糯红高粱-大豆间作对鲜大豆农艺性状及经济效益的影响研究

（宜宾市农业科学院高粱薯类研究所，四川 宜宾 644000）

【研究意义】当前世界农业面临可利用资源不断减少、生态环境日益破坏、农业灾害频繁发生等严重生态问题，粮食产量及安全受到巨大威胁，亟待采取有效对策和措施［1-2］。为提高粮食产量及品质，专家通过培育新品种提高种子质量，采用不同栽培措施改善作物生长环境。其中，间套作是一种高效的种植模式，系统中两种作物之间会产生一定的时空差异，产生互补效应，其光热、水分、养分等资源得到充分利用，改善土壤，提高土地当量比，从而提高周年作物产量［3-9］。【前人研究进展】研究表明，与单作模式相比，玉米-大豆间作、小麦/大豆套作和亚麻/大豆套作的土地利用率都有较大幅度提高，且土地当量比率均大于1，单位面积产量分别较单作模式增加1.28、1.48、1.55倍，有助于实现增产增收［10］。有学者通过对高粱/大豆套作种植模式研究发现，该模式可有效增强高粱抗病能力、改善品质，提高周年产量，显著提高经济效益，增加农户收入［11-13］。间套作大豆产量形成除受自身品种特性（耐荫性、结荚习性）、密度等因素影响外，田间配置结构、两种作物播期等也是影响其产量的重要因素，通过优化田间配置结构、播期、密度等对改善共生期环境，缓和作物种间、种内竞争，对提高作物周年产量及效益具有重要意义［14-16］。然而鲜大豆间作的研究和应用主要集中在沿海地区，对于高粱间作鲜大豆在西南地区研究更是鲜见报道。【本研究切入点】高粱是我国酿造工业的主要原料，享誉中外的八大名酒均以南方优质糯红高粱为主要原材料，需求量逐年增加，同时我国大豆生产严重不足，供需矛盾日益严峻。大豆作为豆科作物与其他禾本科作物间套作，对提高粮食生产的可持续性以及粮食安全具有重要意义。因此，本文通过对糯红高粱间作鲜大豆模式下鲜大豆农艺性状、干物质积累及产量构成因素进行测定，并对系统经济效益进行客观分析。【拟解决的关键问题】结合该地区主栽作物，充分利用有限的土地资源、光热资源等，发展高效多熟制种植，为缓解该地区酿酒糯红高粱原材料短缺的问题和鲜大豆供需矛盾提供科学依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在四川省宜宾市南溪区大观镇宜宾市农业科学院大观科研基地（28°58′18″N、104°54′52″E）进行。供试糯红高粱品种为宜糯红3号，由四川省宜宾市农业科学院高粱薯类研究所提供；大豆品种为川豆16，四川农业大学农学院提供。

1.2 试验方法

采用单因素完全随机区组试验设计，设2 行糯红高粱2 行大豆间作（A1）、2 行糯红高粱4行大豆间作（A2）、大豆净作（对照，A3）3 种栽培模式，3 次重复。小区面积31.2 m2。净作、间作体系下高粱与大豆的种植密度一致，均为9.0 万株/hm2。大豆净作采用等行距种植，行距52 cm、穴距43 cm、穴留2 株。糯红高粱大豆间作体系下，连续种4 带，带长6 m、带宽1.3 m，糯红高粱、大豆2︰2 宽窄行种植，糯红高粱宽行80 cm，窄行50 cm，糯红高粱宽行内种2行大豆，大豆行距20 cm，糯红高粱与大豆间距30 cm，大豆穴距34 cm，糯红高粱穴距34 cm，糯红高粱穴留2 株，大豆穴留2 株；糯红高粱、大豆2︰4 宽窄行种植，糯红高粱宽行210 cm、窄行50 cm，糯红高粱宽行内种4 行大豆，大豆行距50 cm，糯红高粱与大豆间距55 cm，大豆穴距34 cm，糯红高粱穴距17 cm，糯红高粱穴留2株，大豆穴留2 株，各处理田间种植方式见图1。2019 年，糯红高粱4 月24 日播种，8 月2 日收获；大豆4 月24 日播种，8 月5 日收获鲜食大豆。栽培措施同一般大田生产，整个生育期管理水平均匀一致。根据当地市场行情，对不同间作体系下物质成本和用工投入进行调查记录。

