蔡倩，孫占祥，鄭家明，王文斌，白偉，馮良山，楊寧，向午燕，張哲，馮晨

遼西半干旱區(qū)玉米大豆間作模式對作物干物質(zhì)積累分配、產(chǎn)量及土地生產(chǎn)力的影響

1遼寧省農(nóng)業(yè)科學院耕作栽培研究所，沈陽 110161；2遼寧省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，沈陽 110161；3國家農(nóng)業(yè)環(huán)境阜新科學觀測實驗站，遼寧阜新 123100

【】通過分析玉米大豆間作模式作物干物質(zhì)積累與分配規(guī)律及種間競爭關系，探討玉米大豆間作的增產(chǎn)機理，提出適合遼西半干旱區(qū)的最優(yōu)玉米大豆間作模式。試驗于2018—2019年在國家農(nóng)業(yè)環(huán)境阜新科學觀測實驗站進行，采用田間試驗方法，設置2行玉米2行大豆間作（MS2:2）、4行玉米4行大豆間作（MS4:4）、6行玉米6行大豆間作（MS6:6）、玉米單作（M）、大豆單作（S）等5種種植模式，研究作物的干物質(zhì)積累分配特點、種間競爭力及其對產(chǎn)量和土地生產(chǎn)力的影響。3種間作模式均提高了玉米拔節(jié)期和灌漿期的干物質(zhì)積累量，比單作玉米分別增加16.58%—20.32%和51.29%—52.56%；間作對大豆分枝期和鼓粒期的干物質(zhì)積累影響較小，但分枝期MS2:2間作模式干物質(zhì)積累量顯著低于單作大豆。玉米干物質(zhì)分配比率拔節(jié)期葉大于莖，灌漿期穗大于莖、葉，且3種間作模式穗的分配比率比單作玉米增加23.22%—31.70%；大豆干物質(zhì)分配比率分枝期莖大于葉，鼓粒期莖、葉大于莢果，MS2:2和MS4:4間作模式大豆莢果分配比率比單作大豆分別降低19.30%、17.22%，MS6:6間作模式與單作大豆差異不顯著。間作模式下玉米比大豆表現(xiàn)出了更強的種間競爭力（＞0）和產(chǎn)量營養(yǎng)競爭比率（＞1）。MS6:6和MS4:4間作模式土地當量比分別為1.16、1.07，土地生產(chǎn)力提高7%—16%，具有顯著的間作優(yōu)勢；MS2:2間作模式土地當量比為0.97，具有間作劣勢。玉米大豆間作模式土地生產(chǎn)能力的提高主要是通過改變作物干物質(zhì)積累分配及種間競爭關系實現(xiàn)，MS6:6和MS4:4間作模式優(yōu)勢明顯。表現(xiàn)最佳的是MS6:6間作模式，該模式能夠顯著提高土地生產(chǎn)力，在當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有很好的應用價值。

