“春玉米‖春大豆/夏大豆”群體產量、效益及其種間競爭力的評定

湯復躍，韋清源，陳文杰，郭小紅，梁 江，陳 淵

(國家大豆產業技術體系南寧綜合試驗站/廣西農業科學院 經濟作物研究所，廣西 南寧 530007)

【研究意義】近年來，廣西發展的一年三熟“春玉米‖春大豆/夏大豆”間套作模式，不僅可以增收一季春大豆，而且解決了“春玉米/夏大豆”小型機械作業問題，具有良好的社會、生態和經濟效益。開展其模式下的產量、效益及玉米、大豆種間作用關系研究，能夠為更好的利用推廣間套作優勢提供科學理論依據，對促進當地農業可持續發展和推動南方大豆產業發展有著重要意義。【前人研究進展】間套作不僅可以提高土地復種指數和土地利用效率，而且在產量優勢、品種改善、病蟲害生物防控、雜草抑制、養分高效吸收利用、水土保持及抗逆風險等方面都表現出單作無法比擬的優勢[1-7]。近年來，圍繞大豆間套作增產機理的研究很多，尤其在我國南方，如華南熱帶亞熱帶多熟制大豆生態區[8]，陳文杰等[9]篩選出3個適宜在甘蔗1.2 m行間間作的春大豆品種，2個適宜在甘蔗1.0 m行間間作的春大豆品種，湯復躍等[10]通過對不同甘蔗行距間作不同大豆行數研究表明甘蔗行距1.2 m，不僅提高蔗豆產量，還提高甘蔗田間錘度，并對大豆蛋白質和脂肪含量沒有顯著影響，湯復躍等[11]通過對木薯—大豆同時和分期播種，研究表明大豆和木薯在3月25日之前播種，大豆產量、主要農藝性狀及間作體系綜合效益較好，湯復躍等[12-13]篩選出適宜在廣西馬山縣、都安縣和河池金城江區推廣的“春玉米/夏大豆”夏大豆種植品種，并研究了5種不同“春玉米/夏大豆”種植模式，結果表明春玉米后期壟上雙行套種夏大豆效果最好。在西南地區，四川農業大學楊文鈺團隊研發了二年三熟“小麥/玉米/大豆”套作模式，結果表明大豆與緊湊型玉米套作下其產量顯著高于與半緊湊和松散型玉米套作，玉米始終占據套作系統優勢生態位，大豆處于競爭劣勢；與相應單作相比，“小麥/玉米/大豆”套作下能值產出更優，更利于大豆籽粒蛋白質的積累和大豆莖、莢氮、磷、鉀養分更多地向籽粒轉運，大幅提高磷肥當季利用效率，玉米收獲后大豆植株地上部生長率可提高34.9 %,大豆籽粒產量提高20.3 %，氮素利用效率提高38.5 %，玉米根際土壤真菌、放線菌數量分別提高25.37 %和8.79 %，大豆根際土壤真菌、放線菌、固氮菌數量增加，玉米根際土壤蛋白酶、脲酶活性和大豆根際土壤蛋白酶活性均顯著升高[3-6, 14-17]。在西北地區，“大豆/馬鈴薯”套作體系研究表明，套作系統產量較馬鈴薯、大豆連作和馬鈴薯—大豆輪作分別提高39.39 %～283.98 %和70.81 %；相較于單作，“大豆/馬鈴薯”套作可促進氮、磷和鉀養分吸收總量的吸收，顯著提高日照利用率、≥10 ℃溫度利用率、綠色期降水利用率及地面覆蓋期利用率[18-21]。以上間套作模式的研究發展，快速推動了我國大豆間套作的發展。【本研究切入點】“春玉米‖春大豆/夏大豆”是近幾年廣西發展的一種一年三熟新型旱地高效間套作種植模式，該模式集“豆科‖禾本科”間作和“禾本科/豆科”套作2種體系為一體。目前前人研究主要集中在一年一熟、一年二熟和四川的“小麥/玉米/大豆”二年三熟制上，鮮有對一年三熟大豆玉米間套作體系的研究，對該模式的增產、增效及種間競爭關系尚不清楚。【擬解決的關鍵問題】以“春玉米‖春大豆/夏大豆”體系為對象，通過對間作和套作2種模式集一體的間套作體系產量、效益及對玉米大豆種間競爭力進行評定，從而揭示其增產、增效機理及玉米大豆種間作用關系，為更好地發揮其間套作模式優勢及快速推廣利用提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2018年在廣西南寧市廣西農業科學院明陽基地(108°25′E、22°61′N)實施。土壤為赤紅壤，播種前耕層(0～20 cm)混合土樣pH 7.3，有機質含量14.6 g/kg，全氮含量0.061 %，全磷含量0.120 %，全鉀含量0.230 %，堿解氮含量55.0 mg/kg，有效磷含量10.1 mg/kg，速效鉀含量248.0 mg/kg。

