陕北地区谷子大豆间作种植模式研究与效益分析

张明君, 杜 娟, 张 强, 何小霞, 梁福琴, 邹亚亚, 王 波, 邓长芳, 李得孝

(1.延安市农业科学研究所，陕西 延安 716000；2. 延安市宝塔区农机技术推广服务中心，陕西 延安 716000；3.西北农林科技大学 农学院，陕西 杨凌 712100)

作物间作种植是劳动人民在长期的农事生产中总结出来的智慧结晶。合理的种间间作能够提高光能和水肥利用效率[1～3]、土地资源利用率[4]，而且兼具增产增效的农业效能[5]，对我国农业发展进程起到重要地推动作用。陕北地区多以丘陵山地为主，可耕作土地资源少，因此，充分发挥作物的间作优势，选择不同作物进行种间搭配种植，同时构建合理高产高效的作物群体田间配置方式，对提升陕北地区可耕地利用率和推动农业可持续发展具有重要意义。

禾本科与豆科间作是土地贫瘠地区较为普遍的种植模式，豆科作物具有良好的共生固氮作用[6]，能够为禾本科作物生长提供更多的氮素营养[7]，促进作物群体协同生长发育。前人研究表明：鲁西北地区，以玉豆行比4:4间作复合群体配置优势明显，玉米大豆间作群体产值显著高于玉米和大豆单作，增值范围为13.93%～22.95%[8]。宫香伟[9]研究发现，2行糜子、4行绿豆间作模式下的产量比单作增加36.8%，并具有最高的土地生产力和水分利用效率优势，适合于西北旱作区推广应用。薛仁风[10]研究表明：谷子与绿豆4:2的间作模式，总体效果显著高于2:1间作和谷子单作，经济效益和利润也最高。综上可见，选择适宜的作物进行间作种植，并且搭配合理的田间配置，更能促进作物群体的高产高效，增加农业土地产出和经济效益。谷子是陕北地区的特色作物，常年种植面积保持在8.6万hm2左右[11]。大豆作为陕北传统种植的作物之一，种植面积占全省总面积的69.1%[12]。随着近年来农业供给侧结构调整和国家“大豆振兴计划”的实施，陕北地区谷子和大豆的种植面积正在逐步扩大，而在实际生产种植过程中，农民多选择将谷子和大豆进行单作种植，谷子和大豆间作的生产实践相对较少，而且前人关于谷子和大豆间作种植的研究匮乏。因此，本文主要是基于带状间作条件下研究谷子和大豆不同行比配置对作物农艺性状和产量的影响，同时比较分析不同种植模式的经济效益，旨在为完善陕北地区谷子和大豆的高产高效种植模式提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试区概况

试验于2019年5月-10月在延安市甘泉县石门镇南沟门村进行。试验区位于北纬N39°19′，东经E109°18′，属于半湿润内陆性季风气候，平均海拔1 020 m，日照时数2 478.7 h，年均降水量约526.3 mm，年平均气温8.6 ℃，无霜期130 d。耕地类型为旱川地，地势平坦，土壤类型为黄绵土，土质疏松。试验地前茬作物为玉米，2019年大豆生育期内降雨量与温度见图1。

图1 生育期内平均气温及降雨量

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计。根据谷子和大豆的种植行数，设9个间作处理，谷子单作(MM)、大豆单作(SS)为对照处理，每处理均设3次重复，小区行长6.0 m，处理具体情况见表1。间作模式下，谷子行距20 cm，株距8 cm，大豆行距35 cm，株距12 cm，谷豆间距30 cm，每小区2个种植带；单作模式下，谷子行距33 cm，株距10 cm，大豆行距40 cm，株距12 cm。试验用谷子品种为“长生07”，大豆品种为“中黄30”。4月13日，试验地结合旋耕亩施尿素10 kg，磷酸二铵20 kg，硫酸钾5 kg作为底肥，7月14日分别在单作和间作谷子行间追施尿素10 kg·667 m-2。5月2日谷子、大豆同期播种，人工开沟等距点播，6月10日人工中耕锄草，试验期间根据实际情况进行病虫害的防治，10月12日谷子、大豆同时人工收获。

表1 试验处理

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状和产量 成熟期时，每个小区分

别选择10株长势一致的谷子和大豆，带回室内进行考种，谷子调查株高、茎粗、穗长、穗粗、单穗重、千粒重，大豆调查株高、单株有效荚数、单株粒数、每荚粒数、单株粒重、百粒重。小区剩余谷子和大豆全部收获脱粒，然后进行称重计产。

