玉米-大豆间作对作物生长动态及产量的影响

吴 限，魏永霞，2

(1.东北农业大学 水利与建筑学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.农业部农业水资源高效利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030)

玉米-大豆间作对作物生长动态及产量的影响

吴 限1，魏永霞1，2

(1.东北农业大学 水利与建筑学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.农业部农业水资源高效利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030)

大豆、玉米为黑土区主要粮食作物，为了探索该区坡耕地水土保持与节水增产的主要作物种植模式，2013年和2014年在位于东北典型黑土带上的黑龙江省红星农场径流小区内，开展了玉米、大豆、大豆-玉米间作三种农田植被条件下的水土保持与节水增产效应的试验研究。本文仅对三种种植模式的作物生长及产量效应进行探讨。结果表明：间作玉米作物株高、茎粗均大于单作玉米，间作大豆株高、茎粗均低于单作大豆，干物质积累与产量上亦有相同差异。

黑土区；坡耕地；大豆-玉米间作；作物生长动态；产量

间作是生产中应用最广泛的一种多元种植模式，这一模式利用不同物种在空间分布和养分需求等方面的优势互补，使间作系统能更有效地利用各种生长因子(光、水分、各种养分等)来获得产量优势。此外，间作系统在作物病虫害的生物防控、杂草抑制、作物产量和品质的提高，以及减少对栽培环境的负面影响等方面都表现出单作系统所无法比拟的优势[1-6]。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验区选择在位于东北典型黑土带上的黑龙江省北安市红星农场，地处小兴安岭南麓向松嫩平原的过渡地带，为丘陵漫岗地带，属中温带湿润大陆性季风气候。多年平均降水量为553 mm，主要集中在7月—9月份,占全年降雨量的90%左右，其中暴雨降水量占7月—9月份的35%。年平均蒸发量1100～1200 mm，大于等于10℃的有效积温2254.5℃，无霜期约110～115 d。土壤主要以黑土为主，质地黏重，入渗困难。2013年红星农场总耕地面积2.73万hm2，种植大豆0.96万hm2，玉米1.64万hm2。其中一半为丘陵漫岗区，土壤侵蚀模数为1375 t/(km2·a)。

1.2 试验设计

试验于2013年、2014年在红星农场坡耕地上的径流小区内进行，采用顺坡种植，按照作物种类及其种植模式不同，设置3个农田植被处理，分别是大豆、玉米和大豆-玉米间作，2次重复。各径流小区纵向平均坡度均为3°，长20 m，宽5 m，其边界均设置深入地下1 m的隔板；尽量保持各个径流小区除植被条件以外的其他自然条件基本相同。供试作物种类为大豆黑河三号，玉米德美亚1号。间作小区中央三垄植玉米，其余四垄植大豆。

1.3 测定项目和方法

(1)大豆、玉米产量及其构成要素

在不同处理的试验小区分别取9个1 m×1 m采样点(如图1)，收获时，测定各个小区植株数目，用来计算种植密度。玉米考种产量测算包括每株植株的穗数、粒重(g/穗)、穗长(cm)、穗粗(mm)、穗粒数(行×列)、千粒重(g)、产量折合成kg/hm2。大豆亦测定每株大豆分枝数、每株荚数、每株粒数、百粒重(g)，及小区总产量，最后折合成kg/hm2。

图1 小区布置图

(2)大豆、玉米生长动态指标

各生育期测定项目：株高、茎粗、茎节数、鲜重、干重(茎、叶片)、叶面积。测定方法采用，株高：大豆测定从子叶节到主茎顶芽高度，玉米植株分蘖处到穗处根部高度。茎粗：测定根茎处的直径。茎节数：记录子叶节开始至主茎最后一节的总节数。干物质重：在每个生育期随机选取3株有代表性的大豆、玉米植株，用统一布袋承装放入烤箱，在105 ℃下杀青45 min，再在80 ℃下烘干至恒重。

