糯紅高粱-大豆間作對(duì)鮮大豆農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟(jì)效益的影響研究

（宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱薯類(lèi)研究所，四川 宜賓 644000）

【研究意義】當(dāng)前世界農(nóng)業(yè)面臨可利用資源不斷減少、生態(tài)環(huán)境日益破壞、農(nóng)業(yè)災(zāi)害頻繁發(fā)生等嚴(yán)重生態(tài)問(wèn)題，糧食產(chǎn)量及安全受到巨大威脅，亟待采取有效對(duì)策和措施［1-2］。為提高糧食產(chǎn)量及品質(zhì)，專(zhuān)家通過(guò)培育新品種提高種子質(zhì)量，采用不同栽培措施改善作物生長(zhǎng)環(huán)境。其中，間套作是一種高效的種植模式，系統(tǒng)中兩種作物之間會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)空差異，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，改善土壤，提高土地當(dāng)量比，從而提高周年作物產(chǎn)量［3-9］?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】研究表明，與單作模式相比，玉米-大豆間作、小麥/大豆套作和亞麻/大豆套作的土地利用率都有較大幅度提高，且土地當(dāng)量比率均大于1，單位面積產(chǎn)量分別較單作模式增加1.28、1.48、1.55倍，有助于實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收［10］。有學(xué)者通過(guò)對(duì)高粱/大豆套作種植模式研究發(fā)現(xiàn)，該模式可有效增強(qiáng)高粱抗病能力、改善品質(zhì)，提高周年產(chǎn)量，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益，增加農(nóng)戶(hù)收入［11-13］。間套作大豆產(chǎn)量形成除受自身品種特性（耐蔭性、結(jié)莢習(xí)性）、密度等因素影響外，田間配置結(jié)構(gòu)、兩種作物播期等也是影響其產(chǎn)量的重要因素，通過(guò)優(yōu)化田間配置結(jié)構(gòu)、播期、密度等對(duì)改善共生期環(huán)境，緩和作物種間、種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)提高作物周年產(chǎn)量及效益具有重要意義［14-16］。然而鮮大豆間作的研究和應(yīng)用主要集中在沿海地區(qū)，對(duì)于高粱間作鮮大豆在西南地區(qū)研究更是鮮見(jiàn)報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】高粱是我國(guó)釀造工業(yè)的主要原料，享譽(yù)中外的八大名酒均以南方優(yōu)質(zhì)糯紅高粱為主要原材料，需求量逐年增加，同時(shí)我國(guó)大豆生產(chǎn)嚴(yán)重不足，供需矛盾日益嚴(yán)峻。大豆作為豆科作物與其他禾本科作物間套作，對(duì)提高糧食生產(chǎn)的可持續(xù)性以及糧食安全具有重要意義。因此，本文通過(guò)對(duì)糯紅高粱間作鮮大豆模式下鮮大豆農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行客觀(guān)分析?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】結(jié)合該地區(qū)主栽作物，充分利用有限的土地資源、光熱資源等，發(fā)展高效多熟制種植，為緩解該地區(qū)釀酒糯紅高粱原材料短缺的問(wèn)題和鮮大豆供需矛盾提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在四川省宜賓市南溪區(qū)大觀(guān)鎮(zhèn)宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院大觀(guān)科研基地（28°58′18″N、104°54′52″E）進(jìn)行。供試糯紅高粱品種為宜糯紅3號(hào)，由四川省宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱薯類(lèi)研究所提供；大豆品種為川豆16，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)方法

