大豆品種或品種混合與玉米間作對間作體系多樣性效應的影響

關鍵詞：玉米 大豆；品種混合；凈效應；互補效應；選擇效應

中圖分類號：S565.1；S513 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2025）07-0654-06

doi ：10.3969/j.issn.2097-2172.2025.07.011

EffectsofDifferentSoybean VarietiesorMixtureofVarieties Intercropped with Maize on Diversity Effects of Maize Soybean Intercropping Systems

ZHAO Jianhua， SUN Jianhao， LI Weiqi， WU Kesheng， CHEN Liangzhi， YANG Xinqiang， HEXugang，YANG Mou， ZHENG Haofei （Institute of Soil Fertilizer and Water-saving Agriculture，Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：Toclarifytheefectsof diferentsoybeanvarieties orvarietymixtureswith maize intercroppngondiversityffect ofmaize/soybeanintercroppingsystemsandtoprovideareferenceforrationalinterspecificconfigurationofmaize/soybean intercroppinginiigatedareasoftheHexiCoridor，afeldexperimentwascariedoutfrom2O21to2O22.6intercroppingsystems were established： maize Changnong CN15）， maize Longzhonghuang 601（M LZH601）， maize Longdou 78-1（M LD78-1）， maize Williams Williams82）， maize （LD78- ¹⁺ Williams82， M 2SM），and maize （CN15+LZH601+LD78-1+ Williams82， M 4SM）.Effetsofdierentintercroppingsytemsoncoyield，netectcomplementarityefctadselectionctwere investigated.Results showed that soybean yields in M LZH601 and M LD78-1 systems were significantly higher than those in other systems.Maize yield in M LZH601 was not significantly different from M|| CN15 but was significantly higher than those in the other intercropping systems.The average contributions to total mixed yield were 7.33% from soybean and 92.67% from maize. The 2-year average net effect was greater than O for all systems，with M LZH601 having the highest net effect of 3 768.0 kg/ha. The complementarity effects in Williams82，M 2SM， and M 4SM were negative，contributing nothing to diversity effect; by contrast， CN15， M LD78-1，and M LZH601 had positive complementarity effects，with contribution rates of selection effects to diversity effects listed as 66.9% ， 65.3% ，and 71.1% ， respectively. In conclusion， the yield advantage of maize/soybean intercropping mainly came from maize yield contribution.Diversity effct was primarily driven by selection effect.The M LZH601 system ensured stableyields forboth crops，whilevarietymixture intercroppng with maize wasnotconducivetoyieldadvantageexpression.

Key words： Maize soybean intercropping; Variety mixture; Net effect; Complementarity effect; Selection effect

間作是我國傳統農業的精髓，與傳統單一種植相比較，間作可增加農田生物多樣性、提高作物產量、提升作物資源利用效率、控制病蟲草害等[1-4]。研究表明，間作種間配置是影響間作優勢的因素之一，通過調整物種搭配、種植密度、種間距離等因素可改變間作體系物種的時空生態位，從而對間作物種產量以及間作體系生產力產生重要影響[5-7]。在間作研究中，土地當量比已廣泛用于評價間作相對于單作的產量優勢［8-9]。2001年，Loreau 等[10]提出了“Additive Partitioning\"計算方法，將間作產量優勢定義為凈效應，且認為凈效應包括互補效應和選擇效應，這3種效應被稱為多樣性效應，也為間作體系產量優勢評價提供了新的思路。研究表明，間作產量優勢是互補效應和選擇效應共同作用的結果，互補效應主要反映了間作物種時空生態位差異引起的競爭及競爭后的補償，而選擇效應主要反映了間作體系中高產作物或低產作物在資源利用或產量增加上獲利情況「\"]。因此，深入地理解多樣性效應在間作體系產量優勢中的地位，對于優化間作種間配置，提高間作產量優勢意義重大。

玉米 大豆是河西走廊灌區常見的間作種植模式之一。然而，由于玉米和大豆同種同收，共生期內玉米長期占據競爭優勢，造成大豆嚴重減產，從而降低了體系的生產力［12-13]。因此，優選合適的大豆品種對甘肅河西走廊灌區玉米 大豆體系的高產至關重要。為此，本研究選用了河西走廊灌區常見的4個大豆品種，研究不同大豆品種以及不同品種混合與玉米間作對玉米 大豆體系生產力、作物產量、間作體系多樣性效應的影響，以期為河西走廊灌區玉米 大豆合理種間配置提供參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

