不同間套作模式對(duì)大豆農(nóng)藝性狀及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的影響

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(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jià)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(duì)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(yán)重不足，供需矛盾日益嚴(yán)峻[4]。2016年，我國大豆進(jìn)口量達(dá)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(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到當(dāng)?shù)厝藗兊男枨?。因此，利用?dāng)?shù)赝恋亍⒆匀毁Y源以及機(jī)械化等優(yōu)勢(shì)，結(jié)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(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)間差和空間差，使系統(tǒng)產(chǎn)生互補(bǔ)效應(yīng)，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(shì)，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(duì)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(jì)效益上，而對(duì)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(bào)道較少。因此，本研究通過當(dāng)?shù)夭煌魑锱c大豆間套作種植，對(duì)間套作大豆農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行了測定，并對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行客觀分析，為該地區(qū)間套作大豆種植提供相應(yīng)理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在甘肅省河西綠洲灌區(qū)武威市黃羊農(nóng)場進(jìn)行。供試玉米品種為金穗3號(hào)，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(xué)院作物科學(xué)研究所提供；小麥品種為寧春4號(hào)，寧夏永寧縣小麥育種繁殖所提供；亞麻品種為隴亞10號(hào)，甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)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(duì)照，共4個(gè)處理，3次重復(fù)。小區(qū)面積為8.8 m×5 m=44 m2，每個(gè)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(shí)間為4月1日，玉米和大豆播種時(shí)間為4月25日，均適時(shí)收獲。根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鲂星?，?duì)不同種植模式中物質(zhì)成本和用工投入進(jìn)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(jìn)行株高、首節(jié)長和主莖節(jié)數(shù)測定；用游標(biāo)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(duì)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(jì)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(shí)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(dòng)態(tài)的測定

在R2、R4、R6和R8這4個(gè)時(shí)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(jì)小區(qū)每行有效株數(shù)，成熟期時(shí)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(shí)打?qū)嵤眨y(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007軟件統(tǒng)計(jì)處理數(shù)據(jù)，利用DPS V.7.05 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行LSD方差分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間套作模式對(duì)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(duì)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(duì)大豆葉面積指數(shù)和葉片葉綠素相對(duì)含量的影響

葉面積指數(shù)和葉綠素相對(duì)含量（SPAD值）作為植物光合作用的重要指標(biāo)，其大小與植株干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的形成密切相關(guān)。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(shí)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(duì) 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(gè)時(shí)期均顯著低于大豆單作，IWS處理的大豆葉片SPAD值較對(duì)照在2個(gè)時(shí)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(shí)間，彌補(bǔ)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(duì)大豆葉面積指數(shù)和葉綠素相對(duì)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(shí)期大豆地上部干物質(zhì)動(dòng)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(biāo)。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(jìn)程而增加。在R2到R4期干物質(zhì)增長較慢，R6期達(dá)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(duì)大豆的影響程度較大。

2.4 不同間套作模式對(duì)大豆產(chǎn)量構(gòu)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(dǎo)致間套作大豆有效株數(shù)均顯著低于對(duì)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(duì)大豆產(chǎn)量構(gòu)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(duì)大豆地上部干物質(zhì)動(dòng)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(jì)效益分析

不同間套作模式產(chǎn)出效果和經(jīng)濟(jì)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(shí)產(chǎn)與理論產(chǎn)量基本一致。根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰞r(jià)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(duì)不同種植模式經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)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(jì)效益分析Table 5 Economic benefit analysis of different intercropping patterns 萬元·kg-2

3 討論與結(jié)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(biāo)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(xì)，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(huì)對(duì)大豆產(chǎn)生一定的蔭蔽，且在共生期間對(duì)地下部競爭較強(qiáng)。陳光榮等[14]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯套作大豆會(huì)導(dǎo)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(shì)作物增加了氮和磷養(yǎng)分的吸收，其產(chǎn)生邊行優(yōu)勢(shì)的1/3貢獻(xiàn)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(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)均低于對(duì)照，究其原因主要有兩點(diǎn)：一是在大豆生育前期，小麥和胡麻產(chǎn)生的蔭蔽對(duì)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(duì)養(yǎng)分和水分的競爭激烈，大豆處于競爭劣勢(shì)，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(duì)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(fù)程度低，最終大豆表現(xiàn)為植株矮小。

大豆農(nóng)藝性狀指標(biāo)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(guān)關(guān)系[16]。楊春杰等[17]研究表明：在玉米-大豆間作模式中，玉米對(duì)大豆產(chǎn)生的蔭蔽會(huì)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(jié)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(dǎo)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(jìn)大豆各生育時(shí)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(jì)效益是評(píng)價(jià)間套作模式優(yōu)劣的重要指標(biāo)。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(jì)效益系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)；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(jì)效益的提升。就不同種植模式比較而言，經(jīng)濟(jì)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(yīng)。其中，玉米-大豆間作模式經(jīng)濟(jì)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(duì)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(jì)高效益模式。