玉米；大豆；種植模式；干物質(zhì)積累與分配；種間競爭；產(chǎn)量；土地當量比（）

0 引言

【研究意義】遼西半干旱區(qū)是水資源短缺、旱災頻發(fā)的雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，干旱缺水是作物穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因素[1]。間作能夠增加農(nóng)田生物多樣性[2-4]，改善土地生產(chǎn)能力[5]，提高農(nóng)田光溫水利用效率[6]，與單一種植方式相比，具有明顯的生物和經(jīng)濟產(chǎn)量優(yōu)勢[7-8]。遼寧省是全國13個糧食主產(chǎn)區(qū)之一，玉米、大豆一直是區(qū)域主要作物。禾本科與豆科作物間作在遼西北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有非常重要的地位[9]，其中玉米大豆間作模式是當?shù)刂饕g作模式之一。研究玉米大豆間作模式中作物干物質(zhì)積累與分配規(guī)律及種間競爭關系，明確其增產(chǎn)機理，建立適合遼西半干旱區(qū)的最優(yōu)玉米大豆間作模式，對穩(wěn)定提高土地生產(chǎn)能力和促進該區(qū)域旱作農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。【前人研究進展】有關禾本科與豆科間作對作物產(chǎn)量和土地生產(chǎn)能力的研究表明，由于間作作物生長發(fā)育階段在時間、空間上的差異，改變了間作系統(tǒng)光、溫、水等資源的空間分布和利用，進而影響間作作物的產(chǎn)量和土地生產(chǎn)能力[10-13]。如玉米碗豆[14]、谷子花生[15]、玉米大豆[16-17]、玉米花生[18]等間作模式均提高了禾本科作物產(chǎn)量，豆科作物產(chǎn)量則不同程度下降，但間作模式土地當量比均有提高，土地生產(chǎn)力表現(xiàn)出較強優(yōu)勢。干物質(zhì)積累量是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎，干物質(zhì)向各器官轉(zhuǎn)移、分配與產(chǎn)量密切相關[19-20]，作物產(chǎn)量高低主要取決于干物質(zhì)的積累及其向籽粒的分配比率[21]。張曉娜等[21]和王雪蓉等[22]對玉米大豆間作模式研究表明，間作有利于玉米干物質(zhì)向果穗分配與積累，不利于大豆干物質(zhì)向莢果分配與積累，但間作模式作物干物質(zhì)積累量顯著高于單作模式。高硯亮等[23]對玉米花生間作模式研究表明，間作提高了玉米果穗干物質(zhì)積累量，降低了花生莢果干物質(zhì)積累量。因此，禾本科與豆科作物在適宜間作行比和合理田間管理下，能夠通過改變干物質(zhì)積累分配和種間互補競爭關系提升農(nóng)田生產(chǎn)力。【本研究切入點】前人對禾本科與豆科作物間作的研究已經(jīng)有一定的基礎[9,23]，對玉米大豆間作研究也做了大量工作，主要集中在窄條帶間作對作物種間競爭、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響[16-17]。在全球氣候變化背景下，遼西半干旱地區(qū)“暖干化”趨勢明顯，關于新的氣候條件下玉米大豆間作模式的研究報道較少，特別是寬條帶間作對作物干物質(zhì)積累分配、種間競爭關系和土地生產(chǎn)力等方面缺乏深入和系統(tǒng)研究?！緮M解決的關鍵問題】本文利用國家農(nóng)業(yè)環(huán)境阜新科學觀測實驗站玉米大豆間作定位試驗，系統(tǒng)研究玉米大豆不同間作行比配置下作物干物質(zhì)積累分配、種間競爭關系及其對產(chǎn)量和土地生產(chǎn)能力的影響，明確作物種間競爭和增產(chǎn)機制，確定適宜該區(qū)域的玉米大豆間作模式，為提高區(qū)域農(nóng)田生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2019年在國家農(nóng)業(yè)環(huán)境阜新科學觀測實驗站（遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣阜新鎮(zhèn)沙扎蘭村，42°06′N、121°75′E）進行，玉米大豆間作定位試驗，始于2016年，本文選取2018—2019年數(shù)據(jù)進行分析。實驗站為溫帶大陸性氣候，年均氣溫7—8℃，年均降水量300—500 mm，旱災頻發(fā)[24]。試驗區(qū)地勢平坦，土壤為褐土；耕層土壤基本理化性狀為pH 6.90，有機質(zhì)11.58 g·kg-1，全氮0.68 g·kg-1、全磷0.53 g·kg-1、全鉀2.64 g ·kg-1，速效氮104.51 mg·kg-1、有效磷82.45 mg·kg-1、速效鉀102.55 mg·kg-1，容重1.35 g·cm-3。2018年作物生育期內(nèi)降雨量為306 mm，灌溉1次、灌水量50 mm，平均氣溫為21.96℃；2019年作物生育期內(nèi)降雨量376 mm，未進行灌溉，平均氣溫21.60℃。2個年度作物生育期內(nèi)的逐日降雨量、平均氣溫如圖1所示。