本研究于2021—2022年在甘肅省農業科學院張掖節水農業試驗站（ 38^°56^′N， 100^°26^′E 進行，當地海拔 1570m ，年均日照時數 3085h ，晝夜溫差 13.00～16.07^°C ，年均氣溫 7% ， 積溫 3388^°C ， ?10% 積溫 2896^°C ，無霜期 153d 年降水量 130mm ，年均蒸發量 2075mm 。土壤類型為砂壤土， 0～200cm 土壤容重為 1.376g/cm³ 含有機質 22.6g/kg 、水解氮 100.0mg/kg 、速效磷53.6mg/kg 、速效鉀 111.0mg/kg ， pH8.33 。

1.2 試驗材料

供試大豆品種長農15由長春市農業科學院大豆研究所選育，隴中黃601、隴豆78-1由甘肅省農業科學院作物研究所選育，Williams82為美國大豆品種，以上大豆品種均由國家作物種質資源庫甘肅分庫提供。玉米品種先玉335購自山東登海先鋒種業有限公司。供試氮肥為尿素（ N?46% ），購自甘肅劉化（集團）有限責任公司；磷肥為重過磷酸鈣（P₂O₅?43% ），購自云南磷化集團海口磷業有限公司。

1.3試驗設計

試驗共設6個間作模式，分別為玉米 長農 ）、玉米 隴中黃 ）玉米Ⅱ隴豆78-1（M [∥LD78-1] 、玉米 Williams82（M Williams82）、玉米 （隴豆 78-1+Williams82 、玉米 （長農 ¹⁵⁺ 隴中黃 601+ 隴豆78-1+ Williams82， ）。大豆品種混合時，每個品種籽粒數量相等。

種植方式包括玉米 大豆、大豆單作和玉米單作3種，均等行距種植，行距 50cm 、株距20cm （圖1）。大豆單作和玉米單作種植密度10萬株 / hm² ；玉米』大豆種植行比為 2：2 ，即2行大豆，2行玉米，間作帶幅 2.0m ，種植密度5萬株 /hm² 。試驗隨機區組排列，3次重復，小區面積 24m²（6 m×4m） ，小區間隔 50cm 。作物均東西向種植。

各處理施肥量相同，施用量為 N300kg/hm² P₂O₅90kg/hm² ，其中 50% 氮肥和 100% 磷肥基施，剩余 50% 氮肥在玉米大喇叭口期追施。灌水方式為傳統灌溉，生育期灌水4次，單次灌水量1200m³/hm² 。人工除草，其他管理措施均保持一致。

1.4測定項目及方法

1.4.1作物產量作物成熟時，收獲2行作物籽粒，待晾干脫粒后計算產量。

1.4.2多樣性效應凈效應（Neteffect，NE），NEgt;0表示多樣性對間作體系生產力產生正效應；NElt;0表示產生負效應。互補效應（Complementarityef-fect，CE），較高的互補效應表示間作體系中有競爭的補償， CEgt;0 ，表明間作相對于對應的單作生產力更具優勢。選擇效應（Selectioneffect，SE），SEgt;

單作玉米（SM） 單作大豆（SS） 玉米 大豆（M|S）

0表示高產物種在間作中增產，并高于低產物種的產量增加； SElt;0 表示低產物種在間作中增產[14]

NE=（Y_il+Y_im）-（Y_sl×P_l+Y_sm×P_m）

SE=NE-CE

式中， Y_u 和 Y_im 分別為間作大豆和玉米的產量； Y_sl 和 Y_sm 分別為單作大豆和玉米的產量。 P_l 和 P_m 分別表示大豆和玉米在間作體系中的面積占比，本研究大豆和玉米的面積占比均為0.50。

1.4.3多樣性效應貢獻率多樣性效應貢獻率反映間作體系中互補效應和選擇效應對凈效應的貢獻率，由于互補效應值有正有負，當互補效應值為負時，將貢獻率定義為0，相對應的選擇效應貢獻率即為 100% [15]

