玉米大豆间作模式对提高作物品质及生态效益的影响

陈美心

（罗定市农产品质量安全监督检测站，广东 云浮 527200）

农作物间作历史悠久，可以提高土地利用率，增加产量，提高收益。玉米大豆间作基于两者株高差异形成空间互补，充分利用水、光、热以及土资源，实现增产增收[1]。

大豆根系固氮，为养地作物；玉米喜氮却无固氮能力，为耗地作物。两种作物间作可在增加产量的同时减少化肥与农药的施用量，具有良好的生态效益。

1 玉米大豆间作概述

玉米大豆间作主要通过大豆田隔沟间作与大豆田横垄串带两种方式实现[2]。隔沟间作指隔两垄豆种1 沟玉米，玉米采用一埯多株（如3～5 株）方式。横垄串带即大豆田采用横垄种植，玉米在带中种植，采用一埯多株（如6～8 株）方式。现设玉米、大豆行数分别为x 与y，通常y≥x，x=1，2，…，6。玉米大豆间作收益以x=2、y=3 或x=2、y=4 收益最高。

玉米大豆间作应避免玉米对大豆过分遮蔽，使大豆充分利用光热资源，确保两者间作叶面系数≥3.0[3]。采用全程机械化生产方式时，x=2、y=4 和x=4、y=4 均具有间作优势，成本较低，产值较高，可提升效益，减少农田土壤中CO2和N2O 的排放[4]。鉴于间作模式多种多样，文章研究了玉米大豆间作模式对提高作物品质及生态效益的影响。

2 材料与方法

2.1 试验设计

田间试验分为两部分，试验1 重点考察玉米大豆间作模式对玉米品质的影响，试验2 重点考察玉米大豆间作模式对大豆品质的影响。试验1 和试验2 相互独立，没有关联性。

试验1 地点在罗定市农业技术推广中心试验场，土壤为红壤土，土壤中有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为16.9 g/kg、70.1 mg/kg、14.3 mg/kg、170.0 mg/kg，土壤pH 值为6.0。玉米大豆间作采用2∶4（x=2，y=4）模式，玉米株行距为30 cm×40 cm，大豆株行距为20 cm×40 cm。作为对比，单作玉米株行距为30 cm×40 cm。整地时施入基肥，过磷酸钙705 kg/hm2、硫酸钾300 kg/hm2。玉米拔节期施氮肥25.5 kg/hm2，玉米大喇叭口期施氮肥25.5 kg/hm2。玉米为糯玉米品种，大豆为早熟品种。

试验2 地点在罗定市分界镇农业技术推广站试验场，土壤为红壤土，土壤有机质、全氮、全磷、全钾所占比例分别为3.59%、0.35%、0.29%、2.02%。玉米大豆采用2∶2 间作（x=2，y=2）模式，玉米株行距为20 cm×40 cm，大豆株行距为10 cm×40 cm。作为对比，单作大豆株行距为10 cm×50 cm。玉米地需施基肥，过磷酸钙600 kg/hm2、氯化钾150 kg/hm2，并在苗期、拔节期与攻苞期施全氮270 kg/hm2。大豆苗期施尿素114 kg/hm2、过磷酸钙117 kg/hm2、氯化钾150 kg/hm2，花期施尿素117 kg/hm2、氯化钾75 kg/hm2。玉米为普通品种，大豆为菜用品种。

2.2 样品测定

试验1 单作与间作模式各取120 粒玉米籽粒，采用红外吸收光谱法测定淀粉、蛋白质、脂肪和赖氨酸含量。试验2 单作与间作模式在鼓粒期选取100 粒大豆籽粒，采用红外吸收光谱法测定粗脂肪、可溶性糖、淀粉和游离氨基酸含量，采用凯式定氮法测定蛋白质含量。采集玉米鲜穗和豆荚，剥离出玉米籽粒和大豆籽粒，随机抽取120 粒玉米籽粒、100 粒大豆籽粒，烘干后粉碎为粉末，各取适量样品进行测定。

