间作对土壤水热?温室气体排放及作物的影响综述

杨沛文 柴红敏 刘小梦 李昱儒 张又天 张镇企 陈可莹 李陆生

摘要 为了因地制宜地选择种植模式，充分利用水土资源、保护粮食安全、减少农田温室气体排放和促进我国绿色农业可持续发展，归纳了国内外关于间作系统的耗水量、土壤蒸发、土壤温度、温室气体排放、间作种间关系的影响因素及其对作物的影响。结果表明，间作模式的耗水量主要受环境因素与作物类型的影响，并且可以通过整合单作常用的水分调节措施减少耗水量，提高水分利用效率；间作具有双向调节土壤温度的功能；合理的间作模式可以改变田间小气候和土壤中微生物的生存环境，从而降低CO2、N2O的排放，增加CH4的吸收量；间作可以使水、肥在时空尺度上得到充分吸收，达到增加产量、改善品质的目的。

关键词 间作；土壤水热；温室气体；种间关系；生长发育

中图分类号 S344.2  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）13-0008-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.13.002

Review on the Effects of Intercropping on Soil Moisture and Heat， Greenhouse Gas Emissions and Crops

YANG Pei-wen， CHAI Hong-min， LIU Xiao-meng et al

（North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou， Henan 450046）

Abstract The aims of this study are to select planting mode according to local conditions， make full use of water and soil resources， protect food security， reduce greenhouse gas emissions from farmland and promote sustainable development of green agriculture in China. The effects of intercropping on water consumption， soil evaporation， soil temperature， greenhouse gas emissions， factors affecting interspecific relationship of intercropping system and their effects on crops were reviewed both at home and abroad. The results show that the water consumption of intercropping mode is mainly affected by environmental factors and crop types. Water consumption can be reduced and water use efficiency can be improved by referring to common water regulation measures in monoculture. Intercropping has the function of bidirectional regulation of soil temperature ， and can change the field microclimate and the living environment of microorganisms in the soil， thus reducing the emission of CO2， N2O and CH4. Intercropping can make water and fertilizer be fully absorbed in space-time scale to increase yield and improve quality.

Key words Intercropping;Soil moisture and temperature;Greenhouse gas;Interspecific relationship;Growth and development

作者简介 杨沛文（1998—），男，河南新乡人，硕士研究生，研究方向：农业水资源高效利用。

通信作者，讲师，博士，从事水土资源高效利用研究。

收稿日期 2022-12-23

当前，水资源短缺情况加剧、耕地面积日益缩减，使我国粮食安全问题面临严峻挑战，并且随着人口的增长以及对饲料、纤维和生物燃料的需求增加，预计到 2050 年粮食需求量会翻一番［1］，供需关系不平衡使粮食安全问题更突出。温室效应也是当今重大的环境问题，会造成粮食减产和极端天气频繁等自然灾害，农业系统的温室气体排放在近十年增加了10.1%［2］，并占全球温室气体总量的14.0%［3］。因此，面临资源与环境的多重挑战，需要选择一种高产高效且生态友好的农业发展方式来挖掘农业生产潜力，保障粮食安全，带动我国农业的绿色可持续发展。

間作是提高农田生产能力、降低农业生产环境成本、推动我国绿色农业可持续发展的重要手段。其最早可追溯到西汉时期，在《祀胜之书》中出现了有关瓜豆间作的记载。20世纪60年代，间作在我国得到了广泛推广，有粮饲间作、农林间作、林果间作、粮菜间作等多种类型，尤其玉米和豆科植物间作最为普遍［4］。间作的主要优势包括可以充分吸收利用土壤中的多余水分与养分［5］，可以通过影响温室气体排放的关键因子来减少土壤温室气体的排放［6］，可以充分利用光能、时间和空间资源来提高生产力［7］。所以发展间作对提高农业生产的经济效益、社会效益、环境效益、节约土地资源和保障粮食生产等具有重大现实意义。虽然国内外学者对间作条件下的土壤、作物与生态环境影响等方面做了较多研究，但缺乏系统的归纳应用于指导实践。因此，该研究综述间作系统的土壤水热、土壤温室气体排放以及作物生长发育特点，旨在为农业生产过程中选择合适的耕作方式，充分利用水土资源、降低温室气体排放、增加作物产量和改善作物品质，为我国绿色农业可持续发展提供参考。

