“春玉米‖春大豆/夏大豆”群體產(chǎn)量、效益及其種間競(jìng)爭(zhēng)力的評(píng)定

湯復(fù)躍，韋清源，陳文杰，郭小紅，梁 江，陳 淵

(國(guó)家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系南寧綜合試驗(yàn)站/廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物研究所，廣西 南寧 530007)

【研究意義】近年來(lái)，廣西發(fā)展的一年三熟“春玉米‖春大豆/夏大豆”間套作模式，不僅可以增收一季春大豆，而且解決了“春玉米/夏大豆”小型機(jī)械作業(yè)問(wèn)題，具有良好的社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。開展其模式下的產(chǎn)量、效益及玉米、大豆種間作用關(guān)系研究，能夠?yàn)楦玫睦猛茝V間套作優(yōu)勢(shì)提供科學(xué)理論依據(jù)，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和推動(dòng)南方大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著重要意義。【前人研究進(jìn)展】間套作不僅可以提高土地復(fù)種指數(shù)和土地利用效率，而且在產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)、品種改善、病蟲害生物防控、雜草抑制、養(yǎng)分高效吸收利用、水土保持及抗逆風(fēng)險(xiǎn)等方面都表現(xiàn)出單作無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)[1-7]。近年來(lái)，圍繞大豆間套作增產(chǎn)機(jī)理的研究很多，尤其在我國(guó)南方，如華南熱帶亞熱帶多熟制大豆生態(tài)區(qū)[8]，陳文杰等[9]篩選出3個(gè)適宜在甘蔗1.2 m行間間作的春大豆品種，2個(gè)適宜在甘蔗1.0 m行間間作的春大豆品種，湯復(fù)躍等[10]通過(guò)對(duì)不同甘蔗行距間作不同大豆行數(shù)研究表明甘蔗行距1.2 m，不僅提高蔗豆產(chǎn)量，還提高甘蔗田間錘度，并對(duì)大豆蛋白質(zhì)和脂肪含量沒(méi)有顯著影響，湯復(fù)躍等[11]通過(guò)對(duì)木薯—大豆同時(shí)和分期播種，研究表明大豆和木薯在3月25日之前播種，大豆產(chǎn)量、主要農(nóng)藝性狀及間作體系綜合效益較好，湯復(fù)躍等[12-13]篩選出適宜在廣西馬山縣、都安縣和河池金城江區(qū)推廣的“春玉米/夏大豆”夏大豆種植品種，并研究了5種不同“春玉米/夏大豆”種植模式，結(jié)果表明春玉米后期壟上雙行套種夏大豆效果最好。在西南地區(qū)，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)楊文鈺團(tuán)隊(duì)研發(fā)了二年三熟“小麥/玉米/大豆”套作模式，結(jié)果表明大豆與緊湊型玉米套作下其產(chǎn)量顯著高于與半緊湊和松散型玉米套作，玉米始終占據(jù)套作系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)生態(tài)位，大豆處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)；與相應(yīng)單作相比，“小麥/玉米/大豆”套作下能值產(chǎn)出更優(yōu)，更利于大豆籽粒蛋白質(zhì)的積累和大豆莖、莢氮、磷、鉀養(yǎng)分更多地向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，大幅提高磷肥當(dāng)季利用效率，玉米收獲后大豆植株地上部生長(zhǎng)率可提高34.9 %,大豆籽粒產(chǎn)量提高20.3 %，氮素利用效率提高38.5 %，玉米根際土壤真菌、放線菌數(shù)量分別提高25.37 %和8.79 %，大豆根際土壤真菌、放線菌、固氮菌數(shù)量增加，玉米根際土壤蛋白酶、脲酶活性和大豆根際土壤蛋白酶活性均顯著升高[3-6, 14-17]。在西北地區(qū)，“大豆/馬鈴薯”套作體系研究表明，套作系統(tǒng)產(chǎn)量較馬鈴薯、大豆連作和馬鈴薯—大豆輪作分別提高39.39 %～283.98 %和70.81 %；相較于單作，“大豆/馬鈴薯”套作可促進(jìn)氮、磷和鉀養(yǎng)分吸收總量的吸收，顯著提高日照利用率、≥10 ℃溫度利用率、綠色期降水利用率及地面覆蓋期利用率[18-21]。以上間套作模式的研究發(fā)展，快速推動(dòng)了我國(guó)大豆間套作的發(fā)展?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】“春玉米‖春大豆/夏大豆”是近幾年廣西發(fā)展的一種一年三熟新型旱地高效間套作種植模式，該模式集“豆科‖禾本科”間作和“禾本科/豆科”套作2種體系為一體。目前前人研究主要集中在一年一熟、一年二熟和四川的“小麥/玉米/大豆”二年三熟制上，鮮有對(duì)一年三熟大豆玉米間套作體系的研究，對(duì)該模式的增產(chǎn)、增效及種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系尚不清楚?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以“春玉米‖春大豆/夏大豆”體系為對(duì)象，通過(guò)對(duì)間作和套作2種模式集一體的間套作體系產(chǎn)量、效益及對(duì)玉米大豆種間競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行評(píng)定，從而揭示其增產(chǎn)、增效機(jī)理及玉米大豆種間作用關(guān)系，為更好地發(fā)揮其間套作模式優(yōu)勢(shì)及快速推廣利用提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2018年在廣西南寧市廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院明陽(yáng)基地(108°25′E、22°61′N)實(shí)施。土壤為赤紅壤，播種前耕層(0～20 cm)混合土樣pH 7.3，有機(jī)質(zhì)含量14.6 g/kg，全氮含量0.061 %，全磷含量0.120 %，全鉀含量0.230 %，堿解氮含量55.0 mg/kg，有效磷含量10.1 mg/kg，速效鉀含量248.0 mg/kg。