1.3.2 土地当量比率(LER) 作为衡量土地利用效率的指标。LER(谷子/大豆)=YP/YM；LER= LER(谷子)+ LER(大豆)；式中，LER(谷子)、LER(大豆)分别为谷子和大豆的相对土地当量比，YP为单位面积间作作物产量，YM为单位面积单作作物产量。LER>1，表明间作具有产量优势；LER<1，表明间作无产量优势。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft WPS 2016软件处理数据和制图，SPSS 19.0统计软件对数据进行统计分析，差异显著性采用Ducan法，显著水平设置为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同间作处理下的土地当量比(LER)

如图2所示，不同行比下谷子大豆间作的土地当量比(LER)均大于1，这说明谷豆间作种植较两种作物单作优势明显。谷子和大豆单作种植时，要想获得与两种作物间作时的同等产量，在同类田块上两作物单作所需种植面积之和为间作的1.23～1.43倍，谷豆间作种植较单作土地利用效率提高了23.0%～43.0%。整体而言，谷子间作4行区处理的LER高于谷子间作3行区和间作2行区处理，这说明在谷豆间作条件下，谷子4行种植具有更显著间作优势，其中T8处理的LER最高，显著高于谷子间作2行区处理，以及T5、T6处理，而谷子间作4行区各处理间LER差异不显著。

图2 不同间作处理下的土地当量比

2.2 不同处理对谷子和大豆产量的影响

不同的种植模式及行比配置对谷子产量有显著的影响(图3)。谷子单作模式下，产量为3 285.39 kg·hm-2，显著高于除T7外的其他间作处理。谷豆间作模式下，随着谷子种植行数的增加，谷子的产量逐渐升高，间作2行、3行、4行各处理平均产量分别为1 992.70 kg·hm-2、2 434.57 kg·hm-2、2 762.07 kg·hm-2。不同的间作处理中，在谷子种植行数相同的情况下，随着大豆行数的增加，谷子的产量呈逐渐下降的趋势，间作处理中以T7的产量最高为3 172.06 kg·hm-2，T7处理较之其他处理产量提高了7.53%～92.89%。T8处理产量为2 798.11 kg·hm-2，较T7处理显著下降了13.36%，但仍显著高于其他处理。

图3 不同种植模式下的谷子产量

与谷子相似，不同的种植模式及行比配置对大豆的产量也有显著影响(图4)。单作大豆的产量为2 375.01 kg·hm-2，显著高于其他间作处理。在间作模式下，当大豆种植行数相同时，大豆产量随着谷子种植行数的增加逐渐下降，而大豆间作行数增加时，大豆产量呈上升的趋势，平均产量由1 193.50 kg·hm-2上升到1 610.22 kg·hm-2。不同的间作处理中，T3处理产量最高为1 771.78 kg·hm-2，显著高于其他处理，较T7和T8处理分别增加了79.75%和28.92%。

图4 不同种植模式下的大豆产量

间作种植模式下的混合产量高于任一单作的产量才能表现出增产效应。从图5可以看出，不同的间作处理的混合产量均高于单作大豆产量，但与单作谷子相比有增有减，T1、T2、T4、T8处理混合产量均高于单作谷子产量。在不同的间作处理中，T8处理产量最高为4 172.4 kg·hm-2，显著高于其他处理，产量增幅为3.21%～12.96%。图6表明，谷子和大豆分配的种植空间比例不同，间作系统产量的贡献率也不同。T8处理系统产量最高，谷子和大豆的产量贡献率分别为56.76%和43.24%，所以在谷子大豆间作模式中，谷子产量对系统产量起主导作用，首先要增大谷子单位种植面积，使其产量处在较高水平，进而适当改变大豆的种植空间，才能保证间作增产。

图5 不同间作处理的混合产量

图6 间作系统产量贡献率

2.3 不同处理对谷子和大豆产量构成因素的影响

谷子和大豆在单作、间作模式下种植，群体生长结构势必会发生改变，进一步影响植株个体的生长发育。表3为不同处理下谷子的农艺性状和产量构成因子，通过比较发现：随着谷子间作行数的增加，谷子株高、茎粗、穗粗呈逐渐下降趋势；穗长和单穗重呈逐渐上升趋势；各处理间谷子的千粒重变化不大，差异不显著。与谷子单作相比，谷子间作4行处理的株高、茎粗、穗粗分别降低2.6%～3.4%、3.5%～7.6%、4.4%～9.9%，但穗长增加了3.3%～9.3%，单穗重显著增加了5.4%～6.5%。谷子间作4行处理与间作2行处理相比，穗长和单穗重平均增加12.2%和3.6%，其他性状指标有所降低。这说明，谷子间作种植能充分发挥其边际优势，不同间作行所改变的谷子产量构成因子不同。

