玉米大豆間作對資源利用及產(chǎn)量、效益影響的研究進展

摘 要：分析了玉米大豆間作條件下，復(fù)合群體對光、水、肥等資源的競爭與互補利用，闡述了玉米大豆間作對玉米、大豆產(chǎn)量及系統(tǒng)總產(chǎn)量、經(jīng)濟效益和社會效益的影響，并指出了需進一步研究的問題及方向。

關(guān)鍵詞：玉米大豆；間作；資源利用；產(chǎn)量；效益

中圖分類號：S344.2文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2013）03-0132-04

間作、混作、套作是集約種植、提高作物產(chǎn)量的重要技術(shù)，是我國農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)的重要組成部分[1]。依據(jù)作物間生物學(xué)特性的差異，通過合理的技術(shù)組配，充分有效均衡地利用土地及氣候資源，增加作物種間互補，減少其內(nèi)部競爭，實現(xiàn)以耕地為中心的農(nóng)業(yè)資源的空間集約利用和持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[2]。玉米和大豆間作是禾本科作物與豆科作物所組成的一種典型間作模式，能在空間上實現(xiàn)種植集約化，在我國具有悠久的栽培歷史。自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外學(xué)者對玉米大豆間作復(fù)合群體的光、水、肥等資源的利用及復(fù)合群體作物產(chǎn)量效益等做了大量研究。

1 玉米大豆間作的資源利用1.1 玉米大豆間作的光能利用

間作作物間既存在光互補又有光競爭，合理的田間配置有利于緩解光競爭矛盾，充分發(fā)揮互補效應(yīng)。玉米大豆間作形成的鑲嵌結(jié)構(gòu)有利于光在群體中的均勻分布與利用，增加作物的邊行效應(yīng)，有效改善田間的通風(fēng)透光條件，增大單位土地面積上的總?cè)~面積，提高群體的總光能利用率[3～6]。高陽等（2009）[7] 研究了1∶3 和2∶3 兩種間作模式及單作種植對玉米和大豆群體光輻射截獲與利用的影響，結(jié)果得出，玉米大豆間作群體的輻射利用率略低于單作玉米，約為單作大豆的2.8倍。

大量研究表明，玉米大豆不同間作模式可提高玉米葉片的葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度，改善玉米的光合作用條件，增強玉米的光合利用能力[8～10]。王秀領(lǐng)等（2012）[8]研究還表明，玉米大豆不同間作模式降低了大豆的光合速率、葉綠素含量和葉面積指數(shù)，降低了光能利用率，但隨著大豆間作行數(shù)的增大，大豆的光合速率、葉綠素含量和葉面積指數(shù)均逐漸提高。

1.2 玉米大豆間作的水分利用

在間作系統(tǒng)中，水分在作物間的分配取決于蒸發(fā)力在作物間的分配、土壤可利用水分、根系分布以及水分的生理調(diào)節(jié)功能，是間作作物冠層和根系在地上和地下動態(tài)作用的結(jié)果，同時也是環(huán)境和作物生長相互作用的結(jié)果[11，12]。張瑩等（2010）[13]在遼西半干旱區(qū)試驗，全生育期玉米大豆間作的農(nóng)田實際蒸散量比玉米、大豆單作分別低15.37 mm和29 mm，水分虧缺量分別比大豆、玉米單作低45.54 mm和5.68 mm，作物需水量與降水量的吻合程度高于玉米、大豆單作，玉米、大豆間作條件下全生育期的總蒸散量低于兩作物單作，提高了系統(tǒng)水分利用效率。

間作作物在水分吸收上存在生態(tài)位的差異。Adiku等（2001）[14]研究表明，在水分充足條件下，混合群體根系能分布于大部分土體中，根系分枝和混合程度也很大，但根系吸水不會在各層同時發(fā)生。高陽等（2009）[12]研究亦表明，在水分充足條件下，間作作物優(yōu)先在自己的區(qū)域吸水，根系混合區(qū)吸水滯后發(fā)生。但也有研究發(fā)現(xiàn)，在玉米旺盛生長時期 （ 拔節(jié)盛期、大喇叭口期、抽穗期），土壤水分從大豆向玉米移動，玉米比大豆對土壤水分有更強的競爭能力[15]。

1.3 玉米大豆間作的養(yǎng)分利用

間作體系中玉米、大豆之間同時存在地上部和地下部的相互作用，這種作用有種間競爭和種間促進作用，兩者共同的結(jié)果決定了間作有無優(yōu)勢。當(dāng)競爭作用小于促進作用時，就會表現(xiàn)出間作的優(yōu)勢，反之則表現(xiàn)為間作劣勢。對養(yǎng)分特別是氮素吸收的促進作用是玉米大豆間作優(yōu)勢的基礎(chǔ)。