1 间作系统的土壤水热状况

1.1 间作系统的耗水量

间作系统的耗水量主要受环境条件和作物类型的影响［8］。间作条带之间由于水分竞争，会存在大量水分运移［9］，为了满足间作系统的高产，就需要足够的水分支撑，所以在水资源充足地区发展间作具有巨大潜力。了解间作系统耗水规律，将供水与作物耗水规律相结合可以有效降低间作群体耗水量，从而使水资源短缺地区的间作得以发展。当前对间作耗水量的研究主要集中在空间布局、灌溉制度、施肥制度、耕作方式和覆盖措施等方面［10］。

减少耗水量的基础是合理的作物搭配与适当的灌溉施肥。从空间布局上看，徐鹏等［11］指出，间作耗水量随着棉花行数的增加和株距的减少显著增大，因为间作棉花可以充分利用土壤贮水，间作系统的耗水量比单作加权平均高9.5%。Wang等［12］认为在小麦/玉米间作系统中，耗水量随着玉米种植密度的增加而减少，并指出玉米根长密度的增加，地下相互作用的增强，使得土壤蒸发降低，减少了无效耗水量；从灌溉制度上看，牛伊宁等［13］研究指出，玉米/豌豆间作系统降低10%灌水水平并没有对耗水量产生显著影响，适当降低灌水水平可以在不影响产量的情况下减少无效耗水量；从施肥制度上看，李倩倩等［14］通过小麦/玉米间作试验发现，氮肥的使用会显著增加作物的耗水量，李含婷等［15］指出减氮25.0%施肥可以减少玉米/绿肥间作系统的整体耗水，这些研究表明可以通过施肥调节间作耗水量。也有研究认为间作系统的耗水量受氮肥影响不显著［16］。

通过优化耕作方法和覆盖也可以减少耗水量。例如，在小麦/玉米间作中，小麦留茬收割并压倒覆盖与不留茬相比，耗水量减少了0.8%～6.3%［17］。垄作交替灌溉可使高、低灌溉水平的耗水量分别比传统灌溉降低5.3%、3.0%［18］。研究表明，通过整合单作中常用的水分调节措施，可以有效减少间作的耗水量。

1.2 间作系统的土壤蒸发

土壤蒸发作为无效耗水量在农田总耗水中所占的比重较大。间作模式对土壤蒸发的影响较为复杂，其可以通过种间竞争和互补对土壤蒸发和土壤水分消耗的空间梯度产生影响。

间作系统的土壤蒸发与单作相比，受到配对作物、种植空间与时间等多种因素的影响，明确影响间作土壤蒸发的关键因子，对减少无效耗水有重要的指导作用。柴强等［19］研究表明，间套作生育期较长，对于整个生育期土壤的总蒸发量大于单作，但是间作系统的日平均土壤蒸发量较低。刘浩等［20］指出，棵间土壤蒸发主要受表层土壤含水率和叶面积指数的影响，在返青前小麦/玉米间作和单作土壤蒸发差距不大，而返青后间作的土壤蒸发显著高于单作，因为单作小麦冠层覆盖率高，而间作的预留行裸漏导致无效的水分消耗。高阳等［21］通过玉米/大豆间作试验指出玉米条带对地面的覆盖度小于大豆，玉米∶大豆2∶3带型的土壤蒸发量大于1∶3带型。