供試春大豆、夏大豆品種選用自主選育的桂春15號和桂夏7號，玉米品種選用廣西審定的半緊湊型玉米品種青青500，由廣西青青農業科技有限公司和南寧市正昊農業科學研究院聯合選育，肥料購于當地農資市場。

1.2 試驗設計與種植規格

1.2.1 試驗設計 采用單因素隨機區組設計，設4種種植模式，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)、“春玉米/夏大豆”(A2)2種間套作和“春玉米—夏大豆”(A3)、“春大豆—夏大豆”(A4)2種一年兩熟輪作種植模式，設3次重復，小區面積20 m2(5 m×4 m)。

1.2.2 種植規格 A1：采用寬窄行帶狀種植，玉米寬行160 cm，窄行40 cm，玉米寬行中間種3行春大豆，在春大豆收獲后、春玉米收獲前15 d左右原春大豆種植行套種3行夏大豆，春玉米穴距20 cm，每穴留苗1株，春大豆與春玉米行距40 cm，春大豆行距40 cm，春大豆穴距20 cm，每穴留3株，夏大豆與春玉米行距40 cm，夏大豆行距40 cm，夏大豆穴距20 cm，每穴留3株；A2：春玉米單作行距80 cm，株距25 cm，每穴留苗1株，春玉米收獲前15～20 d行間套種2行夏大豆，夏大豆與春玉米間距20 cm，大豆行距40 cm，穴距20 cm，每穴留3株；A3：春玉米單作行距80 cm，株距25 cm，每穴留苗1株，春玉米收獲后單作夏大豆，夏大豆單作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株；A4：春大豆單作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株，春大豆收獲后單作夏大豆，夏大豆單作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株。

春玉米、春大豆于2018年3月15日同時播種，春大豆于6月18日收獲，春玉米于7月16日收獲；A3夏大豆于7月21日播種，11月10日收獲，A1、A2、A4夏大豆于6月28日播種，于10月20日收獲。

1.2.3 施肥管理 A1：施肥位點位于距玉米距離25 cm處，基肥施用復合肥(15∶15∶15)300 kg/hm2，氯化鉀(含K 60 %)150 kg/hm2，鈣鎂磷肥(含P 18 %)150 kg/hm2；苗肥施尿素(含N 46 %)150 kg/hm2，復合肥(15∶15∶15)75 kg/hm2；大啦叭口期施復合肥(15∶15∶15)375 kg/hm2，夏大豆套種全生育期不施肥。A2：施肥位點位于玉米行溝，其余同A1。A3：玉米單作施肥位點、施肥量等同A2；夏大豆施肥位點位于行溝，基肥施復合肥(15∶15∶15)225 kg/hm2，追肥于大豆初花期撒施尿素75 kg/hm2。A4：春大豆和夏大豆施肥同處理A3中夏大豆施肥(表1)；其它栽培管理同大田生產。

1.3 取樣與測定方法

A1：每個重復選取一個寬窄行10 m2，在春玉米、春大豆、夏大豆成熟時分別測定其產量；A2：每個重復選取中間3行春玉米12 m2和6行夏大豆12 m2分別測定其產量；A3春玉米、夏大豆測產同A2；A3大豆測產同A2中夏大豆測產。連續取玉米7株、大豆10株考種，調查玉米穗長、穗粗、穗行數、行粒數、千粒重；大豆株高、底莢高、主莖節數、分枝數、單株有效莢數、單株粒數和百粒重。