2.3 统计分析

采用SPSS 24.0 软件分析数据，间作与单作品质比较采用独立样本t 检验，当检验结果P＜0.05 时认为差异显著，P＜0.01 时认为差异极显著。

3 结果与分析

3.1 玉米大豆间作模式对玉米品质的影响

试验1 的田间结果：单作玉米中的淀粉平均含量为（71.211±0.772）%、蛋白质平均含量为（9.762±0.516）%、脂肪平均含量为（4.335±0.091）%、赖氨酸平均含量为（0.231±0.012）%，间作玉米中淀粉平均含量为（73.102±0.142）%、蛋白质平均含量为（10.464±0.406）%、脂肪平均含量为（4.491±0.039）%、赖氨酸平均含量为（0.270±0.003）%。

经SPSS 24.0 统计分析可知，间作玉米比单作玉米淀粉平均含量高（t=26.390，P=0.000＜0.01），蛋白质平均含量高（t=11.727，P=0.000＜0.01），脂肪平均含量高（t=17.276，P=0.000＜0.01），赖氨酸平均含量高（t=35.739，P=0.000＜0.01），表明玉米大豆间作玉米籽粒品质优于单作玉米品质。

3.2 玉米大豆间作模式对大豆品质的影响

试验2 的田间结果：单作大豆的蛋白质平均含量为（37.014±1.090）%、粗脂肪平均含量为（21.798±0.470）%、可溶性糖平均含量为（7.912±0.957）%、淀粉平均含量为（5.398±0.837）%、游离氨基酸平均含量为（1.294±0.392）%，间作大豆的蛋白质平均含量为（39.638±1.533）%、粗脂肪平均含量为（21.632±0.730）%、可溶性糖平均含量为（8.793±0.796）%、淀粉平均含量为（4.974±0.640）%、游离氨基酸平均含量为（1.236±0.260）%。

经SPSS 24.0 统计分析，间作大豆比单作大豆蛋白质平均含量高（t=13.951，P=0.000＜0.01），可溶性糖平均含量高（t=7.078，P=0.000＜0.01），但淀粉平均含量低（t=-4.020，P=0.000＜0.01），粗脂肪平均含量差异不显著（t=-1.909，P=0.058＞0.05），游离氨基酸平均含量差异不显著（t=-1.220，P=0.224＞0.05）。可见，玉米大豆间作能增加蛋白质、可溶性糖含量，但淀粉含量有所减少，粗脂肪和游离氨基酸含量无明显变化。说明玉米大豆间作对大豆品质的影响虽不如玉米突出，但优劣相抵，基本可以接受。

4 讨论

4.1 玉米大豆间作模式提高玉米品质的原因

试验1 结果表明，玉米大豆间作玉米籽粒的品质优于单作玉米籽粒品质，说明玉米大豆间作能提高玉米籽粒的营养品质，主要原因有以下3 点。

一是玉米大豆间作可以使玉米获得更多的光、热资源，通风状况较好，有利于田间二氧化碳与氧气的交换，可提高玉米光合作用效率，促进玉米果实营养物质积累。通风透光性好能降低高温热害等不良影响，降低病虫害发生概率，利于改善玉米籽粒营养品质。此种情况与单作玉米的边际效应原理一致。大田单作玉米时，靠边的玉米普遍穗大、籽粒饱满，营养成分优于大田中间的玉米。

二是大豆根系中的根瘤菌具有固氮作用，能从空气中吸收和固定氮素，玉米大豆间作时玉米可以从大豆中获取氮素。氮素是玉米籽粒营养物质累积的重要基础，玉米与大豆间作获取的氮素多于单作玉米。

三是玉米大豆间作确保了生物多样性，根系中微生物种类和数量较多，根际脲酶活性高，根区养分分解效率高，有利于提高玉米根系对氮素的吸收利用效率。因此，间作玉米籽粒中的淀粉、蛋白质、脂肪和赖氨酸含量比单作玉米高。

4.2 玉米大豆间作模式对大豆品质影响效果小于玉米的原因

试验2 结果表明，玉米大豆间作对大豆品质的影响小于对玉米品质的影响，虽然大豆中蛋白质含量有所增加，但淀粉含量有所减少，粗脂肪和游离氨基酸含量无明显变化。造成这种结果的原因主要是玉米与大豆对养分的吸收存在竞争关系，玉米对氮素的竞争影响了大豆的代谢活动，但大豆具备固氮作用，可弱化此竞争。