多年来，研究者提出了各种减少间作无效农田用水量的策略，通过优化灌溉水平、施肥方式、覆盖和耕作措施来减少土壤蒸发。交替灌溉可通过减少地表土壤含水率来减少土壤水分蒸发［18］，氮肥后移有利于间作玉米在豌豆收获后的生长发育，增加地表覆盖度可使间作系统的土壤蒸发减少15%～30%［16］，免耕和铺设地膜增加了土壤与大气之间水热交换的物理阻隔，阻断了交换途径从而降低土壤蒸发［22］。

1.3 间作系统的土壤温度

土壤温度是植物生长的关键因素，也是评估间作功能的重要参数。适宜的土壤温度有助于土壤和大气之间的气体交换，增强土壤中的微生物和根系的活性，并且可以降低温室气体的排放［23］。土壤温度的变化不仅取决于大气温度的波动，还受到种植制度的影响。间作系统复杂的边界条件会影响其土壤温度的变化。

间作可以抑制土壤温度的升高，在一些炎热的月份，间作叶面积指数较大的作物可以有效缓解高温胁迫对作物造成的损害。Ai等［24］进行了3年枣/棉间作试验，结果表明，与单作枣树相比，间作使枣树与棉花6月以后的土壤温度均下降。Nyawade等［25］研究認为，间作增加了地表覆盖率和土壤水分含量，提高了植物拦截辐射的能力，并显著降低了0～30 cm土层的土壤温度。紫云英/油菜间作［26］和核桃/小麦间作［27］等也得到了间作在高温时段可以降低土壤温度的结论。

间作也可以抑制土壤温度的降低，起到保温作用。Olasantan［28］研究得出，在间作系统中，低位作物阻碍了夜间土壤温度向高水平作物的消散。王来等［27］研究得出，核桃与小麦间作模式推迟了11月份土壤温度的下降，并指出是由于落叶覆盖地面起到了保温的作用，这种情况对冬小麦的生长有利。

间作具有双向动态调节土壤温度的功能，因此间作的土壤温度稳定性显著高于单作。采取不同的间作模式，可以通过改变作物的冠层结构与生长情况使作物根系处于适宜的温度，促进作物生长。

2 间作对温室气体排放的影响

2.1 间作对CO2排放的影响

部分研究表明，间作可以降低CO2排放。从排放量上看，章莹等［29］指出，减量施氮处理下，甘蔗∶大豆1∶2间作CO2排放量较甘蔗单作显著降低35.58%。 Wu等［30］通过小麦/板蓝根间作试验发现，间作处理的小麦生育期总CO2排放通量与小麦单作相比降低了29.3%。Qin 等［31］通过3年的小麦/玉米间作和豌豆/玉米间作试验表明，2种间作模式的平均碳排放量分别比玉米单作降低32.0%和38.0%。从排放速率上看，曹永庆等［32］同时对3块试验田进行山稻/油茶间作试验发现，间作山稻使土壤呼吸速率比单作油茶分别降低54.6%、20.5%和13.8%，土壤呼吸受到抑制的关键原因是土壤含水率的下降。赵财等［33］测算对比了河西绿洲灌区不同种植模式下的土壤呼吸速率，指出不同间作模式下的土壤呼吸速率均小于单作玉米，其中小麦/玉米间作系统的土壤呼吸速率比玉米单作和小麦单作分别降低20.9%和26.3%。

也有研究表明，间作并不会降低CO2的排放。常规施氮处理下甘蔗∶大豆1∶1间作模式与1∶2间作模式CO2排放总量较甘蔗单作CO2排放量均显著增加［29］。简忠领等［34］研究不同行距條件下玉米与白三叶草间作，认为土壤呼吸速率主要受行距的影响，受间作影响不显著。孟平等［35］对石榴/玉米间作试验发现，间作系统整个生育期的土壤呼吸速率平均值为3.0 μmol/（m2·s），高于绿豆单作系统的平均值2.8 μmol/（m2·s）。玉米/豇豆间作试验［36］和玉米/蚕豆间作试验［37］也得到了间作使CO2排放量增加的结论。

