封 亮, 黃國勤, 楊文亭, 黃天寶, 唐海鷹, 麻巧迎, 王淑彬**

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點實驗室/江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心 南昌 330045;2.江西省紅壤研究所 南昌 331700)

玉米(Zea mays)間作大豆(Glycine max)模式近年來得到廣泛推廣, 種植面積呈逐年攀升態(tài)勢[1]。玉米||大豆間作體系中不同作物占據(jù)不同生態(tài)位置使得光熱水肥資源得到互補利用, 提高了土地利用效率[2]; 玉米||大豆作物間作模式下土壤地下部相互作用增加了根系有益分泌物, 從而緩解病蟲草危害[3];玉米大豆高矮作物搭配種植減少了地表水分蒸發(fā),提高了水分利用效率[4]; 大豆因根瘤菌固氮作用可減少氮肥施用量、提高氮素利用效率[5]; 因同一地塊上同時種植兩種作物使得群體經(jīng)濟效益得到有效提高[6]。間作種植模式很大程度上緩解人口增長與耕地減少之間的矛盾, 為農(nóng)業(yè)可持續(xù)集約化提供了機會, 在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)增產(chǎn)增效方面發(fā)揮著重要意義[7]。

間作作物間存在競爭與互補兩種作用[8], 作物種間互補和競爭作用是間作優(yōu)勢產(chǎn)生的重要決定因素[9]。前人研究表明禾本科作物相對于豆科作物表現(xiàn)出競爭優(yōu)勢[10-11], 而不同的作物搭配種植及行距變化均會影響作物種間作用。Wang等[12]研究表明玉米間作花生(Arachis hypogaea)行比為2∶4時可以放大玉米的正邊際效應(yīng), 緩解花生的負邊際效應(yīng),并且此模式下2 m寬的花生帶也有利于小型收割機進行機械操作, 被認為是適宜的田間配置模式;Wang等[13]研究表明當(dāng)糯高粱(Sorghum bicolor)與大豆行比為2∶1時, 光環(huán)境較優(yōu), 土地當(dāng)量比和經(jīng)濟效益均為最高, 但該模式下大豆帶僅有1.2 m, 不利于機械化收獲; Van Oort等[14]研究表明間作模式下帶寬不宜超過3 m, 反之不利于增加作物產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。Yang等[15]對甘蔗(Saccharum officinarum)間作大豆系統(tǒng)進行了研究, 發(fā)現(xiàn)大豆比甘蔗更有競爭力, 間作大豆比單作種植長勢更優(yōu), 各間作處理土地當(dāng)量比均大于1, 表現(xiàn)出間作優(yōu)勢; 任家兵等[16]研究了不同施氮水平下小麥(Triticum aestivum)||蠶豆(Vicia faba)種間作用, 表明間作模式可有效降低低氮水平下的種間競爭, 間作小麥則表現(xiàn)出明顯的競爭優(yōu)勢和互利效應(yīng); 趙建華等[17]對玉米||大豆間作系統(tǒng)進行研究, 結(jié)果表明玉米競爭能力強于大豆, 當(dāng)玉米種植行距為45 cm時有利于作物增產(chǎn); 王小春等[18]對玉米/大豆和玉米/甘薯兩種套作模式下的種間關(guān)系進行了研究, 結(jié)果表明該兩種模式下套作玉米均表現(xiàn)出套作優(yōu)勢, 大豆和甘薯表現(xiàn)出套作劣勢。前人在間套作種間作用關(guān)系方面已有諸多報道, 但基于南方紅壤旱地玉米||大豆間作體系下因帶寬行比配置不同而引起的種間作用力變化對作物產(chǎn)量影響研究甚少。

