趙小光，趙興忠，劉顥萌，肖金平，張 璞，張雅蕾，王麗萍

（1陜西省雜交油菜研究中心，陜西楊凌 712100；2楊陵區(qū)高級(jí)中學(xué)，陜西楊凌 712100）

0 引言

玉米是中國(guó)第一大糧食作物，2021年全國(guó)玉米總產(chǎn)量為2.725 億t，播種面積達(dá)43.3×106hm2，其總產(chǎn)量和總面積在中國(guó)所有農(nóng)作物中均居首位[1]，同時(shí)，玉米又是畜牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)業(yè)等的重要飼料來(lái)源，在中國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位。大豆是中國(guó)第五大農(nóng)作物和第二大油料作物，也是高蛋白飼料的主要來(lái)源，對(duì)畜牧業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。20 世紀(jì)80 年代，玉米和大豆套種是中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種重要的間作種植模式，有利于農(nóng)產(chǎn)品均衡供給，該間作種植模式對(duì)當(dāng)時(shí)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及均衡供給做出了重要貢獻(xiàn)[2]。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及，大豆相較于玉米等同生態(tài)區(qū)同季作物經(jīng)濟(jì)效益顯著降低，從而導(dǎo)致其種植面積急劇減少[3]。自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)大豆進(jìn)口量持續(xù)攀升，對(duì)國(guó)際大豆市場(chǎng)的依存度不斷增加。盡管中國(guó)大豆產(chǎn)量近3年呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，2021 年大豆總產(chǎn)為1640 萬(wàn)t[4]，但是國(guó)內(nèi)大豆供需比例仍然嚴(yán)重失衡，約85%的大豆需要從國(guó)外進(jìn)口，中國(guó)如今已成為全球最大的大豆進(jìn)口國(guó)[5-6]。因此，急需增加中國(guó)大豆的種植面積和總產(chǎn)量，近幾年國(guó)家層面推出一系列新舉措，通過(guò)多途徑促進(jìn)大豆產(chǎn)業(yè)的振興。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司會(huì)同全國(guó)農(nóng)技中心和四川農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆研究人員，對(duì)原有的玉米大豆間作技術(shù)進(jìn)行了改良和創(chuàng)新，提出開(kāi)展大豆玉米帶狀復(fù)合種植是貫徹落實(shí)國(guó)家糧食安全的重要措施，是增加大豆生產(chǎn)的有效途徑，很大程度上推動(dòng)了國(guó)內(nèi)玉米大豆間作新農(nóng)藝與大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

近年來(lái)，隨著全球環(huán)境惡化和糧食危機(jī)等問(wèn)題的加劇，一些傳統(tǒng)種植模式再次引起農(nóng)業(yè)科研人員的廣泛關(guān)注[7]。間作模式是指在同一塊土地上，根據(jù)一定行數(shù)比例，在同一時(shí)期以成行或成帶（多行）的形式種植2 種或以上相似生長(zhǎng)期的作物[8]。通過(guò)不同作物間作能夠協(xié)調(diào)作物間競(jìng)爭(zhēng)與互補(bǔ)關(guān)系，從而高效利用光能和水分[9-10]、改善土壤肥力[11]、提高土地資源利用效率[12-13]，在等同的土地面積上提高群體總產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[14-15]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)已有的100多種不同作物間作組合中，70%的組合都含有豆科作物，而禾本科與豆科間作是中國(guó)常見(jiàn)的種植模式，實(shí)際應(yīng)用范圍最為廣泛[16]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于玉米和大豆間作的研究重點(diǎn)主要集中在栽培技術(shù)的優(yōu)化和產(chǎn)量的提升上[17-20]，對(duì)大豆的具體性狀研究較少。在開(kāi)展間作模式下大豆各性狀的研究時(shí)，僅僅針對(duì)農(nóng)藝性狀[21]、品質(zhì)性狀[22]、產(chǎn)量性狀[23]等單一或部分性狀進(jìn)行分析，未能從整體上進(jìn)行綜合的分析，可能導(dǎo)致篩選出的間作大豆品種出現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)不能同步提升的情況，影響間作模式的推廣。因此，本研究選取7 個(gè)大豆品種開(kāi)展玉米大豆間作試驗(yàn)，研究間作后大豆的農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀和產(chǎn)量性狀變化規(guī)律，評(píng)價(jià)大豆品種的豐產(chǎn)性與適應(yīng)性，對(duì)陜西關(guān)中地區(qū)玉米大豆間作模式下大豆品種的選用，發(fā)揮玉米大豆間作模式下大豆品種的增產(chǎn)潛力具有重要指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