1.5 數據分析

使用Excel2016軟件進行數據整理，采用R

4.4.2軟件進行圖形繪制和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1不同間作體系的作物產量

年份和種植體系對大豆產量、玉米產量和體系混合產量均有顯著影響（表1）。整體來看，2022年各間作體系大豆產量均高于2021年，2022年間作體系大豆平均產量為 1137.7kg/hm² ，而2021年僅為 741.0kg/hm² 。不同間作體系間大豆2a平均產量存在顯著差異，其中 平均產量最高，為 1286.6kg/hm² ； 較高，為1217.0kg/hm² ， 與 差異不顯著，均顯著高于其他體系（ Plt;0.05 ）。2021年各間作體系玉米產量均高于2022年，2022年間作體系玉米2a平均產量為 10486.9kg/hm² ，低于2021年的13176.4kg/hm² 。其中， 玉米2a平均產量最高，為 13464.6kg/hm² ，與 差異不顯著，顯著高于其他間作體系（ Plt;0.05 ； Williams82最低，為 10 074.6kg/hm² ，與 2SM差異不顯著，均顯著低于其他體系（ ?Plt;0.05 。另外， 2SM和M 4SM中大豆和玉米2a平均產量均顯著低于M （ Plt;0.05） 。2021年各間作體系混合產量均高于2022年，其中 a平均混合產量最高，為 14751.2kg/hm² ，顯著高于其他體系（Plt;0.05 ），分別較 Williams82、M 、MⅡ4SM、M CN15、 提高 33.9% 、 28.8% 、17.1% 、 10.5% 、 9.5% 。

表1不同間作體系對作物產量及混合產量的影響

大豆產量對間作體系混合產量的2a平均貢獻率為 7.33% ，其中 、M|LZH601和 Williams82大豆產量對體系混合產量的貢獻率顯著高于M 、M 4SM和 。玉來產量對間作體系混合產量2a平均貢獻率為92.67% ，其中M 、 4SM和M CN15顯著高于 M|LD78-1 、 LZH601和 Williams82L （Plt;0.05 ）。

2.2不同間作體系對生物多樣性效應的影響

2.2.1凈效應由圖2可以看出，年份和間作體系對凈效應分別有顯著和極顯著影響，各間作體系2a平均凈效應值均大于0。除 Williams82外，其余間作體系2021年凈效應均高于2022年，2021年凈效應平均值為 2402.2kg/hm² ，2022年為2 020.6kg/hm² 。2021年凈效應值除 Williams82為 -116.6kg/hm² 外，其他體系凈效應值均大于0;2022年所有間作體系的凈效應值均大于0。2a凈效應平均值以M 最高，為 3768.0kg/hm² M Williams82最低，為 221.7kg/hm² 。 凈效應值顯著低于M|LZH601和 。

圖2不同間作體系的凈效應

2.2.2互補效應由圖3可以看出，間作體系對互補效應有極顯著影響。 CN15、M LD78-1和M LZH601互補效應值大于0，而MⅡ2SM、M 4SM和 Williams82互補效應值小于 0 2021年互補效應值以M CN15最高，為2332.8kg/hm² ， LZH601次之，為 1536.4kg/hm² ，與 CN15無顯著性差異。2022年互補效應以 （LD78-1最高，為 923.7kg/hm² ，與 2SM、M （24SM、M CN15、 LZH601差異不顯著，顯著高于 Williams82 （Plt;0.05） ）。2a平均互補效應值以 CN15最高，為 1403.6kg/hm² ；M （204號LD78-1、M LZH601較高，分別為1152.5、981.1kg/hm² ，與 差異不顯著； Williams82最低，為 -1595.5kg/hm² 。

圖3不同間作體系的互補效應

2.2.3選擇效應由圖4可以看出，間作體系對選擇效應有極顯著影響，各間作體系選擇效應值均大于0。2021年選擇效應值以M LZH601最高，為 3501.4kg/hm² ，與 4SM差異不顯著，顯著高于M 2SM、M CN15、 和 Williams82（ 1lt;0.05 ）。2022年各間作體系無顯著性差異。2a平均選擇效應值以M LZH601最高，為 2615.5kg/hm² 最低，為 1439.9kg/hm² 。

圖4不同間作體系的選擇效應

2.3互補效應和選擇效應對不同間作體系生物多樣性效應的貢獻率

由圖5可以看出，M 2SM、M|4SM和MI

圖5不同間作體系的多樣性效應貢獻率

Williams82選擇效應對多樣性效應的貢獻率均為100% ，互補效應對多樣性效應的貢獻率均為0;M CN15、M LD78-1、M LZH601選擇效應對多樣性效應的貢獻率分別為 66.9% 、 65.3% ！71.1% ，互補效應對多樣性效應的貢獻率分別為33.1% 、 34.7% 、 28.9% 。

