吳 欣，李相濤，張冬菊,李筱雨,康宇靜,李曉瑞

(開(kāi)封市農(nóng)林科學(xué)研究院，河南 開(kāi)封 475004)

間作是指將生長(zhǎng)期相同或相近的不同種類的作物，按一定的帶行比種在同一塊田地里的種植方式。我國(guó)作物間作種植模式歷史悠久，早在西漢時(shí)期就有瓜豆間作的記載。前人對(duì)間作做了大量的研究，認(rèn)為在多種間作體系中都存在間作優(yōu)勢(shì)。合理的間作相對(duì)于單作可以提高光、熱、水、肥等自然資源和農(nóng)業(yè)資源的利用率，并在增加產(chǎn)量，提升品質(zhì)，減輕病蟲害，雜草抑制，改善種植環(huán)境及土壤狀況等方面優(yōu)勢(shì)顯著[1～10]。玉米和大豆是我國(guó)的主要糧食和經(jīng)濟(jì)作物，我國(guó)常年種植玉米逾4 200萬(wàn)hm2，大豆800萬(wàn)hm2左右。黃淮地區(qū)作物一年兩熟，夏作物生育期短，充分利用夏季的光、熱資源以提高單位面積收益，間作是較好的種植模式之一。大豆-玉米間作，在空間上結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，增加受光面積，增強(qiáng)光合作用，獲得較多的邊際效應(yīng)，提高群體通風(fēng)透光效果，促進(jìn)田間氧氣和二氧化碳的交流。大豆根瘤菌根圈固氮為玉米提供氮素，通過(guò)根際互作提高根系對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的分解和吸收，同時(shí)可以阻斷病蟲害的發(fā)生與傳播，提升籽粒品質(zhì)，達(dá)到增產(chǎn)、增效、控病的效果[11～13]。朱道坤[14]研究認(rèn)為，大豆和玉米組成的生態(tài)群落一高一低錯(cuò)落分布，增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)性，并在養(yǎng)分需求上具有較好的互補(bǔ)狀態(tài)，從而達(dá)到生產(chǎn)上減少投入增加產(chǎn)出的效果。大豆-玉米間作群體中，由于玉米植株高大，種植帶邊行優(yōu)勢(shì)明顯增加，能夠接收更多的陽(yáng)光，所以干物質(zhì)累積量及轉(zhuǎn)化率明顯高于單作，而大豆因種植模式不同而有所變化[15]。而李隆研究認(rèn)為，大豆-玉米間作，不管是地上群體的外部表現(xiàn)和內(nèi)部冠層結(jié)構(gòu)，還是土壤中的根系分布，均增加了農(nóng)田作物的多樣性，而兩種作物根系分泌物不同又提升了土壤生物多樣性[16]，從而豐富了田間生態(tài)多樣性。

蓋鈞鎰院士提出，大豆-玉米間作種植具有產(chǎn)出率高、可持續(xù)性好、抗災(zāi)能力強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)性降低等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在黃淮等適宜區(qū)域推廣應(yīng)用，即能促進(jìn)農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效，又對(duì)優(yōu)化國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革具有較好的推動(dòng)作用。

1 地上效應(yīng)分析

1.1 群體空間結(jié)構(gòu)

玉米植株高大，當(dāng)前生產(chǎn)上種植的玉米品種株高250～300 cm，葉片18～22片，株型多為半緊湊，向斜上方伸展。大豆為中矮稈作物，株高一般30～90 cm，葉多，平展。玉米-大豆間作種植，可以形成良好的空間互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)玉米優(yōu)勢(shì)更為明顯，不僅可以增加邊際效應(yīng)，并且高矮間作種植模式利于田間通風(fēng)透光，提高玉米的異花授粉效果，減少病蟲害的發(fā)生，達(dá)到穗大、結(jié)實(shí)性好，籽粒飽滿的效果，增產(chǎn)效果顯著。且通風(fēng)透光良好，利于田間二氧化碳和氧氣的交換，可以提高作物光合效率，減輕高溫?zé)岷Φ犬惓Ｌ鞖鈱?duì)作物造成的傷害。

劉晶[17]認(rèn)為，兩種作物株高不同，高低相間種植，使間作群體的邊行優(yōu)勢(shì)明顯增加，邊際效應(yīng)突出，從而表現(xiàn)出更好的產(chǎn)量效益。玉米、大豆一高一矮間作形成層次不同、厚薄各異的片層結(jié)構(gòu)，提高了葉面積系數(shù)，充分發(fā)揮了增產(chǎn)的“密植效應(yīng)”。