供試春大豆、夏大豆品種選用自主選育的桂春15號(hào)和桂夏7號(hào)，玉米品種選用廣西審定的半緊湊型玉米品種青青500，由廣西青青農(nóng)業(yè)科技有限公司和南寧市正昊農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院聯(lián)合選育，肥料購(gòu)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與種植規(guī)格

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4種種植模式，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)、“春玉米/夏大豆”(A2)2種間套作和“春玉米—夏大豆”(A3)、“春大豆—夏大豆”(A4)2種一年兩熟輪作種植模式，設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2(5 m×4 m)。

1.2.2 種植規(guī)格 A1：采用寬窄行帶狀種植，玉米寬行160 cm，窄行40 cm，玉米寬行中間種3行春大豆，在春大豆收獲后、春玉米收獲前15 d左右原春大豆種植行套種3行夏大豆，春玉米穴距20 cm，每穴留苗1株，春大豆與春玉米行距40 cm，春大豆行距40 cm，春大豆穴距20 cm，每穴留3株，夏大豆與春玉米行距40 cm，夏大豆行距40 cm，夏大豆穴距20 cm，每穴留3株；A2：春玉米單作行距80 cm，株距25 cm，每穴留苗1株，春玉米收獲前15～20 d行間套種2行夏大豆，夏大豆與春玉米間距20 cm，大豆行距40 cm，穴距20 cm，每穴留3株；A3：春玉米單作行距80 cm，株距25 cm，每穴留苗1株，春玉米收獲后單作夏大豆，夏大豆單作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株；A4：春大豆單作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株，春大豆收獲后單作夏大豆，夏大豆單作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株。

春玉米、春大豆于2018年3月15日同時(shí)播種，春大豆于6月18日收獲，春玉米于7月16日收獲；A3夏大豆于7月21日播種，11月10日收獲，A1、A2、A4夏大豆于6月28日播種，于10月20日收獲。

