玉米-大豆間套作對(duì)養(yǎng)分利用及根系影響的研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)S344文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 0517-6611（2025）12-0001-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.10.001開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research Progress onthe Effect of Intercropping Maize and Soybean onNutrient Utilizationand Root System WANGHeng-zhen1，LUOBing-yuan2，ZHUZhen-xuan'etal（1.ShaoyangAcademyofAgricultural Sciences，Shaoyang，Huna 422000;2. Taohuaping Street Agricultural Comprehensive Service Center，Longhui County，Shaoyang，Hunan 42299）

AbstractThispaperevies teesearchtrendonmaize-sobeantereroppingathoeandbroad，summaresthtsofinteng patesonutrutilatiotopgtdistrbtiondbanodationddesadstuntasf soybeanintereroping.Researchhasshownthatintercopingmaizeandsobeacansifcantlyincreaseaizeandsoyeanieldspoote nutrientbsortoys，mprovetolddistrtiondpotesanotdulatioaizesoantega improventerspeciesbodiversity，romoteintesieuseflandesoucs，ndissuitableforteurentenviroentofgrainadlndin China.

Key WordsMaize-soybean intercropping;Nutrient utilization;Root form;Root nodule

民以食為天，食的源頭在農(nóng)，農(nóng)業(yè)發(fā)展直接關(guān)系一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)與發(fā)展。我國自古以來就是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，由于人多地少，耕地后備資源匱乏，如何利用有限的土地創(chuàng)造出更多的價(jià)值，促進(jìn)農(nóng)業(yè)更持續(xù)的發(fā)展是今后面臨的一大挑戰(zhàn)[1]。玉米、大豆作為我國重要的農(nóng)作物，長期的爭(zhēng)地矛盾與玉米、大豆安全種植是困擾國家糧油安全的卡脖子難題，導(dǎo)致我國每年的大豆進(jìn)口率高達(dá) 83% ，玉米進(jìn)口也有1.8%^[2] ，因此提高玉米大豆產(chǎn)量是一個(gè)十分緊迫重要的任務(wù)。在《中共中央國務(wù)院關(guān)于做好2022年全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)工作的意見》中特別強(qiáng)調(diào)要穩(wěn)定全年的糧食播種面積和產(chǎn)量，大力實(shí)施大豆和油料產(chǎn)能提升工程，而玉米-大豆復(fù)合種植技術(shù)作為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主推的一項(xiàng)種植技術(shù)，在穩(wěn)定糧食安全方面具有重要意義。

作物產(chǎn)量與養(yǎng)分的吸收利用有直接關(guān)系，養(yǎng)分的吸收利用則與作物根系有著密切的關(guān)系。單一的種植方式已經(jīng)滿足不了當(dāng)下的需求，并且單一的種植方式容易對(duì)土地造成營養(yǎng)偏耗，產(chǎn)生土地肥力減弱等問題，間套作種植模式可以合理分配利用空間資源，有效促進(jìn)光能利用率和土地使用率[3]，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)肥減肥，保護(hù)土地，走綠色可持續(xù)的農(nóng)業(yè)發(fā)展道路，解決單一種植出現(xiàn)的問題。楊雪麗等4研究表明，玉米-大豆復(fù)合種植技術(shù)能有效提高產(chǎn)量，顯著提高根系的生物量、根系活力以及根系酶活性，延緩根系的衰老；采用復(fù)合種植技術(shù)能改變玉米根系形態(tài)，促進(jìn)根系的生長，提高根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而提高作物的產(chǎn)量。Iqbal等[5]研究表明，適當(dāng)?shù)挠衩?大豆間套作模式可以確保作物高產(chǎn)，提高土地當(dāng)量比以及提高作物的養(yǎng)分積累。當(dāng)前形勢(shì)下，我國十分重視玉米大豆復(fù)合種植模式的推廣，該研究從玉米大豆不同復(fù)合模式對(duì)養(yǎng)分的吸收及根系形態(tài)的影響展開系統(tǒng)性研究，綜述了玉米大豆間套作種植模式對(duì)養(yǎng)分吸收利用、根系形態(tài)及根瘤形成的研究進(jìn)展，以期為玉米-大豆復(fù)合種植的發(fā)展和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1玉米大豆復(fù)合種植模式現(xiàn)狀