南方紅壤地處中國南方熱帶和亞熱帶地區(qū), 覆蓋面積廣, 是中國最重要的農(nóng)業(yè)土壤之一, 豐富的降水資源和光熱資源使南方紅壤旱地具有優(yōu)越的種植條件[19], 因此發(fā)展玉米間作大豆種植產(chǎn)業(yè)具有絕對優(yōu)勢。前人對紅壤旱地間作作物品種篩選[20]、玉米間作大豆減氮施肥[21]等進行了相關(guān)研究, 目前關(guān)于南方紅壤旱地種植的玉米間作大豆行比配置研究較少, 同時關(guān)于紅壤旱地不同帶寬行比配置下作物種間相互作用研究也尚不明確。基于此本試驗主要探討以下幾個問題: 1)帶寬行比配置變化對間作作物產(chǎn)量有何影響; 2)帶寬行比配置變化對間作作物種間作用力有何影響; 3)帶寬行比配置模式下玉米大豆種間競爭能力與作物產(chǎn)量關(guān)系。通過研究不同帶寬行比配置模式對作物產(chǎn)量、種間競爭力的影響,闡明不同田間配置模式下間作群體種間相互作用對產(chǎn)量的響應(yīng)機理, 為優(yōu)化間作系統(tǒng)種間競爭力和紅壤旱地間作系統(tǒng)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2018—2019年在江西省進賢縣紅壤研究所內(nèi)進行(116o20′E, 28o15′N), 該點屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候, 年均降水量1537 mm, 年蒸發(fā)量1100～1200 mm, 年均氣溫17.7～18.5 ℃。供試土壤基礎(chǔ)肥力狀況與作物共生期有效光合輻射見表1, 試驗間降水量與平均溫度如圖1所示。

表1 供試土壤的基礎(chǔ)肥力與光合有效輻射狀況Table 1 Agro-chemical properties of the test soils

1.2 試驗設(shè)計

采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計, 種植模式為玉米間作大豆, 共7個處理, 每個處理重復(fù)3次。每個小區(qū)種2帶, 各處理密度均為玉米60 000株·hm-2、大豆150 000株·hm-2, 單株定植。各處理具體配置見圖1。處理B2.0R2:2的小區(qū)面積為20 m2, 玉米、大豆株距分別為16.6 cm、6.6 cm; 處理B2.4R2:3、B2.4R2:4的小區(qū)面積均為24 m2, 玉米株距均為11.8 cm, 大豆株距分別為8.3 cm、11 cm; 處理B2.8R2:3、B2.8R2:4的小區(qū)面積均為28 m2, 玉米株距均為11.9 cm, 大豆株距分別為7.1 cm、9.5 cm; 玉米單作(SM)小區(qū)面積為17.5 m2,株距為23.8 cm; 大豆單作(SS)小區(qū)面積12.5 m2, 株距為13.3 cm; 各處理帶寬及行比配置如圖2所示。

1.3 田間管理

玉米品種為‘吉祥1號’, 該品種屬于緊湊型玉米, 株高2.5 m左右, 穗位高1 m左右, 穗長18 cm左右、根系發(fā)達、耐旱、抗倒伏。大豆品種為‘旱豆1號’, 該品種株高約30 cm, 百粒重約20 g。2018年4月9日同日播種, 春大豆、春玉米分別于7月9日、7月22日收獲。2019年4月8日同日播種, 春大豆、春玉米分別于7月11日、7月30日收獲。玉米全生育期共施純氮270 kg·hm-2, 按底肥∶拔節(jié)肥∶穗肥=3∶2∶5比例施用, 玉米底肥每公頃配施過磷酸鈣600 kg (含P2O512%), 氯化鉀150 kg (含K2O 60%), 大豆基肥配施尿素75 kg·hm-2、過磷酸鈣600 kg·hm-2、氯化鉀60 kg·hm-2、追肥為初花后施尿素75 kg·hm-2, 其他管理同大田。

1.4 測定項目及計算方法

1.4.1 作物產(chǎn)量的測定

玉米收獲前統(tǒng)計各小區(qū)株數(shù)、有效穗數(shù), 收獲期取10穗進行考種。大豆收獲前統(tǒng)計各個小區(qū)的大豆株數(shù), 取20株長勢一致的大豆樣進行考種。玉米、大豆各小區(qū)收獲時未取樣的一帶實打?qū)嵤諟y產(chǎn), 最后折合成公頃產(chǎn)量。