采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)2 行糯紅高粱2 行大豆間作（A1）、2 行糯紅高粱4行大豆間作（A2）、大豆凈作（對(duì)照，A3）3 種栽培模式，3 次重復(fù)。小區(qū)面積31.2 m2。凈作、間作體系下高粱與大豆的種植密度一致，均為9.0 萬(wàn)株/hm2。大豆凈作采用等行距種植，行距52 cm、穴距43 cm、穴留2 株。糯紅高粱大豆間作體系下，連續(xù)種4 帶，帶長(zhǎng)6 m、帶寬1.3 m，糯紅高粱、大豆2︰2 寬窄行種植，糯紅高粱寬行80 cm，窄行50 cm，糯紅高粱寬行內(nèi)種2行大豆，大豆行距20 cm，糯紅高粱與大豆間距30 cm，大豆穴距34 cm，糯紅高粱穴距34 cm，糯紅高粱穴留2 株，大豆穴留2 株；糯紅高粱、大豆2︰4 寬窄行種植，糯紅高粱寬行210 cm、窄行50 cm，糯紅高粱寬行內(nèi)種4 行大豆，大豆行距50 cm，糯紅高粱與大豆間距55 cm，大豆穴距34 cm，糯紅高粱穴距17 cm，糯紅高粱穴留2株，大豆穴留2 株，各處理田間種植方式見(jiàn)圖1。2019 年，糯紅高粱4 月24 日播種，8 月2 日收獲；大豆4 月24 日播種，8 月5 日收獲鮮食大豆。栽培措施同一般大田生產(chǎn)，整個(gè)生育期管理水平均勻一致。根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)行情，對(duì)不同間作體系下物質(zhì)成本和用工投入進(jìn)行調(diào)查記錄。

圖1 不同種植方式示意圖Fig.1 Diagram of different planting modes

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 植株采集與測(cè)定 在大豆始花期（R1）、盛花期（R2）、始莢期（R3）、盛莢期（R4）、始粒期（R5）、鼓粒期（R6）6 個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期，各小區(qū)隨機(jī)選取10 株調(diào)查株高，用游標(biāo)卡尺測(cè)量第一節(jié)間莖粗（莖粗），從中采取5 株，采用打孔稱(chēng)重法測(cè)定葉面積，把植株所有取樣葉片取下（不包括葉柄和黃葉）稱(chēng)重，按比例取上、中、下各部位葉片，用打孔器分別從距葉梢和葉柄2 cm 處進(jìn)行順次打孔，每片葉片共打孔20 次，并注意避開(kāi)中心葉脈和枯萎部分，所得一定面積S1的葉片稱(chēng)重W1；用下式進(jìn)行換算：

式中，LAI為葉面積指數(shù)，S1為打孔取樣葉面積，W為取樣葉片總重量，W1為打孔取樣面積重量，SL為測(cè)得葉面積，SA為測(cè)得葉面積所代表的土地面積；然后將這5株植株的莖、葉分別裝袋，105 ℃殺青30 min后，繼續(xù)在80 ℃烘至恒重后稱(chēng)量，計(jì)算比葉重（比葉重=葉干重/葉面積）。

1.3.2 產(chǎn)量測(cè)定 大豆R6生長(zhǎng)時(shí)期每小區(qū)選取1帶，小區(qū)實(shí)收鮮豆莢折算實(shí)際產(chǎn)量，調(diào)查每個(gè)小區(qū)大豆植株總數(shù)，并選取每個(gè)小區(qū)中間區(qū)域連續(xù)10株大豆植株進(jìn)行考種，測(cè)定單株莢數(shù)、每莢粒數(shù)及百粒重。糯紅高粱收獲前統(tǒng)計(jì)小區(qū)每行有效株數(shù)，成熟期時(shí)每小區(qū)選取1帶，連取20株考種，測(cè)定穗重、穗粒數(shù)、穗粒重、千粒重。各小區(qū)實(shí)打?qū)嵤?，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。

1.3.3 指標(biāo)計(jì)算 土地當(dāng)量比率（LER）是衡量土地利用效率的指標(biāo)，表示土地資源利用效率。LER參考AI-Dalain的方法計(jì)算：

式中，LER（大豆）、LER（糯紅高粱）分別為大豆和糯紅高粱的相對(duì)土地當(dāng)量比，YP為單位面積間作作物產(chǎn)量，YM為單位面積凈作作物產(chǎn)量。LER＞1，表明間作具有產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)；LER＜1，表明間作無(wú)產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用DPS V.7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和LSD顯著性測(cè)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 糯紅高粱間作鮮大豆體系對(duì)大豆株高的影響