大豆品種分別為‘秦豆8 號(hào)’(QD8)、‘秦豆2014’(QD2014)、‘ 秦 豆2017’(QD2017)、‘ 秦 豆2018’(QD2018)、‘安豆203’(AD203)、‘圣育6 號(hào)’(SY6)、‘華豆10號(hào)’(HD10)。秦豆系列品種由陜西省雜交油菜研究中心提供，‘AD203’、‘SY6’、‘HD10’及玉米品種‘陜單650’(SD650)由陜西楊凌秦豐種業(yè)股份有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)于2021—2022年連續(xù)2年在陜西省楊凌示范區(qū)試驗(yàn)基地進(jìn)行。2021 年6 月12 日同期播種玉米和大豆，2021年10月10日同時(shí)收獲，2022年6月15日同期播種玉米和大豆，2022 年10 月14 日同時(shí)收獲。采取單因素隨機(jī)區(qū)組法種植小區(qū)，每個(gè)大豆品種分別設(shè)玉米大豆間作和大豆單作2 個(gè)處理，另設(shè)玉米單作處理，各處理小區(qū)面積4.8 m×6 m，3次重復(fù)。玉米大豆間作每個(gè)處理種2帶，帶寬2.4 m，帶長(zhǎng)6 m，玉米和大豆播行按2:3種植，玉米行距為40 cm，大豆行距為30 cm，株距均為12 cm，玉米和大豆間距70 cm。玉米單作行距60 cm，株距22 cm，大豆單作行距40 cm，株距13 cm。所有田間管理措施均采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理方法，施肥分別為尿素（含N 46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O514%）和氯化鉀（含K2O 52%），共施純氮240 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 225 kg/hm2。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)

收獲前一周在各小區(qū)隨機(jī)取代表性大豆植株10株，考察株高、結(jié)莢高、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、結(jié)莢密度等農(nóng)藝性狀，取平均數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；大豆成熟時(shí)，每小區(qū)連續(xù)取10 株大豆單株，統(tǒng)計(jì)單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、每莢粒數(shù)和百粒重，然后取平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行單獨(dú)收獲測(cè)產(chǎn)，從混合樣品抽取50 g 大豆種子樣品用于品質(zhì)性狀檢測(cè)，按照GB/T 17376—2008《動(dòng)植物油脂脂肪酸甲酯制備》和GB/T 17377—2008《動(dòng)植物油脂脂肪酸甲脂的氣相色譜分析》規(guī)定的方法測(cè)定大豆脂肪酸組份[24]，利用德國(guó)BRUKER 公司生產(chǎn)的核磁共振儀(NMR)對(duì)粗脂肪進(jìn)行測(cè)定[25]，蛋白質(zhì)含量測(cè)定參照GB/T 144892—2008凱氏定氮法[26]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2010 進(jìn)行初步整理，所有樣品的數(shù)據(jù)按照以上的分類(lèi)方法進(jìn)行歸類(lèi)，然后求平均值，用SPSS 19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式下大豆的農(nóng)藝性狀比較