1.4.2 競爭指數(shù)計算方法

土地當(dāng)量比(LER): 衡量產(chǎn)量優(yōu)勢的指標(biāo)[22]。

式中:YIM和YIS分別代表間作內(nèi)玉米和大豆的產(chǎn)量,YSM和YSS分別為單作玉米和單作大豆的產(chǎn)量。當(dāng)LER＞1為間作優(yōu)勢, 當(dāng)LER＜1為間作劣勢。

相對擁擠系數(shù)(K): 衡量間作中一個作物相對另一作物競爭優(yōu)勢的指標(biāo)[11]。

式中:KM、KS分別表示玉米和大豆的相對擁擠系數(shù),ZIM、ZIS分別表示玉米和大豆在間作體系中的種植比例。本文中玉米占地面積(ZIM)=(玉米行距+玉豆行距)/帶寬, 以 B2.0R2:2(帶寬 2.0 m)為例,ZIM=(40 cm+60 cm)/200 cm=0.50, B2.4R2:3、B2.4R2:4、B2.8R2:3和B2.8R2:4的間作面積占比依次為0.42、0.33、0.43、0.36, 大豆占地面積比(ZIS)依次為0.50、0.58、0.67、0.57、0.64。KM＞KS時, 玉米||大豆間作系統(tǒng)中玉米競爭力較強;KM＜KS, 大豆競爭力較強。

侵占力(A): 表征一種間作作物相對產(chǎn)量增長大于另一種間作物物產(chǎn)量增長的程度[11]。

若AM=AS, 表明這兩種作物的競爭力相同;AM＞0, 表明玉米占據(jù)優(yōu)勢;AM＜0, 大豆占據(jù)優(yōu)勢。其中AM代表間作玉米的侵占力,AS代表間作大豆的侵占力。

競爭比率(CR): 是評價物種之間競爭的一種指標(biāo)。

式中:CRM、CRS分別表示玉米和大豆的競爭比率。當(dāng)CRM＞1, 間作體系中玉米競爭能力強于大豆;CRM＜1, 間作體系中玉米競爭能力不及大豆。

1.4.3 產(chǎn)量及效益計算方法

實際產(chǎn)量損失指數(shù)(AYL): 表示間作玉米或間作大豆產(chǎn)量相對于單作玉米或單作大豆是損失還是增加[11]。AYL＞0, 表示該處理相較于單作表現(xiàn)出增益; AYL＜0, 表明該處理相較于單作表現(xiàn)出損失。AYLM、AYLS的正負表示玉米或大豆在體系中表示增益或損失的貢獻[23]。YIM和YIS代表間作玉米、大豆產(chǎn)量,ZIM和ZIS代表間作玉米與大豆種植比例,PMM和PSS分別代表玉米與大豆單作種植比例(均為1),YM和YS分別代表單作玉米大豆產(chǎn)量。

間作優(yōu)勢指數(shù)(IA): 該指標(biāo)反映間作系統(tǒng)是否具有間作優(yōu)勢[21]。IA＞0代表具有間作優(yōu)勢, IA=0代表既無優(yōu)勢也無劣勢, IA＜0代表具有間作劣勢。

式中:￥M和￥S分別代表玉米與大豆的市場價格。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2019軟件統(tǒng)計處理數(shù)據(jù), 利用SPSS Statistics 20對數(shù)據(jù)進行方差分析, 用Origin 2018進行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米||大豆間作帶寬行比配置對作物產(chǎn)量及農(nóng)學(xué)指標(biāo)的影響

