兰州地区玉米/大豆间作模式效益分析

南琴霞 陈光荣 樊廷录 王立明 杨如萍 董博 张国宏 杨桂芳 温健 牛建彪

摘要：2016年在兰州地区不同海拔条件下以玉米/大豆带状复合种植模式为研究对象，对其土地当量比、水分利用效益、肥料利用效益等指标进行评价，结果表明，与单作比较，玉米/大豆复合种植显著提高土地复种指数，具有良好的产出效果，单位面积产量较单作提高了1.59倍；水分利用效益为3.20元/m3，较单作玉米和单作大豆分别增加了59.20%和171.19%； N利用效益为71.55元/kg，较单作玉米和单作大豆分别增加了27.02%和73.18%；P2O5利用效益为107.32元/kg，分别增加了24.07%和94.83%；K2O利用效益为134.15元/ kg，分别增加了19.08%和62.36%。玉米/大豆复合种植实现了土地、劳动力、土壤养分和水热资源在时间和空间上的集约化利用，具有提高土地产出量及可持续利用性的优势，同时能适应机械化作业，显著提高生产效率，适宜在该区域大面积示范推广。

关键词：玉米/大豆复合种植；LER；水分利用效益；肥料利用效益

中图分类号：S513；S565.1 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2017）07-0031-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.07.009

Abstract：In order to quantitatively evaluate the benefits of yield， water and fertilizer， corn cultivar of Jinsui 3 and soybean cultivar of Zhonghuang 30 are used as materials， corn-soybean intercropping system is carried 2016 in different altitudes in Lanzhou city. The result indicates that land use efficiency of corn-soybean intercropping system raised by 59%， compared with monoculture. the benefit of water is 3.20 yuan/m3， which increased by 59.20% and 171.19%， respectively， compared with corn and soybean monoculture； the benefit of N is 71.55 yuan/kg， which increased by 27.02% and 73.18%， respectively； the benefit of P2O5 is 71.55 yuan/ kg， which increased by 24.07% and 94.83%， respectively； the benefit of K2O is 134.15 yuan/kg， which increased by 19.08% and 62.36%， respectively. Corn/soybean intercropping is an effective cultivation method with great ecological and economic benefits. In addition to Labor， soil， heat and water resource intensively utilizing temporally and spatially， this intercropping system could increase the crop yield per unit area greatly， which could be extended at large scale.

Key words：Corn intercropping soybean；LER；Water use efficiency；Fertilizer use efficiency

城鎮化、工业化和生态环境修复的快速推进致使我国耕地面积不断下降，要基本满足粮棉油糖和精饲料需求只有提高土地产出率。间作套种是世界公认的提高土地产出的中华传统农业技术瑰宝[1 - 4 ]。我国粮食主产区长期连作高产高效作物，致使土壤肥力严重下降，而固氮作物大豆与玉米带状间套分带轮作能从生态层面培肥土壤、控制病虫草害和抵御自然灾害，既实现当季高产高效，又能培肥地力，达到耕地的永续利用[5 - 6 ]。肉、蛋、奶及大豆食品对增强国民体质具有不可代替的重要作用，玉米、大豆是世界公认的精饲料之王 [7 ]。

玉米是兰州市主要的粮食作物，种植面积占粮食作物的40%以上[8 ]，但大豆播种面积和总产量较小，远远低于该区域对大豆的需求量[9 ]。玉米/大豆带状复合种植技术充分利用了两种作物在光热水肥上的空间生态位和时间生态位上的差异，实现了玉米、大豆在资源上的时空互补利用，既能促进主要粮食作物玉米的高产，又增种一季大豆，提高了资源利用率和土地生产率，增加了农民收入，是现代农业发展的必然要求。近年来，玉米/大豆高产高效栽培模式在兰州地区逐渐被应用，然而该区域生产条件下尚缺乏有关玉米/大豆模式效益方面的研究。为此，我们应用土地当量比、产量当量等不同量化指标对该种植模式的产出效果进行了分析，并通过测定复合群体耗水量、肥料施用量等指标研究了玉米/大豆间作模式的水分利用效益和养分利用效益，以期为该区域作物高产高效生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2016年分别在甘肃省兰州市皋兰县城关镇明星村（简称皋兰）、榆中县城关镇李家庄（简称榆中）和永登县柳树镇柳树村（简称永登）进行，试验区基本情况见表1。

1.2 试验设计

采用随机区组设计，共3个处理，即玉米间作大豆（M/S）、单作大豆（S）、单作玉米（M），3次重复，小区面积为66 m2。玉米带与大豆带间套种植，幅宽2.2 m，玉米带2行（行间距40 cm），玉米带间种大豆（2行，行间距40 cm），玉米带与大豆带间距为70 cm。4月20玉米、大豆同时播种，玉米、大豆穴距分别为15 cm和13 cm，玉米穴留1株，密度为6万株/hm2，大豆穴留2株，密度为13.5万株/hm2。不施用農家肥，玉米间作大豆施肥量为N 225 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2；玉米单作施肥量为N 180 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2；大豆单作施肥量为N 120 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2。其中N的 40%、K2O的70%、P2O5的100%作为基肥，N的 60%、K2O的30%作为花期追肥。肥水及大田管理同当地生产。