1.2 光熱利用效應(yīng)

植物體內(nèi)的干物質(zhì)主要由光合作用產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化而來(lái)，玉米屬短日照C4作物，喜強(qiáng)光直射，與中矮稈作物大豆間作種植，可以使植株充分接收陽(yáng)光，增加光合面積，提高光合效率。而大豆可以截取玉米帶間的光能，并可以利用玉米植株下方的散射光以及地表的太陽(yáng)光能進(jìn)行光合作用，因此，間作復(fù)合群體擴(kuò)大了地面覆蓋率，截取更多的陽(yáng)光，增加了光能的吸收率和利用率，使單位土地面積上的光合效率提高，從而獲得較高的單位面積產(chǎn)出比。

1.3 間作群體抗逆性表現(xiàn)

玉米為單子葉植物，大豆為雙子葉植物，銹病、大小斑病和彎孢菌葉斑病是玉米葉部的主要病害，這幾種病害的病原菌對(duì)大豆不侵染。而大豆灰斑病和細(xì)菌性斑點(diǎn)病等病害的病原菌對(duì)玉米不致病，兩者間作，可有效減輕或阻斷這些病原菌的傳播。同時(shí)，與大豆間作，玉米螟等蟲害顯著減輕，而玉米植株對(duì)大豆葉片的遮蓋避免了豆天蛾、大豆食心蟲及蠐螬對(duì)大豆的危害，而且玉米對(duì)大豆菟絲子具有較好的抑制作用[18]。因此，大豆-玉米間作不僅增產(chǎn)效果顯著，而且可提高籽粒品質(zhì)。

陳鋒等研究認(rèn)為，大豆與玉米間作與大豆單作相比，種子萌發(fā)速率增加，且萌發(fā)期間對(duì)高溫、鹽害、干旱等自然災(zāi)害脅迫具有較強(qiáng)的抗逆性，抗ABA脅迫能力更強(qiáng)[19]。

大豆-玉米間作，提高兩作物葉片和莖中微量元素的累積，Ca、Mg、P、K等元素在莖葉和植株中的含量較單作明顯提高[20]。這不僅有助于提高作物產(chǎn)量，也可以增強(qiáng)作物的抗倒性、抗病性等。

2 地下效應(yīng)分析

2.1 根系結(jié)構(gòu)及互作效應(yīng)

玉米為須根系，根系主要分布在淺層土壤中，根量較大且根毛多，大豆的直根系分枝少，并延伸于土壤的較深層中，兩作物間作種植不存在養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，還可以提高土壤中養(yǎng)分利用率。唐勁馳等[21]研究認(rèn)為，利用淺根型大豆品種與玉米進(jìn)行間作，在間作生態(tài)和植物群落生態(tài)中養(yǎng)分資源高效利用方面具有重要意義。這是因?yàn)闇\根型大豆根系與土壤中的玉米須根系交叉分布，共生面積大，互作效應(yīng)明顯。根系互作可提高玉米和大豆根區(qū)的微生物數(shù)量和種類，增加生物多樣性，提高根區(qū)的養(yǎng)分分解率，促進(jìn)更多的養(yǎng)分被作物吸收利用，進(jìn)一步增強(qiáng)作物地上部光合作用，提高養(yǎng)分吸收利用效率。劉均霞等[22]進(jìn)行田間栽培試驗(yàn)研究結(jié)果，與單作相比，玉米的氮素吸收量提高了37.6%，根際脲酶活性提高了33.5%，根際細(xì)菌數(shù)量及地上部干物質(zhì)量分別增加了55.8%和27.9%。大豆表現(xiàn)為兩種相反的現(xiàn)象，大豆根際脲酶活性和根際細(xì)菌數(shù)量分別比單作大豆顯著增加41.3%、43.1%，而氮素吸收量和地上部干物質(zhì)量則比單作大豆降低了11.9%和11.2%。印證了張雷昌等研究結(jié)論，大豆-玉米間作中地下根系互作，使玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和不同器官氮素累積量增加明顯，對(duì)大豆則表現(xiàn)為優(yōu)勢(shì)不強(qiáng)[23]。這是因?yàn)榇蠖垢禐橹备?，根量少，?duì)玉米根區(qū)影響不大，而玉米根系對(duì)大豆表現(xiàn)為較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)作用[24]。