由表2可知, 單作作物產(chǎn)量顯著高于間作作物產(chǎn)量。帶寬為2.4 m或2.8 m時, 玉米、大豆行比由2∶3增至2∶4, 間作作物產(chǎn)量均有所增加。說明在帶寬相同條件下, 可通過增加行比、減小種間距離來提高種植密度進而提高作物產(chǎn)量。間作處理B2.8R2:3玉米產(chǎn)量在兩年試驗中均為最低, 較單作玉米分別減產(chǎn)31.99%和29.99%, 并且該模式下的大豆產(chǎn)量分別低于處理B2.8R2:4, 說明間作處理B2.8R2:3相對于處理B2.8R2:4不利于作物增產(chǎn)。帶寬為2.8 m時玉米產(chǎn)量均低于帶寬2.4 m, 說明帶寬過大不利于間作玉米產(chǎn)量增加。帶寬2.0 m模式下大豆產(chǎn)量在兩年試驗中均低于帶寬2.4 m帶寬模式。綜合來看, 帶寬2.4 m、行比2∶4模式下作物產(chǎn)量較優(yōu), 利于作物增產(chǎn)。

表2 玉米||大豆間作系統(tǒng)不同種植模式對作物產(chǎn)量與農(nóng)學(xué)指標(biāo)的影響Table 2 Effects of planting patterns of maize||soybean intercropping system on yields and agronomic indicators of crops

年份、處理和年份與處理交互作用均對作物產(chǎn)量有極顯著影響, 處理對大豆百粒重、玉米千粒重均無顯著影響, 不同年份對大豆百粒重、玉米千粒重具有極顯著性影響。年份對玉米穗長、每穗行數(shù)均無顯著影響, 處理對玉米穗長、每穗行數(shù)有顯著影響, 年份與處理交互作用對玉米穗長、每穗行數(shù)無顯著影響。處理間對大豆單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)有極顯著影響。

2.2 玉米||大豆間作帶寬、行比配置模式對競爭指數(shù)的影響

2.2.1 土地當(dāng)量比(LER)與相對擁擠系數(shù)(K)

由表3數(shù)據(jù)可得, 不同間作處理下LER、K值表現(xiàn)不同, 說明不同田間配置模式對LER、K值均會造成影響。在兩年試驗中, 所有間作處理下, LER變化范圍表現(xiàn)為1.26～1.77, 所有間作模式下的LER均大于1, 無論帶寬行比如何變化, 都不影響間作產(chǎn)量優(yōu)勢, 表現(xiàn)出間作優(yōu)勢。2019年試驗中處理B2.4R2:4模式 LER最高, 為1.77, 與其他間作處理呈顯著性差異。K值與LER變化趨勢相似, 處理B2.4R2:4模式下K值最大, 所有間作處理下KM＞KS,表明玉米競爭力強于大豆。

在本試驗中, 帶寬為2.4 m或2.8 m模式下, 增加行比配置, LERM、LERS、LER、KM、K值均呈增加趨勢; 當(dāng)行比為2∶3或2∶4時, 帶寬由2.4 m增至2.8 m, LERM、LER、KM、K值均呈減小趨勢; 當(dāng)種間距離不變, 帶寬由2 m增至2.8 m時, LERM、KS、K值變化趨勢一致。

2.2.2 侵占力(A)與侵占比率(CR)

由表3可知, 兩年試驗間,AM均為正值且以處理B2.4R2:4模式配置下最高, 處理B2.0R2:2最低, 表明在所有間作模式下, 玉米均表現(xiàn)為競爭優(yōu)勢種。各間作模式下CRM＞CRS, 與CR變化呈一致性。在本試驗中, 帶寬相同時, 增加行比配置,AM與CRM呈增加趨勢,AS與CRS呈減小趨勢; 當(dāng)行比相同時, 增加帶寬配置,AM與CRM均呈減小趨勢,AS與CRS呈增加趨勢; 當(dāng)種間距離相等, 帶寬由2 m增至2.8 m時, CRM增加,CRS減小。

