发展玉豆带状复合种植，保障国家粮食安全

杨文钰，杨峰

导读

发展玉豆带状复合种植，保障国家粮食安全

杨文钰，杨峰

（四川农业大学农学院/四川省作物带状复合种植工程技术研究中心/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室，成都 611130）

农业是国家基础性产业。随着人口的增长、城市的发展、耕地面积的下降、生态环境的日趋恶化，农业正面临严峻的挑战。据《中国的粮食问题》白皮书，至2030年，我国粮食需求总量将达6.4亿吨左右，供需矛盾非常突出。目前，四大粮食作物中小麦、稻谷由净出口转为净进口，玉米产需缺口迅速扩大，大豆缺口巨大。而玉米和大豆属于粮油饲兼用作物，占粮食和饲料粮需求的49%和95%，且两作物争地矛盾是长期困扰我国粮食安全的一大难题。加之，我国农业生产高产出与可持续难以统一，耕地资源持续减少和水资源严重缺乏，寻求一种环境友好、经济可行、土地产出率高的农业可持续发展模式对保障中国粮油安全具有重要的意义。

间套作作为中国传统农业的精华，不仅能够提高耕地复种指数，增加粮食产量，提高农民收入，而且能有效缓解农业高产高投入、养分利用率低、环境污染等问题，结合隔年倒茬，达到轮作效果，适合人多地少的国家，在现代农业发展中起着重要的作用[1-6]。间套作是我国精耕细作农业的重要组成部分，有着悠久的历史。根据史料记载，我国复种制创始于春秋战国时期，已有2 000多年的历史，从战国以后，中国的农业开始走向精耕细作的道路，汉代以后较为普遍地实行连作，魏晋南北朝轮作复种形成制度，到唐宋时期出现了间作套种，明清之后各种形式的间套作模式迅速发展，在当前我国农业生产中占有重要的地位，而且在今后的粮食增产中具有举足轻重的作用[7]。

作物带状复合种植是针对传统间套作中田间配置不合理、低位作物倒伏严重、协同施肥和病虫草害防控技术缺乏等问题，提出“高产出、机械化、可持续”目标的基础上创新发展而来，包括带状间作和带状套作两种类型。带状复合种植基于作物耐密遗传特性和生物学特性差异，构建科学的复合空间布局。宽行空间既为作物提供更多光照、便于机械作业，又突出边际优势，年际间作物交替轮作，形成适合两种作物和谐共生的光照、养分、水分环境。带状复合种植模式缩株增密，充分发挥复合系统的产量、品质潜力，提高光能、养分和水分利用率，土地产出率成倍提高。

目前，我国作物间套作复合种植方式很多，种类分布遍及各省份和地区，总面积约有2 000万hm2[8]，通过中文数据库的检索，20种以上间套作复合种植模式的省份有山东、河南、河北、江苏、湖南、四川、云南、贵州等[9]。按照农业生产区域主要分为以下4大类[10]：（1）东北及北方区域，特征是单一种植为主，间套作潜力巨大，类型主要是玉米-大豆，玉米-花生，玉米-马铃薯，小麦-黍，马铃薯-大豆等间套作；（2）西北区域，主要类型为玉米-马铃薯，玉米-大豆，小麦-玉米，小麦-荞麦，小麦-粟，小麦-烟草和小麦-大豆等间套作；（3）黄淮海区域，主要类型为小麦-玉米，小麦-棉花，玉米-大豆以及小麦-大蒜等间套作；（4）西南区域，主要类型为麦-玉-豆，麦-玉-薯，玉米-马铃薯等间套作。在这些种植区域和模式中，以玉米-大豆，小麦-玉米等间套作种植模式覆盖区域广，种植面积大。

玉米和大豆是禾本科和豆科间套作复合种植模式之一，在生物学特性、时空搭配、资源利用上是典型的黄金搭档。自2002年以来，我们针对传统玉米-大豆间套复合种植中高低位作物不能协调高产与绿色稳产、难以机械化两大瓶颈问题，通过传承与创新，形成了以“选配良种，扩间增光，缩株保密”为核心技术、“减量一体化施肥、化控抗倒、绿色防控”为配套技术的玉米-大豆带状复合种植技术，玉米产量与净作玉米相当，且多收一季大豆，土地当量比达到1.4以上，为保证我国玉米产能、提高大豆自给率提供了新的技术途径；研制了与之配套的播种、施药和收获机具，在国内外率先实现了带状复合种植全程机械化，为该技术的应用推广创造了基本条件。在理论研究方面，围绕玉米-大豆带状复合种植高产和资源高效利用的基础理论问题，对复合系统中光分布与作物响应[11-15]、大豆耐荫机制[16-18]、养分循环与互补规律等进行研究[19-20]，为进一步优化群体配置、筛选耐荫品种、减量施氮等技术研发升级提供理论支撑[21-26]。本专题刊出的论文主要介绍玉米-大豆带状复合种植空间配置对不同结瘤大豆产量形成、带状套作玉米水分利用效率、不同耐荫性大豆品种光合特性对荫蔽的响应等相关内容，希望能够起到抛砖引玉的作用，促进科研、推广机构、企事业等单位的工作者参与相关研究与应用，为保障国家粮食安全藏粮于技。

[1] Willey R. Intercropping: its importance and research needs. Part I. Competition and yield advantages., 1979, 32: 1-10.

