朱喜霞，鄭玉珍，王海紅，黃 保，平西栓，劉天學(xué)，趙 霞，李毓珍

（1河南省安陽(yáng)市殷都區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南安陽(yáng) 455000；2河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/河南省玉米綠色精準(zhǔn)生產(chǎn)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450002；3河南省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，鄭州 450002；4河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，鄭州 450002；5許昌市種子管理站，河南許昌 461001）

0 引言

間套作在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位，可以提高土地利用效率和收獲指數(shù)，是一種高產(chǎn)高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[1-3]。玉米-大豆帶狀間作種植是中國(guó)大部分地區(qū)采用的比較典型的作物組配類型[4]，作為一種可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)友好農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，充分發(fā)揮該模式下大豆的生物固氮能力，提高玉米套作大豆的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益具有重要的意義[5-7]。研究表明，間作處理降低了大豆植株的凈光合速率(Pn)及地上部生物量，各指標(biāo)均隨著大豆播幅的增加而增加[8-9]。套作環(huán)境下由于高位作物玉米的蔭蔽，大豆在弱光環(huán)境下光合產(chǎn)物優(yōu)先向地上部分配促進(jìn)莖的延伸和葉片生長(zhǎng)，以截獲更多光能進(jìn)行同化作用[10-11]。過(guò)量施肥一直是玉米生產(chǎn)中存在的主要問題[12]，減肥配合其他農(nóng)藝措施也可以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[13]。大豆與玉米間套作能促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)植株對(duì)氮素更為合理的吸收和利用[14]。但難以實(shí)現(xiàn)農(nóng)事操作的機(jī)械化成為當(dāng)前間作模式大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵性限制因素[15]。2020—2022年中央一號(hào)文件明確指出要穩(wěn)定糧食生產(chǎn)，加大對(duì)大豆高產(chǎn)品種和玉米、大豆間作新農(nóng)藝推廣的支持力度[16-17]。河南省是中國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，在《全國(guó)新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃（2009—2020年）》[18]中更加明確了河南在全國(guó)13個(gè)主要糧食產(chǎn)區(qū)中的核心地位。為了解決河南省機(jī)械化條件下玉米-大豆間作行距配置問題，利用大田試驗(yàn)，研究了機(jī)械化條件下不同玉米-大豆間作行距配置模式下的作物產(chǎn)量及大豆光合特性，為河南省玉米大豆間作提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與材料

本試驗(yàn)于2020—2021年在河南省許昌市禹州市古城鎮(zhèn)小集村(34°09′N,113°56′E)進(jìn)行。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，排灌方便，地力均勻一致。土壤為褐土，pH 7.45，基礎(chǔ)肥力有機(jī)質(zhì)24.9 g/kg、速效鉀153.35 g/kg、速效磷5.27 g/kg、堿解氮99.62 g/kg。

分別于2020年6月12日和2021年6月16日播種、2020年9月25日和2021年9月29日收獲。供試玉米、大豆品種為‘秋樂368’、‘鄭1307’。設(shè)置行比和減施氮肥2個(gè)因素，根據(jù)當(dāng)?shù)貦C(jī)械化播種機(jī)的實(shí)際，設(shè)置2個(gè)行比處理：玉米大豆行比2:4間作(2/4J)和玉米大豆行比4:4間作(4/4J)，減施氮肥處理在上面2個(gè)處理上減量20%，分別為2/4N、4/4N，玉米單作(DM)、大豆單作(DS)為對(duì)照，玉米免耕種肥異位機(jī)播[19]，施肥量為復(fù)合肥(N-P2O5-K2O 18-15-8)750 kg/hm2，減量20%為600 kg/hm2。大豆免耕播種，施復(fù)合肥(N-P2O5-K2O 18-15-8)450 kg/hm2，減量20%為360 kg/hm2。3次重復(fù)。玉米單作行距為60 cm，株距為27 cm（種植密度為60000株/hm2）；大豆單作按照行距30 cm，株距17 cm種植（種植密度為200000株/hm2）。一個(gè)間作帶幅中，玉米、大豆行距仍為60 cm、30 cm，玉豆行間距1 m，便于收獲時(shí)機(jī)械化作業(yè)。2/4J(2/4N)處理帶寬3.4 m，4/4J(4/4N)處理帶寬4.6 m。按照玉米種植密度60000株/hm2的原則，2/4J(2/4N)處理中玉米的株距為10 cm，4/4J(4/4N)處理中玉米的株距為14 cm，2/4J(2/4N)模式中玉米占地35%、大豆占地35%、空地30%；4/4J模式中玉米占地52%、大豆占地26%、空地占22%。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 產(chǎn)量 在大豆成熟后，每個(gè)處理內(nèi)在每個(gè)小區(qū)連續(xù)取10株風(fēng)干后統(tǒng)計(jì)大豆單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、每莢粒數(shù)、單株粒重、百粒重、計(jì)算理論產(chǎn)量。