表3 玉米||大豆間作系統(tǒng)不同種植模式對玉米(M)和大豆(S)土地當(dāng)量比(LER)、相對擁擠系數(shù)(K)、作物侵占力(A)與侵占比率(CR)的影響Table 3 Effects of intercropping treatments on land equivalent ratio (LER), relative crowding coefficient (K), crop invasiveness (A)and invasiveness ratio (CR) of maize (M) and soybean (S) in maize||soybean intercropping system

2.3 玉米||大豆間作帶寬、行比配置對實際產(chǎn)量損失(AYL)的影響

由表4可知, 兩年試驗中, 所有間作處理AYL均為正值, 表明所有間作處理均存在間作優(yōu)勢; 且所有處理的AYLM＞0, 說明與單作相比, 所有間作處理玉米產(chǎn)量均有所增加; 2018年, B2.4R2:3、B2.4R2:4和B2.8R2:4的AYLS＜0, 說明與單作相比, 3個間作處理的大豆產(chǎn)量有所減小; 2018年B2.0R2:2和B2.8R2:3處理和2019年所有間作處理AYLS＞0。兩年間作處理B2.4R2:4模式下AYLM均為最高, 且與其他間作模式呈顯著差異, 表明該間作模式相較于其他處理玉米產(chǎn)量更具有增產(chǎn)優(yōu)勢。帶寬為2.4 m、2.8 m模式下, 增植1行大豆, AYLM、AYL呈增加趨勢, 說明增植1行大豆有利于提高間作玉米產(chǎn)量; 行比為2∶3、2∶4時, 增加帶寬配置, AYLM、AYL均呈減小趨勢,不利于間作玉米增產(chǎn)。

表4 玉米||大豆間作系統(tǒng)不同種植模式對玉米(M)和大豆(S)實際產(chǎn)量損失(AYL)的影響Table 4 Effects of intercropping patterns on actual yield loss(AYL) of maize (M) and soybean (S) in maize||soybean intercropping system

2.4 玉米||大豆間作帶寬、行比配置模式對作物收獲指數(shù)(HI)的影響

由圖3可得, 不同種植模式下的作物收獲指數(shù)不同。2018年(圖3A), 處理B2.4R2:4玉米的收獲指數(shù)最高, 與單作玉米無顯著差異。間作處理B2.8R2:3的大豆收獲指數(shù)最大, 顯著高于其他處理。2019年(圖3B), 間作處理B2.4R2:4模式下的玉米收獲指數(shù)最高,與單作玉米無顯著性差異。大豆收獲指數(shù)各處理間差異不顯著。在帶寬同為2.4 m或2.8 m模式下, 增植1行大豆, 玉米收獲指數(shù)增加, 說明增加行比配置有利于同化產(chǎn)物向籽粒運輸。

2.5 玉米||大豆間作帶寬、行比配置模式對經(jīng)濟效益(EB)及間作優(yōu)勢指數(shù)(IA)的影響

由表5中數(shù)據(jù)可知, 2018年處理B2.0R2:2模式配置下EB最高, 為15 120.87元·hm-2, 與其他間作處理呈顯著差異。2019年, 處理B2.4R2:4模式EB最高,為17 637.59 元·hm-2, 與其他間作處理差異顯著,比處理B2.0R2:2、B2.4R2:3、B2.8R2:3和B2.8R2:4分別增長5.35%、7.93%、19.21%和14.60%。兩年試驗中, 除2019年帶寬2.0 m模式及B2.8R2:3外, 其他間作處理均表現(xiàn)為IAM＞IAS, 說明在間作體系中玉米較大豆表現(xiàn)為間作優(yōu)勢。各處理模式下IA均大于1, 且在兩年試驗中處理B2.4R2:4模式IA與其他處理呈顯著差異, 相比于其他間作處理更具有間作優(yōu)勢, 處理B2.8R2:3模式IA表現(xiàn)為最小, 兩年間EB均為最低,說明該模式相較于其他間作處理表現(xiàn)不佳。