1.2 試驗材料與設計

供試作物品種玉米為鄭單958，大豆為遼豆15。玉米、大豆同時播種和收獲，2018年5月10日播種，9月25日收獲；2019年5月13日播種，9月24日收獲。

試驗采用完全隨機區(qū)組設計，共設5種種植模式，分別為2行玉米2行大豆間作（MS2:2）、4行玉米4行大豆間作（MS4:4）、6行玉米6行大豆間作（MS6:6）、玉米單作（M）和大豆單作（S）。南北向種植，間作模式玉米和大豆面積各占50%，每種種植模式3次重復，共15個小區(qū)，每個小區(qū)面積60 m2（長5 m，寬12 m）。單、間作模式中玉米株距均為0.33 m，大豆株距均為0.13 m，玉米和大豆行距均為 0.5 m（圖2）。

單、間作模式玉米和大豆播種時肥料量相同，均施磷酸二銨（含N 18%，P2O546%）187 kg·hm-1和三元復合肥（含N、P2O5、K2O 各15%）187 kg·hm-1作為種肥；玉米拔節(jié)期追施尿素（含N 46%）225 kg·hm-1，大豆不追肥。其他田間管理一致。

圖1 2018—2019 年試驗區(qū)作物生育期內(nèi)降雨量和平均氣溫

1.3 測定項目與方法

1.3.1 地上干物質(zhì)測定 在玉米拔節(jié)期（2019年7月11日）、灌漿期（2019年9月5日），大豆分枝期（2019年7月11日）、鼓粒期（2019年9月5日）進行植株取樣。每小區(qū)的單、間作玉米和大豆均按行取樣（圖2），MS2:2間作模式玉米和大豆條帶各取1行（邊1行），MS4:4間作模式玉米和大豆條帶各取2行（邊1行、邊2行），MS6:6間作模式玉米和大豆條帶各取3行（邊1行、邊2行、邊3行），M單作模式和S單作模式玉米和大豆各取1行。每行選取3株有代表性的植株，地上部植株取樣后按莖、葉、穗（莢果）進行分離，并裝入網(wǎng)袋中風干至恒重后測定干物質(zhì)重。

1.3.2 產(chǎn)量測定 在作物成熟期，對單、間作模式各小區(qū)玉米和大豆按行取樣，取樣方法與干物質(zhì)相似，其中玉米每行隨機選取3.34 m行長玉米穗，大豆每行隨機選取0.67 m行長大豆莢果進行產(chǎn)量測定。將采集的樣品裝入紗網(wǎng)袋內(nèi)，放到風干棚內(nèi)風干至恒重，脫粒，籽粒稱重后用水分測定儀測定含水率，折算成含水率為14%的玉米、大豆產(chǎn)量[11]。

1.3.3 相關指標及其計算方法 單作和間作模式玉米和大豆的種植密度用均一化種植密度HD表示，計算公式如下[25-26]：

HD=P×RLD （1）

式中，HD表示作物均一化種植密度，株/m2；P為作物株距密度，株/m；RLD為作物行長密度，行/m或m·m-2，表示玉米或大豆。本試驗單、間作模式中玉米株距密度均為3.0株/m，大豆株距密度均為7.5株/m；間作玉米和大豆的行長密度（）均為1 m·m-2（或行/m），單作玉米和大豆的行長密度均為2 m·m-2（或行/m）。

單作和間作模式作物產(chǎn)量用均一化產(chǎn)量Y表示，計算公式如下[25-26]：

Y=PY×HD（2）

式中，Y為作物的均一化產(chǎn)量，g·m-2；PY表示作物的單株產(chǎn)量，g/株，表示玉米或大豆。

土地當量比（）是衡量作物間作土地生產(chǎn)力的一項重要指標，計算公式如下[11,27]：

（3）

式中，LER、LER分別為間作模式中玉米和大豆的相對土地當量比，又稱偏土地當量比；Y、Y和Y、Y分別表示玉米和大豆的單作、間作均一化產(chǎn)量（g·m-2）。當＜1時，表明該間作模式具有劣勢；當=1時，表明該間作模式無優(yōu)勢；當＞1時，則表明該間作模式具有優(yōu)勢，有一定的應用價值[11,27]。

種間相對競爭能力A用公式（4）計算[28-29]：

（4）

式中，A表示在玉米大豆間作模式中玉米相對于大豆的競爭能力。A＞0，表明玉米競爭能力強于大豆；A＜0，表明玉米競爭能力比大豆弱。

產(chǎn)量營養(yǎng)競爭比率CR計算公式如下[28-29]：

式中，CR為在玉米大豆間作模式中玉米相對于大豆產(chǎn)量的營養(yǎng)競爭比率。CR＞1，表明玉米的產(chǎn)量營養(yǎng)競爭能力比大豆強；CR＜1，表明玉米比大豆的營養(yǎng)競爭能力弱。