從表1 可以看出，7 個(gè)大豆品種在間作模式下，株高比單作均有所增高，品種之間差異較大，‘QD8’株高增加了24.8 cm，而‘QD2014’和‘AD203’只增加了1.4 cm，間作的7 個(gè)大豆品種株高比單作平均增加了9.6 cm。結(jié)莢高也表現(xiàn)為間作大豆高于單作大豆，增加的范圍為0.7～6.6 cm，平均增加了2.7 cm。有效分枝數(shù)表現(xiàn)為間作大豆低于單作大豆，7 個(gè)間作大豆的有效分枝數(shù)變化為1.4～2.5個(gè)，單作大豆的有效分枝數(shù)變化為1.5～2.9 個(gè)，間作大豆的有效分枝數(shù)比單作大豆平均少0.5個(gè)。主莖節(jié)數(shù)的變化規(guī)律與有效分枝數(shù)相反，間作大豆的主莖節(jié)數(shù)變化為15.4～19.3 個(gè)，單作大豆的主莖節(jié)數(shù)變化為13.9～17.5 個(gè)，間作大豆的主莖節(jié)數(shù)比單作大豆平均增加1.2 個(gè)。結(jié)莢密度表現(xiàn)為間作大豆小于單作大豆，7 個(gè)間作大豆的結(jié)莢密度變化為0.4～1.2 個(gè)/cm，單作大豆的結(jié)莢密度變化為0.6～1.7 個(gè)/cm，間作大豆的結(jié)莢密度比單作大豆平均少0.3 個(gè)/cm。各大豆品種在間作模式下的生育期均比單作模式延長(zhǎng)，間作大豆生育期比單作大豆平均多了4.1 d。不同種植模式下，農(nóng)藝性狀的差異主要是由于玉米的遮陰造成的，由于玉米植株比大豆高大，大豆為了接收更多的光照，植株向上生長(zhǎng)明顯，從而造成了間作大豆株高、結(jié)莢高度和主莖節(jié)數(shù)增加，而有效分枝數(shù)和結(jié)莢密度降低。在成熟期，葉片不能快速變黃，從而延長(zhǎng)了生育期。

表1 間作和單作模式下大豆的農(nóng)藝性狀

2.2 不同種植模式下大豆的品質(zhì)性狀比較

表2比較了玉米大豆間作和大豆單作模式下大豆品質(zhì)性狀的變化，可以看出，2種種植模式下品質(zhì)性狀的各指標(biāo)在7個(gè)大豆品種中表現(xiàn)出相同的規(guī)律。粗脂肪和蛋白質(zhì)是大豆的重要品質(zhì)性狀，也是審定大豆新品種的主要指標(biāo)。間作模式下大豆的粗脂肪含量均高于單作大豆，高出的范圍為0.15%～1.03%，平均高出0.53%。蛋白質(zhì)含量也表現(xiàn)出相同的規(guī)律，間作模式下大豆的蛋白質(zhì)含量比單作模式高出的范圍為0.06%～2.21%，平均高出0.74%。棕櫚酸和硬脂酸屬于飽和脂肪酸，間作大豆的2 種飽和脂肪酸含量均比單作大豆低，單作大豆的棕櫚酸和硬脂酸分別比間作大豆平均高出0.46%和0.52%。油酸、亞油酸和亞麻酸屬于不飽和脂肪酸，對(duì)人體健康有重要作用。油酸含量在不同種植模式下表現(xiàn)為間作大豆低于單作大豆，而亞油酸和亞麻酸含量則表現(xiàn)為間作大豆高于單作大豆，單作大豆的油酸含量比間作大豆平均高出2.24%，而間作大豆的亞油酸和亞麻酸含量分別比單作大豆平均高出2.11%和0.56%。

