周 穎，陳 平，杜 青，龐 婷，付智丹，張曉娜，任建銳，楊文鈺，雍太文

（四川農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室,成都 611130）

大豆起源于中國，在我國栽培歷史悠久[1]。大豆具有較高的營養(yǎng)價值，其中含有豐富的植物蛋白、不飽和脂肪酸、維生素和鈣等物質(zhì)，易被人體消化吸收[2]。隨著我國人口的增長和人們生活水平的提高，對高品質(zhì)植物蛋白的需求急劇增加[3]。然而，我國大豆生產(chǎn)嚴重不足，供需矛盾日益嚴峻[4]。2016年，我國大豆進口量達8 600萬t，占到了世界大豆總貿(mào)易量的62%以上[5]。西北河西綠洲灌區(qū)為我國大豆非主產(chǎn)區(qū)，其供給遠遠達不到當?shù)厝藗兊男枨?。因此，利用當?shù)赝恋?、自然資源以及機械化等優(yōu)勢，結合該地區(qū)主栽作物，發(fā)展高效多熟制種植方式成為了緩解該地區(qū)大豆供需矛盾的有效途徑。

間套作種植是一種較好的高效種植模式，系統(tǒng)中兩共生作物之間會產(chǎn)生一定的時間差和空間差，使系統(tǒng)產(chǎn)生互補效應，其光熱、水分、養(yǎng)分等資源得到充分利用，形成產(chǎn)量優(yōu)勢，從而增加農(nóng)民的收入[6-9]。已有研究表明[10]，與單作農(nóng)田相比，玉米-大豆間作、小麥/大豆套作和亞麻/大豆套作的土地利用效率分別提高了 34.0%、52.0%和 52.0%，單位面積產(chǎn)量分別為單作農(nóng)田的 1.28、1.48 和 1.55 倍，有利于農(nóng)民盈利。對于不同作物間套作大豆，前人的研究主要集中在系統(tǒng)產(chǎn)量及經(jīng)濟效益上，而對不同間套作系統(tǒng)中大豆植株生長發(fā)育及產(chǎn)量形成方面的研究報道較少。因此，本研究通過當?shù)夭煌魑锱c大豆間套作種植，對間套作大豆農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量構成因素進行了測定，并對系統(tǒng)經(jīng)濟效益進行客觀分析，為該地區(qū)間套作大豆種植提供相應理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗在甘肅省河西綠洲灌區(qū)武威市黃羊農(nóng)場進行。供試玉米品種為金穗3號，白銀金穗有限公司提供；大豆品種為中黃30，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所提供；小麥品種為寧春4號，寧夏永寧縣小麥育種繁殖所提供；亞麻品種為隴亞10號，甘肅省農(nóng)業(yè)科學院提供。

1.2 試驗設計

單因素隨機區(qū)組設計，設大豆3種間套作模式，即玉米-大豆間作（maize-soybean intercropping，IMS）、小麥/大豆套作（wheat/soybean intercropping，IWS）、亞麻/大豆套作（flax/soybean intercropping，IFS），以大豆單作（soybean sole cropping，SS）為對照，共4個處理，3次重復。小區(qū)面積為8.8 m×5 m=44 m2，每個小區(qū)4帶，帶寬2.2 m。各處理均采用寬窄行種植，IMS間作玉米窄行40 cm，種2行玉米，寬行內(nèi)種3行大豆，大豆行距30 cm，間作玉米與大豆間距60 cm，玉米密度為 7.5萬株/hm2，穴留單株，株距為12 cm，大豆密度為 16.5 萬株/hm2，穴留單株，株距8.3 cm；IWS、IFS 套作小麥、亞麻寬行 120 cm，種 7行小麥、亞麻，窄行內(nèi)種3行大豆，小麥、亞麻行距為20 cm，大豆行距為30 cm，小麥、亞麻與大豆間距20 cm，小麥密度78萬株/hm2，亞麻密度405萬株/hm2；SS窄行40 cm，種2行大豆，寬行內(nèi)種3行大豆，大豆行距30 cm，寬行與窄行間距60 cm，單作大豆密度為 27.8 萬株/hm2，穴留單株，株距為 8.3 cm。小麥和亞麻播種時間為4月1日，玉米和大豆播種時間為4月25日，均適時收獲。根據(jù)當?shù)厥袌鲂星?，對不同種植模式中物質(zhì)成本和用工投入進行調(diào)查記錄。