3討論與結論

種間配置直接影響間作作物生產力，當玉米與不同作物配置，其生產力表現各異，原因在于不同作物間作玉米后在時間、空間、資源利用等方面形成了生態位分離，導致作物對玉米的資源競爭發生改變，從而導致玉米產量分異［16-17]。本研究的玉米與不同品種大豆間作體系中，玉米 隴中黃601體系中玉米產量顯著高于玉米 隴豆78-1和玉米 Williams82體系，與玉米 長農15體系差異不顯著，一方面是因為隴中黃601相對于玉米的資源競爭力較弱[18]；另一方面，隴中黃601相對其他品種株高較矮（ 63.5～86.3cm ，株型緊湊，直立生長[9]，這些生物學特性可能利于大豆條帶對光的有效利用。玉米 隴中黃601、玉米 隴豆78-1體系中大豆產量顯著高于玉米 Williams82、玉米 長農15體系。可見，在玉米 （20大豆體系中，大豆生物學特性影響了間作大豆產量形成。研究表明，玉米間作大豆后，大豆產量相對單作會大幅下降，這也是導致玉米 大豆體系間作優勢不明顯的原因之一［20-23]。本研究中，大豆和玉米對間作體系的平均產量貢獻分別為 7.33% ！92.67% ，表明玉米 大豆體系產量優勢的主要來源是玉米產量的貢獻。

玉米 長農15、玉米 隴豆78-1+Williams82、玉米』長農 ¹⁵⁺ 隴中黃 601+ 隴豆 ^78-1+ Williams82體系中玉米產量的貢獻率均高于玉米 隴豆78-1、玉米Ⅱ隴中黃601、玉米 Williams82體系，而大豆產量貢獻率則相反。其中，玉米 Williams82體系中玉米產量最低，原因可能是Williams82是晚熟品種，與玉米共生期長于其他間作體系，共生期較長加劇了對玉米的資源競爭，致使玉米產量降低最嚴重。玉米與隴豆 78-1+Williams82. 、玉米 長農 ¹⁵⁺ 隴中黃 601+ 隴豆 78-1+Williams82 體系生產力均不高，這說明大豆品種混合與玉米間作不利于大豆和玉米產量的提升，原因可能是不同的大豆品種混合播種增加了大豆的種內競爭，也增強了大豆相對于玉米的資源競爭。

多樣性效應表征了間作體系的間作優勢，其值大于0表明間作體系相對于單作體系具有產量優勢［24]。本研究中，各間作體系的2a平均凈效應值均大于0，表明間作體系較單作均增產，其中玉米 隴中黃601體系凈效應最高，為3768.0kg/hm² ，玉米 Williams82體系凈效應最低，玉米 隴豆 78-1+Williams82 體系凈效應也顯著低于玉米 隴中黃601體系，這種間作優勢差異表明隴中黃601與玉米間作有利于間作優勢發揮。多樣性效應的互補效應和選擇效應是同時存在并發生的，他們彼此的消長決定了體系的間作優勢[25]，研究表明，玉米』大豆主要以選擇效應為主，這表明此間作體系的產量優勢主要來源于高產作物玉米的貢獻［26]。本研究中，玉米產量對間作體系綜合產量的平均貢獻率為 92.67% ，充分印證了這一點。玉米 長農15、玉米 隴豆78-1、玉米Ⅱ隴中黃601體系的互補效應值均大于0，選擇效應對多樣性效應的貢獻率分別為 66.9% 了 65.3% 、 71.1% ，互補效應對多樣性效應的貢獻率分別為 33.1% ！34.7% 、 28.9% ，表明這3個間作體系較單作具有產量優勢，并存在大豆對玉米競爭后的補償效應。相反，玉米 隴豆 ^78-1+ Williams82、玉米 長農¹⁵⁺ 隴中黃 601+ 隴豆 78-1+Williams82 、玉米 Williams82體系的互補效應值均小于0，對多樣性效應的貢獻率均為0，說明這3個間作體系共生期內均是選擇效應占據主導地位，間作大豆相對單作減產，玉米是這3個體系的競爭優勢物種。

綜上所述，相對于玉米間作其他大豆品種，玉米 隴中黃601體系的大豆、玉米產量以及體系生產力均最高，大豆品種混合與玉米間作不能提升間作體系的生產力優勢。玉米』隴豆 ^78-1+ Williams82、玉米 長農 ¹⁵⁺ 隴中黃 601+ 隴豆^78-1+ Williams82、玉米 Williams82體系間作優勢以選擇效應主導，互補效應小于0；玉米 長農15、玉米 隴豆78-1、玉米 隴中黃601體系間作優勢來源于選擇效應和互補效應共同作用的結果，以選擇效應主導，互補效應大于0。

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