馬鈴薯-玉米間作模式研究進(jìn)展

喬冰潔，楊小華，吳 靜，徐寶連

（濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)寧 272031）

間作套種（Relay intercropping）是一種常見的種植模式，指在上茬作物生長(zhǎng)的后期，在作物的行間、株間或畦間種植后茬作物的方式，不同作物之間的共生期占總生育期的一小部分[1]。大量研究表明，合理的間作模式可以更充分利用自然條件，提高作物單位面積產(chǎn)量和土地利用率，減少病蟲害的發(fā)生，促進(jìn)植物養(yǎng)分利用優(yōu)勢(shì)的形成，降低投資消耗，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2-4]。

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）和玉米（Zea mays L.）均是一年生草本植物，也是繼水稻、小麥之后的世界主糧作物[5]。馬鈴薯作為矮稈耐陰淺根系的C3 植物，常與玉米等高稈深根系的C4植物進(jìn)行套種生產(chǎn)，針對(duì)二者的生長(zhǎng)周期和需肥特性，在時(shí)間和空間上進(jìn)行土壤養(yǎng)分、水分及微環(huán)境互作調(diào)節(jié)，協(xié)同促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育[6]。通過查閱資料，針對(duì)中國(guó)馬鈴薯-玉米現(xiàn)有栽培模式、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益等方面概述馬鈴薯-玉米間作模式的研究進(jìn)展，并分析現(xiàn)存的問題，以期為馬鈴薯-玉米間作模式的發(fā)展提供參考。

1 馬鈴薯-玉米間作常見種植模式

Tsay 等[7]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯-玉米間作系統(tǒng)存在生態(tài)補(bǔ)償效應(yīng)，相對(duì)早熟的品種（玉米）收獲后，相對(duì)晚熟的品種（馬鈴薯）會(huì)獲得一定的生態(tài)補(bǔ)償，使共生期內(nèi)處于競(jìng)爭(zhēng)弱勢(shì)的晚熟品種的生長(zhǎng)抑制得以恢復(fù)，即馬鈴薯后期生長(zhǎng)良好。玉米和馬鈴薯適應(yīng)力強(qiáng)、對(duì)生產(chǎn)條件要求不高，在中國(guó)大部分地區(qū)均有種植。各個(gè)地區(qū)因地制宜，形成多種馬鈴薯-玉米間作模式。

種植比例多變。中國(guó)較為常見的間作模式有馬鈴薯間作玉米一套一模式、一套二模式、二套二模式、二套三模式、二套四模式、三套三模式和四套四模式。

品種選擇有要求。在馬鈴薯品種的選擇上，多選擇早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)且抗性好的品種。玉米品種根據(jù)種植目的選擇產(chǎn)量高、鮮食性好，抗倒伏的品種，鮮食玉米、糯玉米和甜玉米均有種植[8]。間作作物栽培管理時(shí)，應(yīng)以其中一種作物為主，另一種作物為輔助，不宜二者并重[9]。

栽培模式靈活。除春馬鈴薯-夏糯玉米-秋馬鈴薯一年三作栽培模式外，還有夏馬鈴薯-玉米-秋白菜間作模式、馬鈴薯-玉米-紅薯三熟間作技術(shù)、大棚馬鈴薯-鮮食玉米-芹菜一年三作高效模式及馬鈴薯-早玉米-豆角等間作模式[10-13]，以適應(yīng)中國(guó)不同地區(qū)氣候及市場(chǎng)的需求。

2 間作模式對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響

衡量經(jīng)濟(jì)效益的指標(biāo)有很多[14]，包括產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用率、病蟲害發(fā)生率等。經(jīng)濟(jì)效益的高低直接影響模式的推廣。