1.3 樣品的采集及測定方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀的測定

在大豆收獲前每小區(qū)選取大豆植株6株進行株高、首節(jié)長和主莖節(jié)數(shù)測定；用游標卡尺測量第一節(jié)間莖粗（莖粗）。

1.3.2 葉面積指數(shù)和葉片葉綠素相對含量（SPAD值）的測定

在大豆R2、R4期，每小區(qū)選取大豆植株6株，采用打孔稱重法[11]測定大豆葉面積，再根據(jù)公式（I=SL/SA，I為葉面積指數(shù)，SL為測得葉面積，SA為測得葉面積所代表的土地面積）計算大豆植株葉面積指數(shù)；采用手持式葉綠素測定儀（SPAD-502）測定大豆植株葉片SPAD值，測量時避開葉脈，取葉片底部、中部和上部的平均值[12]。

1.3.3 地上部干物質(zhì)積累動態(tài)的測定

在R2、R4、R6和R8這4個時期，取大豆地上部植株6株，在105℃烘干箱內(nèi)殺青2h，然后在85℃條件下24 h，烘至恒重后稱其地上部干物質(zhì)積累量。

1.3.4 產(chǎn)量的測定

收獲前統(tǒng)計小區(qū)每行有效株數(shù)，成熟期時每小區(qū)選取一帶，連取20株考種，測定單株粒數(shù)及百粒重。各小區(qū)實打?qū)嵤?，統(tǒng)計產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2007軟件統(tǒng)計處理數(shù)據(jù)，利用DPS V.7.05 對數(shù)據(jù)進行LSD方差分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同間套作模式對大豆植株農(nóng)藝性狀的影響

由表1可見，不同間套作模式下的大豆植株農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)不同。在IMS處理中，大豆株高和首節(jié)長均顯著高于SS，較大豆單作分別增加了11.1%和31.1%；而莖粗顯著低于SS，較大豆單作降低了6.5%。在IWS和IFS處理中，大豆株高、莖粗和主莖節(jié)數(shù)均顯著低于SS。與大豆單作相比，IWS處理的大豆株高、莖粗和主莖節(jié)數(shù)分別降低了29.5%、4.8%和10.2%；IFS 處理分別降低了 23.4%、11.3%和 9.1%。

表1 不同間套作模式對大豆植株農(nóng)藝性狀的影響Table 1 Effects of different intercropping patterns on the soybean agronomic traits of soybean plants

2.2 不同間套作模式對大豆葉面積指數(shù)和葉片葉綠素相對含量的影響

葉面積指數(shù)和葉綠素相對含量（SPAD值）作為植物光合作用的重要指標，其大小與植株干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的形成密切相關。由表2可見，與SS相比，IMS、IWS和IFS處理的大豆葉面積指數(shù)均顯著下降。其中，IMS處理較大豆單作在R2、R4時期降低了 49.5%、54.6%；IWS 處理降低了 78.4%、73.2%；IFS處理降低了 73.8%、72.9%。對 SPAD 值，IMS處理的大豆葉片SPAD值在R2期與大豆單作相比差異不顯著，而在R4期顯著高于SS處理，較大豆單作增加了9.7%；IWS和IFS處理的大豆葉片SPAD值在兩個時期均顯著低于大豆單作，IWS處理的大豆葉片SPAD值較對照在2個時期分別降低了13.5%和 9.8%；IFS 處理分別降低了20.9% 和16.1%。說明玉米與大豆間作在一定程度上能延長大豆葉片的光合時間，彌補大豆干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的形成；而小麥和亞麻直接限制了大豆葉片的光合作用。

表2 不同間套作模式對大豆葉面積指數(shù)和葉綠素相對含量（SPAD值）的影響Table 2 Effects of different intercropping patterns on soybean leaf area index （LAI） and the relative content of chlorophyll（SPAD value） of soybean