《中共中央國務(wù)院關(guān)于做好2022年全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)工作的意見》中特別強(qiáng)調(diào)，要集中支持推廣玉米大豆帶狀復(fù)合種植，多個(gè)地區(qū)都已開展玉米大豆帶狀復(fù)合種植，目前關(guān)于玉米大豆帶狀復(fù)合種植已有一套成熟的理論技術(shù)和配套的機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合編制的《全國玉米大豆帶狀復(fù)合種植技術(shù)模式圖》，種植模式研究及實(shí)踐主要分為黃淮海地區(qū)間作模式、西北地區(qū)間作模式、西南地區(qū)套作模式、西南地區(qū)間作模式[6]，見表1。

1.1黃淮海地區(qū)間作種植模式黃淮海地區(qū)間作種植模式主要分布在河北、山東、河南、安徽、江蘇等地，玉米-大豆間作種植模式是將玉米大豆同期播種，共生時(shí)間長于全生育期的1/2。2019年，德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院對(duì)玉米-大豆間作種植技術(shù)進(jìn)行推廣，推廣示范面積約 66.67hm² ，增加純收入3000元 ?hm^2[7] 。在玉米-大豆間作復(fù)合種植模式下，經(jīng)濟(jì)效益有了顯著的提升，既能保證玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益，又能增收一季大豆的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，具有積極的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益協(xié)調(diào)效應(yīng)。并且，采用玉米-大豆間作種植模式有利于大豆根瘤菌的固氮作用，從而起到對(duì)土壤的改良效果，減少了氮肥的使用量，降低了成本[8-9]。

1.2西北地區(qū)間作種植模式西北地區(qū)間作種植模式主要分布在陜西、寧夏、甘肅、青海等地，2022年寧夏玉米-大豆間作復(fù)合種植推廣面積達(dá)5.7萬 hm² ，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定玉米產(chǎn)量，增收一季大豆的要求，實(shí)現(xiàn)增收大豆 750～2325kg/hm^2[10] 。

這種間作種植模式可以集中地利用空間，方便管理，但對(duì)于大豆來說，前期受玉米的影響較小，后期由于玉米植株高度對(duì)大豆的影響較大，因此需要選擇耐陰性的大豆品種。帶狀間作模式最主要的就是種植密度，合理的種植密度才能發(fā)揮間作的優(yōu)勢(shì)，使得光能利用效率最大化[1]。合理的種植密度也有助于玉米大豆之間的協(xié)調(diào)，化解玉米大豆群體間的矛盾，建立一個(gè)良好穩(wěn)定群體結(jié)構(gòu)[12]

1.3西南地區(qū)間套作種植模式西南地區(qū)間套作種植模式主要分布在重慶、四川、貴州、云南等地，并且玉米-大豆帶狀復(fù)合種植技術(shù)是在西南地區(qū)主推的種植模式。僅四川省累計(jì)推廣玉米-大豆帶狀復(fù)合種植面積400萬 hm² ，該模式不僅保證了玉米的產(chǎn)量，而且多增加一季大豆的產(chǎn)量[13]。玉米-大豆套作種植模式是玉米大豆不同期播種，共生時(shí)間短于全生育期的1/2，這種套作模式能夠充分利用時(shí)間和空間，但大豆苗期受共生玉米影響較大，待玉米收獲時(shí)大豆處于凈作狀態(tài)。這種種植模式對(duì)大豆發(fā)育前期會(huì)產(chǎn)生蔭蔽效果，從而需要選擇耐陰且后期恢復(fù)能力強(qiáng)的品種[14]；這種蔭蔽效果會(huì)影響大豆的開花期和結(jié)莢期，從而影響產(chǎn)量，因此大豆品種的選擇和種植密度十分重要[15]。

2玉米-大豆間套作種植模式對(duì)養(yǎng)分利用的影響

玉米大豆分屬于不同的物種，因此玉米大豆之間的養(yǎng)分需求也不相同，大豆具有固氮作用，因此玉米大豆之間具有氮素互補(bǔ)機(jī)制，玉米根系為須根系主要在土層表面分布，以氮、磷養(yǎng)分為主；大豆為主根系分布在土層深處，以磷、鉀養(yǎng)分為主[1]。玉米吸收氮素主要是通過競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制吸收土壤氮素，大豆是通過生物固定作用吸收氮素，土壤中的氮素減少，大豆中的固氮酶活性不被抑制，進(jìn)而提高了大豆的生物固氮作用；大豆從土壤中吸收的氮素減少，進(jìn)而促進(jìn)了玉米吸收土壤中的氮素，兩兩相互促進(jìn)，既節(jié)約了肥料又保持了土壤的肥力，對(duì)可持續(xù)性發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[17-18] 。