(3)叶面积

不同生育期选取有代表性的大豆和玉米植株，分别测定每个叶片的长、宽(量取叶片的最长、最宽部位)，用下面公式求得单株叶面积：

(1)

式中：L为叶长，cm；B为叶宽，cm；K为校正系数，用求积仪实测面积，再与量取的叶面积相比求得；N为植株叶片系数。

2 结果与分析

2.1 玉米-大豆间作对生长动态的影响

作为作物生长情况最直观的体现——叶面积、株高和干物质积累量是研究作物生长动态的主要研究内容[7]。这些生理指标不但对最终产量有决定性的意义，而且对土壤含水量、田间耗水量、土壤侵蚀量等指标有着直接的影响。在水土保持研究中，生长动态一直是研究的重要组成部分，也是重要的参考数据来源。

2.1.1 玉米-大豆间作对玉米株高的影响

株高是植物的农艺性状之一，是指植株根茎部到顶部之间的距离。很多研究表明，株高对于作物最终产量[7]有着明确的正相关关系[8-9]。但是在具体的测量上，由于具体作物株高的测量方法国内外量取方式不同，这里选用的方法是植株分蘖处到玉米穗处根部距离，用卷尺测量。选取的测量植株为CK1单作玉米小区垄边，即靠近间作小区方向的第一垄，CK2为玉米单作小区垄内第二排。CP1为间作小区玉米垄边，即靠近大豆垄的第一垄玉米，CP2为间作小区内玉米垄第二排。

图2 2013年玉米不同生育期株高变化

由图2可见，在玉米全生育期中的拔节期、抽雄-吐丝期株高增加十分显著。在拔节期选取的各个生长环境的玉米株高相比苗期都增加14倍以上，其中已经可以明显看出间作中的CP1、CP2环境下的玉米株高增长高于单作环境下的CK1、CK2玉米株高。同样是边垄的CP1与CK1玉米相比，在这一时期前者株高比后者高15.2%，而同为内垄的CP2与CK2相比，CP2也有13.5%的株高优势。这是由于此时玉米成长较快，而玉米比大豆在种间竞争中有着明显的优势；相比单作玉米在种间资源竞争作用下，玉米根系发育会在横向和纵向上有明显的增加，这使得玉米对土壤水分的吸收作用有一定的提高；同期大豆也接近开花期，根系发育较快，随之的固氮作用也对玉米的生长有着一定的帮助。抽雄-吐丝期中CP1、CP2相比CK1、CK2生育环境的玉米株高增长3.2%和3.5%。该生育期中单作玉米与间作玉米在株高特征上比例差异减少，数量差异仍然在10 cm左右。这是由于玉米单作在种内竞争，特别是遮光效应的体现中，株高开始增长较快。在最后的灌浆-乳熟生育期中，间作环境下的玉米株高比单作玉米株高平均增加3.5%。间作小区中边垄与内垄的玉米在株高上也有着明显的差异，从整个生育期过程角度来讲，间作边垄株高一直相比内垄有一定的优势，这是由于内垄植株在种群竞争中属于种内竞争因素更多。边垄玉米在享受种间竞争优势的同时，边垄又有较高的直接光照，所以在环境资源的获得中取得优势地位。而单作环境中边垄与内垄环境下玉米株高并没有明显差异。

2014年降雨量比2013年高，在植株生长高峰期降雨量比较集中。由图3对比图2可见，在相同发育环境下，2014年同生育期玉米株高比2013年平均增加4.5%。特别是部分玉米在生育期早期受到出苗不齐等发育问题的影响后，平均株高仍然相比2013年有一定的提高，这说明土壤水分对于玉米株高影响是明显的。边垄间作玉米相比边垄单作玉米在拔节、抽雄-吐丝和灌浆-乳熟生育期株高增加19.3%、8.26%和7.25%，总体上相比同期增加量或年际环比增加量都有很大的提高。CP1环境下玉米株高仍然高于CP2。单作环境中边垄与内垄环境下玉米株高并没有明显差异。