综上，间作对土壤CO2的调控作用受作物种类、种植间距、施肥方式和试验时长的差异影响较大。对于间作是否具有减少CO2排放效果还存在争议。由于农业系统的稳定需要较长的时间，对农田CO2排放监控超过10年才能得出准确结论。

2.2 间作对N2O排放的影响

农田土壤N2O排放量约占大气N2O排放总量的70.0%～90.0%［38］。氮肥的使用为土壤提供了充足的氮源，使N2O的排放量显著增加［39］。间作系统中，豆科植物的固氮作用可以为植物提供氮元素，所以研究者多研究包含豆科植物的间作系统对N2O排放的影响。

间作豆科植物可以降低N2O的排放。Huang等［40］通过2年的间作试验得出，玉米与豆类间作可以有效降低N2O的排放量，其中玉米与大豆间作的减排幅度最大，2010与2011年玉米/大豆间作的N2O排放量与玉米单作相比分别减少了25.5%与48.8%，并指出是由于间作使土壤含水量降低进而抑制了土壤N2O的排放。陈津赛等［41］研究发现，间作系统提高了土壤中的氮素吸收量，降低了土壤中微生物可利用的无机氮的含量，玉米/大豆间作的N2O排放量分别比单作玉米和单作大豆降低了36.7%和49.0%。

但也有研究表明，间作并不会降低N2O的排放。Vachon［42］研究表明，玉米∶大豆1∶2和2∶3间作与单作系统土壤N2O累积排放量差异不显著。刘辉娟［43］指出，在整个生育期玉米/大豆间作的N2O排放量始终高于玉米单作，并且随着施氮量的增加，N2O排放量随之增大。甘蔗/大豆间作［29］和玉米/蚕豆间作试验［37］也得到了间作使N2O排放速率加快的结论，对比分析后发现，产生此结果的原因可能与取样方式方法、施肥方式、土壤性质、种植品种、种植比例以及不同地区气候不同有关。

由此可见，N2O减排的主要原因是间作引起环境因子发生变化或者氮肥使用量的减少；增排的主要原因是间作环境在短时间内加快了土壤氮矿化速率。从长远来看，间作是否具有N2O增排效应还需对农田土壤长期监控。

2.3 间作对CH4排放的影响

CH4的增温效果比CO2高28倍，在过去200年间，CH4的浓度持续增加［44］。甲烷的产生需要厌氧环境，因此旱作农田的CH4通常表现为吸收，研究表明每年旱地透气土壤可以吸收30 t CH4［45］。增加旱作农田的吸收量，对环境保护有重要意义。

间作可以促进土壤对CH4的吸收。尚小厦等［45］通过冬小麦/板蓝根间作试验得出，同等施肥条件下板蓝根/冬小麦间作比冬小麦单作CH4吸收量高34.0%，并推测是由于板蓝根的根系释放出的物质改变了土壤环境，对CH4的吸收产生影响。冬小麦与大蒜间作试验也得出了间作使土壤CH4吸收量增加的结论，并推测是由于间作模式改变了土壤中有关CH4菌群的活性［46］。也有研究表明，间作不利于CH4的吸收，沈亚文［6］进行了3年的玉米/大豆间作试验，发现间作CH4吸收速率均低于玉米和大豆单作。

施肥可以对间作系统CH4的排放起调控作用。施肥不利于土壤对CH4的吸收，一方面是因为产CH4基质增加从而生产出更多的CH4，另一方面土壤中氮素的增加抑制土壤对CH4的氧化［45］，可以在不影响总产量的前提下通过减少施肥量，来减少温室气体的排放［29］。也有研究表明施肥对CH4吸收没有明显影响［6］。

合理的间作模式和施肥制度可以通过调节土壤环境，影响微生物的活性，增加CH4的吸收量。

3 间作种间关系的影响因素及其对作物的影响

3.1 间作种间关系的影响因素

间作条件下，种间促进和竞争同时对作物生长产生影响。物种间的促进作用可以通过提高土壤微生物的数量和酶的活性等来体现［47］；竞争作用是由于有限资源的非比例共享或不同物种之间的相互影响使作物的生长受到抑制［48］。间作种间关系的影响因素包括作物组合、空间布局与环境因素。