1.2.2 生育期調(diào)查 在大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)期(V)、三節(jié)期(V3)、五節(jié)期(V5)、生殖生長(zhǎng)期(R)、始花期(R1)取樣，每個(gè)小區(qū)取長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株5株進(jìn)行葉面積指數(shù)、干物質(zhì)重、葉綠素含量、光合特性等指標(biāo)的測(cè)定，重復(fù)3次。

1.2.3 葉面積指數(shù)(LAI)在大豆V3、V5、R1期選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株5株，用打孔法測(cè)量葉面積，并采用如下公式進(jìn)行LAI的計(jì)算[8]，見式(1)。

式中，Al為測(cè)點(diǎn)內(nèi)植株的總?cè)~面積，As為測(cè)點(diǎn)所占土地面積。

1.2.4 干質(zhì)量 在大豆V3、V5、R1期選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株5株，將樣品植株在105℃殺青30 min，80℃烘干72 h恒重后稱量，然后計(jì)算單位土地面積的地上部干物質(zhì)重。

1.2.5 葉片SPAD值及光合特性 在大豆V3、V5、R1期選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株5株，在晴天的10:00—13:00用LI-6400（美國(guó)LI-COR公司）便攜式光合儀測(cè)定植株主莖全展葉的凈光合速率(Pn)、用日本產(chǎn)葉綠素計(jì)(SPAD-502 PLUS)分別測(cè)定葉片葉綠素含量SPAD值。測(cè)定時(shí)每個(gè)處理重復(fù)3次，取其平均值。

2020、2021年都做了試驗(yàn)，趨勢(shì)相同。因?yàn)?021年作物生育后期陰雨天太多，因此本研究葉片SPAD值及Pn均采用2020年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其他值均為2年的數(shù)據(jù)。

用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并做表，SPSS 23進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下的產(chǎn)量

不同處理下的產(chǎn)量有差異（表1）。2021年玉米產(chǎn)量低于2020年，大豆則相反，可能與2021年試驗(yàn)區(qū)后期有陰雨有關(guān)。在所有處理下，單作處理的產(chǎn)量均最高。各處理的產(chǎn)量在2020年和2021年趨勢(shì)一致。將玉米各處理產(chǎn)量與2年平均值比較發(fā)現(xiàn)，處理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的玉米產(chǎn)量比單作減產(chǎn)21.64%、9.46%、23.87%和10.95%；將大豆各處理產(chǎn)量與2年平均值比較發(fā)現(xiàn)，處理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的大豆產(chǎn)量比單作減產(chǎn)35.49%、52.10%、38.39%和53.41%。將各處理的2年平均值之和與玉米和大豆單做產(chǎn)量比較發(fā)現(xiàn)，2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的玉米和大豆2年產(chǎn)量平均值之和分別比單作玉米增產(chǎn)6.57%、11.59%、3.21%、9.535%，比單作大豆增產(chǎn)142.51%、153.92%、134.85%、149.23%。減肥前后各處理產(chǎn)量之間差異不顯著。

2.2 不同處理下大豆的葉面積指數(shù)

葉片是大豆籽粒灌漿所需光合產(chǎn)物的主要制造者和貢獻(xiàn)者。LAI是體現(xiàn)植株長(zhǎng)勢(shì)的重要指標(biāo)，主要表征作物冠層結(jié)構(gòu)，其與干物質(zhì)量有著密切關(guān)系。表2可知，各處理在2021年整體趨勢(shì)相同，且2021年的LAI大于2020年的。大豆-玉米共生期間，處理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的LAI均顯著低于單作大豆。具體表現(xiàn)為，2年LAI數(shù)值平均，2/4J的LAI與單作大豆的LAI相比在V3、V5和R1期分別下降12.50%、20%、20.71%；處理4/4J則分別下降17.04%、22.08%、16.18%；處理2/4N則分別下降18.18%、25.00%和27.51%，處理4/4N則分別下降22.73%、31.67%和23.62%，不同行比間比較，處理2/4J＞4/4J；減肥2個(gè)處理的趨勢(shì)與正常相同。就2個(gè)減肥前后的處理比較，差異顯著。具體為處理2/4N的LAI在V3、V5和R1期比處理2/4J分別減少6.49%、6.25%和8.57%，處理4/4N的LAI比處理4/4J的LAI分別減少6.85%、12.30%、和8.88%。

表2 不同處理下的LAI

2.3 不同處理下的大豆干質(zhì)量

由表3可知，各處理在2021年整體趨勢(shì)相同，不同處理間大豆干質(zhì)量呈顯著差異，且2021年的干質(zhì)量大于2020年的。玉米-大豆共生期間，且均顯著低于CK。大豆-玉米共生期間，處理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的干質(zhì)量均顯著低于單作大豆。將各處理大豆干質(zhì)量與其2年平均值比較發(fā)現(xiàn)，處理2/4J下降19.28%、22.43%、和12.37%；處理4/4J分別下降27.34%、27.26%和19.56%；處理2/4N分別下降20.51%、26.74%和15.00%，處理4/4N分別下降26.47%、44.20%和20.39%。不同行比套作處理，2個(gè)處理具體表現(xiàn)為處理2/4J＞4/4J；減肥處理的趨勢(shì)與正常相同。就2個(gè)減肥前后的處理比較，差異不顯著。