1.2.3 施肥管理 A1：施肥位點(diǎn)位于距玉米距離25 cm處，基肥施用復(fù)合肥(15∶15∶15)300 kg/hm2，氯化鉀(含K 60 %)150 kg/hm2，鈣鎂磷肥(含P 18 %)150 kg/hm2；苗肥施尿素(含N 46 %)150 kg/hm2，復(fù)合肥(15∶15∶15)75 kg/hm2；大啦叭口期施復(fù)合肥(15∶15∶15)375 kg/hm2，夏大豆套種全生育期不施肥。A2：施肥位點(diǎn)位于玉米行溝，其余同A1。A3：玉米單作施肥位點(diǎn)、施肥量等同A2；夏大豆施肥位點(diǎn)位于行溝，基肥施復(fù)合肥(15∶15∶15)225 kg/hm2，追肥于大豆初花期撒施尿素75 kg/hm2。A4：春大豆和夏大豆施肥同處理A3中夏大豆施肥(表1)；其它栽培管理同大田生產(chǎn)。

1.3 取樣與測(cè)定方法

A1：每個(gè)重復(fù)選取一個(gè)寬窄行10 m2，在春玉米、春大豆、夏大豆成熟時(shí)分別測(cè)定其產(chǎn)量；A2：每個(gè)重復(fù)選取中間3行春玉米12 m2和6行夏大豆12 m2分別測(cè)定其產(chǎn)量；A3春玉米、夏大豆測(cè)產(chǎn)同A2；A3大豆測(cè)產(chǎn)同A2中夏大豆測(cè)產(chǎn)。連續(xù)取玉米7株、大豆10株考種，調(diào)查玉米穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重；大豆株高、底莢高、主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和百粒重。

1.4 計(jì)算方法

1.4.1 土地當(dāng)量比(LER) 土地當(dāng)量比(LER)作為衡量產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)的指標(biāo)。

式中，Yi為單位面積內(nèi)復(fù)種農(nóng)田各作物的產(chǎn)量或產(chǎn)值；Yi′為單位面積內(nèi)與復(fù)種相應(yīng)的各作物一熟時(shí)的產(chǎn)量或產(chǎn)值；n為間套作農(nóng)田種植或收獲的次數(shù)；i為間套種的各種作物[18,22]。

1.4.2 種間相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力Ams1=(Aim/Asm)-(Ais1/Ass1)；Ams2=(Aim/Asm)-(Ais2/Ass2)

式中，Ams1和Ams2分別為春玉米相對(duì)于春大豆和夏大豆的競(jìng)爭(zhēng)能力；Aim、Ais1、Ais2分別為春玉米、春大豆、夏大豆在間套作時(shí)的籽粒產(chǎn)量；Asm、Ass1、Ass2分別為春玉米、春大豆、夏大豆在單作時(shí)的產(chǎn)量。Ams1>0或Ams2>0，表明春玉米競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)于春大豆或夏大豆；Ams1<0或Ams2<0，表明春玉米競(jìng)爭(zhēng)能力弱于春大豆或夏大豆[23-24]。

1.4.3 經(jīng)濟(jì)效益 經(jīng)濟(jì)效益=總產(chǎn)值-投入總成本，其中投入總成本包括種子、化肥和勞工費(fèi)用。各項(xiàng)投入和收益均按當(dāng)?shù)禺?dāng)年水平計(jì)算。其中A1種子處理費(fèi)1650 yuan/hm2(春玉米900 yuan/hm2，春大豆375 yuan/hm2，夏大豆375 yuan/hm2)，所需勞工10 d；A2種子處理費(fèi)1650 yuan/hm2(春玉米900 yuan/hm2，夏大豆750 yuan/hm2)，所需勞工8.5 d；A3種子處理費(fèi)同A2，所需勞工9 d；A4種子處理費(fèi)1500 yuan/hm2(春大豆750 yuan/hm2，夏大豆750 yuan/hm2)，所需勞工8.5 d。勞工100 yuan/d，復(fù)合肥(15∶15∶15)2.5 yuan/kg，氯化鉀(含K60 %)2.6 yuan/kg，鈣鎂磷肥(含P18 %)1.8 yuan/kg，尿素(含N46 %)2.0 yuan/kg，大豆收購(gòu)價(jià)5.0 yuan/kg,玉米收購(gòu)價(jià)2.0 yuan/kg。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對(duì)作物農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