2.1 對(duì)產(chǎn)量的影響

一般來說，間作栽培中作物產(chǎn)量較單作高，但若間作栽培方式或作物搭配不合理，則會(huì)造成產(chǎn)量的降低[15]。馬鈴薯產(chǎn)量與間作的作物有關(guān)，高劍華等[16]在比較玉米、水稻、小麥、油菜與馬鈴薯之間間作及馬鈴薯連作處理后發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯-玉米間作處理中馬鈴薯的產(chǎn)量和商品薯率最高，馬鈴薯連作處理產(chǎn)量與商品薯率最低。馬鈴薯-玉米間作模式利用高低稈作物套作優(yōu)勢(shì)，通風(fēng)及透光效果良好，有利于馬鈴薯薯塊增大，提高產(chǎn)量[17]。間作產(chǎn)量與種植密度有關(guān)，研究表明[18]，馬鈴薯和玉米的種植密度對(duì)兩者的凈光合速率、株高、莖粗等指標(biāo)都有顯著影響，間作玉米種植密度為44 250 株/hm2，馬鈴薯種植密度為45 000株/hm2時(shí)為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)最佳組合。馬鈴薯產(chǎn)量也與間種比例有關(guān)，聶秀竹等[19]通過對(duì)比馬鈴薯和玉米不同種植比例（馬鈴薯∶玉米 =4∶2，4∶4，2∶2）后發(fā)現(xiàn)，相同田間處理下，馬鈴薯∶玉米=2∶2 間作模式復(fù)合單產(chǎn)最高。馬鈴薯產(chǎn)量同間作帶距相關(guān)，葛雁等[20]的研究表明帶距較小時(shí)（1.33 m）馬鈴薯產(chǎn)量較高，帶距較大時(shí)（2.00 m）馬鈴薯產(chǎn)量較低；相同帶距情況下，間作比例不同，則產(chǎn)量也有所不同。

2.2 對(duì)品質(zhì)的影響

除對(duì)產(chǎn)量的影響外，間作模式對(duì)作物的商品品質(zhì)也有較大的影響。黃承建等[21]發(fā)現(xiàn)，玉米和馬鈴薯間作不僅顯著增加馬鈴薯塊莖的產(chǎn)量，還改變馬鈴薯的光合特性。蔡明等[22]發(fā)現(xiàn)，間作施氮模式下馬鈴薯粗蛋白含量、還原糖含量、淀粉含量等品質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于單作施氮模式。此外，馬鈴薯間作模式相比單作模式更能促進(jìn)馬鈴薯葉面積指數(shù)（LAI）、葉綠素相對(duì)含量（SPAD）、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）等指標(biāo)的增加[23,24]。但朱啟林等[25]卻發(fā)現(xiàn)，因間作系統(tǒng)中玉米對(duì)馬鈴薯有遮陰效應(yīng)，間作馬鈴薯的凈光合效率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率低于單作。各研究的試驗(yàn)條件及種植氣候的不同，研究結(jié)果之間存在較大的差別。

2.3 對(duì)水分利用率的影響

深根系玉米和淺根系馬鈴薯間作種植，依據(jù)其不同的生理特性吸收土壤中的養(yǎng)分及水分，實(shí)現(xiàn)環(huán)境資源的高效利用[26]。在坡耕地玉米間作馬鈴薯不同種植方式對(duì)徑流和土壤侵蝕情況的研究中[27]，發(fā)現(xiàn)間作的徑流和土壤侵蝕率較玉米單作分別減少24%～34%和13%～51%，且間作的水土保持效果優(yōu)于單作。安瞳昕等[28]在玉米溝塘覆膜模式間作馬鈴薯的研究中發(fā)現(xiàn)，玉米+地膜覆蓋間作馬鈴薯技術(shù)可顯著提高土壤水分積蓄量。劉英超等[29]發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯-玉米間作對(duì)作物水-氮協(xié)同吸收有促進(jìn)作用，且促進(jìn)作用隨生育期的增長(zhǎng)逐漸顯著。

2.4 對(duì)病蟲害的影響

間作模式可增加農(nóng)田作物種類，提高害蟲的天敵多樣性，降低農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)蟲害的發(fā)生率[30]。生產(chǎn)中設(shè)計(jì)合理的田間種植模式，創(chuàng)造有利于害蟲天敵的環(huán)境條件[31]，吸引害蟲天敵實(shí)現(xiàn)綠色防控，增強(qiáng)害蟲種群控制的可持續(xù)性。