2.1玉米-大豆間作對(duì)養(yǎng)分利用的影響 Fu 等[9]的研究表明，玉米大豆間作對(duì)養(yǎng)分吸收有顯著的影響，與單作相比，間作提高了玉米和大豆產(chǎn)量，玉米和大豆籽粒的吸氮量分別比相應(yīng)單作高 2.4% 和 24.4% 。玉米大豆間作有助于改善土壤中的養(yǎng)分管理。AliRaza等[20]研究表明，間作增強(qiáng)了玉米和大豆在植物器官（根、秸稈和種子）中對(duì)氮、磷、鉀的吸收和分布，加速了干物質(zhì)生產(chǎn)。玉米-大豆間作主要利用了大豆與根瘤菌的共生關(guān)系來固定游離態(tài)的氮，增加土壤的氮含量[21]。間作系統(tǒng)顯著改善了土壤的物理特性和水文特性，優(yōu)化了土壤結(jié)構(gòu)，而且間作還改善了土壤養(yǎng)分[22]。當(dāng)玉米與大豆結(jié)合時(shí)，土壤中酸性磷酸酶活性和土壤微生物活性（以脫氫酶活性衡量）增加，這使得土壤中有機(jī)磷化合物的磷利用率增加，因此玉米-大豆間作可以不依賴于外部磷供應(yīng)，促進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展[23]。王瑞雪等[24]通過對(duì)山原紅壤的研究發(fā)現(xiàn)，玉米大豆間作可以有效提高作物的磷吸收效果，提高了田間速效磷含量，速效磷的含量直接影響作物對(duì)磷的吸收水平，并且玉米大豆間作與施磷水平有顯著的交互作用，從而起到了減肥效果。

2.2玉米-大豆套作對(duì)養(yǎng)分利用的影響研究表明，玉米大豆套作有利于作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高對(duì)養(yǎng)分的利用率，減少作物對(duì)土壤氮的依賴率，節(jié)約資源[25-26]。楊歡等[27]研究表明，玉米大豆套種具有較強(qiáng)的復(fù)合種植優(yōu)勢(shì)，氮、磷、鉀的吸收量分別比玉米大豆凈作高 43.41%，31.00%，21.08% ；并且通過計(jì)算得出土地當(dāng)量比（LER）在1.1以上，說明玉米大豆復(fù)合種植具有較強(qiáng)的產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)。任俊波等[28]研究表明，共生期間玉米土壤中的氮素顯著下降，吸氮量顯著升高；大豆土壤中氮素含量提高，吸氮量下降。這就證實(shí)了玉米大豆套種之間存在互作效應(yīng)，并能刺激大豆根系結(jié)瘤固氮。玉米大豆套作對(duì)于磷養(yǎng)分的吸收有極大的幫助，Zhou等[29]研究表明，與單作相比，間作顯著提高了植物磷利用效率0 45.1% ），原因可能與玉米大豆套作對(duì)光的截留量增加有關(guān)；套作模式下有助于根和莖的互作效應(yīng)，提高資源利用效率。

綜上可知，玉米大豆復(fù)合種植有利于促進(jìn)養(yǎng)分的吸收，增強(qiáng)吸收效果，減少土地礦物資源的消耗。玉米大豆復(fù)合種植有利于促進(jìn)養(yǎng)分吸收的原因在于玉米與大豆根系之間存在一種交互作用，間套作有助于增加土壤中固氮細(xì)菌的豐度，從而提高作物從土壤中吸收氮的能力[30]。玉米利用自身優(yōu)勢(shì)從土壤中吸收養(yǎng)分，大豆和玉米根相互作用顯著增加了大豆結(jié)瘤和玉米黃酮類化合物分泌，共生氮固定增加，減少了肥料的過度使用；此外，間套作可以提高地表的覆蓋范圍，減少土壤的無效蒸發(fā)，從而提高系統(tǒng)的水分利用率[31]玉米大豆復(fù)合種植節(jié)約了土地資源也減少了農(nóng)用化肥的使用，符合當(dāng)下綠色發(fā)展的時(shí)代主題，對(duì)綠色發(fā)展具有重要意義。