图1 不同种植方式示意图Fig.1 Diagram of different planting modes

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株采集与测定 在大豆始花期（R1）、盛花期（R2）、始荚期（R3）、盛荚期（R4）、始粒期（R5）、鼓粒期（R6）6 个生长时期，各小区随机选取10 株调查株高，用游标卡尺测量第一节间茎粗（茎粗），从中采取5 株，采用打孔称重法测定叶面积，把植株所有取样叶片取下（不包括叶柄和黄叶）称重，按比例取上、中、下各部位叶片，用打孔器分别从距叶梢和叶柄2 cm 处进行顺次打孔，每片叶片共打孔20 次，并注意避开中心叶脉和枯萎部分，所得一定面积S1的叶片称重W1；用下式进行换算：

式中，LAI为叶面积指数，S1为打孔取样叶面积，W为取样叶片总重量，W1为打孔取样面积重量，SL为测得叶面积，SA为测得叶面积所代表的土地面积；然后将这5株植株的茎、叶分别装袋，105 ℃杀青30 min后，继续在80 ℃烘至恒重后称量，计算比叶重（比叶重=叶干重/叶面积）。

1.3.2 产量测定 大豆R6生长时期每小区选取1带，小区实收鲜豆荚折算实际产量，调查每个小区大豆植株总数，并选取每个小区中间区域连续10株大豆植株进行考种，测定单株荚数、每荚粒数及百粒重。糯红高粱收获前统计小区每行有效株数，成熟期时每小区选取1带，连取20株考种，测定穗重、穗粒数、穗粒重、千粒重。各小区实打实收，统计产量。

1.3.3 指标计算 土地当量比率（LER）是衡量土地利用效率的指标，表示土地资源利用效率。LER参考AI-Dalain的方法计算：

式中，LER（大豆）、LER（糯红高粱）分别为大豆和糯红高粱的相对土地当量比，YP为单位面积间作作物产量，YM为单位面积净作作物产量。LER＞1，表明间作具有产量优势；LER＜1，表明间作无产量优势。

采用Microsoft Excel 2007进行数据整理，采用DPS V.7.05软件对数据进行方差分析和LSD显著性测验。

2 结果与分析

2.1 糯红高粱间作鲜大豆体系对大豆株高的影响

由图2可知，大豆株高在各处理间表现出一定差异，随着糯红高粱和大豆行比的加大，增长幅度有降低趋势。在间作体系中，由于糯红高粱株高开始超过大豆，大豆受到荫蔽胁迫逐渐加重，蔽荫性反应导致大豆株高显著提高，在R1～R3生长阶段，A1、A2栽培模式的增长幅度较R3～R6生长阶段快；对于A3栽培模式来说，由于大豆营养生长与生殖生长并进的时间较长，从开花初期到鼓粒后期大豆株高一直呈上升趋势，但R3～R6生长阶段的长幅较R1～R3生长阶段快。A1和A2栽培模式下的各生育期株高均要高于A3净作下的，在R3时期差距幅度到达最大，其中A1栽培模式株高为79.69 cm，A2栽培模式株高为71.84 cm，A3净作下株高为52.64 cm。

图2 糯红高粱间作大豆体系下大豆株高比较Fig.2 Comparison of plant height of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.2 糯红高粱间作大豆体系对大豆茎粗的影响

茎粗是衡量植物长势的重要指标，同一生育期，茎粗值大有利于生长，反之，不利于生长。由图3可知，在R1～R3生长阶段，各处理的茎粗均出现快速上升趋势，在R3～R6生长阶段上升速率减慢。A1、A2栽培模式下由于大豆受到荫蔽胁迫逐渐加重，蔽荫性反应导致大豆的茎变得细长，各生育期茎粗均要低于A3净作，其中A1栽培模式的茎粗均低于A2、A3，R6生长阶段，A1栽培模式茎粗最细，分别较A2和A3栽培模式茎粗小3.3%、10.7%。