图3 2014年玉米不同生育期株高变化

从上述试验结果可见，间作对于玉米株高发育有促进作用，在水量充沛年份增加幅度明显。有的研究认为，玉米株高在高密度的植株群内会由于遮光效应个体间竞争增加。在本试验表现的结果中可以发现，玉米在和大豆的种间竞争中虽然低矮的大豆无法对玉米形成有效的遮光效应，但是间作玉米也会相对的增加株高，从而促进植株的发育。

2.1.2 玉米-大豆间作对大豆株高的影响

株高对于大豆来说也是影响干物质积累和最终产量的重要影响因素，其中有研究表明北安地区种植大豆，满足株高在80 cm以上，6月—8月降雨量在100 mm以上条件时，才会达到理想的产量[10]。并且作物的株高对控制降雨侵蚀的影响也有一定的作用。在选取测量对象时，和玉米同样选取了间作与单作小区中内垄和边垄的植株。

由图4可见，2013年降雨量水平正常，大豆的株高在每个生育期中都有明显的增长。不同生育环境的大豆苗期株高均在8.7 cm左右，分枝期也没有呈现明显差异变化。从开花期开始间作与单作生育环境的大豆株高出现明显的差异，各生育环境株高由小到大排列依次为CP1、CP2、CK2和CK1。其中单作小区内CK1、CK2环境大豆株高没有明显差异，间作小区内CP1与CP2从分枝期到鼓粒期这四个生育期内，一直有明显的差异。最靠近玉米的CP1环境大豆株高降低最为显著，与CK1环境大豆相比，在开花期、结荚期和鼓粒期株高分别降低5.8%、12.76%和10.84%。具体原因在上文玉米株高中已经分析，这里不再赘述。

图4 2013年大豆不同生育期株高变化

在2013年生育期中遭受了罕见极端大风天气，单作小区部分大豆植株倒伏，幸好在不久后恢复生长，在背地性作用下株高也得以恢复。而同样遭受大风侵害的间作小区大豆并未有出现明显的倒伏情况，间作大豆株高相对较低。

由图5可见，2014年全年降水充沛，温度平稳，有利于大豆生长。由图可见本年度大豆株高整体发育良好，单作环境大豆株高在鼓粒期甚至达到94 cm左右，其中在开花期、结荚期和鼓粒期三个生育期大豆生长最快，间作与单作环境差异也开始体现。间作边垄即CP1(靠近玉米行)与单作边垄即CK2在这三个生育期差异分别为2.87%、4.46%和6.55%。间作环境中CP1与CP2也有一定的差异，差异趋势与2013年大豆相同。和玉米株高差异相反。

图5 2014年大豆不同生育期株高变化

2.1.3 玉米-大豆间作对玉米茎粗的影响

相对于株高来讲，不同环境下和不同年型作物的茎粗变化的绝对数值并不大，为了更好地说明间作与单作模式对玉米茎粗的影响，将不同生育环境下玉米茎粗的实测数据汇入表1。

表1 2013年玉米不同生育期茎粗变化 mm

由表1可见，单作与间作玉米均在拔节期增长最快，在拔节期之后，各耕作模式、生育环境玉米茎粗随时间变化不大，有少量增长。拔节期后边垄与内垄间作玉米茎粗均高于单作玉米，而边垄玉米由于和大豆毗邻，获得较多的种间优势资源，所以茎粗积累比内垄玉米稍高。在整体差异性上来讲，灌浆-乳熟期间作与单作玉米茎粗差异最高达到了9.3%。说明间作模式下的玉米有着更好的抗倒伏性，对最终产量也有积极的影响。