2.3 不同時期大豆地上部干物質(zhì)動態(tài)積累

植株地上部干物質(zhì)積累是反映作物生長發(fā)育的重要指標。由圖1中可見，不同種植模式下大豆地上部干物質(zhì)積累量隨生育期進程而增加。在R2到R4期干物質(zhì)增長較慢，R6期達到最高，隨著后期物質(zhì)消耗，在R8期略有下降。與SS相比，不同作物間套作大豆均降低了大豆地上部干物質(zhì)積累。其中在R8期，地上部干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為：SS＞IMS＞IWS＞IFS，較大豆單作依次分別下降了 26.2%、45.9%和48.7%。說明在間套作系統(tǒng)中的玉米、小麥和亞麻均降低了大豆地上部干物質(zhì)的積累，且小麥和亞麻對大豆的影響程度較大。

2.4 不同間套作模式對大豆產(chǎn)量構成因素的影響

由表3可見，由于不同間套作模式中的大豆密度低于大豆單作處理，從而導致間套作大豆有效株數(shù)均顯著低于對照。在IMS處理中，大豆單株粒數(shù)顯著低于大豆單作，較大豆單作降低了14.0%；而百粒重卻顯著高于大豆單作，較大豆單作增加了6.9%。IWS中的大豆單株粒數(shù)顯著低于大豆單作，較大豆單作降低了18.2%；百粒重與大豆單作相比表現(xiàn)出差異不顯著。IFS中的大豆單株粒數(shù)和百粒重均顯著低于大豆單作，較大豆單作分別降低了15.6%和5.0%。就不同種植模式理論產(chǎn)量而言，IMS、IWS和IFS處理的大豆產(chǎn)量均顯著低于SS處理，較大豆單作分別下降了 51.5%、56.8%和 57.4%。

表3 不同間套作模式對大豆產(chǎn)量構成因素的影響Table 3 Effects of different intercropping patterns on soybean yield components of soybean

圖1 不同間套作模式對大豆地上部干物質(zhì)動態(tài)積累的影響Figure 1 Effects of different intercropping patterns on soybean dry matter accumulation of aboveground soybean

2.5 不同間套作模式產(chǎn)出效果及經(jīng)濟效益分析

不同間套作模式產(chǎn)出效果和經(jīng)濟效益各不相同（表4、表5）。從表4可看出，在不同間套作模式中，大豆實產(chǎn)與理論產(chǎn)量基本一致。根據(jù)當?shù)厥袌鰞r格行情，各處理系統(tǒng)總產(chǎn)值表現(xiàn)為：IMS＞IFS＞IWS＞SS，依次為 282.2、178.2、164.4 和 102.6 萬元/km2；與SS 相比，為大豆單作的 2.75、1.60 和 1.74 倍。對不同種植模式經(jīng)濟效益進行分析（表5），除生產(chǎn)所投入的物質(zhì)成本和人工成本外，純收益依次為IMS、IFS、IWS 和 SS，分別為 129.6、86.5、67.2 和 39.6 萬元/km2。

表4 不同間套作模式產(chǎn)出效果Table 4 Output effect of different intercropping patterns

表5 不同間套作模式經(jīng)濟效益分析Table 5 Economic benefit analysis of different intercropping patterns 萬元·kg-2