5 玉米大豆间作模式对生态效益的影响

5.1 改善土壤理化性质，提高作物养分利用率

长期单作或连作会使土壤性状劣化，土壤有机质减少，养分流失。间作能改善土壤理化性质，有利于保持土壤肥力，平衡养分。土壤结构对土壤透气性、水分含量、温度有直接影响，会影响土壤肥力以及农作物根系生长和养分的吸收。间作模式能改善土壤孔隙度，促使形成土壤团粒结构，增加土壤有机质、有机氮、速效氮含量。

玉米是须根系作物，根毛多，根量大；大豆为直根系作物，根系分枝少，深入土壤深层。两种作物间作有利于形成根系交叉、共生的局面，从而增加根区微生物种群的数量和种类，改善土壤结构，促进根区养分分解，提高作物对养分的吸收利用率。

5.2 优化群体空间结构，增强光热利用效应

间作模式中，不同形态作物形成复合空间结构，当两作物间存在互补效应时，会促进作物充分利用资源。玉米属于高秆作物，叶片向斜上方伸展；大豆属于中矮秆作物，叶片向水平方向伸展。两作物间作可以形成较好的群体空间结构，营造良好的田间通风环境，增加玉米边际效应，促进玉米增产增收。在对光热利用方面，玉米作为优势作物虽然会遮挡部分光线，减少大豆接收的光照，使大豆产量下降，但可通过合理选择间作模式弱化两作物之间的竞争性，发挥不同作物间生态位互补优势。例如玉米大豆3∶6 间作（x=3，y=6）模式的大豆冠层受光量比2∶2 间作（x=2，y=2）模式高40%，能有效减少玉米对大豆遮阳的影响[5]。

5.3 抑制病虫草害传播，避免农药污染环境

物种多样性能增强植物抵御病虫害的能力。病虫害发生与作物养分关系密切，单作使病虫害更易获得所需养分，间作可切断病虫害获得养分的途径[6]。玉米害虫以玉米螟为主，大豆害虫以豆突眼长蝽居多。玉米大豆间作害虫种类比单作玉米多，但害虫总量较少，害虫天敌种类数量比单作玉米或单作大豆多，因此玉米大豆间作比单作更有利于采取“以虫治虫”策略，减少杀虫剂用量，有利于生态环境保护。玉米病害主要有纹枯病、大小斑病，大豆病害主要有根腐病、疫霉病、灰斑病。玉米是单子叶植物，大豆是双子叶植物，两者间作对病害相互免疫，可有效阻断病原菌传播途径，降低病害损失，减少农药施用量。玉米中耕培土要除草，所以玉米田中杂草较少，但大豆田中存在牛筋草、香附子、聚穗莎草、马唐、狗牙根、硬稃稗、空心莲子草等，会与大豆争夺养分。玉米大豆间作杂草类型与单作大豆相似，但数量减少近1/3。可见玉米大豆间作模式能抑制病虫草害传播，生态效益显著。

5.4 提高水肥利用效率，减少温室气体排放

水肥是农作物生长必需的要素，直接影响农作物产量和品质。过量施用化肥会增加温室气体排放量。过量施用氮肥会增加土壤中N2O 排放量，同时氮肥制造过程中会产生大量温室气体。试验发现，玉米大豆间作的水分利用率比玉米单作或大豆单作高，原因是间作体系的农田水分蒸发量比单作低。玉米大豆间作能促进玉米对氮素的吸收，对大豆氮素吸收量的影响较小。大豆具有根瘤固氮功能，可减少氮肥的施用量，促进玉米对氮素的吸收，缓解氮素对大豆结瘤固氮的抑制效果，刺激大豆根瘤提高固氮效率。玉米大豆间作可以提高水肥利用效率，减少化肥施用量与温室气体排放，从而产生较高的环境效益和生态效益。

6 结论

目前，对玉米大豆间作的优势已形成共识，但相关研究大多针对产量和经济效益方面，较少专注于作物品质和生态效益。作物品质与消费者喜好关系密切，生态效益与人类社会发展的可持续性相关联，在关注产量和经济效益的同时，要着力提升作物品质和生态效益。

本试验结果表明，玉米大豆间作有利于改善玉米品质，但对大豆品质的影响不显著，说明玉米大豆间作在品质改善方面玉米获益大于大豆。对生态效益的研究结果表明，玉米大豆间作有利于改善土壤理化性质，提高作物对养分的利用效率，优化植物群体的空间结构，增强作物对光热的利用效应，抑制病虫草害的传播，减少农药施用量，减轻环境污染，提高水肥利用效率，减少温室气体排放。