配对作物的选择是影响间作种间关系的首要因素。不同的作物具有不同的生物学特性，充分利用作物的特征以使间作系统的互补效应大于竞争。禾本科作物与豆科作物间作是一种典型的种植模式，豆科作物根系的固氮作用可以增加土壤肥力，同时禾本科作物根系分泌物可以促进豆科作物根系有关结瘤固氮基因的表达，提升豆科作物固氮作用［49］。深根系与浅根系作物搭配可以使土壤中的水分、养分得到高效利用，高秆作物与矮秆作物搭配可以在空间上使光能得到充分利用，生育期不同的作物搭配可以在时间上达到资源高效利用的目的。配对作物的选择有时可能与资源本身并不相关，麦/棉间作系统中小麦带为棉花提供了类似“防风带”的屏障，很大程度地保障了棉农的收益［50］。所以，应在充分了解不同作物生长特性的基础上，因地制宜地发展间作模式，灵活利用不同形式的互补作用，以充分发挥间作的优势。

适宜的空间布局是使间作模式的产量达到稳产、高产的基础。间作作物的空间布局包括配对作物的种植比例、株行距和共生期的长短。因间作的资源利用率高于单作，所以相同条件下间作的适宜的种植密度通常大于单作［51］。随着种植密度的增大，配对作物之间的种间关系也会随之改变［52］。过高的种植密度会加剧种内竞争，不利于作物生长；过低的种植密度会造成资源的浪费，达不到间作的目的。

种间竞争的对象通常为水分、养分和光照等环境因子。作物所需资源是否充足往往影响着种间竞争的强弱［53］，在竞争条件下其会优先发育获取限制性资源的器官，如玉米与其他作物间作会使玉米的根长、根體积、根表面积增加，以显著提高玉米吸收水分、养分的能力［54］。对限制性资源的竞争可以通过外部资源投入的方式来减弱，补充灌溉、氮肥后移等措施均已得到验证［16，18］。滴灌与其他灌溉措施相比具有高度可控性，精确控制不同作物在不同发育阶段的水分来调控作物生长，把滴灌引入间作模式可以达到调节种间关系的目的。

3.2 间作对作物生长发育的影响

植株高度、叶面积指数和干物质积累动态可以直观反映作物的生长发育情况。玉米与大豆间作时，玉米的植株高度、叶面积指数和干物质积累量会得到增加，大豆的生长遭到抑制，增加大豆和玉米行距或者带距有利于促进这两种作物的生长发育［55］。艾鹏睿等［56］通过枣/棉间作试验发现，盆栽和大田间作条件下棉花的株高和叶面积指数在不同生育期均大于单作棉花。

作物生长速度也是生长发育的一项重要指标，柏文恋等［57］通过对小麦/蚕豆间作研究发现，在小麦生长中后期，间作降低了小麦种内竞争压力，显著提高了小麦的生长速度。玉米与大豆间作时增加行距或带距可以使作物获得更大的生存空间，获取更多的光热资源，有利于缩短作物的生育期［58］。

作物的生长发育情况要考虑地上和地下两部分。刘丽娟等［59］对玉米/木薯间作研究发现，木薯地上部分会由于受到遮阴而长高长细，地下部分木薯的根系不仅会促进玉米根系的生长，还使木薯根系氮磷钾的含量间作高于单作，可能是玉米根系呈上窄下宽分布，木薯根系呈上宽下窄分布使玉米和木薯根系构型形成互补，提高了养分利用效率，也可能是玉米与木薯根系之间的酶或微生物促进了养分的吸收。Jiao等［60］对玉米和花生间作研究发现，根系隔离开之后间作的产量和生物量优势分别降低了82.0%和67.0%，这表明玉米/花生间作系统的地下相互作用比地上相互作用更有利于间作作物的生长发育。在其他间作系统中也观察到相同的结果［61-62］。然而，在玉米/大豆套作系统中，地上相互作用比地下相互作用对作物生长发育的影响更大［63］。可能是花生/玉米间作比玉米/大豆间作有更长的共存期，根系形态和时空分布不同。也可能是限制作物生长的主导因素不同，水肥充足时，地上竞争会占主导地位。