2.1.1 對(duì)春大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響 從植株形態(tài)和產(chǎn)量性狀來(lái)看，相對(duì)春大豆單作(A4)，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)套作下春大豆株高增加、底莢高變高、有效分枝減少、百粒重降低，主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和產(chǎn)量顯著減少(表1)。

2.1.2 對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 從植株形態(tài)和產(chǎn)量性狀來(lái)看，玉米株高、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)和行粒數(shù)排序?yàn)椋篈1>A2>A3，穗粗、千粒重和產(chǎn)量排序?yàn)椋篈3>A2>A1，其中A1與A2和A3差異顯著，A2與A3差異不顯著(表2)。說(shuō)明玉米與大豆間套作，玉米株高變高、產(chǎn)量降低，其中“春玉米/夏大豆”模式因玉米大豆共生期只有15 d左右，對(duì)春玉米產(chǎn)量影響較小，減產(chǎn)0.66 %，而“春玉米‖春大豆/夏大豆”模式對(duì)春玉米影響較大，減產(chǎn)9.55 %，但此模式增收一季春大豆。

表1 種植模式對(duì)春大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

注：同列標(biāo)以不同字母的值在處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Values within a column followed by different letters are significantly different atP<0.05. The same as below.

表2 種植模式對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

表3 種植模式夏大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

2.1.3 對(duì)夏大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響 從植株形態(tài)性狀來(lái)看，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)株高、底莢高度低于A2和A4，高于A3，主莖節(jié)數(shù)最少，有效分枝最多(表3)。

從產(chǎn)量性狀來(lái)看，不同種植模式單株有效莢數(shù)和單株粒數(shù)差異不顯著，其中A1高于A2和A3，低于A4；百粒重A1>A2>A4>A3，單產(chǎn)A1>A4>A2>A3，其中A3顯著低于A1、A2和A4。

說(shuō)明夏大豆與春玉米套種，可增加其百粒重，“春玉米‖春大豆/夏大豆”因夏大豆在玉米寬行中套種夏大豆，相對(duì)于“春玉米/夏大豆”光照更好，株高更矮，對(duì)夏大豆生長(zhǎng)更有利。春玉米—夏大豆輪作，因夏大豆播種推遲，廣西秋旱嚴(yán)重，對(duì)夏大豆產(chǎn)量有顯著影響，與前人研究一致[13]。

2.2 不同種植模式的間套作優(yōu)勢(shì)及種間競(jìng)爭(zhēng)力能力差異分析

從土地當(dāng)量比來(lái)看，A1間套作和A2套作2種種植模式相對(duì)于單作，LER均大于1，分別提高了149 %和96 %，即單作需分別增加149 %和96 %的土地面積才能達(dá)到與A1和A2同等的籽粒產(chǎn)量，表明這2種間套作模式可大幅度提高土地復(fù)種指數(shù)和土地利用效率，表現(xiàn)出較好的間套作優(yōu)勢(shì)(表4)。

從種間競(jìng)爭(zhēng)能力角度來(lái)看，2種間套作體系的種間作用關(guān)系不一致。在A1間套作體系中，玉米相對(duì)于春大豆表現(xiàn)出極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(Ams1=0.33)，但后期套作夏大豆，表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)(Ams2<0)，而A2套作體系中，玉米相對(duì)夏大豆表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(Ams2>0)。

2.3 不同種植模式的綜合產(chǎn)量和產(chǎn)出效益比較

從產(chǎn)量角度(表5)來(lái)看，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)種植模式總產(chǎn)量最高，為13 508.5 kg/hm2，顯著高于其它種植模式(6284.5～12 779.5 kg/hm2)，較廣西主栽“春玉米/夏大豆”(A2)模式增產(chǎn)5.70 %，輪作春玉米-夏大豆”(A3)增產(chǎn)8.71 %，而較春大豆-夏大豆輪作”(A4)增產(chǎn)100.59 %，主要是由于玉米產(chǎn)量大幅度高于大豆產(chǎn)量所致。