表5 玉米||大豆間作系統(tǒng)不同種植模式對玉米(M)和大豆(S)經(jīng)濟效益(EB)與間作優(yōu)勢指數(shù)(IA)的影響Table 5 Effects of intercropping patterns on economic benefit (EB) and intercrop dominance index (IA) of maize (M) and soybean (S) in maize||soybean intercropping system

本試驗中, 帶寬相同時, 增加行比配置, EB、IAM、IA均不同程度地提高; 當(dāng)行比相同時, 增加帶寬配置, EB、IAM、IA均降低。綜合來看, 處理B2.4R2:4模式下平均經(jīng)濟效益較優(yōu), 有利于增加收入。

3 討論

3.1 玉米||大豆間作帶寬、行比配置對作物產(chǎn)量與經(jīng)濟效益的影響

間作作為高效種植制度, 在作物增產(chǎn)增效方面具有重要作用[24]。在本試驗中單作玉米、大豆的產(chǎn)量顯著高于間作(表2), 這與前人的研究結(jié)果相似[25],原因可能是單作種植模式下作物株行距較為合理,相比于間作種植, 緩解了植株個體之間的競爭能力;原因二可能是單作種植行距較寬, 作物行間CO2供應(yīng)量充足和良好的通風(fēng)環(huán)境有利于作物光合作用和提高作物產(chǎn)量[26]。各間作模式行比配置不同, 對作物產(chǎn)量影響也不同, 原因是不同種植模式因作物空間生態(tài)位置差異, 對作物田間冠層小氣候會產(chǎn)生不同影響, 導(dǎo)致產(chǎn)量差異[27]。雍太文等[28]研究表明,玉米-大豆帶狀套作種植相較于大豆單作種植有利于提高大豆經(jīng)濟系數(shù), 帶狀輪作種植有利于提高系統(tǒng)產(chǎn)量和玉米種間競爭力。2018年試驗中間作大豆收獲指數(shù)均低于單作大豆, 這與前人研究的結(jié)果不一致, 原因可能是套作大豆在套作玉米蔭蔽作用解除后, 大豆冠層在一定程度上得到恢復(fù)和補償, 增加套作大豆光能截獲量, 增加套作大豆的經(jīng)濟系數(shù)[29];另外帶狀輪作種植模式下大豆茬口土壤表層積累量提高, 增加了接茬玉米葉片的氮素吸收量, 有利于提高系統(tǒng)產(chǎn)量[30]; 還可能是土壤質(zhì)地(紅壤土/紫色土)、種植方式(間作/套作)等因素所致。本試驗中間作玉米的種間競爭力高于間作大豆, 這與雍太文等[28]研究結(jié)果一致。

在本試驗中不同帶寬配置下, 增植1行大豆,作物產(chǎn)量增加, 這與羅萬宇等[31]研究結(jié)果一致, 原因可能是種間距離減小, 地下部互作能力加強, 大豆帶向玉米帶氮素轉(zhuǎn)移量增加, 促進玉米對氮素的吸收, 有利于玉米灌漿期PSⅡ反應(yīng)中心維持較高比例的開放程度, 提高了PSⅡ電子傳遞能力, 有利于光合作用和提高玉米干物質(zhì)積累量[18]; 同時大豆根系可分泌有機酸或質(zhì)子活化了土壤中難溶性的磷,更易于促進玉米對磷素的吸收, 促進作物增產(chǎn)[32]。不同帶寬模式下, 增加行比配置, 對增產(chǎn)幅度不同,帶寬2.4 m模式下作物產(chǎn)量增幅高于帶寬2.8 m模式,說明超過適宜帶寬再增加行比配置會削弱作物增產(chǎn)潛力[33]。原因可能是帶寬2.8 m模式下, 間作玉米株距更小, 一方面對光溫水肥資源競爭加劇, 另一方面玉米葉片由于蔭蔽作用, 抑制了葉面積指數(shù)的增加和間作玉米增產(chǎn)優(yōu)勢。兩年試驗中間作玉米產(chǎn)量變化趨勢一致, 間作大豆產(chǎn)量變化趨勢不一致, 原因可能為不同年份間生態(tài)因子(降水量、平均溫度、有效輻射)對大豆農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的影響較大[34], 在后期試驗中將再做進一步的探討。

