马铃薯-玉米间作模式研究进展

乔冰洁，杨小华，吴 静，徐宝连

（济宁市农业科学研究院，山东 济宁 272031）

间作套种（Relay intercropping）是一种常见的种植模式，指在上茬作物生长的后期，在作物的行间、株间或畦间种植后茬作物的方式，不同作物之间的共生期占总生育期的一小部分[1]。大量研究表明，合理的间作模式可以更充分利用自然条件，提高作物单位面积产量和土地利用率，减少病虫害的发生，促进植物养分利用优势的形成，降低投资消耗，实现农业的可持续发展[2-4]。

马铃薯（Solanum tuberosum L.）和玉米（Zea mays L.）均是一年生草本植物，也是继水稻、小麦之后的世界主粮作物[5]。马铃薯作为矮秆耐阴浅根系的C3 植物，常与玉米等高秆深根系的C4植物进行套种生产，针对二者的生长周期和需肥特性，在时间和空间上进行土壤养分、水分及微环境互作调节，协同促进生长发育[6]。通过查阅资料，针对中国马铃薯-玉米现有栽培模式、经济和生态效益等方面概述马铃薯-玉米间作模式的研究进展，并分析现存的问题，以期为马铃薯-玉米间作模式的发展提供参考。

1 马铃薯-玉米间作常见种植模式

Tsay 等[7]研究发现，马铃薯-玉米间作系统存在生态补偿效应，相对早熟的品种（玉米）收获后，相对晚熟的品种（马铃薯）会获得一定的生态补偿，使共生期内处于竞争弱势的晚熟品种的生长抑制得以恢复，即马铃薯后期生长良好。玉米和马铃薯适应力强、对生产条件要求不高，在中国大部分地区均有种植。各个地区因地制宜，形成多种马铃薯-玉米间作模式。

种植比例多变。中国较为常见的间作模式有马铃薯间作玉米一套一模式、一套二模式、二套二模式、二套三模式、二套四模式、三套三模式和四套四模式。

品种选择有要求。在马铃薯品种的选择上，多选择早熟、高产、优质且抗性好的品种。玉米品种根据种植目的选择产量高、鲜食性好，抗倒伏的品种，鲜食玉米、糯玉米和甜玉米均有种植[8]。间作作物栽培管理时，应以其中一种作物为主，另一种作物为辅助，不宜二者并重[9]。

栽培模式灵活。除春马铃薯-夏糯玉米-秋马铃薯一年三作栽培模式外，还有夏马铃薯-玉米-秋白菜间作模式、马铃薯-玉米-红薯三熟间作技术、大棚马铃薯-鲜食玉米-芹菜一年三作高效模式及马铃薯-早玉米-豆角等间作模式[10-13]，以适应中国不同地区气候及市场的需求。

2 间作模式对马铃薯经济效益的影响

衡量经济效益的指标有很多[14]，包括产量、品质、水分利用率、病虫害发生率等。经济效益的高低直接影响模式的推广。

2.1 对产量的影响

一般来说，间作栽培中作物产量较单作高，但若间作栽培方式或作物搭配不合理，则会造成产量的降低[15]。马铃薯产量与间作的作物有关，高剑华等[16]在比较玉米、水稻、小麦、油菜与马铃薯之间间作及马铃薯连作处理后发现，马铃薯-玉米间作处理中马铃薯的产量和商品薯率最高，马铃薯连作处理产量与商品薯率最低。马铃薯-玉米间作模式利用高低秆作物套作优势，通风及透光效果良好，有利于马铃薯薯块增大，提高产量[17]。间作产量与种植密度有关，研究表明[18]，马铃薯和玉米的种植密度对两者的净光合速率、株高、茎粗等指标都有显著影响，间作玉米种植密度为44 250 株/hm2，马铃薯种植密度为45 000株/hm2时为优质高产最佳组合。马铃薯产量也与间种比例有关，聂秀竹等[19]通过对比马铃薯和玉米不同种植比例（马铃薯∶玉米 =4∶2，4∶4，2∶2）后发现，相同田间处理下，马铃薯∶玉米=2∶2 间作模式复合单产最高。马铃薯产量同间作带距相关，葛雁等[20]的研究表明带距较小时（1.33 m）马铃薯产量较高，带距较大时（2.00 m）马铃薯产量较低；相同带距情况下，间作比例不同，则产量也有所不同。

