糯紅高粱-大豆間作對鮮大豆農藝性狀及經濟效益的影響研究

（宜賓市農業科學院高粱薯類研究所，四川 宜賓 644000）

【研究意義】當前世界農業面臨可利用資源不斷減少、生態環境日益破壞、農業災害頻繁發生等嚴重生態問題，糧食產量及安全受到巨大威脅，亟待采取有效對策和措施［1-2］。為提高糧食產量及品質，專家通過培育新品種提高種子質量，采用不同栽培措施改善作物生長環境。其中，間套作是一種高效的種植模式，系統中兩種作物之間會產生一定的時空差異，產生互補效應，其光熱、水分、養分等資源得到充分利用，改善土壤，提高土地當量比，從而提高周年作物產量［3-9］。【前人研究進展】研究表明，與單作模式相比，玉米-大豆間作、小麥/大豆套作和亞麻/大豆套作的土地利用率都有較大幅度提高，且土地當量比率均大于1，單位面積產量分別較單作模式增加1.28、1.48、1.55倍，有助于實現增產增收［10］。有學者通過對高粱/大豆套作種植模式研究發現，該模式可有效增強高粱抗病能力、改善品質，提高周年產量，顯著提高經濟效益，增加農戶收入［11-13］。間套作大豆產量形成除受自身品種特性（耐蔭性、結莢習性）、密度等因素影響外，田間配置結構、兩種作物播期等也是影響其產量的重要因素，通過優化田間配置結構、播期、密度等對改善共生期環境，緩和作物種間、種內競爭，對提高作物周年產量及效益具有重要意義［14-16］。然而鮮大豆間作的研究和應用主要集中在沿海地區，對于高粱間作鮮大豆在西南地區研究更是鮮見報道。【本研究切入點】高粱是我國釀造工業的主要原料，享譽中外的八大名酒均以南方優質糯紅高粱為主要原材料，需求量逐年增加，同時我國大豆生產嚴重不足，供需矛盾日益嚴峻。大豆作為豆科作物與其他禾本科作物間套作，對提高糧食生產的可持續性以及糧食安全具有重要意義。因此，本文通過對糯紅高粱間作鮮大豆模式下鮮大豆農藝性狀、干物質積累及產量構成因素進行測定，并對系統經濟效益進行客觀分析。【擬解決的關鍵問題】結合該地區主栽作物，充分利用有限的土地資源、光熱資源等，發展高效多熟制種植，為緩解該地區釀酒糯紅高粱原材料短缺的問題和鮮大豆供需矛盾提供科學依據與技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在四川省宜賓市南溪區大觀鎮宜賓市農業科學院大觀科研基地（28°58′18″N、104°54′52″E）進行。供試糯紅高粱品種為宜糯紅3號，由四川省宜賓市農業科學院高粱薯類研究所提供；大豆品種為川豆16，四川農業大學農學院提供。

1.2 試驗方法

采用單因素完全隨機區組試驗設計，設2 行糯紅高粱2 行大豆間作（A1）、2 行糯紅高粱4行大豆間作（A2）、大豆凈作（對照，A3）3 種栽培模式，3 次重復。小區面積31.2 m2。凈作、間作體系下高粱與大豆的種植密度一致，均為9.0 萬株/hm2。大豆凈作采用等行距種植，行距52 cm、穴距43 cm、穴留2 株。糯紅高粱大豆間作體系下，連續種4 帶，帶長6 m、帶寬1.3 m，糯紅高粱、大豆2︰2 寬窄行種植，糯紅高粱寬行80 cm，窄行50 cm，糯紅高粱寬行內種2行大豆，大豆行距20 cm，糯紅高粱與大豆間距30 cm，大豆穴距34 cm，糯紅高粱穴距34 cm，糯紅高粱穴留2 株，大豆穴留2 株；糯紅高粱、大豆2︰4 寬窄行種植，糯紅高粱寬行210 cm、窄行50 cm，糯紅高粱寬行內種4 行大豆，大豆行距50 cm，糯紅高粱與大豆間距55 cm，大豆穴距34 cm，糯紅高粱穴距17 cm，糯紅高粱穴留2株，大豆穴留2 株，各處理田間種植方式見圖1。2019 年，糯紅高粱4 月24 日播種，8 月2 日收獲；大豆4 月24 日播種，8 月5 日收獲鮮食大豆。栽培措施同一般大田生產，整個生育期管理水平均勻一致。根據當地市場行情，對不同間作體系下物質成本和用工投入進行調查記錄。