干物質(zhì)分配比率DPR用公式（6）計算[21]：

式中，DPR表示作物不同器官的干物質(zhì)分配比率，D為作物器官的干物質(zhì)量，為作物地上部干物質(zhì)總量，為作物地上部莖、葉、穗或莢果等器官。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel整理分析數(shù)據(jù)并作圖；用SPSS20軟件（SPSS Inc.Chicago，USA）對數(shù)據(jù)進行方差分析（ANOVA），顯著水平為a=0.05。

2 結(jié)果

2.1 間作對作物產(chǎn)量的影響

玉米大豆間作對玉米均一化產(chǎn)量（籽粒產(chǎn)量）影響顯著（＜0.05）（表1）。2018年玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為MS4:4＜MS2:2＜MS6:6＜M，2019年玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為MS2:2＜MS4:4＜MS6:6＜M。單、間作模式玉米均一化種植密度分別為6 株/m2和3株/m2，間作模式玉米占地比例均為50%，MS2:2、MS4:4和MS6:6間作模式玉米2年均一化產(chǎn)量平均值分別為單作玉米的62.77%、62.40%和65.50%，說明在相同土地面積上間作玉米的產(chǎn)量高于單作，具有較強的產(chǎn)量優(yōu)勢。

玉米大豆間作對大豆均一化產(chǎn)量影響亦達到顯著水平（＜0.05），2018年和2019年大豆產(chǎn)量均表現(xiàn)為MS2:2＜MS4:4＜MS6:6＜S。單、間作模式大豆均一化種植密度分別為15株/m2和7.5株/m2，間作模式大豆占地比例與玉米相同，但MS2:2、MS4:4和MS6:6間作模式大豆2年均一化產(chǎn)量平均值分別為單作大豆的34.20%、44.17%和49.88%?？梢娫谙嗤娣e上間作大豆產(chǎn)量小于單作，大豆產(chǎn)量在間作模式中表現(xiàn)出劣勢，該劣勢隨著間作帶寬的增加而降低，且MS2:2間作模式大豆產(chǎn)量顯著低于MS6:6模式（＜0.05）。另外，方差分析結(jié)果還表明，玉米、大豆均一化產(chǎn)量受種植模式、年份的影響顯著（＜0.05），而受種植模式和年份交互作用的影響不明顯（＞0.05）。

表1 玉米大豆間作對作物產(chǎn)量的影響

表中每豎列不同字母表示同一年度種植模式在0.05 水平差異顯著。下同

Different small letters indicate significant difference between planting configuration within same year at 0.05 level. The same as below

2.2 間作對土地生產(chǎn)力的影響

玉米和大豆間作模式土地當量比方差分析結(jié)果表明（表2），不同間作模式對玉米偏土地當量比（LER）影響較小，2018年和2019年3種間作模式間LER差異不顯著（＞0.05），MS2:2、MS4:4和MS6:6間作模式2年LER平均值分別為0.63、0.62、0.66。間作模式對大豆偏土地當量比（LER）有較大影響，2018年MS6:6和MS4:4間作模式LER與MS2:2間作模式差異顯著（＜0.05），2019年MS6:6間作模式LER與MS2:2間作模式差異顯著（＜0.05）；LER2年平均值表現(xiàn)為MS6:6＞MS4:4＞MS2:2，分別為0.50、0.44、0.34。整個間作系統(tǒng)的土地當量比（）變化特征與LER相似，2018年和2019年土地當量比（）均表現(xiàn)為MS6:6＞MS4:4＞MS2:2，其2年平均值分別為1.16、1.07、0.97，MS6:6和MS4:4間作模式＞1，而MS2:2間作模式＜1，說明MS6:6和MS4:4間作模式提高了土地生產(chǎn)力，間作優(yōu)勢明顯；MS2:2間作模式則降低了土地生產(chǎn)力。間作模式、年份、間作模式和年份交互作用對LER的影響不顯著（＞0.05）；間作模式對LER和影響達到顯著水平（＜0.05）。

