頡健輝，楊相昆，張占琴，田海燕，曾 凱，戰(zhàn) 勇

（新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所，新疆 石河子 832000）

大豆古稱菽，常用來做各種豆制品、榨取豆油、釀造醬油和提取蛋白質(zhì)。大豆原產(chǎn)于我國，但我國卻不是大豆的主產(chǎn)國，據(jù)統(tǒng)計，2021年我國大豆產(chǎn)量1 640萬t，進(jìn)口量9 652萬t，對外依存度超過80%[1]。我國大豆種植面積有限，在主要產(chǎn)區(qū)與糧食作物存在競爭，而且種植大豆土地產(chǎn)出率低，產(chǎn)量水平不高，比較效益低[2]。

針對以上問題，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)楊文鈺團(tuán)隊(duì)提出發(fā)展套種大豆是解決這一問題的有效途徑[3，4]。該技術(shù)主要通過高低搭配、擴(kuò)間增光、縮株保密來擴(kuò)大大豆種植，使玉米從原來的平面受光變?yōu)榱Ⅲw多面受光，行行具有邊際效應(yīng)[5]。在玉米產(chǎn)量不降的同時，多收一季大豆，提高復(fù)種指數(shù)和土地產(chǎn)出率[6]。

新疆光熱資源豐富，膜下滴灌技術(shù)大面積推廣應(yīng)用，具有創(chuàng)造作物高產(chǎn)的天然優(yōu)勢。2020年大豆全國高產(chǎn)記錄453.54 kg/667 m2，2021年玉米全國高產(chǎn)記錄1 663.25 kg/667 m2[7]。如何將西南地區(qū)玉米不減產(chǎn)，多收一季大豆的復(fù)合種植技術(shù)應(yīng)用到新疆，探索適宜新疆的大豆玉米帶狀復(fù)合種植的模式以及作物品種，對擴(kuò)大大豆生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)玉米和大豆產(chǎn)量協(xié)同提高具有重要的意義[8]。對于作物品種選擇而言，要篩選具有產(chǎn)量潛力大、株型緊湊、耐蔭、耐密、抗倒伏的品種[9-10]。在新疆農(nóng)墾科學(xué)院院內(nèi)試驗(yàn)地開展大豆玉米帶狀復(fù)合種植試驗(yàn)，篩選適宜本地區(qū)帶狀復(fù)合種植的模式和品種，目的在于探索大豆玉米帶狀復(fù)合種植在新疆的應(yīng)用前景，為本地區(qū)開展大面積大豆玉米帶狀復(fù)合種植工作提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2022年在新疆石河子市新疆農(nóng)墾科學(xué)院2輪試驗(yàn)地進(jìn)行，該區(qū)屬于典型的干旱氣候區(qū)，年平均氣溫7.5～8.2 ℃，日照2 318～2 732 h，無霜期147～191 d，年 降 雨 量180～270 mm，年 蒸發(fā) 量1 000～1 500 mm，≥10 ℃活動積溫3 570～3 729 ℃。試驗(yàn)地土壤為粘壤土，耕層（0～30 cm）土壤基礎(chǔ)理化性狀如表1所示。

表1 耕層0～30cm土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

選取大豆品種5個（2011-336-7、NK0906-19、新大豆8號、新大豆22號、新大豆25號），玉米品種7個（斯泰112、華美1號、Z658、MC670、墾玉4606、墾玉4140、新玉77）為試驗(yàn)材料。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

1.3.1 大豆玉米帶狀間作品種組合設(shè)計

新玉77分別和5個大豆品種組成間作組合，其余6個玉米品種與新大豆8號組成間作組合，田間具體組合如表2所示。

表2 復(fù)合種植大豆和玉米間作組合

1.3.2 大豆玉米帶狀間作模式設(shè)計

設(shè)置兩種不同的大豆玉米間作模式，以大豆和玉米單作為對照，具體內(nèi)容如下：

模式1為8行大豆4行玉米，見圖1。每播幅4.68 m，包含兩個單元，每個單元使用寬為2.05 m的膜，大豆和玉米在同一條膜上。玉米、大豆帶間距60 cm，大豆帶共4行，間距18 cm+18 cm+18 cm，兩邊交接行共60 cm。每個間作處理長度為55 m，面積為257.4 m2。玉米穴距8 cm，每穴1粒，7 123粒/667 m2，播種深度4 cm以上；大豆穴距7.5 cm，15 196穴/667 m2，中間2行大豆每穴1粒，兩個邊行1-2-1下種，18 994粒/667 m2，播種深度2～3 cm。