2.2 对品质的影响

除对产量的影响外，间作模式对作物的商品品质也有较大的影响。黄承建等[21]发现，玉米和马铃薯间作不仅显著增加马铃薯块茎的产量，还改变马铃薯的光合特性。蔡明等[22]发现，间作施氮模式下马铃薯粗蛋白含量、还原糖含量、淀粉含量等品质指标均优于单作施氮模式。此外，马铃薯间作模式相比单作模式更能促进马铃薯叶面积指数（LAI）、叶绿素相对含量（SPAD）、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）等指标的增加[23,24]。但朱启林等[25]却发现，因间作系统中玉米对马铃薯有遮阴效应，间作马铃薯的净光合效率、气孔导度及蒸腾速率低于单作。各研究的试验条件及种植气候的不同，研究结果之间存在较大的差别。

2.3 对水分利用率的影响

深根系玉米和浅根系马铃薯间作种植，依据其不同的生理特性吸收土壤中的养分及水分，实现环境资源的高效利用[26]。在坡耕地玉米间作马铃薯不同种植方式对径流和土壤侵蚀情况的研究中[27]，发现间作的径流和土壤侵蚀率较玉米单作分别减少24%～34%和13%～51%，且间作的水土保持效果优于单作。安瞳昕等[28]在玉米沟塘覆膜模式间作马铃薯的研究中发现，玉米+地膜覆盖间作马铃薯技术可显著提高土壤水分积蓄量。刘英超等[29]发现，马铃薯-玉米间作对作物水-氮协同吸收有促进作用，且促进作用随生育期的增长逐渐显著。

2.4 对病虫害的影响

间作模式可增加农田作物种类，提高害虫的天敌多样性，降低农田生态系统内虫害的发生率[30]。生产中设计合理的田间种植模式，创造有利于害虫天敌的环境条件[31]，吸引害虫天敌实现绿色防控，增强害虫种群控制的可持续性。

Zheng 等[32]研究发现，玉米-马铃薯三套二模式可减少马铃薯块茎蛾幼虫量并增加蛾虫天敌量来减少危害。通过比较间作植物对马铃薯甲虫种群的影响，黄未末等[33]发现在马铃薯生长初期套种玉米可在一定程度上阻隔马铃薯甲虫的定植扩散。但也有试验发现间作虽然减少了马铃薯害虫的危害程度，却并未显著改变马铃薯害虫天敌的种群数量和天敌比例[34]。

3 间作模式对马铃薯生态效益的影响

除经济效益外，生态效益也是衡量一个模式的关键因素。和生态效益相关的指标[14]包括土壤总氮量、微生物量、土壤酶活性、土壤有机质含量等指标。

3.1 对土壤总氮量的影响

作为作物养分摄取的主要来源，土壤养分含量的多少关系到植物是否能健康生长[35]。大量研究表明，间作模式可增加或平衡土壤中养分的含量，提高土壤养分质量[36]。氮是作物生长所需的必需元素，硝态氮和氨态氮是植物吸收利用的主要氮形态[37]。间作模式主要通过影响微生物-微生物、植物-微生物之间的关系，进而影响土壤中元素的相互转化[38]。王玉琪等[39]研究发现，在间作植物间的氮素竞争中，马铃薯对氮素的依赖性强但竞争性弱[40]。因此，间作模式下马铃薯种植时应更重视对氮素的管理供应。魏常慧等[41]的研究表明，除氮素吸收外，马铃薯间作模式中土壤磷、钾元素的吸收情况普遍优于马铃薯单作模式。