2.3 糯红高粱间作大豆体系对大豆茎干重的影响

图3 糯红高粱间作大豆体系下大豆茎粗比较Fig.3 Comparison of stem diameters of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

图4 糯红高粱间作大豆体系下大豆茎干重比较Fig.4 Comparison of stem dry weight of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

由图4可知，大豆单株茎干重随生育期逐渐增加。在R1～R3生长阶段茎干重上升速率较慢，在R3～R6生长阶段，各栽培模式的茎干重均出现快速上升趋势。在R1～R3生长阶段各处理茎干重差异不大。但是，在间作体系中，由于后期糯红高粱迅速生长，大豆受到荫蔽胁迫逐渐加重，蔽荫性反应导致大豆长势较弱，对于A3来说R3生长阶段后大豆快速生长，致使A3净作大豆单株茎干重大于间作模式下的A1、A2，其中在R6生长阶段变化幅度最大，A3栽培模式下茎干重最大，分别较A1、A2大21.5%、43.9 %。

2.4 糯红高粱间作大豆体系对大豆叶面积指数的影响

由图5可知，大豆叶面积指数（LAI）随着生育时期的推进逐渐增加，A2、A3栽培模式增长速率要高于A1，呈单峰曲线变化。总体变化趋势为净作的LAI要高于间作系统，其中A2、A3处理均在R4生长期达到峰值，A1处理在R5生长期达到峰值，之后下降。达到峰值时，A3栽培模式为4.39，分别高于A1、A2栽培模式29.6%、11.1%，A2栽培模式的LAI较A1栽培模式提高20.9%。

图5 糯红高粱间作大豆模式下大豆叶面积指数比较Fig.5 Comparison of leaf area index of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.5 糯红高粱间作大豆体系对大豆比叶重的影响

由图6可知，随着生育期推进，大豆比叶重呈单峰曲线变化。总体变化趋势为净作的比叶重要高于间作系统，对于间作系统来说，整个生育期比叶重的平均值表现为随间作行比增加而增加。各处理均在R4生长阶段达到峰值，随后逐渐下降。达到峰值后，A3栽培模式的比叶重为6.46 mg/cm2，分别高于A1、A2栽培模式32.3%、11.1%，A2栽培模式的比叶重较A1栽培模式提高23.8%。

图6 糯红高粱间作大豆体系下大豆比叶重比较Fig.6 Comparison of specific leaf weight of soybeans under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.6 糯红高粱间作大豆体系对大豆产量构成因素的影响

由表1可知，间作栽培模式中单株荚数、每荚粒数、百粒鲜重、产量指标都较净作处理有所降低。其中单株荚数，各栽培模式间均表现出显著差异，A1、A2栽培模式较A3栽培模式显著降低8.0%、19.9%，A2栽培模式较A1栽培模式显著增加13.1%；对于每荚粒数来说，该指标主要受遗传特性控制，因此在不同间作体系中各栽培模式间差异不显著；对于百粒鲜重来说，各栽培模式间均表现出显著差异，A1和A2栽培模式较A3栽培模式显著降低15.1%、7.7%，A2栽培模式较A1栽培模式显著增加7.9%；从产量来看，A1栽培模式较A3显著降低48.9%，A2栽培模式较A1显著增加44.7%，A2和A3栽培模式间差异不显著，但是A3栽培模式较A2产量高7.6%。

表1 糯红高粱间作大豆体系下大豆产量比较Table 1 Comparison of soybean yield under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

2.7 糯红高粱间作大豆体系下产出效果及经济效益

根据计算得出，对于LER（糯红高粱）来说，A1较A2栽培模式显著高32.2%；对于LER（大豆）来说，A2栽培模式显著高出A1栽培模式36.6%；整体看来，A1、A2栽培模式的LER（糯红高粱+大豆）分别为1.43、1.47，说明高粱大豆间作系统具有显著的产量优势。