從產(chǎn)出效益角度來(lái)看，不同種植模式間總產(chǎn)值差異顯著，為：A1>A2>A3>A4；A1和A2間套作模式投入肥料成本低于春玉米—夏大豆輪作模式，說(shuō)明廣西春玉米與夏大豆間套作較其輪作更加綠色環(huán)保；經(jīng)濟(jì)效益A1>A2>A3>A4，除A3和A4差異不顯著，其它不同模式間差異顯著，其中A1較主栽套種模式A2增效3937.5 yuan/hm2，較A3和A4輪作分別增效7346.5和7543.5 yuan/hm2。

表4 2種間套作模式的土地當(dāng)量比和種間相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力

Table 4 Land equivalent ration(LER)and interspecific competitiveness of two intercroppingmodes

模式Modes土地當(dāng)量比LER種間競(jìng)爭(zhēng)力 Interspecific competitivenessAms1Ams2A12.490.33-0.10A21.96/0.07

表5 不同種植模式群體產(chǎn)量和產(chǎn)出效果定量分析

3 討 論

本研究表明，“春玉米‖春大豆/夏大豆”體系春大豆相對(duì)于單作株高變高，產(chǎn)量降低42.02 %，春玉米相對(duì)于春大豆表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(Ams1>0)，與前人研究“玉米‖大豆”時(shí)，大豆株高更易倒伏導(dǎo)致產(chǎn)量降低，玉米競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)于大豆結(jié)果一致[15,25-26]；夏大豆相對(duì)于單作和“春玉米/夏大豆”套作產(chǎn)量增加，相對(duì)于春玉米表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(Ams2<0)，與“春玉米/夏大豆”模式結(jié)果及雍太文等[16]在“麥/玉/豆”體系研究中玉米處于競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)地位，大豆處于劣勢(shì)地位的結(jié)論相反，這可能是由于“春玉米‖春大豆/夏大豆”模式中夏大豆與春玉米寬行套種且共生期較短(15 d左右)有關(guān)；春玉米相對(duì)于單作減產(chǎn)9.55 %，說(shuō)明對(duì)玉米產(chǎn)量有一定影響，但LER分別為2.49和1.96，皆大于1，產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)表現(xiàn)突出，與雍太文等[16]，朱星陶等[27]，朱元?jiǎng)偟萚28]研究玉米—大豆間套作時(shí)結(jié)果一致[16, 27-28]；“春玉米‖春大豆/夏大豆”體系中間作可以依靠春大豆產(chǎn)量的增加彌補(bǔ)由于單位面積內(nèi)種植比例的下降而造成的玉米產(chǎn)量下降，與朱元?jiǎng)偟萚29]研究玉米—大豆間作時(shí)結(jié)果相反，這可能是由于當(dāng)?shù)氐墓鉁貤l件不同，從而導(dǎo)致玉米大豆在時(shí)間、空間生態(tài)位上的互補(bǔ)不一致所致。

“春玉米‖春大豆/夏大豆”群體總產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益明顯高于傳統(tǒng)的“春玉米/夏大豆”套作和輪作模式，且后期免耕套種夏大豆不施肥(依靠吸收春玉米收獲后秸稈還田覆蓋和春大豆收獲后剩余的根部及間作時(shí)殘留的肥料)，較春玉米—夏大豆輪作施肥量減少，生態(tài)效益好，表現(xiàn)出明顯的間套作優(yōu)勢(shì)，是種增產(chǎn)增效的間套作種植模式。

4 結(jié) 論

一年三熟“春玉米‖春大豆/夏大豆”間套作模式可同時(shí)滿足糧食增產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益提振等多目標(biāo)的要求，可在廣西推廣應(yīng)用。