2014年降雨量高于2013年，各模式下玉米株高也有一定增加。由表2可见，茎粗上本年度并没有和上一年有明显的变化。仅在抽雄-吐丝和灌浆-乳熟两个生育期环比有所增加，拔节期单作玉米由于之前提到的出苗率发育问题，茎粗甚至有所下降。而在间作与单作模式的对比中，仍然体现出在间作模式玉米茎粗积累更快，数值更大。灌浆乳熟期间作与单作玉米茎粗差异最高达到了7.8%，而相同生育环境的CP1相比CK1玉米茎粗也提高了7.1%。

表2 2014年玉米不同生育期茎粗变化 mm

2.1.4 玉米-大豆间作对大豆茎粗的影响

从表3可见，2013年间作和单作环境下的大豆茎粗在各生育期均有所增加，在鼓粒期达到最大值。间作中的CP1环境下的大豆在开花期开始茎粗已小于单作环境下的的大豆茎粗，CP2环境大豆茎粗也在结荚期开始明显低于单作大豆。单作方式内部大豆群落茎粗并没有体现差异趋势性。间作方式中，CP1环境下的大豆茎粗从分枝期开始已经低于CP2环境大豆，不过数值差异不大。总体来讲间作与单作大豆的差异性，与玉米相反。

表3 2013年大豆不同生育期茎粗变化 mm

由表4可见，2014年间作与单作模式大豆茎粗、间作内部的边垄与内垄的大豆茎粗发育仍然是间作小于单作、边垄大于内垄的趋势。其中CP1环境大豆茎粗小于CK1达6.5%，CP2和CK2差异也有2.3%。单作内部的边垄与内垄大豆茎粗差异不大，并未体现趋势性，与之前试验结果相同。

表4 2014年大豆不同生育期茎粗变化 mm

2.2 玉米-大豆间作对植株叶面积指数的影响

对于需要利用叶片来进行光合、蒸腾作用的绿色植物来讲，叶面积的大小直接决定了植物的干物质积累能力，影响最终产量[10]，并且影响降雨对土壤的侵蚀作用。一般来讲有植被覆盖率，叶面积指数[11](LAI)，冠层表面积系数[12](CSAC)等描述方式，这里采用比较常用的叶面积指数，有利于比对和研究。表5、表6中除大豆、玉米单作外，将间作小区中的大豆、玉米叶面积指数也按照同等方法换算。

表5 2013年不同种植模式下

由表5、表6可见，2013年与2014年叶面积指数变化具有相同的变化特点。这里选取2014年试验实测资料作为叶面积指数分析数据，可见无论是间作或单作模式中玉米和大豆的叶面积指数均在生育期前半部分高速增长，即玉米的拔节期和大豆的分枝期。在这段时间里作物叶片的快速发育是为了之后光合作用积累干物质而做准备。表中可以看出单作模式中玉米叶面积指数最大值稍高于大豆，而间作模式中玉米叶面积指数远高于间作大豆，在抽雄-吐丝期(开花-结荚)达23.4%，同时也高于单作玉米11.6%。与之前分析结果相符，玉米在间作中的竞争优势在叶面积指数上同样有所体现，同样大豆在间作模式中的表现并没有强于单作。即使如此，在总体叶面积指数绝对数值上，间作模式仍是高于玉米、大豆任何一种作物单作模式。

表6 2014年不同种植模式下

2.3 玉米-大豆间作对作物干物质及产量的影响

干物质是指有机体在充分干燥后留下的有机物的重量，是衡量植物有机物积累，生长发育状态的一个重要指标。并且是测定植物蒸腾效率[13-14]和蒸腾系数[15]等指标的基础参数。表7与表8为2013年、2014年玉米与大豆不同种植模式干物质积累对比。