由圖2可知，大豆株高在各處理間表現(xiàn)出一定差異，隨著糯紅高粱和大豆行比的加大，增長(zhǎng)幅度有降低趨勢(shì)。在間作體系中，由于糯紅高粱株高開(kāi)始超過(guò)大豆，大豆受到蔭蔽脅迫逐漸加重，蔽蔭性反應(yīng)導(dǎo)致大豆株高顯著提高，在R1～R3生長(zhǎng)階段，A1、A2栽培模式的增長(zhǎng)幅度較R3～R6生長(zhǎng)階段快；對(duì)于A(yíng)3栽培模式來(lái)說(shuō)，由于大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)的時(shí)間較長(zhǎng)，從開(kāi)花初期到鼓粒后期大豆株高一直呈上升趨勢(shì)，但R3～R6生長(zhǎng)階段的長(zhǎng)幅較R1～R3生長(zhǎng)階段快。A1和A2栽培模式下的各生育期株高均要高于A(yíng)3凈作下的，在R3時(shí)期差距幅度到達(dá)最大，其中A1栽培模式株高為79.69 cm，A2栽培模式株高為71.84 cm，A3凈作下株高為52.64 cm。

圖2 糯紅高粱間作大豆體系下大豆株高比較Fig.2 Comparison of plant height of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.2 糯紅高粱間作大豆體系對(duì)大豆莖粗的影響

莖粗是衡量植物長(zhǎng)勢(shì)的重要指標(biāo)，同一生育期，莖粗值大有利于生長(zhǎng)，反之，不利于生長(zhǎng)。由圖3可知，在R1～R3生長(zhǎng)階段，各處理的莖粗均出現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，在R3～R6生長(zhǎng)階段上升速率減慢。A1、A2栽培模式下由于大豆受到蔭蔽脅迫逐漸加重，蔽蔭性反應(yīng)導(dǎo)致大豆的莖變得細(xì)長(zhǎng)，各生育期莖粗均要低于A(yíng)3凈作，其中A1栽培模式的莖粗均低于A(yíng)2、A3，R6生長(zhǎng)階段，A1栽培模式莖粗最細(xì)，分別較A2和A3栽培模式莖粗小3.3%、10.7%。

2.3 糯紅高粱間作大豆體系對(duì)大豆莖干重的影響

圖3 糯紅高粱間作大豆體系下大豆莖粗比較Fig.3 Comparison of stem diameters of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

圖4 糯紅高粱間作大豆體系下大豆莖干重比較Fig.4 Comparison of stem dry weight of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

由圖4可知，大豆單株莖干重隨生育期逐漸增加。在R1～R3生長(zhǎng)階段莖干重上升速率較慢，在R3～R6生長(zhǎng)階段，各栽培模式的莖干重均出現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。在R1～R3生長(zhǎng)階段各處理莖干重差異不大。但是，在間作體系中，由于后期糯紅高粱迅速生長(zhǎng)，大豆受到蔭蔽脅迫逐漸加重，蔽蔭性反應(yīng)導(dǎo)致大豆長(zhǎng)勢(shì)較弱，對(duì)于A(yíng)3來(lái)說(shuō)R3生長(zhǎng)階段后大豆快速生長(zhǎng)，致使A3凈作大豆單株莖干重大于間作模式下的A1、A2，其中在R6生長(zhǎng)階段變化幅度最大，A3栽培模式下莖干重最大，分別較A1、A2大21.5%、43.9 %。

2.4 糯紅高粱間作大豆體系對(duì)大豆葉面積指數(shù)的影響

由圖5可知，大豆葉面積指數(shù)（LAI）隨著生育時(shí)期的推進(jìn)逐漸增加，A2、A3栽培模式增長(zhǎng)速率要高于A(yíng)1，呈單峰曲線(xiàn)變化?？傮w變化趨勢(shì)為凈作的LAI要高于間作系統(tǒng)，其中A2、A3處理均在R4生長(zhǎng)期達(dá)到峰值，A1處理在R5生長(zhǎng)期達(dá)到峰值，之后下降。達(dá)到峰值時(shí)，A3栽培模式為4.39，分別高于A(yíng)1、A2栽培模式29.6%、11.1%，A2栽培模式的LAI較A1栽培模式提高20.9%。

