張明君, 杜 娟, 張 強, 何小霞, 梁福琴, 鄒亞亞, 王 波, 鄧長芳, 李得孝

(1.延安市農(nóng)業(yè)科學研究所，陜西 延安 716000；2. 延安市寶塔區(qū)農(nóng)機技術(shù)推廣服務中心，陜西 延安 716000；3.西北農(nóng)林科技大學 農(nóng)學院，陜西 楊凌 712100)

作物間作種植是勞動人民在長期的農(nóng)事生產(chǎn)中總結(jié)出來的智慧結(jié)晶。合理的種間間作能夠提高光能和水肥利用效率[1～3]、土地資源利用率[4]，而且兼具增產(chǎn)增效的農(nóng)業(yè)效能[5]，對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展進程起到重要地推動作用。陜北地區(qū)多以丘陵山地為主，可耕作土地資源少，因此，充分發(fā)揮作物的間作優(yōu)勢，選擇不同作物進行種間搭配種植，同時構(gòu)建合理高產(chǎn)高效的作物群體田間配置方式，對提升陜北地區(qū)可耕地利用率和推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

禾本科與豆科間作是土地貧瘠地區(qū)較為普遍的種植模式，豆科作物具有良好的共生固氮作用[6]，能夠為禾本科作物生長提供更多的氮素營養(yǎng)[7]，促進作物群體協(xié)同生長發(fā)育。前人研究表明：魯西北地區(qū)，以玉豆行比4:4間作復合群體配置優(yōu)勢明顯，玉米大豆間作群體產(chǎn)值顯著高于玉米和大豆單作，增值范圍為13.93%～22.95%[8]。宮香偉[9]研究發(fā)現(xiàn)，2行糜子、4行綠豆間作模式下的產(chǎn)量比單作增加36.8%，并具有最高的土地生產(chǎn)力和水分利用效率優(yōu)勢，適合于西北旱作區(qū)推廣應用。薛仁風[10]研究表明：谷子與綠豆4:2的間作模式，總體效果顯著高于2:1間作和谷子單作，經(jīng)濟效益和利潤也最高。綜上可見，選擇適宜的作物進行間作種植，并且搭配合理的田間配置，更能促進作物群體的高產(chǎn)高效，增加農(nóng)業(yè)土地產(chǎn)出和經(jīng)濟效益。谷子是陜北地區(qū)的特色作物，常年種植面積保持在8.6萬hm2左右[11]。大豆作為陜北傳統(tǒng)種植的作物之一，種植面積占全省總面積的69.1%[12]。隨著近年來農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和國家“大豆振興計劃”的實施，陜北地區(qū)谷子和大豆的種植面積正在逐步擴大，而在實際生產(chǎn)種植過程中，農(nóng)民多選擇將谷子和大豆進行單作種植，谷子和大豆間作的生產(chǎn)實踐相對較少，而且前人關于谷子和大豆間作種植的研究匱乏。因此，本文主要是基于帶狀間作條件下研究谷子和大豆不同行比配置對作物農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響，同時比較分析不同種植模式的經(jīng)濟效益，旨在為完善陜北地區(qū)谷子和大豆的高產(chǎn)高效種植模式提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試區(qū)概況

試驗于2019年5月-10月在延安市甘泉縣石門鎮(zhèn)南溝門村進行。試驗區(qū)位于北緯N39°19′，東經(jīng)E109°18′，屬于半濕潤內(nèi)陸性季風氣候，平均海拔1 020 m，日照時數(shù)2 478.7 h，年均降水量約526.3 mm，年平均氣溫8.6 ℃，無霜期130 d。耕地類型為旱川地，地勢平坦，土壤類型為黃綿土，土質(zhì)疏松。試驗地前茬作物為玉米，2019年大豆生育期內(nèi)降雨量與溫度見圖1。

