“春玉米‖春大豆/夏大豆”群体产量、效益及其种间竞争力的评定

汤复跃，韦清源，陈文杰，郭小红，梁 江，陈 渊

(国家大豆产业技术体系南宁综合试验站/广西农业科学院 经济作物研究所，广西 南宁 530007)

【研究意义】近年来，广西发展的一年三熟“春玉米‖春大豆/夏大豆”间套作模式，不仅可以增收一季春大豆，而且解决了“春玉米/夏大豆”小型机械作业问题，具有良好的社会、生态和经济效益。开展其模式下的产量、效益及玉米、大豆种间作用关系研究，能够为更好的利用推广间套作优势提供科学理论依据，对促进当地农业可持续发展和推动南方大豆产业发展有着重要意义。【前人研究进展】间套作不仅可以提高土地复种指数和土地利用效率，而且在产量优势、品种改善、病虫害生物防控、杂草抑制、养分高效吸收利用、水土保持及抗逆风险等方面都表现出单作无法比拟的优势[1-7]。近年来，围绕大豆间套作增产机理的研究很多，尤其在我国南方，如华南热带亚热带多熟制大豆生态区[8]，陈文杰等[9]筛选出3个适宜在甘蔗1.2 m行间间作的春大豆品种，2个适宜在甘蔗1.0 m行间间作的春大豆品种，汤复跃等[10]通过对不同甘蔗行距间作不同大豆行数研究表明甘蔗行距1.2 m，不仅提高蔗豆产量，还提高甘蔗田间锤度，并对大豆蛋白质和脂肪含量没有显著影响，汤复跃等[11]通过对木薯—大豆同时和分期播种，研究表明大豆和木薯在3月25日之前播种，大豆产量、主要农艺性状及间作体系综合效益较好，汤复跃等[12-13]筛选出适宜在广西马山县、都安县和河池金城江区推广的“春玉米/夏大豆”夏大豆种植品种，并研究了5种不同“春玉米/夏大豆”种植模式，结果表明春玉米后期垄上双行套种夏大豆效果最好。在西南地区，四川农业大学杨文钰团队研发了二年三熟“小麦/玉米/大豆”套作模式，结果表明大豆与紧凑型玉米套作下其产量显著高于与半紧凑和松散型玉米套作，玉米始终占据套作系统优势生态位，大豆处于竞争劣势；与相应单作相比，“小麦/玉米/大豆”套作下能值产出更优，更利于大豆籽粒蛋白质的积累和大豆茎、荚氮、磷、钾养分更多地向籽粒转运，大幅提高磷肥当季利用效率，玉米收获后大豆植株地上部生长率可提高34.9 %,大豆籽粒产量提高20.3 %，氮素利用效率提高38.5 %，玉米根际土壤真菌、放线菌数量分别提高25.37 %和8.79 %，大豆根际土壤真菌、放线菌、固氮菌数量增加，玉米根际土壤蛋白酶、脲酶活性和大豆根际土壤蛋白酶活性均显著升高[3-6, 14-17]。在西北地区，“大豆/马铃薯”套作体系研究表明，套作系统产量较马铃薯、大豆连作和马铃薯—大豆轮作分别提高39.39 %～283.98 %和70.81 %；相较于单作，“大豆/马铃薯”套作可促进氮、磷和钾养分吸收总量的吸收，显著提高日照利用率、≥10 ℃温度利用率、绿色期降水利用率及地面覆盖期利用率[18-21]。以上间套作模式的研究发展，快速推动了我国大豆间套作的发展。【本研究切入点】“春玉米‖春大豆/夏大豆”是近几年广西发展的一种一年三熟新型旱地高效间套作种植模式，该模式集“豆科‖禾本科”间作和“禾本科/豆科”套作2种体系为一体。目前前人研究主要集中在一年一熟、一年二熟和四川的“小麦/玉米/大豆”二年三熟制上，鲜有对一年三熟大豆玉米间套作体系的研究，对该模式的增产、增效及种间竞争关系尚不清楚。【拟解决的关键问题】以“春玉米‖春大豆/夏大豆”体系为对象，通过对间作和套作2种模式集一体的间套作体系产量、效益及对玉米大豆种间竞争力进行评定，从而揭示其增产、增效机理及玉米大豆种间作用关系，为更好地发挥其间套作模式优势及快速推广利用提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2018年在广西南宁市广西农业科学院明阳基地(108°25′E、22°61′N)实施。土壤为赤红壤，播种前耕层(0～20 cm)混合土样pH 7.3，有机质含量14.6 g/kg，全氮含量0.061 %，全磷含量0.120 %，全钾含量0.230 %，碱解氮含量55.0 mg/kg，有效磷含量10.1 mg/kg，速效钾含量248.0 mg/kg。

