玉米-大豆间作种植效应分析及展望

翟娟 刘岚君 褚崇胜 胡妹

摘    要：玉米-大豆间作是农业中典型的间作模式之一。结合试验研究结果可知，玉米-大豆间作种植在时间和空间上利用光、热、水、养分等资源具有互补优势。文章分析了玉米-大豆间作种植类型，总结了该间作体系增加养分累积量、防控作物病虫害、抑制杂草生长、增强抗倒伏能力、提高土壤肥力、土地当量比及产量等间作优势，并根据目前应用情况提出了需进一步研究的问题和展望方向。

关键词：玉米；大豆；间作优势；效应分析

文章编号：1005-2690（2023）10-0130-03       中國图书分类号：S513；S565.1       文献标志码：A

作者简介：翟 娟（1979—），女，汉族，贵州赫章人，本科，农艺师，研究方向为农业经营管理。

间作是指在生长季节或生长期的同一块田地同时交替种植2种或多种不同作物的种植方式[1]。间作是农业生产的传统农艺措施，可提高作物竞争力，并改善单位农田面积的资源利用能力。良好的间作模式在地下部表现为深根系植株与浅根系植株养分资源共享、生态位分离，在地上部则体现为空间光源的充分利用[2]，间作作物在营养需求、生根能力、高度、冠幅结构和间作作物生长资源等方面表现为互补关系[3]。大量研究表明，在多种作物间作体系中都存在间作优势，合理间作可以提高光、热、水、肥等自然资源和农业资源的利用率[4]。

玉米和大豆是我国主要的粮食和经济作物，对保障畜牧粮食安全具有重要意义，我国玉米常年种植面积约4 300万hm2，大豆仅800万hm2左右[5]，两者目前皆主要依赖进口。近年来，为了切实解决“三农”问题，各级农业主管部门纷纷提倡践行新型、高效种植技术探索。

西南地区土壤多黏性、土地养分流失率较高，间作是较好的种植模式之一，能充分利用光、热资源提高单位面积的收益[6]。对众多禾本科和豆科作物的分析表明，玉米和大豆间作是优良的间作体系，玉米和大豆可在空间结构上互补，有效利用受光面积，促进田间小气候交流，且玉米和大豆分别是耗氮C4和固氮C3作物，播种季节相同，适合机械化种植和收获[7]。

1 玉米-大豆间作种植类型

1.1 间作套种

间作套种指在同一土地上按照不同比例种植不同种类农作物的种植方式[8]。这涉及在既定作物中种植1种或多种作物，使第1批作物的最后生长阶段与其他作物的初始生长阶段相对应[9]。总而言之，在第1季作物达到生理成熟或接近成熟阶段种植第2季作物。在玉米-大豆间作系统中，大豆通常是晚播作物，当2种作物都以最佳种植密度种植时，土壤当量比通常在1.1～1.8，间作作物在整个共同生长期不会激烈竞争，间作套种可以更平衡地利用土壤养分、光源和水分，从而增加整体经济效益、减少杂草和病虫害[10]。

1.2 混合间作

这种间作类型涉及1次同时种植多种作物，但没有明确的行布局[11]。这种间作方法普遍应用于劳动密集型小型农业，也适用于牧场草豆科间作。玉米-大豆间作可有效改善土壤多样性和生态系统功能，促进土壤生物群繁殖以及提升土壤质量[12]。此外，混合间作与各种生态效益相关，例如在总生态位空间中增强资源利用，促进生态位分化[13]。

1.3 带状间作

带状间作种植系统包括在不同条带中种植2种或多种作物，当条带宽度适宜，可种植其他种作物[14]。随着农业持续发展，已经开发并使用了玉米-大豆条带间作模式，条带间作允许玉米和大豆在条带中分布生长。带状间作类型主要基于3个重要策略：增加行距、减少株间间距以及优化品种筛选[15]；带状间作适合机械耕作和作物收获；有助于适当提高玉米-大豆间作物种的竞争力。带状间作也是目前玉米-大豆种植的主要间作类型。

2 玉米和大豆间作的优势

2.1 增加养分累积量，提高土壤肥力

禾本科与豆科间作可以提高土壤肥力，特别是玉米和大豆间作体系。研究发现，青贮玉米与饲草大豆间作[16]，可改善土壤团聚体结构，降低土壤容重。玉米和大豆均是喜温作物，对土壤水分的需求阶段相似，从营养需求角度来看，玉米为喜氮作物，在发育前期和品质形成后期皆需要大量的氮元素，而大豆能够通过生物固氮作用固定大气中的氮转化为无机氮，以供玉米利用[17]。

间作非固氮植株（玉米）和固氮（大豆）作物可以提高氮素总累积量和群体产量，并且在没有施氮肥的情况下，大豆会固定大气中的氮，而不是与玉米竞争土壤氮资源。Pierre等（2018）[18]使用3个大豆品种（SB19、地方种GAZELLE和杂交TGX1990-5F）与玉米进行多元间作显示，相较于大豆单作，所有间作体系（特别是玉米与大豆杂交体系）的大豆根系结瘤数更多，固氮量及其他养分（硫、钾、磷）含量更高。