1.4 計算方法

1.4.1 土地當量比(LER) 土地當量比(LER)作為衡量產量優勢的指標。

式中，Yi為單位面積內復種農田各作物的產量或產值；Yi′為單位面積內與復種相應的各作物一熟時的產量或產值；n為間套作農田種植或收獲的次數；i為間套種的各種作物[18,22]。

1.4.2 種間相對競爭能力Ams1=(Aim/Asm)-(Ais1/Ass1)；Ams2=(Aim/Asm)-(Ais2/Ass2)

式中，Ams1和Ams2分別為春玉米相對于春大豆和夏大豆的競爭能力；Aim、Ais1、Ais2分別為春玉米、春大豆、夏大豆在間套作時的籽粒產量；Asm、Ass1、Ass2分別為春玉米、春大豆、夏大豆在單作時的產量。Ams1>0或Ams2>0，表明春玉米競爭能力強于春大豆或夏大豆；Ams1<0或Ams2<0，表明春玉米競爭能力弱于春大豆或夏大豆[23-24]。

1.4.3 經濟效益 經濟效益=總產值-投入總成本，其中投入總成本包括種子、化肥和勞工費用。各項投入和收益均按當地當年水平計算。其中A1種子處理費1650 yuan/hm2(春玉米900 yuan/hm2，春大豆375 yuan/hm2，夏大豆375 yuan/hm2)，所需勞工10 d；A2種子處理費1650 yuan/hm2(春玉米900 yuan/hm2，夏大豆750 yuan/hm2)，所需勞工8.5 d；A3種子處理費同A2，所需勞工9 d；A4種子處理費1500 yuan/hm2(春大豆750 yuan/hm2，夏大豆750 yuan/hm2)，所需勞工8.5 d。勞工100 yuan/d，復合肥(15∶15∶15)2.5 yuan/kg，氯化鉀(含K60 %)2.6 yuan/kg，鈣鎂磷肥(含P18 %)1.8 yuan/kg，尿素(含N46 %)2.0 yuan/kg，大豆收購價5.0 yuan/kg,玉米收購價2.0 yuan/kg。

1.5 數據分析

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式對作物農藝性狀及產量的影響

2.1.1 對春大豆農藝性狀及產量的影響 從植株形態和產量性狀來看，相對春大豆單作(A4)，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)套作下春大豆株高增加、底莢高變高、有效分枝減少、百粒重降低，主莖節數、單株莢數、單株粒數和產量顯著減少(表1)。

2.1.2 對玉米農藝性狀及產量構成因素的影響 從植株形態和產量性狀來看，玉米株高、穗長、穗行數和行粒數排序為：A1>A2>A3，穗粗、千粒重和產量排序為：A3>A2>A1，其中A1與A2和A3差異顯著，A2與A3差異不顯著(表2)。說明玉米與大豆間套作，玉米株高變高、產量降低，其中“春玉米/夏大豆”模式因玉米大豆共生期只有15 d左右，對春玉米產量影響較小，減產0.66 %，而“春玉米‖春大豆/夏大豆”模式對春玉米影響較大，減產9.55 %，但此模式增收一季春大豆。

表1 種植模式對春大豆農藝性狀及產量的影響

注：同列標以不同字母的值在處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Values within a column followed by different letters are significantly different atP<0.05. The same as below.

表2 種植模式對玉米農藝性狀及產量的影響

表3 種植模式夏大豆農藝性狀及產量的影響

2.1.3 對夏大豆農藝性狀及產量的影響 從植株形態性狀來看，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)株高、底莢高度低于A2和A4，高于A3，主莖節數最少，有效分枝最多(表3)。

從產量性狀來看，不同種植模式單株有效莢數和單株粒數差異不顯著，其中A1高于A2和A3，低于A4；百粒重A1>A2>A4>A3，單產A1>A4>A2>A3，其中A3顯著低于A1、A2和A4。

說明夏大豆與春玉米套種，可增加其百粒重，“春玉米‖春大豆/夏大豆”因夏大豆在玉米寬行中套種夏大豆，相對于“春玉米/夏大豆”光照更好，株高更矮，對夏大豆生長更有利。春玉米—夏大豆輪作，因夏大豆播種推遲，廣西秋旱嚴重，對夏大豆產量有顯著影響，與前人研究一致[13]。