圖5 糯紅高粱間作大豆模式下大豆葉面積指數(shù)比較Fig.5 Comparison of leaf area index of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.5 糯紅高粱間作大豆體系對(duì)大豆比葉重的影響

由圖6可知，隨著生育期推進(jìn)，大豆比葉重呈單峰曲線(xiàn)變化?？傮w變化趨勢(shì)為凈作的比葉重要高于間作系統(tǒng)，對(duì)于間作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，整個(gè)生育期比葉重的平均值表現(xiàn)為隨間作行比增加而增加。各處理均在R4生長(zhǎng)階段達(dá)到峰值，隨后逐漸下降。達(dá)到峰值后，A3栽培模式的比葉重為6.46 mg/cm2，分別高于A(yíng)1、A2栽培模式32.3%、11.1%，A2栽培模式的比葉重較A1栽培模式提高23.8%。

圖6 糯紅高粱間作大豆體系下大豆比葉重比較Fig.6 Comparison of specific leaf weight of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.6 糯紅高粱間作大豆體系對(duì)大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知，間作栽培模式中單株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、百粒鮮重、產(chǎn)量指標(biāo)都較凈作處理有所降低。其中單株莢數(shù)，各栽培模式間均表現(xiàn)出顯著差異，A1、A2栽培模式較A3栽培模式顯著降低8.0%、19.9%，A2栽培模式較A1栽培模式顯著增加13.1%；對(duì)于每莢粒數(shù)來(lái)說(shuō)，該指標(biāo)主要受遺傳特性控制，因此在不同間作體系中各栽培模式間差異不顯著；對(duì)于百粒鮮重來(lái)說(shuō)，各栽培模式間均表現(xiàn)出顯著差異，A1和A2栽培模式較A3栽培模式顯著降低15.1%、7.7%，A2栽培模式較A1栽培模式顯著增加7.9%；從產(chǎn)量來(lái)看，A1栽培模式較A3顯著降低48.9%，A2栽培模式較A1顯著增加44.7%，A2和A3栽培模式間差異不顯著，但是A3栽培模式較A2產(chǎn)量高7.6%。

表1 糯紅高粱間作大豆體系下大豆產(chǎn)量比較Table 1 Comparison of soybean yield under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.7 糯紅高粱間作大豆體系下產(chǎn)出效果及經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)計(jì)算得出，對(duì)于LER（糯紅高粱）來(lái)說(shuō)，A1較A2栽培模式顯著高32.2%；對(duì)于LER（大豆）來(lái)說(shuō)，A2栽培模式顯著高出A1栽培模式36.6%；整體看來(lái)，A1、A2栽培模式的LER（糯紅高粱+大豆）分別為1.43、1.47，說(shuō)明高粱大豆間作系統(tǒng)具有顯著的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。

不同間作模式產(chǎn)出效果和經(jīng)濟(jì)效益各不相同（表2、表3）。從表2可以看出，在不同間作體系中，對(duì)于糯紅高粱產(chǎn)量來(lái)說(shuō)，A1較A2栽培模式顯著高出39.8%；對(duì)于大豆來(lái)說(shuō)，A1較A3栽培模式顯著降低48.9%，A2與A3栽培模式間差異不顯著；對(duì)于總體產(chǎn)值來(lái)說(shuō)，A3較A1栽培模式顯著低41.5%，A3較A2栽培模式顯著低39.3%。對(duì)不同種植模式經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析（表3）可知，除生產(chǎn)所投入的物質(zhì)成本和人工成本外，A1、A2、A3栽培模式下純收益分別為7937.28、7795.28、5449.68元/hm2。

表2 糯紅高粱間作大豆模式下產(chǎn)出效果比較Table 2 Comparison of output effect under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

表3 糯紅高粱間作大豆模式下經(jīng)濟(jì)效益比較（元/hm2）Table 3 Comparison of economic benefits under glutinous red sorghum and soybean intercropping syetem（yuan/hm2）