表3 不同处理下大豆农艺性状和产量构成因素

表4是不同处理下大豆的农艺性状和产量构成因子。大豆和谷子间作种植后，与单作大豆相比，整体上株高增加1.2～7.2 cm，百粒重增加0.6～3.4 g，每荚粒数减少0.1～0.6个，其他指标单、间作处理间差异明显。在间作处理中，T8处理株高最高，显著高于单作处理；单株有效荚数、单株粒数、单株粒重随谷子间作行数的增加呈先减后增的趋势，各处理中均是T8处理表现最优，分别较单作增加7.7个、5.7粒、3.1g，处理间差异显著。大豆作为间作系统中的劣势作物，受谷子营造的生长环境影响较大，就本研究中对大豆生长优劣性而言，谷子间作2行处理>谷子间作4行处理>谷子间作3行处理。

表2 不同处理下谷子农艺性状和产量构成因素

2.4 不同种植模式的经济效益比较

生产成本和经济效益是选择最优种植模式的重要考量依据。由表4可知，在笔者试验中，各间作处理的生产成本处于1 841.7～3 016.5元·hm-2之间，低于谷子和大豆单作的生产方式；而在总产值方面，单作大豆的产值最低，与谷子单作相比，除T2、T3、T6处理外，其他间作处理的产值均高于谷子单作，这说明合理的谷豆间作种植能够减少农业生产投入，增加产出。综合比较各间作处理，T7处理较谷子和大豆单作经济效益增加5 430.9元·hm-2和16 673.2元·hm-2，是本试验最佳谷豆间作种植模式。

表4 不同种植模式的成本与效益比较 (元·hm-2)

3 讨论

作物间套作种植是一种集约利用生产空间，高效种植的模式，能够提高复种指数和资源利用效率，促进单位面积产量提高和经济效益的增加[13]。在笔者研究中，带状间作与单作相比虽然在一定程度上降低了谷子和大豆的产量，但提高了土地当量比(LER)和作物群体产量，增加了单位面积农田产出和经济效益。与前人的研究结果有所不同，谷子间作种植增产效果显著，而与其间作的作物有一定减产[14]，这可能与本研究选择带状间作种植进而改变了谷子株行距配置，使得未能充分发挥谷子的边行优势。此外，在不同行比配置的间作处理中，谷子4行区种植处理的作物群体产量高于2、3行区处理，其中谷豆行比为4:3处理的群体产量和土地当量比均最高，但与行比4:2相比处理间差异不显著，谷豆行比4:2处理的产值最高，经济效益最大。这与前人在谷子和绿豆不同行比间作中的研究结果较为一致[10]。因此，研究认为，在陕北地区谷子和大豆更适宜以4行谷子间作2行大豆的方式种植。

作物的农艺性状受到品种、水肥条件、种植方式、田间管理措施等一系列因素的影响，是作物产量形成以及能否实现增产的重要基础。相关研究表明，禾本科与豆科作物间作时，间作系统优势作物的株高、茎粗、穗长、干物质积累有所增加[15]，劣势作物的株高、有效荚数、单株粒数等相关产量因子指标有所下降[16]。在本研究中，谷子的农艺性状指标与带状间作行数关系密切，间作行数增加，会引起谷子株高、茎粗、穗粗下降，但穗长和单穗重有所增加，这可能与谷子品种以及种植方式改变后植株内部营养物质分配有关。与单作相比，间作大豆的株高和百粒重增加，每荚粒数减少，其他指标数值升降不一，这主要是因为在谷豆间作系统中，大豆的生长发育受到谷子提供的荫蔽环境影响，自身出现避荫反应，表现为主茎明显伸长，植株生物量下降[17]。综合比较各间作处理，4行谷子与2行或3行大豆带状间作对作物自身生长发育影响程度最小，能够为谷子和大豆生长创造有利的田间环境。

4 结论

本研究认为，谷子和大豆带状间作种植降低了作物单位面积产量，提高了农田综合产出和经济效益，实现了土地资源的高效利用。其中，4行谷子与2行大豆以1.55 m的带幅间作种植，是本试验条件下的最优处理。但是否有更好的间作条件下田间配置方式和品种组合搭配，还有待进一步研究探索。