2.2 不同種植模式的間套作優勢及種間競爭力能力差異分析

從土地當量比來看，A1間套作和A2套作2種種植模式相對于單作，LER均大于1，分別提高了149 %和96 %，即單作需分別增加149 %和96 %的土地面積才能達到與A1和A2同等的籽粒產量，表明這2種間套作模式可大幅度提高土地復種指數和土地利用效率，表現出較好的間套作優勢(表4)。

從種間競爭能力角度來看，2種間套作體系的種間作用關系不一致。在A1間套作體系中，玉米相對于春大豆表現出極強的競爭優勢(Ams1=0.33)，但后期套作夏大豆，表現出競爭劣勢(Ams2<0)，而A2套作體系中，玉米相對夏大豆表現出競爭優勢(Ams2>0)。

2.3 不同種植模式的綜合產量和產出效益比較

從產量角度(表5)來看，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)種植模式總產量最高，為13 508.5 kg/hm2，顯著高于其它種植模式(6284.5～12 779.5 kg/hm2)，較廣西主栽“春玉米/夏大豆”(A2)模式增產5.70 %，輪作春玉米-夏大豆”(A3)增產8.71 %，而較春大豆-夏大豆輪作”(A4)增產100.59 %，主要是由于玉米產量大幅度高于大豆產量所致。

從產出效益角度來看，不同種植模式間總產值差異顯著，為：A1>A2>A3>A4；A1和A2間套作模式投入肥料成本低于春玉米—夏大豆輪作模式，說明廣西春玉米與夏大豆間套作較其輪作更加綠色環保；經濟效益A1>A2>A3>A4，除A3和A4差異不顯著，其它不同模式間差異顯著，其中A1較主栽套種模式A2增效3937.5 yuan/hm2，較A3和A4輪作分別增效7346.5和7543.5 yuan/hm2。

表4 2種間套作模式的土地當量比和種間相對競爭能力

Table 4 Land equivalent ration(LER)and interspecific competitiveness of two intercroppingmodes

模式Modes土地當量比LER種間競爭力 Interspecific competitivenessAms1Ams2A12.490.33-0.10A21.96/0.07

表5 不同種植模式群體產量和產出效果定量分析

3 討 論

本研究表明，“春玉米‖春大豆/夏大豆”體系春大豆相對于單作株高變高，產量降低42.02 %，春玉米相對于春大豆表現出競爭優勢(Ams1>0)，與前人研究“玉米‖大豆”時，大豆株高更易倒伏導致產量降低，玉米競爭力強于大豆結果一致[15,25-26]；夏大豆相對于單作和“春玉米/夏大豆”套作產量增加，相對于春玉米表現出競爭優勢(Ams2<0)，與“春玉米/夏大豆”模式結果及雍太文等[16]在“麥/玉/豆”體系研究中玉米處于競爭優勢地位，大豆處于劣勢地位的結論相反，這可能是由于“春玉米‖春大豆/夏大豆”模式中夏大豆與春玉米寬行套種且共生期較短(15 d左右)有關；春玉米相對于單作減產9.55 %，說明對玉米產量有一定影響，但LER分別為2.49和1.96，皆大于1，產量優勢表現突出，與雍太文等[16]，朱星陶等[27]，朱元剛等[28]研究玉米—大豆間套作時結果一致[16, 27-28]；“春玉米‖春大豆/夏大豆”體系中間作可以依靠春大豆產量的增加彌補由于單位面積內種植比例的下降而造成的玉米產量下降，與朱元剛等[29]研究玉米—大豆間作時結果相反，這可能是由于當地的光溫條件不同，從而導致玉米大豆在時間、空間生態位上的互補不一致所致。

“春玉米‖春大豆/夏大豆”群體總產量和經濟效益明顯高于傳統的“春玉米/夏大豆”套作和輪作模式，且后期免耕套種夏大豆不施肥(依靠吸收春玉米收獲后秸稈還田覆蓋和春大豆收獲后剩余的根部及間作時殘留的肥料)，較春玉米—夏大豆輪作施肥量減少，生態效益好，表現出明顯的間套作優勢，是種增產增效的間套作種植模式。

4 結 論

一年三熟“春玉米‖春大豆/夏大豆”間套作模式可同時滿足糧食增產、經濟效益提振等多目標的要求，可在廣西推廣應用。