供试春大豆、夏大豆品种选用自主选育的桂春15号和桂夏7号，玉米品种选用广西审定的半紧凑型玉米品种青青500，由广西青青农业科技有限公司和南宁市正昊农业科学研究院联合选育，肥料购于当地农资市场。

1.2 试验设计与种植规格

1.2.1 试验设计 采用单因素随机区组设计，设4种种植模式，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)、“春玉米/夏大豆”(A2)2种间套作和“春玉米—夏大豆”(A3)、“春大豆—夏大豆”(A4)2种一年两熟轮作种植模式，设3次重复，小区面积20 m2(5 m×4 m)。

1.2.2 种植规格 A1：采用宽窄行带状种植，玉米宽行160 cm，窄行40 cm，玉米宽行中间种3行春大豆，在春大豆收获后、春玉米收获前15 d左右原春大豆种植行套种3行夏大豆，春玉米穴距20 cm，每穴留苗1株，春大豆与春玉米行距40 cm，春大豆行距40 cm，春大豆穴距20 cm，每穴留3株，夏大豆与春玉米行距40 cm，夏大豆行距40 cm，夏大豆穴距20 cm，每穴留3株；A2：春玉米单作行距80 cm，株距25 cm，每穴留苗1株，春玉米收获前15～20 d行间套种2行夏大豆，夏大豆与春玉米间距20 cm，大豆行距40 cm，穴距20 cm，每穴留3株；A3：春玉米单作行距80 cm，株距25 cm，每穴留苗1株，春玉米收获后单作夏大豆，夏大豆单作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株；A4：春大豆单作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株，春大豆收获后单作夏大豆，夏大豆单作行距40 cm，穴距20 cm，每穴留2株。

春玉米、春大豆于2018年3月15日同时播种，春大豆于6月18日收获，春玉米于7月16日收获；A3夏大豆于7月21日播种，11月10日收获，A1、A2、A4夏大豆于6月28日播种，于10月20日收获。

1.2.3 施肥管理 A1：施肥位点位于距玉米距离25 cm处，基肥施用复合肥(15∶15∶15)300 kg/hm2，氯化钾(含K 60 %)150 kg/hm2，钙镁磷肥(含P 18 %)150 kg/hm2；苗肥施尿素(含N 46 %)150 kg/hm2，复合肥(15∶15∶15)75 kg/hm2；大啦叭口期施复合肥(15∶15∶15)375 kg/hm2，夏大豆套种全生育期不施肥。A2：施肥位点位于玉米行沟，其余同A1。A3：玉米单作施肥位点、施肥量等同A2；夏大豆施肥位点位于行沟，基肥施复合肥(15∶15∶15)225 kg/hm2，追肥于大豆初花期撒施尿素75 kg/hm2。A4：春大豆和夏大豆施肥同处理A3中夏大豆施肥(表1)；其它栽培管理同大田生产。

1.3 取样与测定方法

A1：每个重复选取一个宽窄行10 m2，在春玉米、春大豆、夏大豆成熟时分别测定其产量；A2：每个重复选取中间3行春玉米12 m2和6行夏大豆12 m2分别测定其产量；A3春玉米、夏大豆测产同A2；A3大豆测产同A2中夏大豆测产。连续取玉米7株、大豆10株考种，调查玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数、千粒重；大豆株高、底荚高、主茎节数、分枝数、单株有效荚数、单株粒数和百粒重。

1.4 计算方法

1.4.1 土地当量比(LER) 土地当量比(LER)作为衡量产量优势的指标。

式中，Yi为单位面积内复种农田各作物的产量或产值；Yi′为单位面积内与复种相应的各作物一熟时的产量或产值；n为间套作农田种植或收获的次数；i为间套种的各种作物[18,22]。