3 討論與結論

不同作物與大豆間套作通過影響大豆生長環(huán)境，使得大豆農(nóng)藝性狀表現(xiàn)出一定的可塑性。盧秉生等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在玉米-大豆間作系統(tǒng)中，玉米系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境有所改善，農(nóng)藝性狀變優(yōu)，而大豆農(nóng)藝性狀指標下降。本研究表明：在玉米-大豆間作模式中，大豆受到相鄰高稈作物玉米的蔭蔽后，大豆植株較單作表現(xiàn)出主莖伸長、變細，葉面積指數(shù)和地上部干物質(zhì)積累量降低。在小麥或亞麻與大豆套作系統(tǒng)中，小麥和亞麻雖為矮稈作物，但前期仍會對大豆產(chǎn)生一定的蔭蔽，且在共生期間對地下部競爭較強。陳光榮等[14]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯套作大豆會導致大豆在生育前期葉面積指數(shù)降低，干物質(zhì)積累變緩及光合速率下降。小麥、胡麻及大豆均為淺根系作物，水分及養(yǎng)分的利用存在生態(tài)位重疊。F.S.Zhang等[15]研究表明：小麥與大豆間作中，小麥作為競爭優(yōu)勢作物增加了氮和磷養(yǎng)分的吸收，其產(chǎn)生邊行優(yōu)勢的1/3貢獻來自于地下部。在本研究中，小麥或胡麻與大豆套作使得大豆植株各項農(nóng)藝性狀指標均低于對照，究其原因主要有兩點：一是在大豆生育前期，小麥和胡麻產(chǎn)生的蔭蔽對大豆植株生長造成的不利影響；二是在小麥或胡麻與大豆共生期階段，小麥和胡麻的根系對養(yǎng)分和水分的競爭激烈，大豆處于競爭劣勢，使大豆獲得的土壤養(yǎng)分和水分不能滿足大豆生長的需要，從而限制了大豆植株的生長。小麥或胡麻與大豆雖為套作種植，但產(chǎn)生的競爭激烈，對大豆生長發(fā)育影響過大，使得大豆植株在小麥和胡麻收獲后恢復程度低，最終大豆表現(xiàn)為植株矮小。

大豆農(nóng)藝性狀指標與其產(chǎn)量具有一定的聯(lián)系，已有研究表明，合理的株高、莖粗和主莖節(jié)數(shù)有利于大豆產(chǎn)量的形成，且葉面積指數(shù)和SPAD值與干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量形成表現(xiàn)出一定的正相關關系[16]。楊春杰等[17]研究表明：在玉米-大豆間作模式中，玉米對大豆產(chǎn)生的蔭蔽會使得大豆單株有效莢數(shù)、有效粒數(shù)及單株產(chǎn)量降低。在本研究中，玉米與大豆間作使得大豆產(chǎn)量降低，而百粒重顯著高于大豆單作處理。大豆產(chǎn)量下降的原因是大豆結莢減少，單株粒數(shù)下降。在小麥或胡麻套作大豆模式中，大豆單株粒數(shù)和百粒重均顯著低于大豆單作處理，從而導致產(chǎn)量下降。張向前等[18]在玉米-大豆間作中發(fā)現(xiàn)：玉米和大豆根系互作有利于促進大豆各生育時期葉片葉綠素含量的增加。在本研究中，玉米具有延緩大豆葉片衰老的作用，使得大豆葉片在R4期的SPAD值高于大豆單作處理，有利于大豆后期籽粒的灌漿，從而改善了大豆百粒重。因此，在玉米-大豆間作模式中，大豆產(chǎn)量雖低于大豆單作處理，但由于百粒重的增加，使得玉米-大豆間作模式中的大豆產(chǎn)量顯著高于小麥/大豆套作和亞麻/大豆套作模式。

間套作模式所形成的經(jīng)濟效益是評價間套作模式優(yōu)劣的重要指標。3種作物分別與大豆間套作使得大豆產(chǎn)量較單作相比雖有所降低，但均表現(xiàn)出了間套作經(jīng)濟效益系統(tǒng)優(yōu)勢；其中，玉米-大豆間作模式的大豆產(chǎn)量降低程度低于小麥/大豆套作和胡麻/大豆套作模式，有利于其經(jīng)濟效益的提升。就不同種植模式比較而言，經(jīng)濟效益表現(xiàn)為：玉米-大豆間作＞胡麻/大豆套作＞小麥/大豆套作＞大豆單作。

在不同大豆間套作模式中，間套作既能保證該地區(qū)主栽作物的產(chǎn)量，又能增加大豆產(chǎn)量，具有一定的產(chǎn)量協(xié)調(diào)效應。其中，玉米-大豆間作模式經(jīng)濟效益高于小麥/大豆套作、胡麻/大豆套作和大豆單作模式。玉米-大豆間作模式既能緩解該地區(qū)對大豆的供需矛盾，又能增加農(nóng)民的收入，是適宜該地區(qū)推廣種植的經(jīng)濟高效益模式。