Zheng 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，玉米-馬鈴薯三套二模式可減少馬鈴薯塊莖蛾幼蟲量并增加蛾蟲天敵量來減少危害。通過比較間作植物對(duì)馬鈴薯甲蟲種群的影響，黃未末等[33]發(fā)現(xiàn)在馬鈴薯生長(zhǎng)初期套種玉米可在一定程度上阻隔馬鈴薯甲蟲的定植擴(kuò)散。但也有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)間作雖然減少了馬鈴薯害蟲的危害程度，卻并未顯著改變馬鈴薯害蟲天敵的種群數(shù)量和天敵比例[34]。

3 間作模式對(duì)馬鈴薯生態(tài)效益的影響

除經(jīng)濟(jì)效益外，生態(tài)效益也是衡量一個(gè)模式的關(guān)鍵因素。和生態(tài)效益相關(guān)的指標(biāo)[14]包括土壤總氮量、微生物量、土壤酶活性、土壤有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)。

3.1 對(duì)土壤總氮量的影響

作為作物養(yǎng)分?jǐn)z取的主要來源，土壤養(yǎng)分含量的多少關(guān)系到植物是否能健康生長(zhǎng)[35]。大量研究表明，間作模式可增加或平衡土壤中養(yǎng)分的含量，提高土壤養(yǎng)分質(zhì)量[36]。氮是作物生長(zhǎng)所需的必需元素，硝態(tài)氮和氨態(tài)氮是植物吸收利用的主要氮形態(tài)[37]。間作模式主要通過影響微生物-微生物、植物-微生物之間的關(guān)系，進(jìn)而影響土壤中元素的相互轉(zhuǎn)化[38]。王玉琪等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在間作植物間的氮素競(jìng)爭(zhēng)中，馬鈴薯對(duì)氮素的依賴性強(qiáng)但競(jìng)爭(zhēng)性弱[40]。因此，間作模式下馬鈴薯種植時(shí)應(yīng)更重視對(duì)氮素的管理供應(yīng)。魏常慧等[41]的研究表明，除氮素吸收外，馬鈴薯間作模式中土壤磷、鉀元素的吸收情況普遍優(yōu)于馬鈴薯單作模式。

3.2 對(duì)土壤微生物量的影響

微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的主要組成成分，也是支持土壤進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量代謝的重要因素。受根際分泌物的影響，不同作物根際土壤微生物種類和含量也有差別。張曉崗等[42]發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯-玉米間作可有效改善馬鈴薯根際土壤的真菌菌群結(jié)構(gòu)，提升根際微環(huán)境，緩解連作障礙。宋鈺等[43]采用平板分離法對(duì)土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果證明，馬鈴薯-玉米間作種植模式中土壤放線菌及細(xì)菌含量較馬鈴薯連作均有明顯降低，且具有“超產(chǎn)”效應(yīng)[44]。王娜等[45]研究表明，相比馬鈴薯、玉米單作，二者間作可顯著降低土壤細(xì)菌的OTU 數(shù)目。但也有報(bào)道稱[46]，通過連續(xù)5 年馬鈴薯、玉米單作及間作栽培的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，栽培模式與細(xì)菌種類、菌群組成間并無顯著相關(guān)性。

3.3 對(duì)土壤酶活性的影響

除土壤微生物外，酶也是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)。土壤酶與微生物協(xié)同參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程[43]。譚雪蓮[47]通過比較馬鈴薯連作和間作模式下土壤酶活性發(fā)現(xiàn)，間作模式可改變土壤酶活性，包括對(duì)土壤碳氧轉(zhuǎn)化有關(guān)酶活性、過氧化氫轉(zhuǎn)化酶活性的促進(jìn)及降低過氧化氫對(duì)馬鈴薯根的毒害作用。

