0.33 hm2,大豆1.2 hm2,具體見圖1、表1。其中,模式為按照玉米行數+大豆行數的方式記錄。帶寬指某一帶玉米或大豆的第1行至相鄰下1帶玉米或大豆的第1行之間的總寬度。行距指相鄰兩行玉米或大豆之間的距離。間距指相鄰玉米和大豆之間的距離。幅寬指玉米或大豆占地總寬度,即玉米或大豆各行距之和+間距的寬度。占地比例指玉米、大豆幅寬占間作帶寬的百分比。密度指玉米、大豆在間作田中的密度。玉米、大豆單種僅填寫行距、株距、密度。

圖1 玉米大豆帶狀復合種植模式圖Fig.1 Zonal composite planting pattern of corn and soybean

表1 玉米/大豆復合種植模式比較

1.4 調查測定項目

1.4.1玉米調查測定項目。生長過程中記載生育時期、品種特性。成熟時每小區取 10 株進行考種。測定株高、穗位、有效穗數、雙穗率,室內測定穗長、禿頂長度、千粒重等項目,并實收產量。

1.4.2大豆調查測定項目。生長過程中記載品種生育時期、品種特性。成熟時每小區取20株進行考種,測定株高、有效株數,室內測定底莢高度、主莖節數、分枝數、有效莢數、無效莢數、單株粒數、百粒重等,并實收產量。

1.5 數據分析采用SPSS 18.0 軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式對大豆和玉米產量及其構成因素的影響

2.1.1對玉米產量及其構成因素的影響。由表2可知,不同模式的玉米產量有明顯差異,其中在不同復合模式處理中,處理4產量最高,但比CK1低20.48%,其余處理比CK1產量低28.78%～56.51%。不同處理產量由高到低依次為CK1>處理4>處理5>處理1>處理3>處理2。

表2 玉米/大豆復合種植條件下玉米產量及其構成因素比較

不同的模式對玉米產量構成因素的影響變異較大。處理1、2的穗長與其他處理間差異極顯著,穗粗僅與CK1間差異不顯著,禿尖長與處理3(東農63)間差異極顯著。處理1、2的百粒重、行粒數間差異不顯著。處理1與處理3(赤豆5號)間穗行數差異顯著,與其他處理間差異不顯著。單作的產量高于復合模式且差異極顯著,處理4和5間產量差異不顯著,處理1和2間產量差異達顯著水平。

2.1.2對大豆產量及其構成因素的影響。由表3可知,不同處理間大豆產量有差異。各復合模擬處理中,處理2產量最高,但比CK2低39.12%,其他復合模式處理比CK2產量低52.82%～72.27%。不同處理大豆產量由高到低排序為CK2>處理2>處理3(東農63)>處理3(赤豆5號)、處理1>處理5>處理4。

表3 玉米/大豆復合種植條件下大豆產量及其構成因素比較

從大豆產量構成因素來看,處理2與4間單株莢數和莢粒數差異達極顯著,與處理3(東農63)間有顯著差異。除處理4外,其他模式處理的百粒重與CK2間差異達極顯著,22+2(勻壟)和22+2(40-60 cm)模式間差異不顯著。從產量來看,單作產量與復合種植模式間差異極顯著,處理2與其他復合種植模式間產量差異顯著或極顯著。其中,處理4大豆產量最低,與其他處理間差異顯著或極顯著。

2.1.3對玉米/大豆復合種植產量的影響。復合種植下,不同種植模式間產量差異明顯。除22+2(勻壟)模式外,CK1處理產量顯著高于其他模式,居于首位,其次是22+2(勻壟)模式。22+2(勻壟)模式總產量比CK1處理低709.20 kg/hm2,降低了5.15%。

2.2 玉米/大豆復合種植經濟效益比較

2.2.1成本投入。生產成本包括整地(播前耕地滅茬翻耕、耙平拖耢平整等)、種子、肥料、農藥、滴灌、機械費用、田間管理用工等成本投入。物質投入以單作玉米CK1較高,最低為單作大豆CK2,兩者相差1 545元/hm2;機械和人工費用以22+4模式、22+2模式最高,單作玉米最低,相差2 490元/hm2。由于試驗采用人工除草,單作大豆機械和人工費用比玉米高出675元/hm2,但單作大豆生產成本總和卻低于玉米及復合種植模式。

2.2.2糧食價格情況。按秋季當地糧食價格玉米2.4元/kg,大豆5.8元/kg計算。

2.2.3玉米/大豆復合種植經濟效益。不同處理與CK1的收入比較顯示,僅有22+2(勻壟)模式收入比CK1增加763.80元/hm2,增幅4.52%。其他模式均低于CK1。22+4模式、2+4模式、4+4模式分別比CK1少收入1 007.55、1 280.55、2 060.55元/hm2,減少收入5.77%～11.78%。CK2收入最低,比CK1少收入12 555.00元/hm2。而22+2(勻壟)模式復合收入顯著高于22+2(40-60 cm)模式。同樣22+4模式(赤豆5號)收入顯著高于22+4模式(東農63)。不同模式收入由高到低排序為22+2(勻壟)模式>CK1>22+4模式>2+4模式>4+4模式>22+2(40-60 cm)模式>CK2。