圖1 大豆玉米復(fù)合種植模式1示意圖（8行大豆，4行玉米，每播幅4.68 m）

模式2為6行大豆4行玉米，見圖2。每播幅3.4 m，玉米使用0.7 m寬的膜、大豆使用1.3 m的膜。大豆帶共6行，間距15 cm+27.5 cm+15 cm+27.5 cm+15 cm，玉米帶行距30 cm，玉米大豆帶間距60 cm，兩邊交接行60 cm。每個間作處理長度為55 m，面積187 m2。玉米穴距8.5 cm，每穴1粒，9 450粒/667 m2，播種深度4 cm以上。大豆穴距10.0 cm，11 758穴/667 m2，1-2-1下種，17 638粒/667 m2，播種深度2～3 cm。

圖2 大豆玉米復(fù)合種植模式2示意圖（6行大豆，4行玉米，每播幅3.4 m）

單作大豆采用新大豆8號，每播幅4.6 m，包含兩條膜，每條膜6行大豆，株距7.5 cm，播種密度為23 189株/667 m2；單作玉米為新玉77號，每播幅2.2 m，包含兩條膜，每膜2行玉米，株距16 cm，種植密度為7 576株/667 m2。各作物單作的小區(qū)長度均為55 m，凈種大豆小區(qū)面積253 m2，凈種玉米小區(qū)面積121 m2。

1.4 田間管理

試驗(yàn)地面積共13 340 m2，5月9日完成播種工作后進(jìn)行滴灌。全生育期總灌水量13 879 m3，折合693.95 m3/667 m2，滴水同時施入化肥，包括為尿素（25 kg/667 m2）、磷酸一銨（35 kg/667 m2）和硫酸鉀（10 kg/667 m2），具體如表3所示。

表3 田間水肥施用情況

大豆全生育期4次化控，化控劑采用縮節(jié)胺，化控時間及用量分別為：5月31日12 g/667 m2、6月6日15 g/667 m2、6月14日20 g/667 m2、6月23日30 g/667 m2；玉米進(jìn)入拔節(jié)期以后分別于6月5日和6月14日兩次化控，化控劑采用芐氨·乙烯利，用量為10 mL/667 m2。

1.5 測定指標(biāo)及方法

1.5.1 干物質(zhì)積累

從玉米拔節(jié)期開始，每隔14 d取樣一次，每個小區(qū)隨機(jī)選定3個點(diǎn)，每個取樣點(diǎn)連續(xù)取玉米3株，大豆5株。帶回實(shí)驗(yàn)室測定地上部干物質(zhì)積累量。

1.5.2 葉面積指數(shù)和冠層結(jié)構(gòu)

每個間作組合取3個測定點(diǎn)，每個點(diǎn)附近標(biāo)記有代表性的植株10株，與干物質(zhì)取樣同步進(jìn)行，在中 午12：00～2：00 光 線 穩(wěn) 定 時，用 冠 層 儀LAI-2 200C分別測定大豆和玉米的葉面積指數(shù)（LAI）、平均葉傾角（MTA）、冠層開度（DIFN）。

1.5.3 產(chǎn)量及構(gòu)成因素

2022年10月9日開始田間取樣與測產(chǎn)工作，各間作組合玉米和大豆分開收獲，按小區(qū)實(shí)收。其中，模式2玉米收獲時分為內(nèi)行和外行（靠近大豆一側(cè)）測定。大豆和玉米單作全部實(shí)收。收獲后脫粒稱重并測定籽粒含水率，將小區(qū)產(chǎn)量換算為單位面積籽粒產(chǎn)量（玉米標(biāo)準(zhǔn)水份按14%、大豆按13%計算）。收獲測產(chǎn)的同時，每個小區(qū)取10株大豆和20個玉米果穗，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行考種，測定產(chǎn)量構(gòu)成相關(guān)指標(biāo)。

