胡海波,丁素榮,劉迎春,魏云山,王曉磊,康澤然,崔智慧,李 峰,侯建華,劉會(huì)宇,周學(xué)超*

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究所,內(nèi)蒙古赤峰 024031;2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010010;3.赤峰市喀喇沁旗西橋鎮(zhèn)政府,內(nèi)蒙古赤峰 024418)

大豆原產(chǎn)于我國(guó),富含豐富的蛋白有脂肪,年產(chǎn)大豆在1 600萬t左右,而年消費(fèi)量在1.1億t左右。近幾年,我國(guó)大豆總產(chǎn)量有所提高,仍不能滿足日益增長(zhǎng)的大豆需求量,大豆進(jìn)口依存度過高。提高大豆總產(chǎn)量可以通過增加單產(chǎn)和擴(kuò)大種植面積來實(shí)現(xiàn),套作是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華,利用物種互補(bǔ)性,通過增加單位土地的作物產(chǎn)量來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的集約化[1]。在我國(guó)耕地資源有限的情況下,玉米大豆帶狀復(fù)合種植模式通過“選配良種,擴(kuò)間增光,縮株保密”核心技術(shù),可實(shí)現(xiàn)在保證玉米基本不減產(chǎn)的情況下,增加大豆總產(chǎn)量[2]。中央一號(hào)文件連續(xù)多年指出,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[3]?，F(xiàn)階段,受耕地資源限制,可以通過間套作種植模式來提高復(fù)種指數(shù),從而擴(kuò)大大豆種植面積,增加大豆產(chǎn)量。大量研究表明,玉米-大豆間套作種植通過改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)及田間小氣候,提高光能利用率和光合速率,增加干物質(zhì)積累,從而獲得產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)[4-7]。

大豆為喜光作物,在大豆干物質(zhì)中,光合產(chǎn)物積累占 91.31%。然而,在玉米-大豆間作種植模式中,大豆處于光能截獲的劣勢(shì),高位作物玉米對(duì)低位作物大豆的遮陰使大豆植株凈光合速率下降,從而導(dǎo)致單株莢數(shù)、粒數(shù)和百粒質(zhì)量降低,最終導(dǎo)致大豆產(chǎn)量下降[8]。不同種植模式下,光照條件不同會(huì)導(dǎo)致大豆生長(zhǎng)發(fā)育不同,玉米的蔭蔽脅迫使大豆莖稈細(xì)弱、發(fā)生倒伏而影響產(chǎn)量[9]。合理的田間配置能夠減少?gòu)?qiáng)勢(shì)作物對(duì)弱勢(shì)作物的影響,使作物產(chǎn)量的潛能得到充分發(fā)揮。通過改變作物間套作的帶寬和密度,可以對(duì)群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,進(jìn)而影響作物群體的光能利用率和干物質(zhì)生產(chǎn)。前人研究表明,間作大豆幅寬的增加有利于大豆光能截獲、提高光合速率、保證干物質(zhì)積累,使大豆有效莢數(shù)和粒數(shù)增加,從而提高大豆產(chǎn)量[10-12]。與單作相比,玉米+大豆套作能促進(jìn)氮肥利用率,降低氮素依賴率,從2012年的75.4% 緩慢下降至69.4%[13]。王敏等[14]研究發(fā)現(xiàn),在德國(guó)北方玉米和大豆間作產(chǎn)量潛力大,間作玉米產(chǎn)量總體很高,葉片發(fā)育良好,可以促進(jìn)光合作用和干物質(zhì)積累。

在不同地區(qū)采取寬窄條帶田間種植方法,充分利用邊行優(yōu)勢(shì),合理地分帶以協(xié)調(diào)大豆-玉米之間對(duì)光照和肥水的需求,是實(shí)現(xiàn)帶狀種植、提高大豆總產(chǎn)量的關(guān)鍵。前人對(duì)玉米大豆復(fù)合種植的帶寬和密度研究多以小區(qū)形式開展,而采用與種植戶相同的大面積模式篩選報(bào)道較少。為了改善大豆生長(zhǎng)環(huán)境,同時(shí)響應(yīng)當(dāng)前大力推行機(jī)械化耕作的趨勢(shì),以探求玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下玉米-大豆田間最佳配置,筆者設(shè)置玉米和大豆不同帶寬和行比,研究不同田間配置對(duì)玉米-大豆生長(zhǎng)及產(chǎn)量特征,分析其經(jīng)濟(jì)效益,以期找到合理的帶寬和密度配置,為玉米-大豆帶狀復(fù)合種植模式下玉米-大豆最優(yōu)配置的確定及推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況試驗(yàn)在赤峰市喀喇沁旗西橋鎮(zhèn)七家村-赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行(41°51′20.56″N,119°5′47″E)。北緯試驗(yàn)區(qū)域的土壤為砂壤土,前茬一致為高粱。