不同间作模式产出效果和经济效益各不相同（表2、表3）。从表2可以看出，在不同间作体系中，对于糯红高粱产量来说，A1较A2栽培模式显著高出39.8%；对于大豆来说，A1较A3栽培模式显著降低48.9%，A2与A3栽培模式间差异不显著；对于总体产值来说，A3较A1栽培模式显著低41.5%，A3较A2栽培模式显著低39.3%。对不同种植模式经济效益进行分析（表3）可知，除生产所投入的物质成本和人工成本外，A1、A2、A3栽培模式下纯收益分别为7937.28、7795.28、5449.68元/hm2。

表2 糯红高粱间作大豆模式下产出效果比较Table 2 Comparison of output effect under glutinous red sorghum and soybean intercropping system

表3 糯红高粱间作大豆模式下经济效益比较（元/hm2）Table 3 Comparison of economic benefits under glutinous red sorghum and soybean intercropping syetem（yuan/hm2）

3 讨论

3.1 糯红高粱间作大豆体系对大豆农艺性状的影响

糯红高粱与大豆间作改变大豆的生长环境，尤其是对光、温、水等产生了极大影响［6,17-19］，使得大豆农艺性状表现出一定差异性。作物形态具有可塑性，对自然环境的改变会在形态上产生相应的响应机制［20-21］。本研究发现，在高粱-大豆间作模式中，在大豆生殖生长时期，大豆受到高秆作物糯红高粱的荫蔽后，较净作表现出株高升高，茎粗、比叶重减小，茎干物质积累量和叶面积指数降低。这与前人在间套作系统中研究结果一致［4,22-25］。原因主要有两点：一是在大豆生育前期，受到相邻高秆作物糯红高粱的荫蔽后对大豆植株生长造成不利影响；二是在高粱与大豆共生期阶段，高粱和大豆的根系对养分和水分的竞争激烈，大豆属于浅根系作物，糯红高粱属于深根系作物，水分及养分的利用存在生态位差异。大豆处于竞争劣势，使大豆获得的土壤养分和水分不能满足大豆生长的需要，从而限制了大豆植株生长。

3.2 糯红高粱间作大豆体系对鲜食大豆产量的影响

大豆单株荚数、每荚粒数、百粒鲜重等产量性状指标与其产量具有一定联系［26］。本研究中大豆与高粱间作后，其单株荚数、每荚粒数、百粒鲜重等产量性状与净作相比均有所降低，从而导致大豆产量有所降低，这与前人在玉米-大豆间作模式中，玉米对大豆产生的荫蔽会降低大豆单株有效荚数、有效粒数及单株产量的研究结果基本一致［21,27-28］。分析其主要原因：一是糯红高粱和大豆的共生期较长，影响了鲜食大豆产量，与前人在玉米大豆带状复合种植的研究发现，共生期短与大豆产量呈极显著正相关，反之，呈极显著负相关的结果一致［29］；二是该研究中所选用的大豆品种在间套作中前期物质积累量较慢，后期物质转运又受到高粱的影响有一定关系［30］。

3.3 糯红高粱间作大豆体系的经济效益评价

间套作体系形成的经济效益是评价间套作体系优劣的重要指标［5］。糯红高粱间作大豆模式中大豆产量较净作相比虽有所降低，但表现出经济效益优势，其中，A1栽培模式大豆产量均较A2、A3净作有所降低，但总产值是最高的，有利于其经济效益提升。在不同大豆间作模式中，间作既能保证该地区主栽作物的产量，又能增加大豆产量，具有一定的产量协调效应。

4 结论

在间作系统种植模式下，鲜大豆作为间作系统中的低位作物，生长中后期受高粱遮荫影响，株高升高，茎粗、比叶重减小，茎干物质积累量和叶面积指数降低，产量性状指标均有所降低，从而导致鲜大豆产量较净作有所降低；A1栽培模式总体经济效益高于其他种植模式，群体土地当量比达到1.4以上，且经济效益最为显著，增加了农民收入。A1间作体系既能满足对酿酒原材料的需求，又能缓解该地区大豆的供需矛盾，是适宜该地区推广种植的经济高效益模式。生产中应综合考虑两作物种间、种内关系，才能获得作物高产高效。