表2 玉米和大豆不同種植模式土地當量比

表中、和分別為間作玉米、大豆和間作系統(tǒng)的土地當量比

indicates land equivalent ratio.andindicate partialof maize and soybean respectively

2.3 間作對作物干物質(zhì)積累與分配的影響

2.3.1 玉米 玉米干物質(zhì)積累量方差分析結(jié)果表明，玉米大豆間作模式對玉米干物質(zhì)積累量影響顯著（＜0.05）（表3）。拔節(jié)期不同種植模式玉米干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為MS2:2＞MS4:4＞MS6:6＞M，間作模式分別比單作增加20.32%、19.10%、16.58%；灌漿期玉米干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為MS4:4＞MS6:6＞MS2:2＞M，間作模式分別比單作增加52.56%、51.70%、51.29%。說明玉米大豆間作可顯著增加玉米關鍵生育期的干物質(zhì)積累量。

玉米拔節(jié)期干物質(zhì)分配特點是“莖少、葉多”，莖分配比率為40.05%—41.32%，葉分配比率為58.68%—59.65%。拔節(jié)期莖分配比率間作模式與單作差異不顯著（＞0.05）；MS6:6和MS2:2間作模式的葉分配比率與單作差異顯著（＜0.05），表現(xiàn)為單作模式大于間作模式。說明間作模式可增加拔節(jié)期玉米干物質(zhì)向莖分配，減少向葉分配。灌漿期玉米干物質(zhì)分配特點為“穗最多、莖次之、葉最少”，穗分配比率為41.17%—54.22%，莖分配比率為31.60%—40.25%，葉分配比率為13.57%—18.58%；3種間作模式玉米各器官干物質(zhì)分配比率與單作模式之間差異顯著（＜0.05），穗分配比率表現(xiàn)為MS6:6＞MS2:2＞MS4:4＞M，間作模式分別比單作增加31.70%、27.91%、23.22%；莖分配比率表現(xiàn)為MS2:2＜MS6:6＜MS4:4＜M，間作模式分別比單作減少21.49%、19.98%、11.68%；葉分配比率表現(xiàn)為MS6:6＜MS4:4＜MS2:2＜M，間作模式分別比單作減少15.29%、26.15%、26.96%。由此可見，間作減少了灌漿期玉米干物質(zhì)向莖、葉的分配，增加了向穗分配，有利于玉米單株產(chǎn)量提高。

表3 單作及間作玉米單株干物質(zhì)積累與分配比率

2.3.2 大豆 大豆干物質(zhì)積累量方差分析結(jié)果表明（表4），分枝期3個間作模式大豆干物質(zhì)積累量均有所下降，其大小順序為MS2:2＜MS4:4＜MS6:6＜S，間作模式分別比單作降低27.05%、13.88%、8.61%，但只有MS2:2間作模式與單作差異顯著（＜0.05），而鼓粒期單、間作模式大豆干物質(zhì)積累差異均不顯著（＞0.05）。說明分枝期MS2:2間作模式大豆干物質(zhì)積累量明顯降低，而鼓粒期3種間作模式對大豆干物質(zhì)積累量影響均較小。

大豆分枝期干物質(zhì)分配特點是“莖多、葉少”，莖分配比率為54.99%—57.73%，葉分配比率為42.27%—45.01%。分枝期莖分配比率表現(xiàn)為MS2:2＞MS4:4＞S＞MS6:6，葉分配比率為MS2:2＜MS4:4＜S＜MS6:6，且只有MS2:2間作模式的莖和葉分配比率與單作差異顯著（＜0.05），說明分枝期MS2:2間作模式大豆干物質(zhì)向莖的分配增加，向葉的分配減少。鼓粒期大豆干物質(zhì)分配特點為“莖＞葉＞莢”，莖分配比率為40.45%—44.64%，葉分配比率為36.06%—37.52%，莢果分配比率為18.65%—23.11%。不同種植模式莖分配比率表現(xiàn)為MS4:4＞MS2:2＞MS6:6＞S，間作模式分別比單作增加10.36%、8.36%、4.43%，且MS2:2和MS4:4間作模式與單作模式間差異顯著（＜0.05）；葉分配比率間作模式與單作差異不顯著（＞0.05）；莢果分配比率表現(xiàn)為MS2:2＜MS4:4＜MS6:6＜S，間作模式分別比單作減少19.30%、17.22%、6.10%，且MS2:2和MS4:4間作模式與單作差異顯著（＜0.05）。結(jié)果說明，間作能夠增加鼓粒期大豆干物質(zhì)向莖分配，減少向莢果分配，不利于大豆單株產(chǎn)量提高。