本試驗研究結(jié)果表明, 作物田間空間布局不同,影響作物產(chǎn)量的同時也在影響經(jīng)濟效益, 間作作物經(jīng)濟效益比單作玉米經(jīng)濟效益增加約1.17%～18.04%,比單作大豆經(jīng)濟效益高出2倍以上, 說明間作種植相比單作種植具有較優(yōu)的產(chǎn)出效益, 這與李隆[1]的研究結(jié)果一致。在間作處理中, 帶寬相同增加行比配置, 經(jīng)濟效益增加, 與作物產(chǎn)量變化呈正相關(guān)趨勢[35], 帶寬2.4 m、行比2∶4模式有利于作物干物質(zhì)積累與葉面積指數(shù)的增加, 有利于提高作物群體產(chǎn)量[36-37], 兩年平均經(jīng)濟效益優(yōu)于其他間作處理,表現(xiàn)出較好的經(jīng)濟效益優(yōu)勢。

3.2 玉米||大豆間作帶寬、行比配置對種間關(guān)系影響

前人研究表明, 世界范圍內(nèi)玉米||大豆間作LER為1.32[6], 我國玉米||大豆間作LER可達1.40以上[38]。本試驗中, 各間作處理LER＞1, 再次說明玉米||大豆間作有利于提高土地利率效率[39]。兩年試驗間帶寬2.4 m、行比2∶4模式平均LER為1.59, 比其他間作處理表現(xiàn)出較好的優(yōu)勢, 原因可能是此模式下,大豆比帶寬2 m模式下能截獲更多的光能; 小于帶寬2.8 m模式下的種間距離, 玉米更易于吸收土壤中的氮素[2], 間作玉米增產(chǎn)潛力明顯, 這與任媛媛等[11]研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明, 帶寬2.4 m或2.8 m模式下增植1行大豆, LER增加, 原因可能有兩種: 1)增植1行大豆減小了種間距離, 玉米大豆根系產(chǎn)生有益根系分泌物, 增加土壤中微生物多樣性, 因此玉米大豆地下部根系互作效應(yīng)大于地上部[40]; 2)大豆種植密度不變, 增植1行大豆使大豆個體間株距增大, 有利于大豆光能截獲, 緩解了個體間競爭, 有利于提高大豆葉面積指數(shù), 利于光合產(chǎn)物的合成[41]。行比相同, 增加帶寬使LER減小, 可能與種間距離擴大、地下部根系互作能力減弱有關(guān)[42]; 帶寬2.8 m模式下作物株距小于帶寬2.4 m模式, 作物個體相互遮蔭、相互競爭[43], 使得LER減小。當(dāng)種間距離不變, 帶寬行比同時增加, LER呈先減后增趨勢, 這與作物產(chǎn)量增加有關(guān)[34]。隨帶寬、行比增加,玉米株距逐漸縮小、個體間光溫水利用競爭加劇, 不利于玉米產(chǎn)量增加[44]; 前人研究表明隨著大豆株距增加, 個體間更加協(xié)調(diào), 大豆群體產(chǎn)量隨之增加[45],這與2018年試驗結(jié)果一致, 與2019年大豆產(chǎn)量試驗結(jié)果不一致, 原因可能是受光溫水資源等因素影響。