大豆是高固氮作物，年固氮量可達49～450 kg/hm2，大豆與玉米間作是充分利用大豆共生固氮作用的一項有效耕作措施[16]。試驗結(jié)果表明，玉米大豆間作體系中大豆通過生物固氮作用，將更多的土壤氮素留給玉米使用，從而有利于玉米氮的吸收和積累[17，18]。前人應(yīng)用15N同位素稀釋法研究發(fā)現(xiàn)，間作體系中豆科作物固定的氮素可向禾本科作物轉(zhuǎn)移[19，20]，轉(zhuǎn)移給禾本科作物的固定氮素數(shù)量一般為25～155 kg/hm2 [21，22]。李少明等（2004）[18]試驗得出，間作體系中玉米氮素養(yǎng)分吸收量比相應(yīng)單作提高57.53%，生物學(xué)產(chǎn)量提高47.02%，而大豆的吸氮量只比相應(yīng)單作降低1.21%，生物學(xué)產(chǎn)量降低14.56%。這主要是因為大豆固氮促進玉米大量吸氮，玉米對氮素的吸收又刺激并提高了大豆根瘤的固氮效率，緩解了間作體系中大豆的劣勢作用[23]。

磷是植物生長必需的大量營養(yǎng)元素之一，在土壤中具有有效性低、易固定、難移動等特點。植物對土壤中磷的吸收主要依靠根系吸收其周圍所接觸到的土壤有效磷。劉均霞等（2007）[24]試驗表明，與玉米、大豆單作相比，玉米大豆間作比單作顯著提高了玉米的吸磷量，大豆吸磷量比單作略有降低。鉀在土壤中的轉(zhuǎn)移以擴散為主，因此間套作作物對鉀的吸收和利用規(guī)律與磷基本相似，玉米大豆間作根系之間的相互作用促進了玉米對鉀的吸收，而抑制了大豆對鉀的吸收利用[25]。

張向前等（2012）[26]采用盆栽試驗及種間根系分隔技術(shù)研究了施氮肥和不施氮肥兩種條件下根系互作在大豆玉米間作中所發(fā)揮的優(yōu)勢作用。結(jié)果表明，施氮肥和間作作物根系的互作不僅可以增加土壤中的細菌、真菌、放線菌和固氮菌的數(shù)量，而且可以提高脲酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶和蛋白酶的活性，顯著改善了土壤微生態(tài)環(huán)境。張智暉（2011） [27]研究得出，玉米大豆間作模式提高了土壤反硝化酶活性和土壤速效鉀含量，不同程度地改善了土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性，是現(xiàn)階段土壤生物培肥和維護農(nóng)田生態(tài)氮平衡的重要措施之一。

2 玉米大豆間作的產(chǎn)量效益2.1 玉米大豆間作的產(chǎn)量

玉米大豆間作系統(tǒng)中，不同間作方式對間作玉米大豆產(chǎn)量均有一定影響。與單作相比，玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)都會有較大改善[28，29]。張向前等（2012）[26]研究表明，在施肥和不施肥條件下玉米與大豆間作可顯著提高玉米的經(jīng)濟產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，同時亦顯著改善玉米籽粒的營養(yǎng)品質(zhì)。eljko等（2009）[30]通過連續(xù)3年試驗研究認(rèn)為，玉米大豆間作系統(tǒng)總產(chǎn)量3年平均比玉米大豆單作增產(chǎn)45%～49%。也有研究表明，間作對玉米產(chǎn)量無顯著影響，大豆卻因與玉米的競爭導(dǎo)致產(chǎn)量降低[31，32]。馬驥等[33]研究得出，在一定的間作群體范圍內(nèi)，大豆產(chǎn)量隨玉米群體增大而下降。綜合前人研究，玉米大豆間作系統(tǒng)中，間作玉米表現(xiàn)出明顯產(chǎn)量優(yōu)勢，大豆表現(xiàn)出產(chǎn)量劣勢。