1.4.2 种间相对竞争能力Ams1=(Aim/Asm)-(Ais1/Ass1)；Ams2=(Aim/Asm)-(Ais2/Ass2)

式中，Ams1和Ams2分别为春玉米相对于春大豆和夏大豆的竞争能力；Aim、Ais1、Ais2分别为春玉米、春大豆、夏大豆在间套作时的籽粒产量；Asm、Ass1、Ass2分别为春玉米、春大豆、夏大豆在单作时的产量。Ams1>0或Ams2>0，表明春玉米竞争能力强于春大豆或夏大豆；Ams1<0或Ams2<0，表明春玉米竞争能力弱于春大豆或夏大豆[23-24]。

1.4.3 经济效益 经济效益=总产值-投入总成本，其中投入总成本包括种子、化肥和劳工费用。各项投入和收益均按当地当年水平计算。其中A1种子处理费1650 yuan/hm2(春玉米900 yuan/hm2，春大豆375 yuan/hm2，夏大豆375 yuan/hm2)，所需劳工10 d；A2种子处理费1650 yuan/hm2(春玉米900 yuan/hm2，夏大豆750 yuan/hm2)，所需劳工8.5 d；A3种子处理费同A2，所需劳工9 d；A4种子处理费1500 yuan/hm2(春大豆750 yuan/hm2，夏大豆750 yuan/hm2)，所需劳工8.5 d。劳工100 yuan/d，复合肥(15∶15∶15)2.5 yuan/kg，氯化钾(含K60 %)2.6 yuan/kg，钙镁磷肥(含P18 %)1.8 yuan/kg，尿素(含N46 %)2.0 yuan/kg，大豆收购价5.0 yuan/kg,玉米收购价2.0 yuan/kg。

1.5 数据分析

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对作物农艺性状及产量的影响

2.1.1 对春大豆农艺性状及产量的影响 从植株形态和产量性状来看，相对春大豆单作(A4)，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)套作下春大豆株高增加、底荚高变高、有效分枝减少、百粒重降低，主茎节数、单株荚数、单株粒数和产量显著减少(表1)。

2.1.2 对玉米农艺性状及产量构成因素的影响 从植株形态和产量性状来看，玉米株高、穗长、穗行数和行粒数排序为：A1>A2>A3，穗粗、千粒重和产量排序为：A3>A2>A1，其中A1与A2和A3差异显著，A2与A3差异不显著(表2)。说明玉米与大豆间套作，玉米株高变高、产量降低，其中“春玉米/夏大豆”模式因玉米大豆共生期只有15 d左右，对春玉米产量影响较小，减产0.66 %，而“春玉米‖春大豆/夏大豆”模式对春玉米影响较大，减产9.55 %，但此模式增收一季春大豆。

表1 种植模式对春大豆农艺性状及产量的影响

注：同列标以不同字母的值在处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Note: Values within a column followed by different letters are significantly different atP<0.05. The same as below.

表2 种植模式对玉米农艺性状及产量的影响

表3 种植模式夏大豆农艺性状及产量的影响

2.1.3 对夏大豆农艺性状及产量的影响 从植株形态性状来看，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)株高、底荚高度低于A2和A4，高于A3，主茎节数最少，有效分枝最多(表3)。

从产量性状来看，不同种植模式单株有效荚数和单株粒数差异不显著，其中A1高于A2和A3，低于A4；百粒重A1>A2>A4>A3，单产A1>A4>A2>A3，其中A3显著低于A1、A2和A4。

说明夏大豆与春玉米套种，可增加其百粒重，“春玉米‖春大豆/夏大豆”因夏大豆在玉米宽行中套种夏大豆，相对于“春玉米/夏大豆”光照更好，株高更矮，对夏大豆生长更有利。春玉米—夏大豆轮作，因夏大豆播种推迟，广西秋旱严重，对夏大豆产量有显著影响，与前人研究一致[13]。