表2 間作和單作模式下大豆的品質(zhì)性狀

2.3 不同種植模式下大豆的產(chǎn)量性狀比較

從表3可以看出，7個(gè)品種在間作模式下的單株莢數(shù)比單作模式有明顯的下降，品種之間差異較大，‘QD2017’在間作模式下的單株莢數(shù)比單作模式少了27.2 個(gè)，而‘SY6’在間作模式下的單株莢數(shù)僅比單作模式少1.5個(gè)，7個(gè)品種在間作模式下的單株莢數(shù)比單作模式平均少了11.5個(gè)。單株粒數(shù)也表現(xiàn)出相同的規(guī)律，‘QD2017’在間作模式下的單株粒數(shù)比單作模式少了68.8 個(gè)，而‘AD203’在間作模式下的單株粒數(shù)僅比單作模式少0.5個(gè)，7個(gè)品種在間作模式下的單株粒數(shù)比單作模式平均少了29.5個(gè)。單株粒重是大豆產(chǎn)量的最直接衡量指標(biāo)，從表中可以看出大豆品種在間作模式下的單株粒重均低于單作模式，7 個(gè)品種在間作模式下的單株粒重比單作模式降低的范圍為0.8～14.3 g，平均降低了5.0 g。百粒重在品種之間變化的規(guī)律不一致，‘QD2017’和‘AD203’在間作模式下的百粒重分別比單作模式下降了0.43 g和0.91 g，而其余4個(gè)品種在間作模式下的百粒重分別比單作模式增加了0.68～6.23 g。7 個(gè)品種在間作模式下的每莢粒數(shù)比單作模式均有所下降，下降的范圍為0.1～0.3 個(gè)，平均下降了0.2個(gè)。從上面分析可以看出，間作種植模式對(duì)大豆產(chǎn)量性狀影響比較明顯，除了百粒重在個(gè)別品種上表現(xiàn)為增加，其余產(chǎn)量性狀均有所下降。

表3 間作和單作模式下大豆的產(chǎn)量性狀

2.4 不同種植模式下經(jīng)濟(jì)效益分析

從圖1可以看出，玉米大豆間作后2種作物的產(chǎn)量均有下降，大豆的產(chǎn)量下降較為明顯，7個(gè)大豆品種的間作產(chǎn)量分別為811.20～1638.79 kg/hm2，平均下降了1162.47 kg/hm2?！瓵D203’的產(chǎn)量下降幅度最小，間作模式下的產(chǎn)量比單作模式低了40.71%，‘QD2017’的產(chǎn)量下降幅度最大，間作模式下的產(chǎn)量比單作模式低了62.78%，7 個(gè)大豆品種在間作模式下的產(chǎn)量比單作模式平均低了49.88%。玉米品種‘SD650’在單作和間作模式下的產(chǎn)量分別為10053.45、9242.25 kg/hm2，間作模式的產(chǎn)量?jī)H比單作模式下降了8.07%。從上面分析可以看出，盡管大豆和玉米間作種植后，大豆的產(chǎn)量下降較為明顯，但是玉米產(chǎn)量影響較小，單位面積上2種作物的產(chǎn)量總和比單一種植作物要高，基本達(dá)到了國(guó)家倡導(dǎo)的“玉米不減產(chǎn)，多收一料豆”的種植目的。

圖1 間作和單作模式下大豆和玉米的產(chǎn)量比較

3 結(jié)論

通過(guò)不同種植模式下7 個(gè)大豆品種的農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀和產(chǎn)量性狀的分析，可以得出間作大豆的株高、結(jié)莢高度和主莖節(jié)數(shù)比單作大豆高，但單株莢數(shù)和結(jié)莢密度比單作大豆低，間作大豆的生育期比單作大豆延長(zhǎng)；間作大豆的粗脂肪和蛋白質(zhì)比單作大豆高，間作大豆的硬脂酸和棕櫚酸的含量比單作大豆低，而亞油酸和亞麻酸這兩種不飽和脂肪酸含量則比單作大豆高；間作大豆的單株粒重、單株粒數(shù)、每莢粒數(shù)比單作大豆低；7 個(gè)大豆品種在間作模式下的產(chǎn)量比單作模式平均低49.88%，‘QD2018’在單作和間作2種模式下的產(chǎn)量都分別高于其他大豆品種；百粒重在不同的品種間變化規(guī)律不一致，‘QD2017’和‘AD203’在間作模式下的百粒重分別比單作模式下降，而其余4 個(gè)品種在間作模式下的百粒重分別比單作模式增加。

4 討論

不同作物進(jìn)行間作種植既可以提高土地利用率，還能通過(guò)作物在不同空間的生長(zhǎng)分配有效利用光能，提高單位面積糧食的產(chǎn)量。在目前中國(guó)優(yōu)質(zhì)耕地面積減小的局面下，間作是一項(xiàng)保證糧食穩(wěn)產(chǎn)及增產(chǎn)的有效措施[27]。玉米大豆間作模式是在不影響玉米產(chǎn)量的前提下，通過(guò)在玉米田地套種大豆從而增加大豆種植面積和產(chǎn)量的種植技術(shù)[28]，合理配置玉米和大豆行數(shù)及行距，篩選適合間作的大豆品種，對(duì)玉米大豆間作系統(tǒng)中的作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量構(gòu)成和群體效益均具有重要的作用[29]。