圖1 生育期內(nèi)平均氣溫及降雨量

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設計。根據(jù)谷子和大豆的種植行數(shù)，設9個間作處理，谷子單作(MM)、大豆單作(SS)為對照處理，每處理均設3次重復，小區(qū)行長6.0 m，處理具體情況見表1。間作模式下，谷子行距20 cm，株距8 cm，大豆行距35 cm，株距12 cm，谷豆間距30 cm，每小區(qū)2個種植帶；單作模式下，谷子行距33 cm，株距10 cm，大豆行距40 cm，株距12 cm。試驗用谷子品種為“長生07”，大豆品種為“中黃30”。4月13日，試驗地結(jié)合旋耕畝施尿素10 kg，磷酸二銨20 kg，硫酸鉀5 kg作為底肥，7月14日分別在單作和間作谷子行間追施尿素10 kg·667 m-2。5月2日谷子、大豆同期播種，人工開溝等距點播，6月10日人工中耕鋤草，試驗期間根據(jù)實際情況進行病蟲害的防治，10月12日谷子、大豆同時人工收獲。

表1 試驗處理

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量 成熟期時，每個小區(qū)分

別選擇10株長勢一致的谷子和大豆，帶回室內(nèi)進行考種，谷子調(diào)查株高、莖粗、穗長、穗粗、單穗重、千粒重，大豆調(diào)查株高、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、每莢粒數(shù)、單株粒重、百粒重。小區(qū)剩余谷子和大豆全部收獲脫粒，然后進行稱重計產(chǎn)。

1.3.2 土地當量比率(LER) 作為衡量土地利用效率的指標。LER(谷子/大豆)=YP/YM；LER= LER(谷子)+ LER(大豆)；式中，LER(谷子)、LER(大豆)分別為谷子和大豆的相對土地當量比，YP為單位面積間作作物產(chǎn)量，YM為單位面積單作作物產(chǎn)量。LER>1，表明間作具有產(chǎn)量優(yōu)勢；LER<1，表明間作無產(chǎn)量優(yōu)勢。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft WPS 2016軟件處理數(shù)據(jù)和制圖，SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，差異顯著性采用Ducan法，顯著水平設置為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間作處理下的土地當量比(LER)

如圖2所示，不同行比下谷子大豆間作的土地當量比(LER)均大于1，這說明谷豆間作種植較兩種作物單作優(yōu)勢明顯。谷子和大豆單作種植時，要想獲得與兩種作物間作時的同等產(chǎn)量，在同類田塊上兩作物單作所需種植面積之和為間作的1.23～1.43倍，谷豆間作種植較單作土地利用效率提高了23.0%～43.0%。整體而言，谷子間作4行區(qū)處理的LER高于谷子間作3行區(qū)和間作2行區(qū)處理，這說明在谷豆間作條件下，谷子4行種植具有更顯著間作優(yōu)勢，其中T8處理的LER最高，顯著高于谷子間作2行區(qū)處理，以及T5、T6處理，而谷子間作4行區(qū)各處理間LER差異不顯著。

圖2 不同間作處理下的土地當量比

2.2 不同處理對谷子和大豆產(chǎn)量的影響

不同的種植模式及行比配置對谷子產(chǎn)量有顯著的影響(圖3)。谷子單作模式下，產(chǎn)量為3 285.39 kg·hm-2，顯著高于除T7外的其他間作處理。谷豆間作模式下，隨著谷子種植行數(shù)的增加，谷子的產(chǎn)量逐漸升高，間作2行、3行、4行各處理平均產(chǎn)量分別為1 992.70 kg·hm-2、2 434.57 kg·hm-2、2 762.07 kg·hm-2。不同的間作處理中，在谷子種植行數(shù)相同的情況下，隨著大豆行數(shù)的增加，谷子的產(chǎn)量呈逐漸下降的趨勢，間作處理中以T7的產(chǎn)量最高為3 172.06 kg·hm-2，T7處理較之其他處理產(chǎn)量提高了7.53%～92.89%。T8處理產(chǎn)量為2 798.11 kg·hm-2，較T7處理顯著下降了13.36%，但仍顯著高于其他處理。