3.4 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)指土壤中所有含碳的有機(jī)物，即土壤中動(dòng)植物殘?bào)w、微生物及其分解和合成的各種有機(jī)物。在一定范圍內(nèi)，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，土壤肥力越強(qiáng)。研究表明[48]，馬鈴薯長(zhǎng)期間作處理較長(zhǎng)期連作處理可明顯提高土壤質(zhì)量。

4 目前模式存在的問題

玉米-馬鈴薯間作系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，具有提高產(chǎn)量、增加肥效，改善土壤環(huán)境及保持水土等優(yōu)點(diǎn)，但也需承認(rèn)，該間作系統(tǒng)目前仍存在不足之處。

4.1 馬鈴薯-玉米間作模式中馬鈴薯生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)不明顯

有研究表明，玉米和大豆間作模式種間競(jìng)爭(zhēng)性弱，間作處理可顯著提高復(fù)合單產(chǎn)量，但玉米和馬鈴薯間作模式種間競(jìng)爭(zhēng)性較強(qiáng)，產(chǎn)量促進(jìn)作用較弱[49]。邱甜等[50]在探究馬鈴薯不同間作模式對(duì)馬鈴薯晚疫病發(fā)病情況的影響中，發(fā)現(xiàn)晚疫病發(fā)病病級(jí)為馬鈴薯-大豆間作＜馬鈴薯凈作＜馬鈴薯-玉米間作模式，即相對(duì)于馬鈴薯-玉米間作模式，馬鈴薯-大豆間作更能顯著降低馬鈴薯晚疫病的發(fā)病程度[51]。馬鈴薯-玉米間作體系中玉米的氮素吸收量較玉米單作增長(zhǎng)33.8%，推測(cè)玉米奪取了施于馬鈴薯的部分氮素[52]，使得馬鈴薯-玉米間作系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更偏向于玉米，而非馬鈴薯。

4.2 馬鈴薯-玉米間作模式機(jī)械化操作難度較大

玉米單作模式機(jī)械化種植效率較高，操作難度較小。相對(duì)于玉米，馬鈴薯機(jī)械化和智能化程度較低，缺少針對(duì)馬鈴薯不同生產(chǎn)時(shí)期專用機(jī)械的研究，科技支撐相對(duì)薄弱[53]。馬鈴薯-玉米間作生產(chǎn)時(shí)，除整地、田間管理等環(huán)節(jié)可采用通用機(jī)械外，其余馬鈴薯種植環(huán)節(jié)均需馬鈴薯專用機(jī)具[54]。且間作系統(tǒng)內(nèi)兩種作物的物候期有交叉，因此對(duì)機(jī)械化、精細(xì)化操作要求更高，增大農(nóng)業(yè)推廣難度[55]。

5 展 望

目前馬鈴薯間作模式在中國(guó)應(yīng)用越來越廣泛，除了本文討論的馬鈴薯-玉米間作種植模式外，常見的模式還有馬鈴薯-蠶豆間作、馬鈴薯-大豆間作、馬鈴薯-蕎麥間作、馬鈴薯-小麥間作等。為了更好地探究馬鈴薯最優(yōu)間作組合，研究不同間作模式之間的種間關(guān)系，可以考慮以下幾個(gè)方面的建議：

（1）增加試驗(yàn)?zāi)晗藓驮囼?yàn)地點(diǎn)。因試驗(yàn)環(huán)境的復(fù)雜性，單一年限和單一地點(diǎn)的試驗(yàn)具有一定的偶然性，應(yīng)該多地點(diǎn)多年限重復(fù)試驗(yàn)，并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)。

（2）選擇合適的間作試驗(yàn)品種。選擇間作品種時(shí)應(yīng)選擇適應(yīng)性和抗病性較強(qiáng)的品種，避免品種先天差異的影響。

（3）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)全面。評(píng)價(jià)間作模式差異時(shí)需結(jié)合地上部與地下部差異，充分探討各影響因子之間的相關(guān)性。

（4）研究適宜機(jī)械操作的種植模式及種植比例。農(nóng)業(yè)機(jī)械化已成主流趨勢(shì)，未來間作模式需適應(yīng)全面機(jī)械化。