3 討論

3.1 糯紅高粱間作大豆體系對(duì)大豆農(nóng)藝性狀的影響

糯紅高粱與大豆間作改變大豆的生長(zhǎng)環(huán)境，尤其是對(duì)光、溫、水等產(chǎn)生了極大影響［6,17-19］，使得大豆農(nóng)藝性狀表現(xiàn)出一定差異性。作物形態(tài)具有可塑性，對(duì)自然環(huán)境的改變會(huì)在形態(tài)上產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)機(jī)制［20-21］。本研究發(fā)現(xiàn)，在高粱-大豆間作模式中，在大豆生殖生長(zhǎng)時(shí)期，大豆受到高稈作物糯紅高粱的蔭蔽后，較凈作表現(xiàn)出株高升高，莖粗、比葉重減小，莖干物質(zhì)積累量和葉面積指數(shù)降低。這與前人在間套作系統(tǒng)中研究結(jié)果一致［4,22-25］。原因主要有兩點(diǎn)：一是在大豆生育前期，受到相鄰高稈作物糯紅高粱的蔭蔽后對(duì)大豆植株生長(zhǎng)造成不利影響；二是在高粱與大豆共生期階段，高粱和大豆的根系對(duì)養(yǎng)分和水分的競(jìng)爭(zhēng)激烈，大豆屬于淺根系作物，糯紅高粱屬于深根系作物，水分及養(yǎng)分的利用存在生態(tài)位差異。大豆處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，使大豆獲得的土壤養(yǎng)分和水分不能滿(mǎn)足大豆生長(zhǎng)的需要，從而限制了大豆植株生長(zhǎng)。

3.2 糯紅高粱間作大豆體系對(duì)鮮食大豆產(chǎn)量的影響

大豆單株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、百粒鮮重等產(chǎn)量性狀指標(biāo)與其產(chǎn)量具有一定聯(lián)系［26］。本研究中大豆與高粱間作后，其單株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、百粒鮮重等產(chǎn)量性狀與凈作相比均有所降低，從而導(dǎo)致大豆產(chǎn)量有所降低，這與前人在玉米-大豆間作模式中，玉米對(duì)大豆產(chǎn)生的蔭蔽會(huì)降低大豆單株有效莢數(shù)、有效粒數(shù)及單株產(chǎn)量的研究結(jié)果基本一致［21,27-28］。分析其主要原因：一是糯紅高粱和大豆的共生期較長(zhǎng)，影響了鮮食大豆產(chǎn)量，與前人在玉米大豆帶狀復(fù)合種植的研究發(fā)現(xiàn)，共生期短與大豆產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，反之，呈極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果一致［29］；二是該研究中所選用的大豆品種在間套作中前期物質(zhì)積累量較慢，后期物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)又受到高粱的影響有一定關(guān)系［30］。

3.3 糯紅高粱間作大豆體系的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

間套作體系形成的經(jīng)濟(jì)效益是評(píng)價(jià)間套作體系優(yōu)劣的重要指標(biāo)［5］。糯紅高粱間作大豆模式中大豆產(chǎn)量較凈作相比雖有所降低，但表現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)，其中，A1栽培模式大豆產(chǎn)量均較A2、A3凈作有所降低，但總產(chǎn)值是最高的，有利于其經(jīng)濟(jì)效益提升。在不同大豆間作模式中，間作既能保證該地區(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)。

4 結(jié)論

在間作系統(tǒng)種植模式下，鮮大豆作為間作系統(tǒng)中的低位作物，生長(zhǎng)中后期受高粱遮蔭影響，株高升高，莖粗、比葉重減小，莖干物質(zhì)積累量和葉面積指數(shù)降低，產(chǎn)量性狀指標(biāo)均有所降低，從而導(dǎo)致鮮大豆產(chǎn)量較凈作有所降低；A1栽培模式總體經(jīng)濟(jì)效益高于其他種植模式，群體土地當(dāng)量比達(dá)到1.4以上，且經(jīng)濟(jì)效益最為顯著，增加了農(nóng)民收入。A1間作體系既能滿(mǎn)足對(duì)釀酒原材料的需求，又能緩解該地區(qū)大豆的供需矛盾，是適宜該地區(qū)推廣種植的經(jīng)濟(jì)高效益模式。生產(chǎn)中應(yīng)綜合考慮兩作物種間、種內(nèi)關(guān)系，才能獲得作物高產(chǎn)高效。