3玉米大豆間套作種植模式對(duì)根系的影響

作物根系的分布和交互作用直接影響作物的生產(chǎn)力，玉米根系按生長前后為初生根、次生根、氣生根，次生根是主要的養(yǎng)分吸收根[32]；大豆根系由主根和側(cè)根組成，主根向下生長，側(cè)根向四周伸展形成龐大根系，大豆根部會(huì)生成側(cè)生組織——根瘤[33]。豆科植物與根瘤菌的固氮系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)體系的發(fā)展有著重要作用，但化學(xué)肥料的過度使用導(dǎo)致大豆根系無法結(jié)瘤或結(jié)瘤后固氮能力差[34-36]。根瘤菌在豆科植物的生長中起到至關(guān)重要的作用，根瘤菌與豆科植物根系結(jié)合形成根瘤，根瘤的固氮作用是豆科植物獲取氮素的重要來源。玉米大豆復(fù)合種植對(duì)于大豆根瘤的形成具有促進(jìn)作用，玉米的根系很容易與從枝菌根真菌結(jié)合處于共生狀態(tài)，研究表明，從枝菌根真菌和根瘤菌相互作用有利于根瘤的形成，并且形成的根瘤數(shù)量多、體積小、比表面積大，更加有利于根瘤固氮[37-8] 。

根系是間作復(fù)合模式中對(duì)水分、養(yǎng)分等地下資源的吸收、傳遞、儲(chǔ)存和利用的主要器官。根系是間作系統(tǒng)中作物資源競(jìng)爭(zhēng)和補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵領(lǐng)域，是產(chǎn)量形成的重要貢獻(xiàn)因素[39]。玉米大豆復(fù)合種植可以改善玉米大豆根系的形態(tài)特征，促使2個(gè)根系相互影響，加快養(yǎng)分的吸收。眾多學(xué)者認(rèn)為，作物之間的交互作用以根系的交互作用為主，根系的交互作用對(duì)作物的生長優(yōu)勢(shì)及種間優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要[40-42]。玉米根系發(fā)達(dá)分布廣，不僅在自身區(qū)間分布，還可以分布到大豆區(qū)間，因此兩者的交互作用更加密切[43]。玉米和大豆在這種復(fù)合種植的模式下不僅僅只有競(jìng)爭(zhēng)，它們之間也存在促進(jìn)作用，玉米和大豆的根系交互生長在一起，就擴(kuò)大了它們的共生面積。這樣既改變了土壤周圍的環(huán)境，增加了玉米大豆根系周圍微生物的多樣性，也提高了土壤中有機(jī)物的分解效率，從而促進(jìn)玉米大豆對(duì)養(yǎng)分的利用率[44]。

3.1玉米大豆間作對(duì)根系形態(tài)的影響玉米大豆復(fù)合種植根系之間的交互作用對(duì)作物地上部分的影響至關(guān)重要，陳平等[45]研究表明，玉米大豆間作可以增加玉米根系的分布量，使玉米的根系向大豆區(qū)域擴(kuò)展，尤其在 20～100cm 土層內(nèi)作用明顯。王瑞雪等[4通過將根系進(jìn)行分隔來研究它們之間的交互作用，結(jié)果表明，不分隔根系的玉米大豆對(duì)磷養(yǎng)分吸收以及生物量均有所提高，同時(shí)也改變了土壤中活性磷組分。王婷等[47]研究表明，間作可以改善玉米大豆根系的形態(tài)，使根系的分泌量顯著增加，其中，有機(jī)酸和總糖分別增加 28.16% 和 37.21% 。白錄順等[48]的研究也證實(shí)，玉米大豆間作可以促進(jìn)根系之間的交互作用，有利于促進(jìn)根系形態(tài)，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性；其根系密度和根體積比單作分別增加了 14.79% 和 11.74% 。Ren等[49研究表明，間作模式可擴(kuò)大玉米根系在水平和垂直方向的生態(tài)位，根長度密度和根表面積與氮吸收呈正相關(guān)，同時(shí)促進(jìn)玉米根系活力。陳勇等[50通過4年的試驗(yàn)對(duì)比也得出相同的結(jié)論，玉米大豆間作有利于提高大豆根系結(jié)瘤數(shù)、根瘤干重以及固氮能力，并得出春季的結(jié)瘤數(shù)和根瘤干重要高于秋季，固氮效率則相反。張曉娜等[51]研究表明，與玉米-花生間作相比，玉米-大豆間作模式的增氮效果較好，根瘤數(shù)量也有顯著增加。