前人研究發(fā)現(xiàn)玉米和大豆進(jìn)行間作后，玉米和大豆的籽粒產(chǎn)量均低于玉米或大豆的單作產(chǎn)量[30-31]，本研究通過(guò)玉米和大豆進(jìn)行帶狀復(fù)合種植，在相同面積的耕地上，玉米產(chǎn)量較單作下降了8%，大豆產(chǎn)量較單作平均下降了50%，與前人結(jié)果一致。而前人的研究中，間作模式下的作物總產(chǎn)主要取決于行大豆和玉米行數(shù)比[32]、水肥供給[33]、光照強(qiáng)度[34]等，合理的間作設(shè)計(jì)可以提高單位面積的總產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)采取玉米和大豆2:3的間作模式，結(jié)果表明7 個(gè)大豆品種和玉米的總產(chǎn)均高于玉米單產(chǎn)或大豆單產(chǎn)，從而提高了單位面積作物的總產(chǎn)量，因此該模式比較適合在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行種植。合理的種植模式，能使間作模式下玉米的實(shí)際種植密度和單作模式保持一致，且玉米和大豆分別利用不同空間高度的光照，能夠保證間作玉米光合能力不受影響；同時(shí)玉米、大豆間作能夠提升玉米對(duì)氮、磷元素的吸收和積累量，所以玉米的產(chǎn)量變化較小。而大豆在生長(zhǎng)后期受到玉米枝葉的遮光影響，光合能力降低以及對(duì)氮、磷吸收量也表現(xiàn)降低[35]，最終7 個(gè)大豆品種的產(chǎn)量下降均比較明顯。分析深層原因，玉米大豆間作模式使得種間競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)及效應(yīng)發(fā)生變化，從而引起產(chǎn)量差異[36]。

玉米大豆間作對(duì)大豆的農(nóng)藝性狀影響較大，由于玉米和大豆的植株高度差異，大豆主要利用低層空間的光照，玉米主要利用中上層的光照。然而在生長(zhǎng)后期，玉米枝葉茂盛，而大豆為了完成灌漿需要獲得更多的光能來(lái)轉(zhuǎn)化能量，所以與玉米競(jìng)爭(zhēng)中層的生長(zhǎng)空間，表現(xiàn)大豆植株的營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)旺盛，分枝較長(zhǎng)，株高、結(jié)莢高度和主莖節(jié)數(shù)均所有增加，這與前人的研究一致[21,33]。由于光能的不足，導(dǎo)致間作大豆的營(yíng)養(yǎng)體雖然變大，但是單株莢數(shù)和結(jié)莢密度比單作大豆有所降低，結(jié)實(shí)率較差；而在產(chǎn)量性狀上，由于受到農(nóng)藝性狀的影響，間作大豆的單株粒重、單株粒數(shù)、每莢粒數(shù)均比單作大豆下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降比較明顯。雖然間作大豆的產(chǎn)量比單作大豆降低，但品質(zhì)性狀卻得到了提高，間作大豆的粗脂肪和蛋白含量均比單作大豆提高。梁英蘭[22]研究發(fā)現(xiàn)，玉米大豆間作后，大豆的蛋白質(zhì)含量提高，脂肪含量降低，兩者之和與單作大豆無(wú)顯著差異。而本研究發(fā)現(xiàn)，間作大豆的蛋白質(zhì)和粗脂肪含量均高于單作大豆，這可能與各自選用的大豆材料特性及種植地域有關(guān)，還需進(jìn)一步研究。間作大豆的飽和脂肪酸的含量比單作大豆降低，而亞油酸和亞麻酸含量則表現(xiàn)為間作大豆高于單作大豆?？梢钥闯觯衩状蠖归g作后，雖然大豆產(chǎn)量有所降低，但是卻收獲了高品質(zhì)的大豆。