圖3 不同種植模式下的谷子產(chǎn)量

與谷子相似，不同的種植模式及行比配置對大豆的產(chǎn)量也有顯著影響(圖4)。單作大豆的產(chǎn)量為2 375.01 kg·hm-2，顯著高于其他間作處理。在間作模式下，當大豆種植行數(shù)相同時，大豆產(chǎn)量隨著谷子種植行數(shù)的增加逐漸下降，而大豆間作行數(shù)增加時，大豆產(chǎn)量呈上升的趨勢，平均產(chǎn)量由1 193.50 kg·hm-2上升到1 610.22 kg·hm-2。不同的間作處理中，T3處理產(chǎn)量最高為1 771.78 kg·hm-2，顯著高于其他處理，較T7和T8處理分別增加了79.75%和28.92%。

圖4 不同種植模式下的大豆產(chǎn)量

間作種植模式下的混合產(chǎn)量高于任一單作的產(chǎn)量才能表現(xiàn)出增產(chǎn)效應。從圖5可以看出，不同的間作處理的混合產(chǎn)量均高于單作大豆產(chǎn)量，但與單作谷子相比有增有減，T1、T2、T4、T8處理混合產(chǎn)量均高于單作谷子產(chǎn)量。在不同的間作處理中，T8處理產(chǎn)量最高為4 172.4 kg·hm-2，顯著高于其他處理，產(chǎn)量增幅為3.21%～12.96%。圖6表明，谷子和大豆分配的種植空間比例不同，間作系統(tǒng)產(chǎn)量的貢獻率也不同。T8處理系統(tǒng)產(chǎn)量最高，谷子和大豆的產(chǎn)量貢獻率分別為56.76%和43.24%，所以在谷子大豆間作模式中，谷子產(chǎn)量對系統(tǒng)產(chǎn)量起主導作用，首先要增大谷子單位種植面積，使其產(chǎn)量處在較高水平，進而適當改變大豆的種植空間，才能保證間作增產(chǎn)。

圖5 不同間作處理的混合產(chǎn)量

圖6 間作系統(tǒng)產(chǎn)量貢獻率

2.3 不同處理對谷子和大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

谷子和大豆在單作、間作模式下種植，群體生長結(jié)構(gòu)勢必會發(fā)生改變，進一步影響植株個體的生長發(fā)育。表3為不同處理下谷子的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因子，通過比較發(fā)現(xiàn)：隨著谷子間作行數(shù)的增加，谷子株高、莖粗、穗粗呈逐漸下降趨勢；穗長和單穗重呈逐漸上升趨勢；各處理間谷子的千粒重變化不大，差異不顯著。與谷子單作相比，谷子間作4行處理的株高、莖粗、穗粗分別降低2.6%～3.4%、3.5%～7.6%、4.4%～9.9%，但穗長增加了3.3%～9.3%，單穗重顯著增加了5.4%～6.5%。谷子間作4行處理與間作2行處理相比，穗長和單穗重平均增加12.2%和3.6%，其他性狀指標有所降低。這說明，谷子間作種植能充分發(fā)揮其邊際優(yōu)勢，不同間作行所改變的谷子產(chǎn)量構(gòu)成因子不同。

表3 不同處理下大豆農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素

表4是不同處理下大豆的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因子。大豆和谷子間作種植后，與單作大豆相比，整體上株高增加1.2～7.2 cm，百粒重增加0.6～3.4 g，每莢粒數(shù)減少0.1～0.6個，其他指標單、間作處理間差異明顯。在間作處理中，T8處理株高最高，顯著高于單作處理；單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重隨谷子間作行數(shù)的增加呈先減后增的趨勢，各處理中均是T8處理表現(xiàn)最優(yōu)，分別較單作增加7.7個、5.7粒、3.1g，處理間差異顯著。大豆作為間作系統(tǒng)中的劣勢作物，受谷子營造的生長環(huán)境影響較大，就本研究中對大豆生長優(yōu)劣性而言，谷子間作2行處理>谷子間作4行處理>谷子間作3行處理。

表2 不同處理下谷子農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.4 不同種植模式的經(jīng)濟效益比較