圖1 不同種植方式示意圖Fig.1 Diagram of different planting modes

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株采集與測定 在大豆始花期（R1）、盛花期（R2）、始莢期（R3）、盛莢期（R4）、始粒期（R5）、鼓粒期（R6）6 個生長時期，各小區隨機選取10 株調查株高，用游標卡尺測量第一節間莖粗（莖粗），從中采取5 株，采用打孔稱重法測定葉面積，把植株所有取樣葉片取下（不包括葉柄和黃葉）稱重，按比例取上、中、下各部位葉片，用打孔器分別從距葉梢和葉柄2 cm 處進行順次打孔，每片葉片共打孔20 次，并注意避開中心葉脈和枯萎部分，所得一定面積S1的葉片稱重W1；用下式進行換算：

式中，LAI為葉面積指數，S1為打孔取樣葉面積，W為取樣葉片總重量，W1為打孔取樣面積重量，SL為測得葉面積，SA為測得葉面積所代表的土地面積；然后將這5株植株的莖、葉分別裝袋，105 ℃殺青30 min后，繼續在80 ℃烘至恒重后稱量，計算比葉重（比葉重=葉干重/葉面積）。

1.3.2 產量測定 大豆R6生長時期每小區選取1帶，小區實收鮮豆莢折算實際產量，調查每個小區大豆植株總數，并選取每個小區中間區域連續10株大豆植株進行考種，測定單株莢數、每莢粒數及百粒重。糯紅高粱收獲前統計小區每行有效株數，成熟期時每小區選取1帶，連取20株考種，測定穗重、穗粒數、穗粒重、千粒重。各小區實打實收，統計產量。

1.3.3 指標計算 土地當量比率（LER）是衡量土地利用效率的指標，表示土地資源利用效率。LER參考AI-Dalain的方法計算：

式中，LER（大豆）、LER（糯紅高粱）分別為大豆和糯紅高粱的相對土地當量比，YP為單位面積間作作物產量，YM為單位面積凈作作物產量。LER＞1，表明間作具有產量優勢；LER＜1，表明間作無產量優勢。

采用Microsoft Excel 2007進行數據整理，采用DPS V.7.05軟件對數據進行方差分析和LSD顯著性測驗。

2 結果與分析

2.1 糯紅高粱間作鮮大豆體系對大豆株高的影響

由圖2可知，大豆株高在各處理間表現出一定差異，隨著糯紅高粱和大豆行比的加大，增長幅度有降低趨勢。在間作體系中，由于糯紅高粱株高開始超過大豆，大豆受到蔭蔽脅迫逐漸加重，蔽蔭性反應導致大豆株高顯著提高，在R1～R3生長階段，A1、A2栽培模式的增長幅度較R3～R6生長階段快；對于A3栽培模式來說，由于大豆營養生長與生殖生長并進的時間較長，從開花初期到鼓粒后期大豆株高一直呈上升趨勢，但R3～R6生長階段的長幅較R1～R3生長階段快。A1和A2栽培模式下的各生育期株高均要高于A3凈作下的，在R3時期差距幅度到達最大，其中A1栽培模式株高為79.69 cm，A2栽培模式株高為71.84 cm，A3凈作下株高為52.64 cm。

圖2 糯紅高粱間作大豆體系下大豆株高比較Fig.2 Comparison of plant height of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.2 糯紅高粱間作大豆體系對大豆莖粗的影響

莖粗是衡量植物長勢的重要指標，同一生育期，莖粗值大有利于生長，反之，不利于生長。由圖3可知，在R1～R3生長階段，各處理的莖粗均出現快速上升趨勢，在R3～R6生長階段上升速率減慢。A1、A2栽培模式下由于大豆受到蔭蔽脅迫逐漸加重，蔽蔭性反應導致大豆的莖變得細長，各生育期莖粗均要低于A3凈作，其中A1栽培模式的莖粗均低于A2、A3，R6生長階段，A1栽培模式莖粗最細，分別較A2和A3栽培模式莖粗小3.3%、10.7%。