1.6 數(shù)據(jù)分析及作圖

采用Office 2016和SPSS 22.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間作模式對“新大豆8號”和“新玉77”冠層結(jié)構(gòu)的影響

圖3 為測定期內(nèi)作物冠層有關(guān)指標(biāo)，可以看出大豆LAI在逐漸增加，MTA和DIFT逐漸降低，各處理間3個指標(biāo)只在6月12日存在顯著性差異，單作大豆的LAI顯著低于套種，MTA和DIFT顯著高于套種。單作大豆在灌漿前期各處理中表現(xiàn)出最高葉面積；單作玉米的葉面積與前兩次顯著低于套種，平均葉傾角和冠層開度顯著高于套種，但兩套種模式間差異不顯著。

圖3 不同間作模式對新大豆8號和新玉77號作物冠層結(jié)構(gòu)的影響

2.2 不同間作模式對“新大豆8號”和“新玉77”干物質(zhì)積累的影響

從圖4可以看出，隨著生育期的推進(jìn)，大豆和玉米干物質(zhì)積累量逐漸增加，就大豆而言，單作大豆的干物質(zhì)積累總是顯著高于套種，且增加的幅度越來越大，而兩種套種處理間差異不顯著。對玉米而言，模式1的干物質(zhì)積累量略高于模式2的，但不同套種模式以及單作玉米的干物質(zhì)積累之間均不存在顯著性差異。

圖4 不同套種模式對新大豆8號和新玉77號作物干物質(zhì)積累的影響

圖5 不同間作模式對大豆產(chǎn)量的影響

2.3 不同間作模式對大豆和玉米產(chǎn)量的影響

2.3.1 不同間作模式對大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表4為大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素，可以看出，相同模式不同品種間各產(chǎn)量因素有明顯差異，而且同一品種在不同模式下也存在差異。模式1中，NK0906-19、新大豆22 和新大豆8號株高相對較低，主莖節(jié)數(shù)也較少，而新大豆8號結(jié)莢高度較高，導(dǎo)致有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重均降低。模式2中，新大豆22號、新大豆25號和新大豆8號株高低于100 cm，3個品種單株莢數(shù)、單株粒數(shù)都相對較高，區(qū)別在于新大豆25號主莖節(jié)數(shù)較多而結(jié)莢高度低，從而增加了單株莢數(shù)、單株粒數(shù)以及單株粒重。

表4 不同間作模式大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.3.2 不同間作模式對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表5可以看出，不同模式對玉米產(chǎn)量構(gòu)成有明顯的影響，模式1玉米的果穗重、穗長、穗粗、穗粒數(shù)較模式2有明顯的提高。

表5 不同間作模式玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素

新玉77的百粒重在兩種模式中均為最高且與單作差異小。模式1中，MC670、Z658和墾玉4606果穗的整體水平較高，有利于產(chǎn)量提高，模式2中，墾玉4140和墾玉4606是果穗綜合表現(xiàn)較佳的品種。

2.3.3 不同間作模式對大豆產(chǎn)量的影響

本試驗(yàn)單作大豆產(chǎn)量為179 kg/667 m2，間種大豆與其相比，產(chǎn)量降幅為62.8%～85.6%（表5）。不同品種在兩種模式下的產(chǎn)量表現(xiàn)有所差異，新大豆8號、2011-336-7、新大豆25號在模式2下的產(chǎn)量較高；新大豆22號和NK0906-19在模式1的產(chǎn)量大幅度高于模式2的?？傮w而言，新大豆25和NK0906-19在兩種模式下的產(chǎn)量都相對較高，模式1下，新大豆25號和NK0906-19分別較最低產(chǎn)量（32.49 kg/667 m2）提高了61%和104.6%；模式2下，分別較最低產(chǎn)量（25.82 kg/667 m2）提高了148%和95.9%。