2.3 本地區適宜的玉米/大豆復合種植模式篩選

2.3.1玉米產量目標。玉米產量由高到低排序為CK1> 22+2(勻壟)模式>22+2(40-60 cm)模式,產量變化幅度為0、-14.86%、-29.79%,CK1產量為13 775.4 kg/hm2。

2.3.2大豆產量目標。大豆產量由高到低排序為CK2>22+4模式>2+4模式>4+4模式,產量減少變化幅度0～14.67%,CK2產量為3 506.55 kg/hm2。

2.3.3玉米大豆復合產量目標。玉米大豆復合產量由高到低排序為CK1> 22+2(勻壟)模式>22+2(40-60 cm)模式>22+4模式>4+4模式,產量變化幅度分別為0、-5.15%、-21.05%、-23.85%、-26.91%。

2.3.4復合收入目標。收入由高到低排序為22+2(勻壟)模式>CK1>22+4模式>2+4模式>4+4模式,收入變化幅度分別為4.52%、0、-5.77%、-7.05%、-11.78%,CK1收入為17 296.05元/hm2。

綜合糧食總產和效益、大豆產量來看,首選模式為22+4模式,該模式玉米產量比CK1降低43.24%,大豆產量比CK2減少14.67%,而復合產量比CK1降低23.85%,但其收入比CK1僅低5.77%。22+2(勻壟)模式的效益高于CK1,復合產量比CK1僅低5.15%,玉米產量比CK1降低14.86%,但大豆產量比CK2減少幅度達61.86%。此外,22+4模式、22+2(勻壟)模式及2+4模式與CK1在經濟收入方面差異不明顯。

3 結論與討論

大豆為光敏感型作物,在大豆的總干物質中,光合產物積累量占到91.32%,光照對其整個生育期生長發育影響巨大[15]。而在玉米/大豆間作模式中,大豆處于群體光能截獲的劣勢,高層作物的遮陰是制約大豆增產的主要原因,因此該試驗設置了6個不同的糧豆種植模式,分析其在不同的蔭蔽條件下,大豆的農藝性狀變化及產量指標變化,以及玉米和大豆的總經濟系數,結合勞動力成本上升和農村勞動力缺乏的實際,配合機械化作業的需求,兼顧玉米、大豆總產和效益,大豆產量較高首選模式為22+4模式。

研究表明,玉米和大豆復合種植提高了玉米光合速率,但降低了大豆的光能利用率[16]。這與該試驗中不同處理間大豆的產量相關性狀均有所下降趨勢一致。該試驗與前人[17-19]的研究一致,表明相對于清種大豆和玉米,帶狀復合種植大豆、玉米產量相關性狀均有所下降,這可能是由于帶狀復合種植玉米行間的空間小、種植密度比清種小,大豆無法獲得生長所需要的光熱資源,以致帶狀復合種植大豆較清種光合作用降低,單株莢數、單株粒數、單株粒重和百粒重均減少,產量也有所降低,結合經濟效益,最優模式為22+2(勻壟)。該試驗中,6種不同處理下的單產均低于清種,這與前人[20-21]的研究結果相反,可能是由于選擇的玉米品種光合效率不夠高、不耐密有關。

合理的種植行距能顯著改善玉米和大豆植株行間通風透光的生長環境,促進玉米和大豆植株的生長發育,獲得更高的生物產量。種植模式對不同品種作物營養器官積累的干物質向籽粒轉運的影響存在差異[22],套種玉米生育后期有寬行光補償效應,隨著行距的增加,玉米干物質積累量對籽粒的貢獻率呈現先增加后穩定的趨勢[23]。

糧豆復合體系內作物合理的搭配和組合是其增產的重要保證,共生期體系內2種作物必然發生相互作用,且間套作作物的相對競爭能力受環境影響較大,特定環境條件下的最佳作物組合及品種搭配并不一定適應于所有的種植區域[24-25]。該試驗篩選出的22+4模式是增加大豆總產、適應機械化的最優模式,但其總效益低于玉米清種,只考慮經濟效益情況下,最優組合為22+2(勻壟),但其玉米、大豆的產量下降幅度較大。該試驗研究了內蒙古東南部地區玉米大豆帶狀復合種植對玉米和大豆光合生理指標以及產量及其構成因素的影響,對于臨近的通遼市中國三大黃金玉米帶推廣糧豆帶狀復合種植也具有重要的指導意義。為了在推廣該模式時有穩定的表現,今后還應篩選更適宜的帶狀復合種植下玉米和大豆品種,并進行多年多點試驗,為該項種植技術的推廣提供更科學的依據。