間作系統(tǒng)總產(chǎn)量的提高以玉米產(chǎn)量為主，在對玉米產(chǎn)量影響較小的情況下，適當(dāng)間作大豆，可使總產(chǎn)量提高，經(jīng)濟效益增加[33]。但不同間作模式對玉米大豆間作群體總產(chǎn)量和效益影響不同，且玉米/大豆最優(yōu)間作模式受不同環(huán)境、品種及栽培技術(shù)等因素影響，各地表現(xiàn)不一。高陽等（2009）[7]研究表明，在玉米/大豆1∶3 和2∶3 間作模式下，間作群體總籽粒產(chǎn)量比單作玉米約增加6.0%，比單作大豆約增加320%。謝永利等（2004）[34]研究認(rèn)為，玉米/大豆2∶4的間作方式因間作比例適宜、對自然資源利用較好，兩者間的負(fù)作用小，其產(chǎn)量潛力得到了充分發(fā)揮，經(jīng)濟效益最高。吳善堂等（1985）[35]研究也得出，間作中以玉米為主兼顧大豆條件下，結(jié)構(gòu)形式以2∶3和2∶4較好，有利于產(chǎn)量和產(chǎn)值的提高。Undie 等（2012）[36]報道，玉米/大豆間作比例為1∶1、2∶2和1∶2的處理系統(tǒng)總產(chǎn)量均比玉米、大豆單作增產(chǎn)顯著，且2∶2處理在兩年度試驗中均獲得最高系統(tǒng)總產(chǎn)量。盧秉生等（2006）[37]通過對玉米/大豆3∶2和3∶4型間作系統(tǒng)的灌漿期生理指標(biāo)、產(chǎn)量和主要農(nóng)藝性狀進行分析得出，3∶4間作模式群體正負(fù)迭加后的優(yōu)勢大于3∶2間作模式及單作，為發(fā)揮玉米高產(chǎn)潛能、提高大豆產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的合理模式。

2.2 玉米大豆間作的經(jīng)濟效益和農(nóng)田生態(tài)效益

玉米大豆間作，通過合理的品種、構(gòu)型搭配，充分利用兩作物在株型及生理生態(tài)方面的差異，使時空與水肥利用產(chǎn)生互補作用，往往可獲得比單作更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益[33]。相對于單作而言，玉米大豆間作可抑制農(nóng)田雜草的發(fā)生發(fā)展，減輕雜草危害；減輕病蟲害，增加天敵數(shù)量；提高土壤含水量，降低系統(tǒng)白天溫度，減緩溫差，從而增強系統(tǒng)的抗旱能力；顯著提高肥料利用率，具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)高效特性[38～40]。

甜玉米/大豆間作不僅可改善作物群體結(jié)構(gòu)，提高自然資源利用率，而且可減少化肥施用量，具有顯著的經(jīng)濟和生態(tài)效益[41]。玉米間作提高了自然資源利用率、增強了群體抗逆性，減少了化肥、農(nóng)藥的施用量，具有顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，既有利于國家糧食安全，又有助于提高農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力[42]。在我國糧食主產(chǎn)區(qū)黃淮海地區(qū)大力發(fā)展玉米大豆間作，可在保障玉米產(chǎn)量的基礎(chǔ)上增加大豆產(chǎn)量，有助于解決我國糧油作物爭地的矛盾，保證國家糧油安全，具有顯著社會經(jīng)濟效益。

3 玉米大豆間作需要進一步研究的問題

自20世紀(jì)80年代以來，前人對玉米大豆不同間作模式下群體的光能、營養(yǎng)、水分等資源利用及間作對玉米大豆產(chǎn)量的影響做了大量研究，明確了間作不同于單作的許多規(guī)律，但就玉米大豆間作對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)機制研究較少。建議今后加強玉米大豆間作系統(tǒng)內(nèi)光、溫、水、肥等的農(nóng)田生態(tài)因素動態(tài)規(guī)律及作物的適應(yīng)機制研究，為復(fù)合群體的科學(xué)配置提供理論基礎(chǔ)；深入研究玉米大豆間作對作物根際環(huán)境、根系活力及其水肥吸收利用的影響規(guī)律，明確間作條件下玉米大豆地上、地下生理效應(yīng)和調(diào)節(jié)機制；適當(dāng)加強間作系統(tǒng)肥料時空配置規(guī)律研究，優(yōu)化玉米大豆間作科學(xué)施肥技術(shù)，加強環(huán)境友好型低碳穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)高效的玉米大豆間作模式篩選。

玉米大豆間作可在保證玉米產(chǎn)量的基礎(chǔ)上增加大豆種植面積，或在保障大豆產(chǎn)量的基礎(chǔ)上增收玉米，具有增產(chǎn)增收、保持水土、培肥地力、充分利用光能及提高復(fù)種指數(shù)等優(yōu)點。深入研究提高玉米大豆間作資源利用和產(chǎn)量效益的生理生態(tài)基礎(chǔ)，為玉米大豆間作大面積推廣提供理論依據(jù)，是保障糧食安全與維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

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