[2] Francis C. Biological efficiencies in multiple-cropping systems., 1989, 42: 1-42.

[3] Szumigalski A R, Van A R C. Nitrogen yield and land use efficiency in annual sole crops and intercrops., 2006, 98(4): 1030-1040.

[4] Willey R W. Resource use in intercropping systems., 1990, 17(3): 215-231.

[5] 杨文钰, 雍太文, 任万军, 樊高琼, 牟锦毅, 卢学兰. 发展套作大豆, 振兴大豆产业. 大豆科学, 2008, 27(1): 1-7.

YANG W Y, YONG T W, REN W J, FAN G Q, MOU J Y, LU X L. Develop relay-planting soybean, revitalize soybean industry., 2008, 27(1): 1-7. (in Chinese)

[6] GAO Y, DUAN A W, QIU X Q, LIU Z G, SUN J S, ZHANG J P, WANG H Z. Distribution of roots and root length density in a maize/soybean strip intercropping system., 2010, 98(1): 199-212.

[7] 王潮生. 农业文明寻迹. 北京: 中国农业出版社, 2011: 33-35.

WANG C S.. Beijing: China Agriculture Press, 2011: 33-35. (in Chinese)

[8] 鲁耀, 郑毅, 赵平. 间作条件下作物对铁的吸收利用和病害控制. 云南农业大学学报, 2008, 23(1): 91-95.

LU Y, ZHENG Y, ZHAO P. Iron absorption and utilization by crops and diseases control in intercropping., 2008, 23(1): 91-95. (in Chinese)

[9] 李隆. 间套作体系豆科作物固氮生态学原理与应用. 北京: 中国农业大学出版社, 2013: 11-12.

LI L.The ecological principles and applications of biological Nfixation in legumes-based intercropping systems. Beijing: China Agricultural University Press, 2013: 11-12. (in Chinese)

[10] KNRZER H, GRAEFF H S, GUO B, WANG P, CLAUPEIN W. The rediscovery of intercropping in China: A traditional cropping system for future Chinese agriculture-a review., 2009, 2(1): 13-44.

[11] LIU X, TANZEELUR R, SONG C, YANG F, SU B Y, CUI L, BU W Z, YANG W Y. Relationships among light distribution, radiation use efficiency and land equivalent ratio in maize-soybean strip intercropping., 2018, 224: 91-101.

[12] YANG F, LIAO D P, WU X L, GAO R C, FAN Y F, Muhammad A R, Wang X C, Yong T W, Liu W G, Liu J, Du J B, Shu K, Yang W Y. Effect of aboveground and belowground interactions on the intercrop yields in maize-soybean relay intercropping systems., 2017, 203: 16-23.

[13] LIU X, TANZEELUR RAHMAN, SONG C, SU B Y, YANG F, YONG T W, WU Y S, ZHANG C Y, YANG W Y. Changes in light environment, morphology, growth and yield of soybean in maize- soybean intercropping systems., 2017, 200: 38-46.

[14] YANG F, LIAO D P, WU X L, GAO R C, FAN Y F, MUHAMMAD A R, WANG X C, YONG T W, LIU W G, LIU J, DU J B, SHU K, YANG W Y. Effect of aboveground and belowground interactions on the intercrop yields in maize-soybean relay intercropping systems., 2017, 203: 16-23.

[15] YANG F, HUANG S, GAO R C, LIU W G, YONG T W, WANG X C, WU X L, YANG W Y. Growth of soybean seedlings in relay strip intercropping systems in relation to light quantity and red far-red ratio., 2014, 155: 245-253.

[16] 刘婷, 刘卫国, 任梦露, 杜勇利, 邓榆川, 邹俊林, 方萍, 杨文钰. 遮荫程度对不同耐荫性大豆品种光合及抗倒程度的影响. 中国农业科学, 2016, 49(8): 1466-1475.