综上，作物生长发育因作物种类组合而异，并进一步受到土壤养分、种植间距等的影响。对间作系统进行优化，就必须充分了解地上和地下的相互作用在作物生长发育中的影响。

3.3 间作对作物品质的影响

合理的间作模式可以提高作物的品质。方旭飞等［64］通过不同耕作模式下的玉米/大豆间作试验发现，间作可以提高玉米的粗蛋白和粗淀粉的含量，降低玉米的含水量和粗灰分含量，从而使玉米品质得到提高，其中地膜覆盖条件下玉米/大豆间作提高玉米品质的作用最明显。张向前等［65］通过对玉米与大豆、花生豆科植物间作研究发现，间作可以提高土壤中微生物的数量和酶的活性，无论施肥与不施肥间作均可以提高玉米籽粒蛋白质、赖氨酸和淀粉的含量。李美等［66］对不同比例玉米花生间作研究认为，间作时玉米的蛋白质和脂肪含量高于单作；花生由于受到遮阴作用影响其碳水化合物的积累，导致蛋白质含量高于单作，脂肪含量低于单作，调整间作比例可以使花生受到的不利影响减少。巩雪峰等［67］对茶树和松树间作发现，间作改善了茶园小气候，提高了土壤养分，茶叶的品质与单作茶园茶叶相比有明显提高。陈映彤等［68］指出辣椒/紫苏间作改变了群体结构的水、热、光以及土壤环境，从而显著提高了辣椒果实中的可溶性蛋白质、糖和VC的含量。刘天学等［69］对不同基因型玉米间作研究发现，不同的基因型玉米组合间作可以改善群体结构和利用杂交优势，达到提高产量和改善品质的目的。

综上，通过调控耕作方式、作物品种、种植间距和水肥等因素，可以改变系统内环境和土壤环境，提高作物品质。

3.4 间作对作物产量的影响

间作可以提高作物产量已被大量研究证实。例如，Li等［62］在玉米/豌豆间作研究中发现，玉米和豌豆的产量与相应单作相比均增加。间作模式下蚕豆是优势竞争者，具有产量优势，蚕豆收获后玉米获得了较长的恢复生长时间，并且蚕豆的根留在土壤中会使土壤中氮含量增加，使玉米增产。

蔡倩等［7］对不同种植比例的玉米/大豆间作研究认为，玉米与大豆间作比例为2∶2、4∶4和6∶6时，间作系统中玉米均表现出产量优势，大豆均表现出产量劣势，玉米与豆科植物间作时，豆科植物产量降低主要是由于玉米对大豆产生遮光效应，可以通过选择耐阴的大豆品种，或者调节玉米/大豆条带间作系统中的冠层结构和茎秆特性来减少产量损失［70］。玉米/紫花苜蓿间作［71］和玉米/花生间作［72］也得到了间作会牺牲部分弱势作物的产量，来获得总产量优势的结论。

也有研究发现，间作并没有明显产量优势。杨欢等［73］对玉米/花生间作研究得出土地当量比（LER）为0.89～1.13，主要原因是种间竞争不平衡，并且共生期较长，花生长期处于荫蔽状态下，虽然间作增加了养分吸收量但降低了利用效率。

综上，间作产量受多种因素影响，并且对配对作物产量的影响结果不一致，在大部分情况下间作仍具有总产量优势。可以通过施肥、改变种植比例和间距和优化灌溉制度等使间作产量优势更加明显。