2.3.4 不同間作模式對玉米產(chǎn)量的影響

從圖6可以看出，不同品種之間產(chǎn)量存在差異，而且同一品種在兩種模式下產(chǎn)量也有較大差異。本試驗(yàn)單作玉米產(chǎn)量為1 036.15 kg/667 m2，與其相比，間作玉米產(chǎn)量降幅為6.9%～59.2%。除新玉77外，玉米在模式1下的產(chǎn)量高于模式2的。新玉77號在兩種模式間產(chǎn)量較穩(wěn)定，與單作相比，分別降低了20.2%和15.96%。模式1 下，墾玉4606、Z658、MC670的產(chǎn)量分別較單作降低了6.9%、10.7%和12.8%。斯泰112在兩種模式下，產(chǎn)量均最低?？傮w而言，新玉77和墾玉4606產(chǎn)量在兩種模式下產(chǎn)量均較高。

圖6 不同間作模式對玉米產(chǎn)量的影響

2.3.5 模式2玉米內(nèi)外行產(chǎn)量比較

圖7為模式2玉米內(nèi)外行產(chǎn)量比較，從圖中可以看出，除MC670外，外行玉米產(chǎn)量總是高于內(nèi)行，增長幅度為64%（新玉77）～230%（斯泰112），Z658、華美1號、墾玉4140和墾玉4606外行產(chǎn)量較內(nèi)行分別增產(chǎn)83%、92%、67%和115%，斯泰112總體產(chǎn)量水平最低。綜合內(nèi)外行產(chǎn)量結(jié)果來看，7個玉米品種中新玉77號、墾玉4606在模式2條件下，產(chǎn)量保持較高水平，且內(nèi)外行產(chǎn)量差異較大。

圖7 模式2玉米不同位置產(chǎn)量表現(xiàn)

2.4 大豆玉米帶狀間作收益比較

表6為兩種大豆玉米間作模式土地產(chǎn)出與單作大豆產(chǎn)出的比較，單作玉米土地收益可達(dá)2 901.22元/667 m2，單作大豆收益為989.78元/667 m2，間作系統(tǒng)收益與單作玉米相比有所降低，與單作大豆相比提高了1.5～1.8倍。整體而言，模式2中各大豆品種與新玉77的組合收益較高。這主要是由于模式2玉米產(chǎn)量較模式1高出43.79 kg，收益相對較高。兩種模式下大豆產(chǎn)量相對較高的新大豆25 號和NK0906 -19，其對應(yīng)的收益也較高，其中新大豆25號和新玉77的間作組合收益達(dá)2 790.43元/667 m2，在所有組合中最高。

表6 不同間作模式下作物產(chǎn)出效益與單作大豆效益的比較

3 討論

大豆中蛋白質(zhì)含量高達(dá)40%，而且富含脂肪以及多種礦質(zhì)營養(yǎng)元素和生理活性物質(zhì)。同時，大豆對飼料工業(yè)的健康發(fā)展也起到保障作用[11]。2022年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點(diǎn)實(shí)施大豆油料等作物的擴(kuò)種行動，將大豆玉米帶狀復(fù)合種植作為主推技術(shù)，支持黃淮海、西北、西南地區(qū)推廣該技術(shù)，逐步推動大豆玉米兼容發(fā)展，多措并舉擴(kuò)面積、提產(chǎn)量[5，12]。在此背景下開展本研究，從間作模式與各作物單作之間的群體結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行分析，旨在為新疆地區(qū)大豆玉米帶狀復(fù)合種植提供包括模式和品質(zhì)在內(nèi)的技術(shù)參考和理論依據(jù)。