LIU T, LIU W G, REN M L, DU Y L, DENG Y C, ZOU J L, FANG P, YANG W Y. Effect of shade degrees on photosynthesis and lodging resistance degree of different shade tolerance soybean., 2016, 49(8): 1466-1475. (in Chinese)

[17] 任梦露, 刘卫国, 刘婷, 杜勇利, 邓榆川, 邹俊林, 袁晋, 杨文钰. 荫蔽胁迫下大豆茎秆形态建成的转录组分析. 作物学报, 2016, 42(9): 1319-1331.

REN M L, LIU W G, LIU T, DU Y L, DENG Y C, ZOU J L, YUAN J, YANG W Y. Transcriptome analysis of stem morphogenesis under shade stress in soybean., 2016, 42(9): 1319-1331. (in Chinese)

[18] LIU W G, DENG, Y C, SAJAD H, ZOU J L, YUAN J, LUO L, YANG C Y, YUAN X Q, YANG W Y. Relationship between cellulose accumulation and lodging resistance in the stem of relay intercropped soybean [(L.) Merr.]., 2016, 196: 261-267.

[19] ZHOU T, DU Y L, SHOAIB A, LIU T, REN M L, LIU W G, YANG W Y. Genotypic differences in phosphorus efficiency and the performance of physiological characteristics in response to low phosphorus stress of soybean in southwest of China., 2017, 7: 1776.

[20] WANG X C , DENG X Y, PUT, SONG C, YONG T W, YANG F, SUN X, LIU W G, YAN Y H, DU J B, LIU J, SHU K, YANG W Y. Contribution of interspecific interactions and phosphorus application to increasing soil phosphorus availability in relay intercropping systems., 2017, 204: 12-22.

[21] 杨峰, 娄莹, 刘沁林, 范元芳, 刘卫国, 雍太文, 王小春, 杨文钰. 玉米行距配置对套作大豆生物量、根系伤流及养分的影响. 中国农业科学, 2016, 49(20): 4056-5064.

YANG F, LOU Y, LIU Q L, FAN Y F, LIU W G, YONG T W, WANG X C, YANG W Y. Effect of maize row spacing on biomass, root bleeding sap and nutrient of soybean in relay strip intercropping systems., 2016, 49(20): 4056-5064. (in Chinese)

[22] YANG F, WANG X C, LIAO D P, LU F Z, GAO R C, LIU W G, YONG T W, WU X L, DU J B, LIU J, YANG W Y. Yield response to different planting geometries in maize-soybean relay strip intercropping systems.,2015, 107(1): 296-304.

[23] TANZEELUR R, LIU X, SAJAD H, SHOAIB A, CHEN G P, YANG F, CHEN L L, DU J B, LIU W G, YANG W Y. Water use efficiency and evapotranspiration in maize-soybean relay strip intercrop systems as affected by planting geometries., 2017, 12(6): e0178332.

[24] WU Y S, YANG F, GONG W Z, AHMED S, FAN Y F, WU X L, YONG T W, LIU W G, SHU K, LIU J, DU J B, YANG W Y. Shade adaptive response and yield analysis of different soybean genotypes in relay intercropping systems., 2017, 16(6): 1331-1340.

[25] 雍太文, 刘小明, 刘文钰, 周丽, 宋春, 杨峰, 蒋利, 王小春, 杨文钰. 减量施氮对玉米-大豆套作系统下作物氮素吸收和利用效率的影响. 生态学报, 2015, 35(13): 4473-4482.

YONG T W, LIU X M, LIU W Y, ZHOU L, SONG C, YANG F, JIANG L, WANG X C, YANG W Y. Effects of reduced nitrogen application on nitrogen uptake and utilization efficiency in maize- soybean relay strip intercropping system., 2015, 35(13): 4473-4482. (in Chinese)

[26] CHEN P, SONG C, LIU X M, ZHOU L, YANG H, ZHANG X N, ZHOU Y, DU Q, PANG T, FU Z D, WANG X C, LIU W G, YANG F, SHU K, DU J B, LIU J, YANG W Y, YONG T W. Yield advantage and nitrogen fate in an additive maize-soybean relay intercropping system., 2019, 657: 987-999.

Developing Maize-Soybean Strip Intercropping for Demand Security of National Food

YANG WenYu, YANG Feng

(College of Agronomy, Sichuan Agricultural University/ Engineering Research Center for Crop Strip Intercropping System, Sichuan Province/Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Southwest, Ministry of Agriculture, Chengdu 611130)

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.003

2019-09-17；

2019-10-21

国家重点研发计划课题（2016YFD03002009）、国家大豆现代农业产业技术体系（CARS-04-PS19）

杨文钰，E-mail：mssiwyyang@sicau.edu.cn。杨峰，E-mail：f.yang@sicau.edu.cn

（责任编辑 杨鑫浩）