间作种植模式对玉米和大豆干物质积累与产量影响分析

汪宏伟，杜勇芝

（第四储备资产管理局，山东 青岛 266000）

间作种植是一种在同一块土地上，根据不同作物生存环境需要，科学种植两种及以上作物的种植活动，已经成为了提升农业生产质量和种植户经济效益的有效方式。现阶段，将间作种植模式应用到玉米与大豆的种植活动中，可以有效提高土地的利用率，为植物增产提供有效支持。

相较于传统单作种植方式，间作种植作是一种可以充分利用耕地资源，实现土地、阳光、水分、营养等资源在空间、时间上集约性利用的种植方式。现阶段，较常见的间作方式包括玉米与大豆、玉米与花生、小麦与玉米、小麦与鹰嘴豆、小麦与棉花等。这些作物间作方式的应用在一定程度上提升了农作物的总产量，不仅可以提升种植户的经济效益，还可以提高我国粮食生产水平与农产品生产的稳定性，为当前社会经济稳定、可持续发展打下坚实的基础[1]。

1 材料和方法

1.1 试验设计

受城市化进程不断加快、工业化进程发展迅速的影响，我国农业耕地面积不断缩小。为保证粮食安全，间作种植模式作为一种较为安全、稳定的作物种植模式，受到了人们的广泛关注。在此过程中，玉米与大豆的间作模式是当前我国北方地区较为常见的一种作物间作模式。为切实了解间作种植模式的效果，相关工作人员于2017—2018 年进行了玉米与大豆间作种植试验。试验农田土壤为潮土，地面向下到65 cm 处的土壤主要为壤质黏土，之后75 cm 的土壤土质主要为沙壤土。在间作种植前，采用测土配方法对土壤的肥力进行检测，每1 kg 试验田耕层土壤中含有9.8 g 有机质、0.78 g 全氮、56.4 mg 碱解氮、10.5 mg 速效磷、52.6 mg 速效钾。

在试验过程中，选择的玉米品种为郑单958、大豆品种为豫豆22。为切实了解间作种植模式的效果，将试验农田划分成了4 种。第一种和第二种均为单作模式，第一种为单作玉米（SM），玉米的行距约为50 cm，株距约为30 cm；第二种为单作大豆（SSB），在种植过程中，大豆的行距约为30 cm，穴距约为20 cm。第三种和第四种均为玉米与大豆间作，第三种间作采用的种植方式为种1 行玉米，种3 行大豆（I1）；第四种间作采用的种植方式为种两行玉米，种3 行大豆（I2）。两种间作的玉米与大豆间行间距为30 cm，玉米行距为30 cm、株距为30 cm，大豆行距为30 cm，穴距为20 cm。在试验过程中，每种模式用4 块6 m×10 m 的试验田进行种植，并且两年间大豆与玉米的播种时间相同，均在当年4 月[2]。

在播种玉米与大豆前，对试验区域进行翻耕处理，撒施肥料。在播种玉米与大豆前，控制翻耕深度约30 cm，并为每个试验田撒播施0.4 kg 纯氮、1.0 kg 磷与0.8 kg 钾肥。在作物拔节期，为每个试验田施加2 kg 尿素。在本次试验过程中，作物种植方向为南北向，在作物生长过程中，充分供水、人工除草，保证作物管理能够满足玉米与大豆正常生长要求。

1.2 测定项目

在玉米与大豆间作种植试验过程中，为切实了解不同种植状态下作物的生长情况，可以定期对作物的叶面积、地上部分生物量、产量及组成、土地当量比等信息进行数据测量，便于更好地了解作物的生长情况。

1.2.1 叶面积

在作物生育期间，每隔7 d 用量测法测量一次各试验田内作物的叶面积，然后计算全田的面积对单作与间作作物的叶面积指数（LAI）。在测量过程中，单作试验田内可以选取5 株作物作为测量样本；在间作试验田内需要各选取5 株玉米与大豆作为样本。