2.4 作物種間競爭力

間作模式玉米大豆種間競爭能力分析結(jié)果表明（圖3），2018年MS6:6、MS4:4間作模式玉米相對大豆的種間競爭能力（A）和產(chǎn)量營養(yǎng)競爭比率（CR）與MS2:2間作模式差異顯著（＜0.05）；2019年MS6:6間作模式A和CR與MS2:2間作模式差異也達顯著水平（＜0.05）。A和CR2年平均值均表現(xiàn)為MS2:2＞MS4:4＞MS6:6，分別為0.29、0.18、0.16和1.93、1.58、1.38，且A＞0，CR＞1。表明在玉米大豆間作模式中玉米的競爭能力強于大豆，即玉米為優(yōu)勢作物而大豆為劣勢作物。

3 討論

3.1 作物產(chǎn)量和土地生產(chǎn)力

玉米大豆間作對作物產(chǎn)量影響較大，但玉米和大豆表現(xiàn)各不相同。本研究中MS2:2、MS4:4和MS6:6間作模式玉米和大豆產(chǎn)量與單作之間差異顯著（＜0.05），間作中玉米、大豆占地比例各為50%，間作玉米產(chǎn)量相當于單作產(chǎn)量的62.77%—65.50%，間作大豆產(chǎn)量僅相當于單作產(chǎn)量的34.20%—49.88%，說明間作使玉米產(chǎn)量明顯提高，大豆產(chǎn)量降低。劉洋等[10]和高硯亮等[23]分別對玉米大豆間作、玉米花生間作研究表明，高稈作物對矮稈作物有遮陰影響，導致矮稈作物光合作用降低，進而影響大豆和花生的產(chǎn)量。還有學者指出C4作物和C3作物間作在光、水、養(yǎng)分等資源利用上存在競爭和互補效應，認為C4作物與C3作物間作是弱競爭復合體系[21]。本研究結(jié)果也表明，隨著間作帶寬的增加，大豆產(chǎn)量劣勢減小，大豆和玉米兩作物之間也表現(xiàn)出競爭和互補并存的弱競爭效應。

土地當量比是衡量土地生產(chǎn)力的重要指標[30]，多數(shù)研究認為間作能夠提高土地當量比和土地生產(chǎn)力，但在不同生態(tài)類型區(qū)，不同作物、不同帶寬間作導致土地生產(chǎn)力提高的幅度也不同。高硯亮等[9]玉米（M）花生（P）間作模式研究表明，2M:4P和4M:4P間作系統(tǒng)的土地當量比為1.10—1.24，表現(xiàn)出明顯間作優(yōu)勢。茍芳等[11]對向日葵和馬鈴薯、莜麥和馬鈴薯、莜麥和豆類間作模式研究表明，基于經(jīng)濟產(chǎn)量的土地當量比為1.05—1.12，土地生產(chǎn)力提高了5%—12%。本研究結(jié)果表明，2018—2019年MS4:4和MS6:6間作模式土地當量比為1.07和1.16，土地生產(chǎn)力提高7%和16%，具有間作優(yōu)勢；MS2:2間作模式土地當量比為0.97，土地生產(chǎn)力降低，表現(xiàn)出間作劣勢。說明玉米大豆間作選擇適宜的間作帶寬十分重要，原因可能是在窄條帶的間作模式中，與高稈作物玉米截光量的優(yōu)勢相比，玉米對矮稈作物大豆遮陰劣勢的影響更大，在水分和養(yǎng)分競爭方面大豆也處于嚴重的劣勢地位[11,31]。在帶寬較大的間作系統(tǒng)中，隨著帶寬加大，高稈作物玉米對矮稈作物大豆的遮陰作用及水分和養(yǎng)分的競爭減小[26]，玉米邊行截光量優(yōu)勢能夠彌補大豆受遮陰及水分和養(yǎng)分等方面的競爭形成的劣勢[2]。