3.2玉米大豆套作對(duì)根系形態(tài)的影響合理的套作有利于玉米和大豆根系的發(fā)育，任俊波等[28研究表明，合理的種間距離套作有利于提高土壤中氧氣和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，擴(kuò)大套作玉米根系的分布范圍，增加了向大豆區(qū)域的分布，根系呈現(xiàn)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，而大豆在前期處于蔭蔽狀態(tài)，根系發(fā)育較弱，等玉米收獲后大豆根系體積恢復(fù)，高于單作。Peng等[52]研究表明，玉米大豆套作能重塑根系結(jié)構(gòu)，優(yōu)化作物根系空間分布，實(shí)現(xiàn)更高的土地生產(chǎn)力。Zheng等[53]研究表明，與單一栽培相比，玉米和大豆的氮吸收量分別顯著提高了 61.6% 和 31.8% ；帶狀套作系統(tǒng)中，玉米和大豆根系分布不對(duì)稱，玉米和大豆的根長密度和根表面積密度均顯著高于單作。雍太文等[54]研究表明，玉米大豆套種可以有效改善大豆結(jié)瘤、固氮能力，提高大根瘤的理化性狀。劉文鈺等[55]通過田間試驗(yàn)得出，玉米大豆套種有利于提高大豆根系結(jié)瘤和根瘤固氮能力，尤其在生殖生長期，大豆根瘤數(shù)和根瘤干重都持續(xù)上升。肖特等[56]研究表明，在套作系統(tǒng)中，玉米表現(xiàn)為優(yōu)勢(shì)種，促進(jìn)了玉米、大豆根系的生長和分布，增大了玉米、大豆根系長度、密度，提高了農(nóng)田土地生產(chǎn)力，玉米生物產(chǎn)量明顯上升。

綜上所述，玉米大豆復(fù)合種植主要是利用兩者根系的交互作用來改善各自的根系形態(tài)，改善根系分布范圍、根系生物量、密度、根體積等，促進(jìn)根系分泌物含量的增加；進(jìn)而促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，它的存在有利于土壤保持水分、養(yǎng)分及保證微生物活性，有利于作物的正常生長。這種互作效果得益于禾本科和豆科根系特點(diǎn)，玉米需要大量氮素以供生長、增產(chǎn)，而豆科植物在氮素缺乏時(shí)更利于結(jié)瘤固氮，這種生態(tài)位的分離降低了種間競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)了養(yǎng)分的分配，提高了養(yǎng)分的利用，提高農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性。玉米大豆的復(fù)合種植對(duì)于大豆根系結(jié)瘤、固氮有顯著的促進(jìn)作用，但這需要合理的行間距和合理的氮肥施用量。也有研究表明，玉米大豆復(fù)合種植降低了結(jié)瘤數(shù)量以及根瘤的干重，認(rèn)為出現(xiàn)這種結(jié)果是由玉米對(duì)大豆產(chǎn)生的蔭蔽效果和過量的氮肥造成的，同時(shí)也認(rèn)為解除蔭蔽效果會(huì)使根瘤菌數(shù)量迅速增加，試驗(yàn)中大豆后期固氮能力的提高和土地等效比例提高也證實(shí)了這一點(diǎn)[57-58] 。

4展望

我國大豆需求量持續(xù)增長，每年從國外的進(jìn)口占比達(dá)83% ，這嚴(yán)重影響了我國大豆種業(yè)發(fā)展，大豆供給安全與耕地爭(zhēng)用矛盾成為我國糧油安全領(lǐng)域的“卡脖子”難題。玉米大豆間套作可以提高種間生物多樣性，有利于集約利用土地資源，適合我國當(dāng)前糧與地的大環(huán)境，間套作技術(shù)是我國農(nóng)業(yè)上優(yōu)秀的傳承，是農(nóng)業(yè)技術(shù)的瑰寶，對(duì)中華民族繁衍和發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。從目前的研究來看，玉米大豆間套作種植能顯著提高作物產(chǎn)量，但在接下來的研究工作中還需要加強(qiáng)以下方面： ① 加強(qiáng)玉米大豆對(duì)養(yǎng)分吸收的影響研究，探索提高養(yǎng)分利用率的方法，對(duì)碳循環(huán)、氮循環(huán)和磷循環(huán)進(jìn)行深人研究，為提高養(yǎng)分利用率，保持土地肥力，走綠色土壤道路提供科學(xué)的理論依據(jù)； ② 加強(qiáng)對(duì)大豆根系和玉米根系互作機(jī)理的研究，通過定向標(biāo)記、定向追蹤，在分子水平層面進(jìn)行研究，為提高玉米大豆根系的互作效應(yīng)提供依據(jù)； ③ 理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)理論的應(yīng)用，發(fā)展利用間套作種植模式，助力我國的“綠色農(nóng)業(yè)”和土地的可持續(xù)發(fā)展。

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