3.1 不同間作模式對作物群體結(jié)構(gòu)的影響

大豆玉米間作利用禾本科和豆科的種間互補(bǔ)性和高低搭配來提高水熱資源利用效率[13]。研究表明，當(dāng)種間競爭小于種內(nèi)競爭時，有利于形成間套作優(yōu)勢[14]。合理間作模式可以改善作物的冠層結(jié)構(gòu)，而且通過影響冠層微環(huán)境最終影響作物生長發(fā)育與產(chǎn)量形成。范虹認(rèn)為，間作可以優(yōu)化群體光分布，減少漏光損失，使光能分布更均勻[10]。本研究中單作大豆的平均葉傾角和冠層開度顯著高于套種，單作大豆在灌漿前期各處理中表現(xiàn)出最高葉面積。單作玉米的葉面積顯著低于套種，平均葉傾角和冠層開度顯著高于套種，但兩種模式間差異不顯著，說明間作模式中大豆和玉米株型表現(xiàn)相對緊湊，有利于各自獲取光能。從干物質(zhì)積累來看，單作大豆的干物質(zhì)積累顯著高于兩種間作模式的，而單作玉米灌漿前干物質(zhì)積累與間作相比有所降低但差異不顯著，原因在于本研究在間作面積減半的情況下通過縮小株距達(dá)到與單作玉米相當(dāng)?shù)拿芏龋蠖故艿接衩椎氖a蔽效應(yīng)，導(dǎo)致光熱資源利用效率低，這與前人研究結(jié)果一致[15-16]。

3.2 大豆玉米帶狀間作模式和品種篩選

大豆作為我國對外依存度最高、產(chǎn)業(yè)風(fēng)險最大的大宗農(nóng)產(chǎn)品，亟需提升產(chǎn)能、緩解供需矛盾[4]。由于種植大豆時單位面積產(chǎn)出率低，農(nóng)戶種植積極性差。但是通過大豆玉米帶狀間作種植，在種植大豆的基礎(chǔ)上增種玉米來增加土地產(chǎn)出、增加收益，可帶動大豆種植的積極性。雷雲(yún)翔在大豆玉米間作上的研究結(jié)果表明[12]，由于間作種間競爭的存在，各作物產(chǎn)量均有所降低，但是間作系統(tǒng)整體的土地產(chǎn)出和效益均顯著增加。本研究中間作大豆產(chǎn)量降幅達(dá)62.8%～85.6%，主要是由于本研究種植密度較高、水肥投入過多，導(dǎo)致大豆倒伏嚴(yán)重，而高密度下倒伏是影響大豆產(chǎn)量潛力發(fā)揮的最主要原因[17]。就品種而言，新大豆25號和NK0906-19的產(chǎn)量相對較高且在兩種模式間的差異較小。

間作玉米產(chǎn)量與單作相比，降幅為6.9%～59.2%。模式1的玉米產(chǎn)量高于模式2，這是由于模式2玉米產(chǎn)量是內(nèi)外行產(chǎn)量的平均值，由于內(nèi)行密度較高，而且受到外行的遮擋，所能接收到的光熱資源也較少，因此產(chǎn)量表現(xiàn)差，從而拉低了整體產(chǎn)量水平。玉米是該間作系統(tǒng)群體產(chǎn)量的主導(dǎo)作物[18-19]，本研究中，玉米的產(chǎn)量占間作系統(tǒng)總量的90%以上，間作系統(tǒng)收益與單作玉米相比有所降低，而與單作大豆相比，間作收益提高了1.5～1.8倍。就品種而言，墾玉4606和新玉77號在兩種模式下產(chǎn)量表現(xiàn)相對較穩(wěn)定，而且在模式2下，墾玉4606和新玉77的外行產(chǎn)量超過單作玉米產(chǎn)量，這主要是因?yàn)槟Ｊ?中帶寬（220 cm）較大，與模式1帶寬（174 cm）相比有更強(qiáng)的邊際效應(yīng)。大豆玉米帶狀間作系統(tǒng)中，適當(dāng)?shù)膸捒梢詼p少大豆玉米帶狀間作的種間競爭，達(dá)到高產(chǎn)的目的[20]。

4 結(jié)論

綜上所述，可得出以下結(jié)論：（1）大豆品種新大豆25號和NK0906-19，玉米品種墾玉4606和新玉77在兩種模式下產(chǎn)量相對較高且差異較小，是適宜間作種植的大豆和玉米品種。（2）間作系統(tǒng)內(nèi)玉米占群體產(chǎn)量的主導(dǎo)地位，適宜的帶寬有利于玉米邊際效應(yīng)的發(fā)揮，提高間作系統(tǒng)的土地產(chǎn)出。（3）各作物產(chǎn)量較各自單作均有所降低，但大豆玉米間作系統(tǒng)的土地收益與單作大豆相比增加了1.5～1.8倍。