1.2 試驗(yàn)材料供試大豆材料品種為赤豆5號(hào)和東農(nóng)63;玉米品種為宇玉704。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)于2021年4月25日播種,播種時(shí)一次性側(cè)深施。肥料種類為緩控釋復(fù)合肥(27-10-12)和二銨(18-46-0);玉米施肥量為復(fù)合肥600 kg/hm2+二銨150 kg/hm2,大豆施肥量為復(fù)合肥202.5 kg/hm2+二銨52.5 kg/hm2。玉米/大豆復(fù)合種植設(shè)置5個(gè)處理,處理1為4+4模式;處理2為2+4模式;處理3為22(加密)+4模式;處理4為22(加密)+2模式(勻壟50 cm);處理5為22(加密)+2模式(40-60 cm大小壟);對(duì)照為大豆(CK2)、玉米(CK1)清種。

玉米行距50 cm,株距30 cm,種植密度65 340株/hm2;大豆行距50.0 cm,株距8.5 cm,赤豆5號(hào)密度為204 180株/hm2。種植面積玉米0.33 hm2,大豆1.2 hm2,具體見圖1、表1。其中,模式為按照玉米行數(shù)+大豆行數(shù)的方式記錄。帶寬指某一帶玉米或大豆的第1行至相鄰下1帶玉米或大豆的第1行之間的總寬度。行距指相鄰兩行玉米或大豆之間的距離。間距指相鄰玉米和大豆之間的距離。幅寬指玉米或大豆占地總寬度,即玉米或大豆各行距之和+間距的寬度。占地比例指玉米、大豆幅寬占間作帶寬的百分比。密度指玉米、大豆在間作田中的密度。玉米、大豆單種僅填寫行距、株距、密度。

圖1 玉米大豆帶狀復(fù)合種植模式圖Fig.1 Zonal composite planting pattern of corn and soybean

表1 玉米/大豆復(fù)合種植模式比較

1.4 調(diào)查測(cè)定項(xiàng)目

1.4.1玉米調(diào)查測(cè)定項(xiàng)目。生長(zhǎng)過程中記載生育時(shí)期、品種特性。成熟時(shí)每小區(qū)取 10 株進(jìn)行考種。測(cè)定株高、穗位、有效穗數(shù)、雙穗率,室內(nèi)測(cè)定穗長(zhǎng)、禿頂長(zhǎng)度、千粒重等項(xiàng)目,并實(shí)收產(chǎn)量。

1.4.2大豆調(diào)查測(cè)定項(xiàng)目。生長(zhǎng)過程中記載品種生育時(shí)期、品種特性。成熟時(shí)每小區(qū)取20株進(jìn)行考種,測(cè)定株高、有效株數(shù),室內(nèi)測(cè)定底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、有效莢數(shù)、無效莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重等,并實(shí)收產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對(duì)大豆和玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.1.1對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響。由表2可知,不同模式的玉米產(chǎn)量有明顯差異,其中在不同復(fù)合模式處理中,處理4產(chǎn)量最高,但比CK1低20.48%,其余處理比CK1產(chǎn)量低28.78%～56.51%。不同處理產(chǎn)量由高到低依次為CK1>處理4>處理5>處理1>處理3>處理2。

表2 玉米/大豆復(fù)合種植條件下玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素比較

不同的模式對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響變異較大。處理1、2的穗長(zhǎng)與其他處理間差異極顯著,穗粗僅與CK1間差異不顯著,禿尖長(zhǎng)與處理3(東農(nóng)63)間差異極顯著。處理1、2的百粒重、行粒數(shù)間差異不顯著。處理1與處理3(赤豆5號(hào))間穗行數(shù)差異顯著,與其他處理間差異不顯著。單作的產(chǎn)量高于復(fù)合模式且差異極顯著,處理4和5間產(chǎn)量差異不顯著,處理1和2間產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平。

2.1.2對(duì)大豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響。由表3可知,不同處理間大豆產(chǎn)量有差異。各復(fù)合模擬處理中,處理2產(chǎn)量最高,但比CK2低39.12%,其他復(fù)合模式處理比CK2產(chǎn)量低52.82%～72.27%。不同處理大豆產(chǎn)量由高到低排序?yàn)镃K2>處理2>處理3(東農(nóng)63)>處理3(赤豆5號(hào))、處理1>處理5>處理4。