3.5 间作对作物水分利用效率的影响

间作系统中，当其中一种作物处在生长旺期时，可以从另一条带吸收水分，利用两种作物的生态位的差异，可以提高水分利用效率［74］。

刘斌等［75］指出，甜瓜/向日葵间作系统的水分效率比甜瓜单作和向日葵单作都有明显提高，高频少量灌水有利于提高间作系统的水分利用效率。李倩倩等［14］指出，小麦/玉米间作种植水分利用效率大于小麦和玉米单作，并且氮肥的使用提高了水分利用效率优势，一方面氮肥可以影响作物生长，增加地表覆盖面积，减少无效水分的消耗；另一方面合理添加氮肥可以通过增加产量，使水分利用效率提高。施肥对水分利用效率的影响与施用时期也有较大关系，滕园园等［16］对玉米和豌豆间作研究指出，氮肥后移可以使玉米在豌豆收获后迅速生长，提高间作系统冠层覆盖度，降低无效的水分消耗，提高水分利用率。水肥量要控制在合理范围，施肥量过高会造成徒长，籽粒灌浆减少［76］；水肥量过低，会不利于作物的生长发育［71］，降低水分利用效率。

种植比例和间距直接影响水分的分布与利用。王照霞等［77］对4种带型结构的玉米豌豆间作研究发现，3∶3带型间作的水分利用效率最高且高于玉米和碗豆单作，是因为3∶3带型和2∶2带型中玉米所占比例高于3∶6带型和2∶4带型，玉米的高产量有利于提高水分利用效率；3∶3带型与2∶2带型相比具有较少的共生区，降低了豌豆与玉米的竞争。Rahman等［78］指出，不同带宽和不同宽窄行间距，可以影响间作系统的冠层覆盖度和叶面积指数，从而影响土壤蒸发、土壤含水量和水分利用效率。

间作系统作物根系生长发育会对水分利用效率产生影响。张恩和等［79］对小麦/蚕豆间作研究表明，小麦与蚕豆根系生长的峰值时间不同，可以通过作物需水关键期的错位，使水肥得到充分的利用，从而提高水分利用效率。刘丽娟等［59］对玉米/木薯间作根系构型研究指出，玉米上窄下宽与木薯上宽下窄的根系形成互补，土壤上层的水分交替形成水分亏空带，再由土壤水势和根系提水作用使水分得到及时补充，使得间作水分利用效率高于单作。

综上，间作有利于调配土壤中的水分，满足不同作物各个生理阶段的需求，实现土壤水资源高效利用。提高间作作物的水分利用效率需要对作物种类、种植比例、种植间距和水肥调控进行合理配置。

4 展望

在日益加剧的水资源短缺、温室效应和粮食安全问题的背景下，间作因其高产高效、绿色、环保的特点在全球农业生产中有广阔的发展前景。然而，目前有关间作的研究仍存在许多不足，主要表现为土壤水热资源的时空变化及作物响应的机理不明确；部分有关温室气体排放研究的试验时间过短，不足以反映真实结果；有关间作的试验多采用田间采样和实验室测定等方法，缺乏模型研究；间作模式与农业机械化不协调。

为了最大限度发挥间作的优势，进一步推动间作的研究与应用，建议：①研究间作条件下各种作物的土壤水分时空动态，明确水分运移与种间竞争互补的关系，从水分供给方面提供调节种间关系的理论依据。②研究间作模式中的根系分布情况，从土壤水分与作物根系互作的角度探究根系时空分布与水分利用效率的关系。③进行长期的间作模式下土壤温室气体监测。农业系统的稳定需要较长时间，试验时间过短不足以反映准确的结论。④研究间作模式中土壤微生物的种类与数量变化，从土壤微生物的角度研究间作模式对土壤温室气体排放的影响。⑤建立間作作物生长模型。因间作系统具有结构复杂、异质性强的特点，模型有助于理解其中复杂的相互关系，并且可以定量化间作产量优势和资源利用优势。⑥开展与间作模式配套的农机研究。顺应时代发展方向，处理好间作空间配置参数与农业高产机械化的矛盾，让间作模式发挥出更强大的生产力。

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