3.2 作物干物質(zhì)積累與分配

干物質(zhì)積累與分配能夠反映出作物的生長發(fā)育狀況，間作能夠通過影響干物質(zhì)積累分配特征影響作物產(chǎn)量[22]。本研究表明，間作對拔節(jié)期和灌漿期玉米干物質(zhì)積累量影響顯著，與單作相比分別增加了16.58%—20.32%和51.29%—52.56%，而對大豆分枝期和鼓粒期干物質(zhì)積累量影響較??；3種間作模式均使玉米灌漿期干物質(zhì)向穗的分配比率明顯增加，使大豆鼓粒期干物質(zhì)向莢果的分配比率降低。干物質(zhì)積累與器官分配比例變化說明間作有利于玉米產(chǎn)量提高而不利于大豆產(chǎn)量形成。隨著間作帶寬的增加，大豆干物質(zhì)向莢果分配比率增加，表明適宜的間作帶寬可以降低對大豆產(chǎn)量的不利影響。間作能夠改變玉米和大豆干物質(zhì)積累與分配，從種間競爭角度來看，原因可能是間作模式中玉米對光、水、養(yǎng)分的競爭力比大豆更強[31]，因此，間作有利于玉米干物質(zhì)向穗分配，不利于大豆干物質(zhì)向莢果分配。從作物根系特點角度考慮，玉米根系比大豆根系發(fā)達，根系表面積和根長也優(yōu)于大豆，因此，間作模式中玉米根系吸收的水分和養(yǎng)分更多，使大豆吸收的水分和養(yǎng)分減少，從而影響玉米和大豆莖、葉對籽粒形成的貢獻，最終導致玉米產(chǎn)量增加，大豆產(chǎn)量降低[21]。

3.3 作物種間競爭關系

玉米大豆間作玉米表現(xiàn)出更強的種間競爭優(yōu)勢。本研究表明，玉米相對于大豆的競爭能力為0.16—0.29（A＞0）、產(chǎn)量營養(yǎng)競爭比率為1.38—1.93（CR＞1），表明玉米競爭能力和產(chǎn)量營養(yǎng)競爭能力均強于大豆，說明在玉米大豆間作存在禾本科與豆科作物的種間競爭，且玉米為優(yōu)勢作物，大豆為劣勢作物[32]。其原因在于高稈作物（玉米）和矮稈作物（大豆）間作，玉米地上光截獲量增加[33]和地下養(yǎng)分、水分利用效率提高所致[9]；大豆的生物學特征與玉米不同，在對土壤水分和養(yǎng)分吸收競爭及對光截獲爭奪中處于不利地位[34-36]，其生長發(fā)育及莢果干物質(zhì)積累受到影響必然造成大豆產(chǎn)量的降低。

4 結(jié)論

遼西半干旱地區(qū)玉米大豆間作模式對作物干物質(zhì)積累、器官分配及土地生產(chǎn)力影響顯著。4行玉米4行大豆（MS4:4）和6行玉米6行大豆（MS6:6）間作模式土地生產(chǎn)力提高，表現(xiàn)為間作優(yōu)勢，2行玉米2行大豆（MS2:2）間作模式土地生產(chǎn)力降低，表現(xiàn)為間作劣勢；3種間作模式的玉米干物質(zhì)積累量明顯增加，向穗分配比率提高，而大豆干物質(zhì)積累量雖然變化較少，但向莢果分配比率明顯減??；玉米的種間競爭能力和產(chǎn)量營養(yǎng)競爭能力均強于大豆，為競爭優(yōu)勢作物，而大豆則為競爭劣勢作物。綜合間作模式作物干物質(zhì)積累與分配特點、種間競爭關系、土地生產(chǎn)力水平等因素，可以認為MS6:6間作模式是遼西半干旱區(qū)適宜的高效種植模式。