1.2.2 地上部分生物量

在作物生育期间，每隔7 d 测定一次作物地上部分的生物量。在测量过程中，单作试验田内可选取5 株作物作为测量样本，在间作试验田内需要各选取5 株玉米与大豆作为样本。同时，为进一步提升测量的准确性，在测量玉米样本的地上部分生物量时，可以将样本分解为叶片、茎秆、叶鞘、苞叶、穗轴、籽粒。在测量大豆样本地上部分生物量时，可将样本分解为叶片、茎秆、叶柄与豆荚。同时，为进一步提升测量工作的可靠性，可以先将采集的新鲜样品放在105 ℃的环境下进行1 h 的杀青处理，然后再将温度调至80 ℃，烘干样本，并对其进行称重处理[3]。

1.2.3 产量及组成

在作物成熟后，可以在单作试验田内取中间5 行测量作物的产量，在间作小区内取中间部分的条带测量作物产量。在测量玉米与大豆作物产量时，可以记录玉米与大豆籽粒含水量为14%时的重量。在收获时，可以在单作试验区内取10 株作物对其进行考种处理，在间作试验区分别选取10 株玉米与大豆进行考种处理，记录每株大豆的大豆荚以及每个豆荚内豆粒的数量、每株玉米的玉米穗数以及每穗玉米的穗长、穗粒数。

1.2.4 土地当量比

计算土地当量比计算方式见式（1）。

式中：LER 指土地的当量比；YSBI指间作条件下大豆的籽粒量，单位为kg/hm2；YSBS指单作条件下大豆的籽粒量，单位为kg/hm2；YMI指间作条件下玉米的籽粒量，单位为kg/hm2；YMS指单作条件下玉米的籽粒量，单位为kg/hm2。

1.3 数据统计分析

在完成上述数据信息的获取记录工作后，用SPSS 13.0 对数据信息进行LSD 单因素方差分析，并将分析结果用MATLAB 7.0 软件进行曲线拟合处理。

2 结果和讨论

玉米与大豆作为典型的禾本科与豆本科植物，在当前的农业生产过程中，采用间作种植模式，可以有效提高土地的复种指数，提升农田生态系统的稳定性，促进作物的光合作用，抑制杂草生长，为后续作物的健康生长与作物种植效益提高提供有效支持。现阶段，为切实了解如何种植才能使间作作物的产量达到最大值，需要对不同种植模式下作物的各项数据进行分析。

2.1 叶面积指数

对生育期下4 种种植方式的作物叶面积指数变化情况进行调查分析可知，在作物播种后80 d 左右，单作玉米的LAI 为3.69，单作大豆的LAI 为6.02，玉米与大豆的LAI 均达到了最大值；I1玉米的LAI 比单作玉米低，I2玉米与单作玉米间的LAI 差值在0.5 以内，而I1与I2大豆的LAI 都比单作大豆低；两年间的叶面积指数变化情况相似。

2.2 地上部分干物质积累

在播种80 d 前，不同种植方式下的玉米干物质量并不存在明显差别。在播种80 d 后，I1、I2模式下的玉米干物质量比单作玉米的干物质量高，并且两者间的差值较为明显，但两种间作模式下的玉米干物质量间的差值并不大，并且此时地上部分的玉米干物质量没有达到极显著水平。在作物生育期内，在不同种植模式下的大豆干物质量并没有出现明显差别。

分析不同种植模式下玉米、大豆单株干物质积累情况动态可以发现，作物干物质积累动态变化曲线形状接近“S”形，可以用Logistic 方程对其进行拟合处理，具体计算如公式（2）所示。

式中：DM指干物质的重量，DAS 指作物播种后的天数，a 指可能达到的最大干物质重，b 指拟合参数其中，c 指顺式增长速率。

可以用MATLAB 软件的曲线拟合工具箱对数据信息进行拟合处理，然后对拟合结果进行分析，可以了解到玉米与大豆的干物质量积累模型参数在0.99 以上，相关性达到了极显著水平[4]。