1.3 间作效果定量评价的指标及其计算公式

1.4 调查测定项目

1.4.1 玉米调查测定项目 记载生育时期、生长特性，成熟时每小区取10株进行考种，测定株高、穗位、有效穗数、双穗率，室内测定穗长、秃顶长度、千粒重等，并计算各小区产量。

1.4.2 大豆调查测定项目 记载各品种生育时期、生长特性，成熟时每小区取20株进行考种，测定株高、有效株数，室内测定低荚高度、主茎节数、分枝数、有效荚数、无效荚数、单株粒数、百粒重等，并计算各小区产量。

1.4.3 计算公式 经济效益=总收入-总成本，水分利用效益=经济效益/全生育期耗水量；肥料利用效益=经济效益/全生育期用肥量。其中总收入为收获的经济产量乘以当地平均价格，总成本包括种子、农药、化肥、灌溉、机械作业费及劳务费等，全生育期耗水量概算为全生育期的降水量与灌溉水之和。

1.5 数据分析

用Microsoft Excel和DPS统计软件进行试验数据汇总与统计分析 。

2 结果与分析

2.1 产出效果分析

由表2可知，在同一海拔条件下，不同种植模式之间产量差异显著。玉米单作（M）、大豆单作（S）和玉米/大豆间作（M/S）体系在3个试点平均产量分别为13 049.38 kg/hm2、2 488.52 kg/hm2和 13 449.17 kg/hm2，M/S系统产量与单作M和S相比，分别提高了3.06%和440.45%。不同种植模式在不同海拔条件下系统的产量变化不明显，单作玉米在皋兰、榆中和永登的产量分别为13 974.71 kg/hm2、13 088.47 kg/hm2和12 084.96 kg/hm2，说明随海拔高度的增加玉米产量呈现下降趋势，下降幅度为6.34%～13.52%。单作大豆在皋兰、榆中和永登的产量分别为2 577.33 kg/hm2、2 469.84 kg/hm2和2 418.40 kg/hm2，产量的变化趋势与单作玉米一致，但降幅不大，仅为4.17%～6.17%。玉米/大豆间作系统在皋兰、榆中和永登3个点的产量分别为14 297.17 kg/hm2、13 574.51 kg/hm2和 12 475.84 kg/hm2，也随海拔高度的增加产量下降，降幅为5.06%～12.74%。从土地当量比（LER）角度分析，在不同海拔条件下，与单作玉米或大豆相比，尽管间作玉米和间作大豆产量均降低，降幅分别为9.01%～10.61%和30.03%～32.63%，但玉米/大豆间作模式 LER均大于1，表明该模式可提高土地复种指数和土地利用效率，具有良好的产出效果。

2.2 海拔对玉米农艺性状及产量构成因素的影响

由表3可知，随着海拔高度的增加，玉米生育期逐渐延长，2016年单作和间作玉米在不同生态区均能正常成熟。玉米株高、穗位、穗粒数、千粒重、穗长等指标均随海拔增高而呈现降低的趋势（表3），其中株高和穗位高度变化不明显。单作和间作玉米穗粒数变化幅度分别为5.17%～9.21%和10.8%～14.46%，千粒重变化幅度分别为1.09%～5.99%和5.01%～6.28%，穗长变化幅度分别为3.37%～6.25%和2.05%～3.07%。玉米秃顶长度随海拔高度的增加而增加，增加幅度分别为41.67%～54.54%和6.89%～40.90%。另外，相对于单作玉米，间作玉米的穗粒数、千粒重分别下降了10.87%和5.36%，说明影响间作玉米产量下降的原因是穗粒数和千粒重的下降。

2.3 海拔高度对单作和间作大豆农艺性状及产量构成因素的影响

从表4可以看出，随海拔的升高，单作和间作大豆生育期逐渐延长，变化幅度分别为3.52%～6.51%和1.35%～4.70%。单作和间作大豆株高、底荚高度、分枝数、有效荚数、荚粒数、百粒重均随海拔增高而呈现降低的趋势，其中株高变化幅度分别为4.34%～7.24%和2.81%～8.22%，底荚高度变化幅度分别为12.00%～16.13%和2.81%～8.43%，有效荚数变化幅度分别为7.67%～14.79%和4.27%～5.57%，百粒重变化幅度分别为0.78%～5.78%和4.37%～6.31%。与单作相比，有效荚数和百粒重显著下降，分别下降了32.97%和9.68%，说明影响间作大豆产量下降的主要因子是有效荚数，其次是百粒重。