為進一步優(yōu)化玉米大豆間作模式，未來將深入探討單位面積間作與單作玉米種植株數(shù)相同條件下，玉米大豆間作模式對作物產(chǎn)量和土地生產(chǎn)力的影響，從而實現(xiàn)更高的土地生產(chǎn)力。

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Dry Matter Accumulation, Allocation, Yield and Productivity of Maize- Soybean Intercropping Systems in the Semi-Arid Region of Western Liaoning Province

CAI Qian1,3, SUN ZhanXiang1,3, ZHENG JiaMing1,3, WANG WenBin2, BAI Wei1,3, FENG LiangShan1,3, YANG Ning1,3, XIANG WuYan1,3, ZHANG Zhe1,3, FENG Chen1,3

1Tillage and Cultivation Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161;2Crop Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161;3National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment, Fuxin 123100, Liaoning

【】The study investigated the mechanism of overyielding in maize-soybean intercropping systems and optimized maize-soybean intercropping configurations in semi-arid western Liaoning province by analyzing the dry matter accumulation and allocation of crops and the competition relationship between species in maize-soybean intercropping systems.【】The experiment was carried out in 2018-2019 at National Agricultural Environmental Station for Agricultural Environment in Fuxin. The cropping systems were: maize-soybean strip intercropping with 2 rows of maize and 2 rows of soybean (MS2:2), maize-soybean strip intercropping with 4 rows of maize and 4 rows of soybean (MS4:4), maize-soybean strip intercropping with 6 rows of maize and 6 rows of soybean (MS6:6), sole maize (M) and sole soybean (S). The dry matter accumulation and allocation of crops, interspecies competitiveness and its impact on crop yields and land productivity were analyzed. 【】The dry matter of intercropped maize in all the 3 intercropping systems in jointing and grain filling stages was increased by 16.58%-20.32% and 51.29%-52.56%, respectively, compared with that of the sole maize system. The effect of intercropping on the dry matter accumulation of soybean in the branching and grain filling stages was not significant, however the dry matter of soybean in the MS2:2 intercrop in the branching stage was significantly lower than that of sole stands. The dry matter allocation ratio of maize leaf in jointing stage was greater than that of stem, and the ratio of maize ear in filling stage was greater than that of maize stem and leaf. The allocation ratio of intercropped maize ear was 23.22%-31.70% higher than that of sole maize. The dry matter allocation ratio of soybean stem in branching stage was greater than leaf, and the ratio of soybean stem and leaf in grain filling stage was greater than that pod. The allocation ratios of intercropped soybean pod in MS2:2 and MS 4:4 were 19.30% and 17.22% lower than that of soled soybean, while the ratio under MS6:6 was only 6.1% (not significant) lower than that of soled soybean. Maize had a stronger interspecific competitiveness (A＞0) and yield nutrition competition ratio (CR＞1) than soybean in intercropping systems. MS6:6 and MS4:4 intercropping systems had significant land use advantages and the land equivalent ratio () were 1.16 and 1.07, respectively, indicating that intercropping increased the land productivity by 7%-16%. MS2:2 intercropping system didn’t have a significant land use advantages, and thewas 0.97.【】The maize-soybean intercropping systems affected crop yield and land productivity by changing dry matter accumulation and allocation ratios and interspecific competition. Intercropping systems with wider strip width had a more significant yield advantage. MS6:6 intercropping systems performed the best, which significantly improved the land productivity and might be an option of cropping system in maintaining regional agricultural sustainability.

maize; soybean; planting configuration; accumulation and allocation of dry matter; interspecific competition; yield; land equivalent ratio ()

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.05.004

2020-05-31；

2020-08-31

遼寧省博士科研啟動基金（2019-BS-139）、國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300204）、遼寧省“興遼英才計劃”項目（XLYC1807051，XLYC1908013）、農(nóng)業(yè)部來源項目“農(nóng)業(yè)科研杰出人才其創(chuàng)新團隊”、國家青年基金（41807388）、遼寧省農(nóng)業(yè)科學院學科建設計劃項目（2019DD062010）

蔡倩，E-mail：caiqian2005@163.com。通信作者孫占祥，E-mail：sunzx67@163.com。通信作者白偉，E-mail：libai200008@126.com

（責任編輯 楊鑫浩）