2.2 營(yíng)養(yǎng)吸收效應(yīng)

根瘤菌能夠在非豆科植物(如玉米、萵苣、花生等)的根圈定殖及固氮，具有植物根圈促生(PGPR)作用[25]，根系互作中豆科作物向禾本科作物氮素轉(zhuǎn)移才是提高禾本科作物產(chǎn)量的主要因素，也是提升禾本科作物籽粒品質(zhì)(如增加蛋白質(zhì)含量)的一條重要途徑[26～27]，充分說(shuō)明了氮素的轉(zhuǎn)移對(duì)提高非豆科作物特別是糧食作物產(chǎn)量有重要作用。大豆具有根瘤固氮功能，除本身所需氮素外，還可為玉米生長(zhǎng)提供一定的氮素，從而減少氮肥的施入量。玉米根系對(duì)氮素大量吸收，減少了大豆根圍氮素的累積，緩解氮素對(duì)大豆結(jié)瘤固氮的抑制作用，促進(jìn)大豆根瘤菌固氮，提高根瘤菌固氮能力。玉米根系分泌物可使大豆根系固氮酶的活性提高，促進(jìn)大豆根瘤菌的生長(zhǎng)，增加根瘤菌數(shù)量和固氮量，提高大豆-玉米間作根系群體的氮素水平，為玉米生長(zhǎng)發(fā)育提供更多的氮素[16，22～23，28～30]。

大豆根瘤固氮對(duì)玉米需氮有較好的補(bǔ)償作用，可減少氮肥的施入量，即節(jié)約生產(chǎn)成本，又降低了因大量施氮造成的環(huán)境污染。田藝心等[31]試驗(yàn)研究結(jié)果，大豆-玉米間作田，氮肥減量50%施入，產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益不受明顯影響，減氮施肥不僅充分發(fā)揮出禾本科-豆科間作模式中時(shí)空、水肥利用的高效互補(bǔ)，而且實(shí)現(xiàn)了氮肥的減量增效，較好地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

大豆-玉米間作田植株含磷量增加，這是根系互作促進(jìn)兩作物對(duì)土壤中磷吸收利用的結(jié)果。根系互作可刺激根系分泌更多的有機(jī)酸，提高了土壤的酸度，進(jìn)而溶解更多的難溶性磷轉(zhuǎn)化為速效磷以供作物吸收利用[10，18，32～34]，從而減少肥料磷施入量，增強(qiáng)自身調(diào)節(jié)能力，也提高了產(chǎn)出和投入比。

3 結(jié)論與討論

黃淮地區(qū)夏季光熱資源充足，作物生育期短，大豆-玉米間作種植，既能充分利用光熱等自然資源，擴(kuò)大光合面積，又可以通過(guò)根系互作促進(jìn)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，并且在病蟲草害阻斷、抑制方面也有良好的效果，對(duì)提高單位面積作物產(chǎn)量、提升籽粒品質(zhì)效果顯著。并且大豆-玉米間作種植，可以減少氮肥和磷肥的施入量，避免過(guò)量施肥導(dǎo)致的土壤板結(jié)等環(huán)境污染問(wèn)題。因此，大豆-玉米間作種植，在提高單位面積作物產(chǎn)量、提升作物籽粒品質(zhì)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面，均是較佳的間作種植首選模式。

4 合理間作模式

大豆-玉米間作，以行數(shù)比、種植間距和種植密度對(duì)種植收益影響最大，玉米植株高大，特別是大喇叭口期以后，葉片伸長(zhǎng)于大豆植株上方，和大豆間距越近就對(duì)大豆植株的遮光越嚴(yán)重，對(duì)大豆產(chǎn)量影響越大。因此，大豆-玉米帶狀間作在保證充分發(fā)揮玉米產(chǎn)量潛力的同時(shí)，盡可能增加大豆種植帶的寬度，以減輕高位作物玉米對(duì)低位作物大豆的蔭蔽脅迫，使復(fù)合群體即能充分利用光熱資源，又能達(dá)到最佳的產(chǎn)量效果[7]。據(jù)前人大量試驗(yàn)研究結(jié)果，大豆-玉米間作種植以3∶2或4∶2條帶種植收益最高[6，17，35]，效果最佳。劉晶等[17]研究證明，兩作物間作葉面積系數(shù)保持在3.0以上時(shí)，有利于空氣的流通和二氧化碳的交流，表現(xiàn)為兩作物的混合總產(chǎn)量顯著增加。