2.3 糯紅高粱間作大豆體系對大豆莖干重的影響

圖3 糯紅高粱間作大豆體系下大豆莖粗比較Fig.3 Comparison of stem diameters of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

圖4 糯紅高粱間作大豆體系下大豆莖干重比較Fig.4 Comparison of stem dry weight of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

由圖4可知，大豆單株莖干重隨生育期逐漸增加。在R1～R3生長階段莖干重上升速率較慢，在R3～R6生長階段，各栽培模式的莖干重均出現快速上升趨勢。在R1～R3生長階段各處理莖干重差異不大。但是，在間作體系中，由于后期糯紅高粱迅速生長，大豆受到蔭蔽脅迫逐漸加重，蔽蔭性反應導致大豆長勢較弱，對于A3來說R3生長階段后大豆快速生長，致使A3凈作大豆單株莖干重大于間作模式下的A1、A2，其中在R6生長階段變化幅度最大，A3栽培模式下莖干重最大，分別較A1、A2大21.5%、43.9 %。

2.4 糯紅高粱間作大豆體系對大豆葉面積指數的影響

由圖5可知，大豆葉面積指數（LAI）隨著生育時期的推進逐漸增加，A2、A3栽培模式增長速率要高于A1，呈單峰曲線變化。總體變化趨勢為凈作的LAI要高于間作系統，其中A2、A3處理均在R4生長期達到峰值，A1處理在R5生長期達到峰值，之后下降。達到峰值時，A3栽培模式為4.39，分別高于A1、A2栽培模式29.6%、11.1%，A2栽培模式的LAI較A1栽培模式提高20.9%。

圖5 糯紅高粱間作大豆模式下大豆葉面積指數比較Fig.5 Comparison of leaf area index of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.5 糯紅高粱間作大豆體系對大豆比葉重的影響

由圖6可知，隨著生育期推進，大豆比葉重呈單峰曲線變化。總體變化趨勢為凈作的比葉重要高于間作系統，對于間作系統來說，整個生育期比葉重的平均值表現為隨間作行比增加而增加。各處理均在R4生長階段達到峰值，隨后逐漸下降。達到峰值后，A3栽培模式的比葉重為6.46 mg/cm2，分別高于A1、A2栽培模式32.3%、11.1%，A2栽培模式的比葉重較A1栽培模式提高23.8%。

圖6 糯紅高粱間作大豆體系下大豆比葉重比較Fig.6 Comparison of specific leaf weight of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.6 糯紅高粱間作大豆體系對大豆產量構成因素的影響

由表1可知，間作栽培模式中單株莢數、每莢粒數、百粒鮮重、產量指標都較凈作處理有所降低。其中單株莢數，各栽培模式間均表現出顯著差異，A1、A2栽培模式較A3栽培模式顯著降低8.0%、19.9%，A2栽培模式較A1栽培模式顯著增加13.1%；對于每莢粒數來說，該指標主要受遺傳特性控制，因此在不同間作體系中各栽培模式間差異不顯著；對于百粒鮮重來說，各栽培模式間均表現出顯著差異，A1和A2栽培模式較A3栽培模式顯著降低15.1%、7.7%，A2栽培模式較A1栽培模式顯著增加7.9%；從產量來看，A1栽培模式較A3顯著降低48.9%，A2栽培模式較A1顯著增加44.7%，A2和A3栽培模式間差異不顯著，但是A3栽培模式較A2產量高7.6%。

表1 糯紅高粱間作大豆體系下大豆產量比較Table 1 Comparison of soybean yield under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.7 糯紅高粱間作大豆體系下產出效果及經濟效益

根據計算得出，對于LER（糯紅高粱）來說，A1較A2栽培模式顯著高32.2%；對于LER（大豆）來說，A2栽培模式顯著高出A1栽培模式36.6%；整體看來，A1、A2栽培模式的LER（糯紅高粱+大豆）分別為1.43、1.47，說明高粱大豆間作系統具有顯著的產量優勢。