2.2 抑制病虫害和杂草发育

在同一块土地上玉米-大豆间作会改变寄主植物间的关系和土壤环境，从而影响害虫识别和作物防御能力[19]。

大量研究表明，间作比单作能更有效抑制杂草生长，随着时间和间作群体在土壤生态位中的延伸，间作对杂草的竞争效应更强。与单作相比，玉米-大豆作物间作的杂草密度和杂草干物质较低，进一步研究发现，在农田中杂草往往根系较深但其地上部矮小，接触光线较少，而土壤中的养分竞争却很激烈，因此杂草生长受限。

玉米种植过程中易感染大斑病、茎腐病、灰斑病、锈病等病害。研究表明，玉米与大豆间作比例为2∶3时玉米发病率低。间作种植模式能有效延缓玉米叶片的衰老速度，因而玉米少发病[20]。玉米与大豆间作，玉米的根系分泌物对大豆帚梗柱孢菌病原菌的生长具有很好的抑制作用，可诱导感病蛋白基因发生上调表达，从而激活大豆内生防御系统，以降低红冠根腐病带来的损伤[21]。

2.3 增强抗倒伏能力

倒伏是玉米种植过程中因自然灾害或人为管理不当使植株倾斜或着地。作物倒伏带来的负面影响包括机械损伤、感染病虫害和降低植株高度，从而降低光拦截效率，并导致收成降低，是影响玉米生产的重要灾害[22]。研究表明，玉米-大豆间作种植可提高玉米抗倒伏能力。程彬等（2021）[23]研究表明，在玉米-大豆带状间作系统中，大豆生长中后期受高位作物玉米遮荫和自荫性增加的影响，其植株群体冠层内部的光合有效辐射、叶面积指数、叶片光合能力、分枝数及产量显著降低。在玉米-大豆带状间作模式下，适宜的大豆种植密度有利于创造良好的群体冠层内部光环境，降低植株田间大豆、玉米倒伏率。

2.4 提高环境资源利用效率

玉米与大豆间作种植不存在养分竞争关系，因此可以提高土壤中养分利用率[24]。玉米-大豆间作展现出的高养分资源吸收和利用效率以及低投入，使得该间作体系成为贫瘠土地的首选栽培技术。众多研究表明，玉米-大豆间作可以提高大豆作物的固氮能力，能显著提高复合群体对不同时间及空间生态位上养分资源的吸收和利用。

玉米喜强光直射，玉米-大豆间作种植不影响玉米的光能获取面积，且大豆可以截取玉米带间散落的光能进行光合作用。间作种植模式使得单位土地面积上的光合效率提高，从而增加产量。

2.5 提高产量和土地当量比

玉米-大豆间作模式能够提高作物产量，原因是间作提高了作物对养分、水和光等自然资源的利用率[25-26]。Yu等（2015）[27]基于meta分析研究表明，当2种作物在一起种植时，可能会发生植物内部或物种间的竞争，而玉米-大豆间作中的种间资源互补是促进作物增产的重要因素。

玉米-大豆间作以提高产量为目的，特别是对于小型种植和生长季节较短的地区，土地当量比、面积时间当量比的方向是评价间作产量和效率的重要表征。研究表明，玉米和大豆间作有利于提高土地当量比。牛永锋等（2022）[28]研究表明，选择鲜食玉米与大豆种植行比2∶4的间作模式下，鲜食玉米种植密度为25 000、30 000和35 000株/hm2时，土地当量比分别为1.24、1.29、1.37；当玉米播期为大豆播种后20、27、34 d时，当量比分别为1.24、1.29、1.27[29]。这表明播期、种植密度是影响间作优势的重要因素。

3 问题与展望

与集约化单一栽培生产相比，玉米-大豆间作被认为是提高农业系统可持续性的替代措施之一，可有效提高复合群体资源利用、养分吸收及产量。玉米-大豆间作仍存在一些困难，例如肥料综合管理、机械化应用、除草以及采收顺序，间作还需要付出更多的劳动力，间作种植过程中的除草成本通常很高，尤其是在机械化水平不足且劳动力短缺的国家和地区，如果管理不善，可能会降低2种作物的产量[30]。大豆单产低主要是由于截获的光合有效辐射不足，通常被认为是限制间作效益的主要因素，间作中玉米冠层覆盖会造成相对湿度较高的田间小气候，不利于大豆生长，甚至会促进真菌病害的发生。因此，玉米-大豆间作在保证两者之间互不冲突、相互促进的情况下，可达到最佳的产量效果。

此外，要实现玉米和大豆田间生产机械化、产量潜力最大化以及全国和国际应用的最终目标，还需要开展更多工作，以改进目前在我国所有玉米或大豆种植区的应用系统，例如适宜品种仍有待培育或筛选，包括半紧凑型玉米、荫蔽不敏感大豆、适宜当地气候和土壤的新型品种等。此外，有研究表明，在玉米-大豆带状套作系统中，窄行和宽行作物的周年轮作以及大豆的固氮作用和磷有效性的提高可为两种作物提供持续养分。因此，要实现玉米-大豆间作高产高效，必须因地制宜开展间作种植的品种筛选、最优带宽、间作体系合理配置等相关技术研究。

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