2.4 不同种植模式的经济效益分析

根据试验数据和测产结果，以及各种农产品及农用生产资料的市价调查结果和机耕劳力折价的情况，计算所得产值、投入及纯收入见表5。随海拔高度升高，各种植系统产值和利润在降低，海拔1 754 m时单作玉米、单作大豆及玉米/大豆间作系统产值分别为22 359.54元/hm2、12 886.65元/hm2和29 006.83元/hm2，利润分别为11 619.54元/hm2、5 401.65元/hm2和17 809.33元/hm2；海拔1 879 m时单作玉米、单作大豆及玉米/大豆间作系统产值比1 754 m降低了6.34%、4.17%和5.61%，利润分别降低了13.52%、6.17%和12.09%；海拔2 032 m时系统产值比1 754 m降低了12.2%、9.95%和9.14%，利润分别降低了26.02%、14.71%和19.69%。在同一海拔条件下，单作玉米、单作大豆和玉米/大豆间作系统产值和利润差异不明显，玉米/大豆间作模式平均产值为27 295.73元/ hm2，较单作玉米和单作大豆产值分别增加了30.73%和119.37%；玉米/大豆间作模式总成本为11 197.5元/hm2，较单作玉米和单作大豆分别增加了4.00%和49.54%；玉米/大豆间作模式纯收益16 098.23元/hm2，较单作玉米和单作大豆分别增加了58.78%和224.72%。

2.5 不同种植模式的水分利用效益分析

由表6可知，玉米/大豆间作模式在不同海拔高度水分利用效益为3.20元/ m3，较单作玉米（2.01元/ m3）和单作大豆（1.18元/m3）分别增加了59.20%和171.19%，水分利用效益均明显增加。

2.6 不同种植模式下的肥料利用效益分析

由表7可知，玉米/大豆间作模式在不同海拔高度的N平均利用效益为71.55元/ kg，较单作玉米（56.33元/ kg）和单作大豆（41.31元/kg）分别增加了27.02%和73.18%；P2O5利用效益為107.32元/ kg，较单作玉米（84.49元/kg）和单作大豆（55.08元/kg）分别增加了24.07%和94.83%；K2O利用效益为134.15元/ kg，较单作玉米（112.66元/ kg）和单作大豆（82.63元/kg）分别增加了19.08%和62.36%。由此可见，玉米间作大豆高效栽培模式肥料利用效益明显增高。

3 小结与讨论

研究结果表明，与单作比较，玉米/大豆复合种植显著提高土地复种指数，提高了土地利用率，具有良好的产出效果，其单位面积产量较单作提高了1.59倍。不同海拔的玉米/大豆间作模式平均水分利用效益为3.20元/ m3，较单作玉米和单作大豆分别增加了59.20%和171.19%；玉米/大豆间作模式N利用效益为71.55元/ kg，较单作玉米和单作大豆分别增加了27.02%和73.18%；P2O5利用效益为107.32元/kg，分别增加了24.07%和94.83%；K2O利用效益为134.15元/ kg，分别增加了19.08%和62.36%。可见，玉米/大豆复合种植实现了土地、劳动力、土壤养分和水热资源在时间和空间上的集约化利用，具有提高土地产出量及可持续利用性的优势，同时能适应机械化作业，显著提高生产效率，适宜在该区域大面积推广。

间套作种植能够有效提高粮食产量和资源利用率，降低农业系统逆境风险和市场风险，增加水土保持能力、提高土壤肥力，抑制病虫草害发生、减少农药使用，起到生态防治的作用，是生态农业与可持续农业发展的主要方向之一[10 - 11 ]。本试验结果表明，玉米间作大豆提高了土地复种指数，提高土地利用率，具有良好的产出效果，其单位面积产量较单作提高了1.59倍。说明该模式既能促进该区主要粮食作物玉米高产，又增种一季大豆，提高了资源利用效率和土地生产率，增加了农民收入，从而实现了资源的可持续利用和农业的可持续发展。

以往研究表明，间套作体系高产量的主要原因是组成作物对于自然资源需求的不同以及间套作会比分别单作能更好促进作物的养分吸收。 Li[12 ]发现，玉/豆间套作相对于玉米单作而言对氮、磷、钾养分的吸收分别增加了65.63%、42.57%和30.44%；黄益宗等[13 ]的报道表明，玉米与大豆间套作条件下，玉米的氮素吸收量往往比其在单作条件下提高很多，其提升率可达 60%～65%，表现出了明显的养分吸收优势。Coll等[14 ]和Liu 等[15 ]发现，间套作能保存水分的主要原因是复合群体较大的叶面积加之土壤中多样化根系减少了水分的流失，增强了水分吸收、转运从而创造比周围环境湿润的小气候[16 - 17 ]。本研究结果表明，在兰州市不同海拔条件下，较单作玉米或大豆，玉米/大豆带状复合种植模式水分利用效益和N、P2O5和K2O养分利用效益显著增加。

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（本文责编：杨 杰）