2.3 植物器官干物质积累

在作物种植过程中，干物质积累分配情况与作物最终的经济效益间存在直接联系。为切实提升作物产量，对植物器官干物质积累动态进行分析。在本次试验过程中，间作种植模式下玉米与大豆的生长环境较单作种植模式发生了极大变化，使间作种植模式下作物的干物质积累、同化情况与单作种植模式也出现了一定的差别。在作物生长过程中，受边际效益的影响，间作种植模式下作物的干物质积累分配情况与单作种植模式间存在一定差别，即在I1模式下，间作玉米各器官的干物积累量最大，I2模式下，间作玉米各器官干物质积累量位列第二，单作玉米各器官干物质积累量最小。在不同种植条件下，大豆各器官干物质积累量差距较小，除了籽粒、豆荚外，大豆各器官干物质积累量动态变化情况均呈现出单峰曲线的状态，并且不同器官的干物质积累量高峰出现时间之间存在一定差别。利用Logistic 方程对玉米茎秆、叶片干物质积累情况进行拟合，用二次曲线对玉米叶鞘、苞叶、穗轴干物质积累动态进行拟合，利用线性方程对玉米籽粒干物质积累过程进行拟合，拟合方程参数如表1、表2、表3 所示。

表1 不同种植模式下玉米各器官干物质积累Logistic 方程

表2 不同种植模式下玉米各器官干物质积累二次曲线DM=a+b×DAS+c×DAS2

表3 不同种植模式下玉米各器官干物质积累线性方程DM=a+b×DAS

2.4 作物器官干物质运转

对作物生长规律进行分析可以了解到，茎秆、叶片等器官可以向作物籽粒提供光合作用的产物，这些器官中的干物质积累量达到最大后，会在不同阶段将自身因光合作用产生的营养物质转移到籽粒中。对于玉米来说，在物质转换分配时，间作种植模式下，作物的营养物质移动量最大，转化率较高；而对于大豆来说，单作种植模式下大豆各器官干物质转移效率要比间作种植模式更高。在不同模式下，除了苞叶转换率I1（5.77%）＞SM（2.53%）＞I2（2.82%）外，玉米的其他器官转换率都为I1＞I2＞SM，玉米叶片I1、I2、SM 的转换率分别为4.98%、3.32%、2.59%，茎秆I1、I2、SM的转换率分别为4.39%、2.95%、2.75%，叶鞘I1、I2、SM的转换率分别为3.91%、3.55%、2.30%，苞叶I1、I2、SM的转换率分别为5.77%、2.53%、2.82%。在不同模式下，大豆的各器官转换率都为SSB＞I1＞I2，具体来说，大豆叶片SSB、I1、I2、的转换率分别为19.06%、14.74%、11.45%，茎秆SSB、I1、I2的转换率分别为11.72%、11.48%、9.76%，叶柄SSB、I1、I2的转换率分别为8.55%、6.28%、5.87%。

2.5 产量及产量组成因素

相较于单种作物，间种模式下玉米、大豆的群体内作物高度相间分布，使得农田内平面受光状态发生了一定改变，给作物光合作用的顺利进行创造了条件，同时为提升作物产量以及改变产量组成创造了环境条件。分析数据可知，在I1、I2、模式下大豆的株高比单作模式下更高，但两者间差异并不明显，同时单作大豆的豆荚粒数与百粒重比间作模式下更高，但不同种植模式下豆荚粒数与百粒重之间的差距没有达到显著水平。在I1、I2、模式下玉米的株高、穗长、穗行数都比单作玉米更大，但不同种植模式下这些数据之间的差异也没有达到显著水平，玉米的百粒重并不存在显著差异。在单作条件下，玉米的籽粒产量最高；在玉米与大豆间作情况下，玉米的实际播种面积较单作条件下较小，播种密度下降，使玉米的籽粒产量随之下降。在间作环境下，大豆的籽粒产量也有所下降，但玉米与大豆的总籽粒产量比单作条件下更高。

3 结论

首先，对单作种植与间作种植模式进行比较后可以发现，不同种植模式下作物的生长环境发生了一定的变化，受各种因素的影响，间作种植模式下玉米地上部分干物质积累量、分配情况和单作种植模式下玉米地上部分物质积累量、分配情况间存在着显著的差异，但不同种植模式下的大豆干物质量间的差别则比较小。其次，在生长过程中，玉米与大豆的干物质积累过程呈“S”形，利用Logistic 方程分析不同种植条件下的玉米、大豆单株干物质积累动态可以发现，其相关性都达到了极显著水平（P＜0.01）。再次，分析干物质转移与分配情况可以发现，间作模式下玉米干物质移动量更大、移动速度更快，但单作情况下大豆各器官干物质转移速率比间作模式下更快。