表3 不同處理下的大豆干質(zhì)量

2.4 不同玉米-大豆帶狀套作組合的大豆葉片Pn和SPAD值

由表3可知，不同處理下大豆的SPAD值和葉片Pn有差異，處理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的SPAD值和葉片Pn均顯著低于單作。具體表現(xiàn)為，處理2/4J的Pn與單作大豆相比在V3、V5和R1期分別下降25.76%、20.64%和30.64%；處理4/4J分別下降43.83%、35.17%、和21.07%；處理2/4N分別下降27.90%、23.20%和30.82%，處理4/4N分別下降45.20%、36.86%和22.04%。不同行比間比較，處理2/4J＞4/4J；減肥前后的處理差異不顯著。

SPAD數(shù)值比較，處理2/4J的SPAD值與單作大豆相比在V3、V5和R1期分別下降27.06%、24.59%和20.79%；處理4/4J分別下降38.22%、40.62%、和26.32%；處理2/4N分別下降29.5%、26.04%和26.18%，處理4/4N分別下降39.06%、41.73%和28.16%。不同行比間比較，處理2/4J＞4/4J；減肥前后的處理差異不顯著。

3 討論

間作對(duì)玉米大豆各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)均有不同程度的影響，總的產(chǎn)量均高于單作模式[19-20]，大豆產(chǎn)量有所降低[21]，這與本研究相似。本試驗(yàn)中，不管是玉米還是大豆，處理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N均比單作減產(chǎn)。復(fù)合群體大豆和玉米的有效株數(shù)最為重要[22]，玉米適當(dāng)密植有利于提高玉米產(chǎn)量[22]。本試驗(yàn)2個(gè)間作模式中玉米和大豆的產(chǎn)量都顯著降低，主要是由于有效株數(shù)的降低所引起的。玉米和大豆產(chǎn)量變化趨勢(shì)與其有效株數(shù)一致；單一玉米或大豆適量減少氮肥對(duì)兩作物主要生長(zhǎng)性狀、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益均無(wú)顯著影響，可實(shí)現(xiàn)氮肥減量增效[23-25]。本研究也側(cè)面證明了這一點(diǎn)，在減肥量20%的情況下，玉米和大豆的產(chǎn)量減少都沒有顯著性差異。生殖生長(zhǎng)后期固氮能力有利于套作大豆籽粒蛋白質(zhì)的積累[5]，大豆的這種固氮效應(yīng)有利于自身作物的生產(chǎn)。

表4 不同處理下的大豆光合特性

玉米-大豆間套作下田間小氣候也會(huì)發(fā)生變化。杜青等[26]研究表明，大豆間套作玉米模式下的生育后期，間套作大豆的中下層的透光率顯著高于單作，行間溫度、相對(duì)濕度和CO2濃度均低于單作，大豆行間微環(huán)境優(yōu)于單作，有利于大豆生殖生長(zhǎng)后期莢果的發(fā)育。李盛藍(lán)等[27]研究表明，在玉米-大豆套作系統(tǒng)中，不同的空間配置下玉米會(huì)對(duì)大豆造成不同程度的蔭蔽，從而改變大豆葉片的光合特性和葉脈、氣孔特征，大豆冠層光環(huán)境、葉脈和氣孔特征的變化會(huì)影響大豆的光合能力，但不同耐蔭性大豆品種的葉脈、氣孔特征對(duì)蔭蔽的響應(yīng)存在差異。同時(shí)，玉米-大豆共生期間，不同處理間大豆LAI、干物質(zhì)重、葉片Pn、葉綠素呈顯著差異，且均顯著低于單作[28]。本研究表明，不同處理下大豆的LAI、干物質(zhì)重、葉片Pn和SPAD值有差異，處理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N的SPAD值和葉片光合速率均顯著低于單作，但減肥前后比較，除LAI指標(biāo)外，干物質(zhì)重、葉片Pn和SPAD值沒有顯著差異。

本試驗(yàn)只是在2020—2021年氣候及單一品種下進(jìn)行的，有關(guān)不同年型及不同品種對(duì)于玉米大豆間作的影響，比如玉米-大豆間作生產(chǎn)中的品種最優(yōu)搭配等還需要進(jìn)一步研究，同時(shí)機(jī)械精準(zhǔn)配套、除草劑管理方式等細(xì)節(jié)問題，需要逐步、盡快研究解決。

4 結(jié)論

本研究根據(jù)河南玉米-大豆生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)帶寬3.4 m的處理2/4J(2/4N)和帶寬4.6 m的4/4J(4/4N)處理，減氮20%不減產(chǎn)，有助于環(huán)境友好，并可以實(shí)現(xiàn)玉米-大豆間作條件下玉米不減產(chǎn)多收一季大豆的目的，且2/4N處理優(yōu)于其他間作處理。