不同間作模式產出效果和經濟效益各不相同（表2、表3）。從表2可以看出，在不同間作體系中，對于糯紅高粱產量來說，A1較A2栽培模式顯著高出39.8%；對于大豆來說，A1較A3栽培模式顯著降低48.9%，A2與A3栽培模式間差異不顯著；對于總體產值來說，A3較A1栽培模式顯著低41.5%，A3較A2栽培模式顯著低39.3%。對不同種植模式經濟效益進行分析（表3）可知，除生產所投入的物質成本和人工成本外，A1、A2、A3栽培模式下純收益分別為7937.28、7795.28、5449.68元/hm2。

表2 糯紅高粱間作大豆模式下產出效果比較Table 2 Comparison of output effect under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

表3 糯紅高粱間作大豆模式下經濟效益比較（元/hm2）Table 3 Comparison of economic benefits under glutinous red sorghum and soybean intercropping syetem（yuan/hm2）

3 討論

3.1 糯紅高粱間作大豆體系對大豆農藝性狀的影響

糯紅高粱與大豆間作改變大豆的生長環境，尤其是對光、溫、水等產生了極大影響［6,17-19］，使得大豆農藝性狀表現出一定差異性。作物形態具有可塑性，對自然環境的改變會在形態上產生相應的響應機制［20-21］。本研究發現，在高粱-大豆間作模式中，在大豆生殖生長時期，大豆受到高稈作物糯紅高粱的蔭蔽后，較凈作表現出株高升高，莖粗、比葉重減小，莖干物質積累量和葉面積指數降低。這與前人在間套作系統中研究結果一致［4,22-25］。原因主要有兩點：一是在大豆生育前期，受到相鄰高稈作物糯紅高粱的蔭蔽后對大豆植株生長造成不利影響；二是在高粱與大豆共生期階段，高粱和大豆的根系對養分和水分的競爭激烈，大豆屬于淺根系作物，糯紅高粱屬于深根系作物，水分及養分的利用存在生態位差異。大豆處于競爭劣勢，使大豆獲得的土壤養分和水分不能滿足大豆生長的需要，從而限制了大豆植株生長。

3.2 糯紅高粱間作大豆體系對鮮食大豆產量的影響

大豆單株莢數、每莢粒數、百粒鮮重等產量性狀指標與其產量具有一定聯系［26］。本研究中大豆與高粱間作后，其單株莢數、每莢粒數、百粒鮮重等產量性狀與凈作相比均有所降低，從而導致大豆產量有所降低，這與前人在玉米-大豆間作模式中，玉米對大豆產生的蔭蔽會降低大豆單株有效莢數、有效粒數及單株產量的研究結果基本一致［21,27-28］。分析其主要原因：一是糯紅高粱和大豆的共生期較長，影響了鮮食大豆產量，與前人在玉米大豆帶狀復合種植的研究發現，共生期短與大豆產量呈極顯著正相關，反之，呈極顯著負相關的結果一致［29］；二是該研究中所選用的大豆品種在間套作中前期物質積累量較慢，后期物質轉運又受到高粱的影響有一定關系［30］。

3.3 糯紅高粱間作大豆體系的經濟效益評價

間套作體系形成的經濟效益是評價間套作體系優劣的重要指標［5］。糯紅高粱間作大豆模式中大豆產量較凈作相比雖有所降低，但表現出經濟效益優勢，其中，A1栽培模式大豆產量均較A2、A3凈作有所降低，但總產值是最高的，有利于其經濟效益提升。在不同大豆間作模式中，間作既能保證該地區主栽作物的產量，又能增加大豆產量，具有一定的產量協調效應。

4 結論

在間作系統種植模式下，鮮大豆作為間作系統中的低位作物，生長中后期受高粱遮蔭影響，株高升高，莖粗、比葉重減小，莖干物質積累量和葉面積指數降低，產量性狀指標均有所降低，從而導致鮮大豆產量較凈作有所降低；A1栽培模式總體經濟效益高于其他種植模式，群體土地當量比達到1.4以上，且經濟效益最為顯著，增加了農民收入。A1間作體系既能滿足對釀酒原材料的需求，又能緩解該地區大豆的供需矛盾，是適宜該地區推廣種植的經濟高效益模式。生產中應綜合考慮兩作物種間、種內關系，才能獲得作物高產高效。