生產(chǎn)成本和經(jīng)濟效益是選擇最優(yōu)種植模式的重要考量依據(jù)。由表4可知，在筆者試驗中，各間作處理的生產(chǎn)成本處于1 841.7～3 016.5元·hm-2之間，低于谷子和大豆單作的生產(chǎn)方式；而在總產(chǎn)值方面，單作大豆的產(chǎn)值最低，與谷子單作相比，除T2、T3、T6處理外，其他間作處理的產(chǎn)值均高于谷子單作，這說明合理的谷豆間作種植能夠減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入，增加產(chǎn)出。綜合比較各間作處理，T7處理較谷子和大豆單作經(jīng)濟效益增加5 430.9元·hm-2和16 673.2元·hm-2，是本試驗最佳谷豆間作種植模式。

表4 不同種植模式的成本與效益比較 (元·hm-2)

3 討論

作物間套作種植是一種集約利用生產(chǎn)空間，高效種植的模式，能夠提高復種指數(shù)和資源利用效率，促進單位面積產(chǎn)量提高和經(jīng)濟效益的增加[13]。在筆者研究中，帶狀間作與單作相比雖然在一定程度上降低了谷子和大豆的產(chǎn)量，但提高了土地當量比(LER)和作物群體產(chǎn)量，增加了單位面積農(nóng)田產(chǎn)出和經(jīng)濟效益。與前人的研究結(jié)果有所不同，谷子間作種植增產(chǎn)效果顯著，而與其間作的作物有一定減產(chǎn)[14]，這可能與本研究選擇帶狀間作種植進而改變了谷子株行距配置，使得未能充分發(fā)揮谷子的邊行優(yōu)勢。此外，在不同行比配置的間作處理中，谷子4行區(qū)種植處理的作物群體產(chǎn)量高于2、3行區(qū)處理，其中谷豆行比為4:3處理的群體產(chǎn)量和土地當量比均最高，但與行比4:2相比處理間差異不顯著，谷豆行比4:2處理的產(chǎn)值最高，經(jīng)濟效益最大。這與前人在谷子和綠豆不同行比間作中的研究結(jié)果較為一致[10]。因此，研究認為，在陜北地區(qū)谷子和大豆更適宜以4行谷子間作2行大豆的方式種植。

作物的農(nóng)藝性狀受到品種、水肥條件、種植方式、田間管理措施等一系列因素的影響，是作物產(chǎn)量形成以及能否實現(xiàn)增產(chǎn)的重要基礎。相關研究表明，禾本科與豆科作物間作時，間作系統(tǒng)優(yōu)勢作物的株高、莖粗、穗長、干物質(zhì)積累有所增加[15]，劣勢作物的株高、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)等相關產(chǎn)量因子指標有所下降[16]。在本研究中，谷子的農(nóng)藝性狀指標與帶狀間作行數(shù)關系密切，間作行數(shù)增加，會引起谷子株高、莖粗、穗粗下降，但穗長和單穗重有所增加，這可能與谷子品種以及種植方式改變后植株內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)分配有關。與單作相比，間作大豆的株高和百粒重增加，每莢粒數(shù)減少，其他指標數(shù)值升降不一，這主要是因為在谷豆間作系統(tǒng)中，大豆的生長發(fā)育受到谷子提供的蔭蔽環(huán)境影響，自身出現(xiàn)避蔭反應，表現(xiàn)為主莖明顯伸長，植株生物量下降[17]。綜合比較各間作處理，4行谷子與2行或3行大豆帶狀間作對作物自身生長發(fā)育影響程度最小，能夠為谷子和大豆生長創(chuàng)造有利的田間環(huán)境。

4 結(jié)論

本研究認為，谷子和大豆帶狀間作種植降低了作物單位面積產(chǎn)量，提高了農(nóng)田綜合產(chǎn)出和經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了土地資源的高效利用。其中，4行谷子與2行大豆以1.55 m的帶幅間作種植，是本試驗條件下的最優(yōu)處理。但是否有更好的間作條件下田間配置方式和品種組合搭配，還有待進一步研究探索。