2.2 不同种植模式的间套作优势及种间竞争力能力差异分析

从土地当量比来看，A1间套作和A2套作2种种植模式相对于单作，LER均大于1，分别提高了149 %和96 %，即单作需分别增加149 %和96 %的土地面积才能达到与A1和A2同等的籽粒产量，表明这2种间套作模式可大幅度提高土地复种指数和土地利用效率，表现出较好的间套作优势(表4)。

从种间竞争能力角度来看，2种间套作体系的种间作用关系不一致。在A1间套作体系中，玉米相对于春大豆表现出极强的竞争优势(Ams1=0.33)，但后期套作夏大豆，表现出竞争劣势(Ams2<0)，而A2套作体系中，玉米相对夏大豆表现出竞争优势(Ams2>0)。

2.3 不同种植模式的综合产量和产出效益比较

从产量角度(表5)来看，“春玉米‖春大豆/夏大豆”(A1)种植模式总产量最高，为13 508.5 kg/hm2，显著高于其它种植模式(6284.5～12 779.5 kg/hm2)，较广西主栽“春玉米/夏大豆”(A2)模式增产5.70 %，轮作春玉米-夏大豆”(A3)增产8.71 %，而较春大豆-夏大豆轮作”(A4)增产100.59 %，主要是由于玉米产量大幅度高于大豆产量所致。

从产出效益角度来看，不同种植模式间总产值差异显著，为：A1>A2>A3>A4；A1和A2间套作模式投入肥料成本低于春玉米—夏大豆轮作模式，说明广西春玉米与夏大豆间套作较其轮作更加绿色环保；经济效益A1>A2>A3>A4，除A3和A4差异不显著，其它不同模式间差异显著，其中A1较主栽套种模式A2增效3937.5 yuan/hm2，较A3和A4轮作分别增效7346.5和7543.5 yuan/hm2。

表4 2种间套作模式的土地当量比和种间相对竞争能力

Table 4 Land equivalent ration(LER)and interspecific competitiveness of two intercroppingmodes

模式Modes土地当量比LER种间竞争力 Interspecific competitivenessAms1Ams2A12.490.33-0.10A21.96/0.07

表5 不同种植模式群体产量和产出效果定量分析

3 讨 论

本研究表明，“春玉米‖春大豆/夏大豆”体系春大豆相对于单作株高变高，产量降低42.02 %，春玉米相对于春大豆表现出竞争优势(Ams1>0)，与前人研究“玉米‖大豆”时，大豆株高更易倒伏导致产量降低，玉米竞争力强于大豆结果一致[15,25-26]；夏大豆相对于单作和“春玉米/夏大豆”套作产量增加，相对于春玉米表现出竞争优势(Ams2<0)，与“春玉米/夏大豆”模式结果及雍太文等[16]在“麦/玉/豆”体系研究中玉米处于竞争优势地位，大豆处于劣势地位的结论相反，这可能是由于“春玉米‖春大豆/夏大豆”模式中夏大豆与春玉米宽行套种且共生期较短(15 d左右)有关；春玉米相对于单作减产9.55 %，说明对玉米产量有一定影响，但LER分别为2.49和1.96，皆大于1，产量优势表现突出，与雍太文等[16]，朱星陶等[27]，朱元刚等[28]研究玉米—大豆间套作时结果一致[16, 27-28]；“春玉米‖春大豆/夏大豆”体系中间作可以依靠春大豆产量的增加弥补由于单位面积内种植比例的下降而造成的玉米产量下降，与朱元刚等[29]研究玉米—大豆间作时结果相反，这可能是由于当地的光温条件不同，从而导致玉米大豆在时间、空间生态位上的互补不一致所致。

“春玉米‖春大豆/夏大豆”群体总产量和经济效益明显高于传统的“春玉米/夏大豆”套作和轮作模式，且后期免耕套种夏大豆不施肥(依靠吸收春玉米收获后秸秆还田覆盖和春大豆收获后剩余的根部及间作时残留的肥料)，较春玉米—夏大豆轮作施肥量减少，生态效益好，表现出明显的间套作优势，是种增产增效的间套作种植模式。

4 结 论

一年三熟“春玉米‖春大豆/夏大豆”间套作模式可同时满足粮食增产、经济效益提振等多目标的要求，可在广西推广应用。