不同間作處理K值不同, 說明不同田間配置模式對種間競爭能力強弱均會造成影響。前人研究表明在玉米大豆共生后期, 玉米對資源競爭力強于大豆,K值增加,KM＞KS[20]。在本試驗中, 玉米共生后期KM在所有間作處理下均大于KS, 說明共生后期間作玉米相較于間作大豆表現(xiàn)出競爭優(yōu)勢, 因為間作玉米占據(jù)高生態(tài)位, 光競爭優(yōu)勢強于間作大豆, 且玉米具有較強的正邊際效應(yīng), 而大豆為低位作物,長期處于光照劣勢, 受負邊際效應(yīng)影響較大[46], 這與趙建華等[22]結(jié)果一致。AYL值反映不同間作方式或品種導(dǎo)致的作物產(chǎn)量損失或增加[21], 兩年試驗中AYLM均為正值, 表明不同間作模式下玉米具有產(chǎn)量優(yōu)勢, 這與劉鑫[47]、任媛媛等[11]研究結(jié)果一致;而劉鑫[47]研究結(jié)果表明AYLS＜0, 大豆產(chǎn)量相對減產(chǎn)。本試驗中AYLS兩年趨勢不一致, 2019年與劉鑫研究結(jié)果不一致, 原因可能是因為2019年試驗期間作物生育期內(nèi)降水增多, 影響作物產(chǎn)量進而影響AYLS。兩年試驗間AYL＞0, 表明間作具有產(chǎn)量優(yōu)勢,間作體系中以玉米增產(chǎn)為主。

不同帶寬行比配置下, 種間距離不同而導(dǎo)致間作作物競爭作用存在差異, 因此作物種間關(guān)系也不同。本試驗中, 帶寬相同、增加行比配置K、AYL、AM、CRM呈增加趨勢, 而AS、CRS呈減小趨勢, 說明種間距離減小, 玉米對大豆競爭能力加劇, 不利于大豆生長, 原因可能是隨著生育期推進, 玉米作為高稈作物對大豆遮蔭效果增強。行比相同, 帶寬由2.4 m增至2.8 m,KM、AYLM、AM、CRM呈下降趨勢,AS、CRS呈增加趨勢, 說明行比相同、帶寬增加, 不利于間作玉米產(chǎn)量提高, 原因可能是種間距離增大, 作物根系互作能力減弱, 禾本科作物對豆科作物氮素吸收能力減弱所致。種間距離恒定, 帶寬由2 m增至2.8 m, 行比由2∶2增至2∶4時,K、AYL變化趨勢一致, 呈先增后減趨勢, 因此合理的空間配置促進群體作物生態(tài)位的分離, 作物間競爭互補達到和諧, 促進作物對資源的高效利用, 以實現(xiàn)最大的產(chǎn)量效應(yīng)[48], 而AM、CRM呈增加趨勢,AS、CRS呈減小趨勢, 說明種內(nèi)種間距離不變, 帶寬、行比都增加的同時, 間作系統(tǒng)中玉米間作優(yōu)勢強于大豆。

4 結(jié)論

兩年試驗中帶寬2.4 m、行比2∶4模式下玉米||大豆間作系統(tǒng)平均LER為1.59, 玉米相對產(chǎn)量損失指數(shù)和間作優(yōu)勢較高, 作物群體產(chǎn)量較優(yōu), 為6801.88 kg·hm-2, 平均經(jīng)濟效益較高, 為15 822.95元·hm-2, 說明間作系統(tǒng)產(chǎn)量的提高以玉米為主, 玉米相較于大豆表現(xiàn)為優(yōu)勢種, 該模式下間作玉米增產(chǎn)優(yōu)勢明顯。

帶寬相同、增加行比配置, 土地當(dāng)量比、相對擁擠指數(shù)、相對產(chǎn)量損失指數(shù)、玉米侵占力、玉米競爭比率、經(jīng)濟效益、玉米收獲指數(shù)、作物產(chǎn)量呈增加趨勢; 行比相同, 帶寬由2.4 m增至2.8 m時,土地當(dāng)量比、相對擁擠指數(shù)、相對產(chǎn)量損失指數(shù)、玉米侵占力、玉米競爭比率、經(jīng)濟效益、玉米收獲指數(shù)呈下降趨勢、間作玉米產(chǎn)量減少。