表7 2013年不同种植模式下大豆、玉米

如表7、表8所示，2013年与2014年间作与单作的玉米和大豆植株在干物质积累上具有相同的特点。大豆植株在开花-结荚期之前，单株植株干物质积累较少，发展较慢。在开花结荚期之后，干物质积累较快。而玉米从拔节期开始干物质就有较快的积累。这是由于玉米这一时期主要干物质分布在茎部[16]，干物质随着玉米株高在这一生育期的迅速增加而增加，而大豆主要的干物质集中在叶片，这一时期大豆的叶片从数量和面积上来讲还没有充分的发育。这一时期无论间作或单作的大豆、玉米植株干物质均增加100%以上。不同模式间作玉米干物质积累高于单作玉米，单作大豆干物质积累则高于间作大豆。以2014年试验实测数据举例：在灌浆-乳熟(鼓粒-乳熟)期间作玉米干物质积累高于单作玉米10.8%，单作大豆比间作大豆干物质积累高6.1%。

表8 2014年不同种植模式下大豆、玉米

作物产量是农业生产直接经济效益的体现，是大豆种粒和玉米种粒的干物质重量。为便于比对，这里各种植模式都换算成kg/hm2。产量上的关系，可以清楚的由图6看出。间作玉米产量高于单作玉米，而间作大豆产量稍低于单作大豆。不同年份上可见2014年整体产量高于2013年。

图6 不同种植模式下玉米及大豆产量

3 结论与讨论

在天然降雨条件下，通过对玉米、大豆、玉米-大豆间作的植被生长动态、干物质积累、产量特征的分析，得出初步结论如下。

(1)间作模式对玉米和大豆植株的生长发育动态有着显著的影响，在间作小区大豆株高、茎粗两种生理指标在大部分生育期都明显低于单作大豆。其中边垄大豆相比内垄大豆有着更低的生长动态指标。而间作对玉米生长发育的影响和大豆相反，间作小区内的玉米在株高、茎粗两种生理指标上都明显高于单作玉米。

(2)间作模式对玉米和大豆植株的叶面积指数也有显著的影响，和单作小区相比差异明显，在抽雄-吐丝期间作玉米叶面积指数高于单作玉米11.6%。种间对比中，同期间作玉米比间作大豆(邻垄)高23.4%

(3)间作玉米产量与干物质积累高于单作玉米，而间作大豆产量与干物质积累稍低于单作大豆。不同年份上可见2014年整体产量高于2013年。

(4)以上结论是根据2013年与2014年实际情况得出的，而天然降雨具有一定的随机性和不确定性，且研究时间较短。故尚需进一步开展不同年型的试验研究。

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Effects of corn soybean intercropping on crop growth dynamics and yield

WU Xian1，WEI Yongxia1,2

(1.WaterConservancyandArchitectureCollege,NortheastAgriculturalUniversity，Harbin150030，China；2.KeyLaboratoryofhighefficiencyutilizationofAgriculturalWaterResourcesMinistryofAgriculture，Harbin150030，China)

t：Soybean and corn are the main crops in black soil region. In order to obtain the crop planting pattern in sloping farmland, the water and soil conservation and increasing production tests are carried out in the runoff plot of Hongxing farm in Heilongjiang province in 2013 and 2014, which located in the northeast typical black soil region. The tests include three cropping patterns, which is corn only, soybean only and soybean-corn intercropping. This paper discusses the crop growth and yield effects of the three cropping patterns only. Conclusions: The plant height and stem diameter of intercropping corn is higher than corn only, while the soybean presents an opposite rules. The dry matter accumulation and yield has the same difference.

black soil region；sloping farmland; soybean-corn intercropping; crop growth dynamics; yield

“十二五”国家科技支撑计划(2014BAD12B01)；国家农业综合开发东北黑土区水土流失综合治理项目

吴 限(1989-)，男，硕士研究生，主要研究方向为坡耕地综合治理理论与技术。E-mail：750999639@qq.com

魏永霞(1961-)，女，教授，博士，博导，主要研究方向为农业水土资源高效利用与保护。E-mail：wyx0915@163.com

S344.2

A

2096-0506(2015)01-0019-06