表3 玉米/大豆復(fù)合種植條件下大豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因素比較

從大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素來看,處理2與4間單株莢數(shù)和莢粒數(shù)差異達(dá)極顯著,與處理3(東農(nóng)63)間有顯著差異。除處理4外,其他模式處理的百粒重與CK2間差異達(dá)極顯著,22+2(勻壟)和22+2(40-60 cm)模式間差異不顯著。從產(chǎn)量來看,單作產(chǎn)量與復(fù)合種植模式間差異極顯著,處理2與其他復(fù)合種植模式間產(chǎn)量差異顯著或極顯著。其中,處理4大豆產(chǎn)量最低,與其他處理間差異顯著或極顯著。

2.1.3對(duì)玉米/大豆復(fù)合種植產(chǎn)量的影響。復(fù)合種植下,不同種植模式間產(chǎn)量差異明顯。除22+2(勻壟)模式外,CK1處理產(chǎn)量顯著高于其他模式,居于首位,其次是22+2(勻壟)模式。22+2(勻壟)模式總產(chǎn)量比CK1處理低709.20 kg/hm2,降低了5.15%。

2.2 玉米/大豆復(fù)合種植經(jīng)濟(jì)效益比較

2.2.1成本投入。生產(chǎn)成本包括整地(播前耕地滅茬翻耕、耙平拖耢平整等)、種子、肥料、農(nóng)藥、滴灌、機(jī)械費(fèi)用、田間管理用工等成本投入。物質(zhì)投入以單作玉米CK1較高,最低為單作大豆CK2,兩者相差1 545元/hm2;機(jī)械和人工費(fèi)用以22+4模式、22+2模式最高,單作玉米最低,相差2 490元/hm2。由于試驗(yàn)采用人工除草,單作大豆機(jī)械和人工費(fèi)用比玉米高出675元/hm2,但單作大豆生產(chǎn)成本總和卻低于玉米及復(fù)合種植模式。

2.2.2糧食價(jià)格情況。按秋季當(dāng)?shù)丶Z食價(jià)格玉米2.4元/kg,大豆5.8元/kg計(jì)算。

2.2.3玉米/大豆復(fù)合種植經(jīng)濟(jì)效益。不同處理與CK1的收入比較顯示,僅有22+2(勻壟)模式收入比CK1增加763.80元/hm2,增幅4.52%。其他模式均低于CK1。22+4模式、2+4模式、4+4模式分別比CK1少收入1 007.55、1 280.55、2 060.55元/hm2,減少收入5.77%～11.78%。CK2收入最低,比CK1少收入12 555.00元/hm2。而22+2(勻壟)模式復(fù)合收入顯著高于22+2(40-60 cm)模式。同樣22+4模式(赤豆5號(hào))收入顯著高于22+4模式(東農(nóng)63)。不同模式收入由高到低排序?yàn)?2+2(勻壟)模式>CK1>22+4模式>2+4模式>4+4模式>22+2(40-60 cm)模式>CK2。

2.3 本地區(qū)適宜的玉米/大豆復(fù)合種植模式篩選

2.3.1玉米產(chǎn)量目標(biāo)。玉米產(chǎn)量由高到低排序?yàn)镃K1> 22+2(勻壟)模式>22+2(40-60 cm)模式,產(chǎn)量變化幅度為0、-14.86%、-29.79%,CK1產(chǎn)量為13 775.4 kg/hm2。

2.3.2大豆產(chǎn)量目標(biāo)。大豆產(chǎn)量由高到低排序?yàn)镃K2>22+4模式>2+4模式>4+4模式,產(chǎn)量減少變化幅度0～14.67%,CK2產(chǎn)量為3 506.55 kg/hm2。

2.3.3玉米大豆復(fù)合產(chǎn)量目標(biāo)。玉米大豆復(fù)合產(chǎn)量由高到低排序?yàn)镃K1> 22+2(勻壟)模式>22+2(40-60 cm)模式>22+4模式>4+4模式,產(chǎn)量變化幅度分別為0、-5.15%、-21.05%、-23.85%、-26.91%。

2.3.4復(fù)合收入目標(biāo)。收入由高到低排序?yàn)?2+2(勻壟)模式>CK1>22+4模式>2+4模式>4+4模式,收入變化幅度分別為4.52%、0、-5.77%、-7.05%、-11.78%,CK1收入為17 296.05元/hm2。