3.2 对土壤微生物量的影响

微生物是土壤生态系统的主要组成成分，也是支持土壤进行物质循环和能量代谢的重要因素。受根际分泌物的影响，不同作物根际土壤微生物种类和含量也有差别。张晓岗等[42]发现，马铃薯-玉米间作可有效改善马铃薯根际土壤的真菌菌群结构，提升根际微环境，缓解连作障碍。宋钰等[43]采用平板分离法对土壤细菌、真菌和放线菌数量进行检测，结果证明，马铃薯-玉米间作种植模式中土壤放线菌及细菌含量较马铃薯连作均有明显降低，且具有“超产”效应[44]。王娜等[45]研究表明，相比马铃薯、玉米单作，二者间作可显著降低土壤细菌的OTU 数目。但也有报道称[46]，通过连续5 年马铃薯、玉米单作及间作栽培的对比试验发现，栽培模式与细菌种类、菌群组成间并无显著相关性。

3.3 对土壤酶活性的影响

除土壤微生物外，酶也是评价土壤肥力的重要指标。土壤酶与微生物协同参与土壤中物质的转化过程[43]。谭雪莲[47]通过比较马铃薯连作和间作模式下土壤酶活性发现，间作模式可改变土壤酶活性，包括对土壤碳氧转化有关酶活性、过氧化氢转化酶活性的促进及降低过氧化氢对马铃薯根的毒害作用。

3.4 对土壤有机质含量的影响

土壤有机质指土壤中所有含碳的有机物，即土壤中动植物残体、微生物及其分解和合成的各种有机物。在一定范围内，土壤有机质含量越高，土壤肥力越强。研究表明[48]，马铃薯长期间作处理较长期连作处理可明显提高土壤质量。

4 目前模式存在的问题

玉米-马铃薯间作系统在实际生产中应用广泛，具有提高产量、增加肥效，改善土壤环境及保持水土等优点，但也需承认，该间作系统目前仍存在不足之处。

4.1 马铃薯-玉米间作模式中马铃薯生产优势不明显

有研究表明，玉米和大豆间作模式种间竞争性弱，间作处理可显著提高复合单产量，但玉米和马铃薯间作模式种间竞争性较强，产量促进作用较弱[49]。邱甜等[50]在探究马铃薯不同间作模式对马铃薯晚疫病发病情况的影响中，发现晚疫病发病病级为马铃薯-大豆间作＜马铃薯净作＜马铃薯-玉米间作模式，即相对于马铃薯-玉米间作模式，马铃薯-大豆间作更能显著降低马铃薯晚疫病的发病程度[51]。马铃薯-玉米间作体系中玉米的氮素吸收量较玉米单作增长33.8%，推测玉米夺取了施于马铃薯的部分氮素[52]，使得马铃薯-玉米间作系统优势更偏向于玉米，而非马铃薯。

4.2 马铃薯-玉米间作模式机械化操作难度较大

玉米单作模式机械化种植效率较高，操作难度较小。相对于玉米，马铃薯机械化和智能化程度较低，缺少针对马铃薯不同生产时期专用机械的研究，科技支撑相对薄弱[53]。马铃薯-玉米间作生产时，除整地、田间管理等环节可采用通用机械外，其余马铃薯种植环节均需马铃薯专用机具[54]。且间作系统内两种作物的物候期有交叉，因此对机械化、精细化操作要求更高，增大农业推广难度[55]。

5 展 望

目前马铃薯间作模式在中国应用越来越广泛，除了本文讨论的马铃薯-玉米间作种植模式外，常见的模式还有马铃薯-蚕豆间作、马铃薯-大豆间作、马铃薯-荞麦间作、马铃薯-小麦间作等。为了更好地探究马铃薯最优间作组合，研究不同间作模式之间的种间关系，可以考虑以下几个方面的建议：

（1）增加试验年限和试验地点。因试验环境的复杂性，单一年限和单一地点的试验具有一定的偶然性，应该多地点多年限重复试验，并结合室内试验。

（2）选择合适的间作试验品种。选择间作品种时应选择适应性和抗病性较强的品种，避免品种先天差异的影响。

（3）评价标准应全面。评价间作模式差异时需结合地上部与地下部差异，充分探讨各影响因子之间的相关性。

（4）研究适宜机械操作的种植模式及种植比例。农业机械化已成主流趋势，未来间作模式需适应全面机械化。