綜合糧食總產(chǎn)和效益、大豆產(chǎn)量來看,首選模式為22+4模式,該模式玉米產(chǎn)量比CK1降低43.24%,大豆產(chǎn)量比CK2減少14.67%,而復(fù)合產(chǎn)量比CK1降低23.85%,但其收入比CK1僅低5.77%。22+2(勻壟)模式的效益高于CK1,復(fù)合產(chǎn)量比CK1僅低5.15%,玉米產(chǎn)量比CK1降低14.86%,但大豆產(chǎn)量比CK2減少幅度達(dá)61.86%。此外,22+4模式、22+2(勻壟)模式及2+4模式與CK1在經(jīng)濟(jì)收入方面差異不明顯。

3 結(jié)論與討論

大豆為光敏感型作物,在大豆的總干物質(zhì)中,光合產(chǎn)物積累量占到91.32%,光照對(duì)其整個(gè)生育期生長(zhǎng)發(fā)育影響巨大[15]。而在玉米/大豆間作模式中,大豆處于群體光能截獲的劣勢(shì),高層作物的遮陰是制約大豆增產(chǎn)的主要原因,因此該試驗(yàn)設(shè)置了6個(gè)不同的糧豆種植模式,分析其在不同的蔭蔽條件下,大豆的農(nóng)藝性狀變化及產(chǎn)量指標(biāo)變化,以及玉米和大豆的總經(jīng)濟(jì)系數(shù),結(jié)合勞動(dòng)力成本上升和農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏的實(shí)際,配合機(jī)械化作業(yè)的需求,兼顧玉米、大豆總產(chǎn)和效益,大豆產(chǎn)量較高首選模式為22+4模式。

研究表明,玉米和大豆復(fù)合種植提高了玉米光合速率,但降低了大豆的光能利用率[16]。這與該試驗(yàn)中不同處理間大豆的產(chǎn)量相關(guān)性狀均有所下降趨勢(shì)一致。該試驗(yàn)與前人[17-19]的研究一致,表明相對(duì)于清種大豆和玉米,帶狀復(fù)合種植大豆、玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀均有所下降,這可能是由于帶狀復(fù)合種植玉米行間的空間小、種植密度比清種小,大豆無法獲得生長(zhǎng)所需要的光熱資源,以致帶狀復(fù)合種植大豆較清種光合作用降低,單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和百粒重均減少,產(chǎn)量也有所降低,結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益,最優(yōu)模式為22+2(勻壟)。該試驗(yàn)中,6種不同處理下的單產(chǎn)均低于清種,這與前人[20-21]的研究結(jié)果相反,可能是由于選擇的玉米品種光合效率不夠高、不耐密有關(guān)。

合理的種植行距能顯著改善玉米和大豆植株行間通風(fēng)透光的生長(zhǎng)環(huán)境,促進(jìn)玉米和大豆植株的生長(zhǎng)發(fā)育,獲得更高的生物產(chǎn)量。種植模式對(duì)不同品種作物營(yíng)養(yǎng)器官積累的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)的影響存在差異[22],套種玉米生育后期有寬行光補(bǔ)償效應(yīng),隨著行距的增加,玉米干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)[23]。

糧豆復(fù)合體系內(nèi)作物合理的搭配和組合是其增產(chǎn)的重要保證,共生期體系內(nèi)2種作物必然發(fā)生相互作用,且間套作作物的相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力受環(huán)境影響較大,特定環(huán)境條件下的最佳作物組合及品種搭配并不一定適應(yīng)于所有的種植區(qū)域[24-25]。該試驗(yàn)篩選出的22+4模式是增加大豆總產(chǎn)、適應(yīng)機(jī)械化的最優(yōu)模式,但其總效益低于玉米清種,只考慮經(jīng)濟(jì)效益情況下,最優(yōu)組合為22+2(勻壟),但其玉米、大豆的產(chǎn)量下降幅度較大。該試驗(yàn)研究了內(nèi)蒙古東南部地區(qū)玉米大豆帶狀復(fù)合種植對(duì)玉米和大豆光合生理指標(biāo)以及產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響,對(duì)于臨近的通遼市中國(guó)三大黃金玉米帶推廣糧豆帶狀復(fù)合種植也具有重要的指導(dǎo)意義。為了在推廣該模式時(shí)有穩(wěn)定的表現(xiàn),今后還應(yīng)篩選更適宜的帶狀復(fù)合種植下玉米和大豆品種,并進(jìn)行多年多點(diǎn)試驗(yàn),為該項(xiàng)種植技術(shù)的推廣提供更科學(xué)的依據(jù)。