不同大豆玉米品种及不同间作模式对群体结构和产量的影响

颉健辉，杨相昆，张占琴，田海燕，曾 凯，战 勇

（新疆农垦科学院作物研究所，新疆 石河子 832000）

大豆古称菽，常用来做各种豆制品、榨取豆油、酿造酱油和提取蛋白质。大豆原产于我国，但我国却不是大豆的主产国，据统计，2021年我国大豆产量1 640万t，进口量9 652万t，对外依存度超过80%[1]。我国大豆种植面积有限，在主要产区与粮食作物存在竞争，而且种植大豆土地产出率低，产量水平不高，比较效益低[2]。

针对以上问题，四川农业大学杨文钰团队提出发展套种大豆是解决这一问题的有效途径[3，4]。该技术主要通过高低搭配、扩间增光、缩株保密来扩大大豆种植，使玉米从原来的平面受光变为立体多面受光，行行具有边际效应[5]。在玉米产量不降的同时，多收一季大豆，提高复种指数和土地产出率[6]。

新疆光热资源丰富，膜下滴灌技术大面积推广应用，具有创造作物高产的天然优势。2020年大豆全国高产记录453.54 kg/667 m2，2021年玉米全国高产记录1 663.25 kg/667 m2[7]。如何将西南地区玉米不减产，多收一季大豆的复合种植技术应用到新疆，探索适宜新疆的大豆玉米带状复合种植的模式以及作物品种，对扩大大豆生产、实现玉米和大豆产量协同提高具有重要的意义[8]。对于作物品种选择而言，要筛选具有产量潜力大、株型紧凑、耐荫、耐密、抗倒伏的品种[9-10]。在新疆农垦科学院院内试验地开展大豆玉米带状复合种植试验，筛选适宜本地区带状复合种植的模式和品种，目的在于探索大豆玉米带状复合种植在新疆的应用前景，为本地区开展大面积大豆玉米带状复合种植工作提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022年在新疆石河子市新疆农垦科学院2轮试验地进行，该区属于典型的干旱气候区，年平均气温7.5～8.2 ℃，日照2 318～2 732 h，无霜期147～191 d，年 降 雨 量180～270 mm，年 蒸发 量1 000～1 500 mm，≥10 ℃活动积温3 570～3 729 ℃。试验地土壤为粘壤土，耕层（0～30 cm）土壤基础理化性状如表1所示。

表1 耕层0～30cm土壤基础理化性质

1.2 试验材料

选取大豆品种5个（2011-336-7、NK0906-19、新大豆8号、新大豆22号、新大豆25号），玉米品种7个（斯泰112、华美1号、Z658、MC670、垦玉4606、垦玉4140、新玉77）为试验材料。

1.3 试验设计

1.3.1 大豆玉米带状间作品种组合设计

新玉77分别和5个大豆品种组成间作组合，其余6个玉米品种与新大豆8号组成间作组合，田间具体组合如表2所示。

表2 复合种植大豆和玉米间作组合

1.3.2 大豆玉米带状间作模式设计

设置两种不同的大豆玉米间作模式，以大豆和玉米单作为对照，具体内容如下：

模式1为8行大豆4行玉米，见图1。每播幅4.68 m，包含两个单元，每个单元使用宽为2.05 m的膜，大豆和玉米在同一条膜上。玉米、大豆带间距60 cm，大豆带共4行，间距18 cm+18 cm+18 cm，两边交接行共60 cm。每个间作处理长度为55 m，面积为257.4 m2。玉米穴距8 cm，每穴1粒，7 123粒/667 m2，播种深度4 cm以上；大豆穴距7.5 cm，15 196穴/667 m2，中间2行大豆每穴1粒，两个边行1-2-1下种，18 994粒/667 m2，播种深度2～3 cm。

图1 大豆玉米复合种植模式1示意图（8行大豆，4行玉米，每播幅4.68 m）

模式2为6行大豆4行玉米，见图2。每播幅3.4 m，玉米使用0.7 m宽的膜、大豆使用1.3 m的膜。大豆带共6行，间距15 cm+27.5 cm+15 cm+27.5 cm+15 cm，玉米带行距30 cm，玉米大豆带间距60 cm，两边交接行60 cm。每个间作处理长度为55 m，面积187 m2。玉米穴距8.5 cm，每穴1粒，9 450粒/667 m2，播种深度4 cm以上。大豆穴距10.0 cm，11 758穴/667 m2，1-2-1下种，17 638粒/667 m2，播种深度2～3 cm。

图2 大豆玉米复合种植模式2示意图（6行大豆，4行玉米，每播幅3.4 m）

单作大豆采用新大豆8号，每播幅4.6 m，包含两条膜，每条膜6行大豆，株距7.5 cm，播种密度为23 189株/667 m2；单作玉米为新玉77号，每播幅2.2 m，包含两条膜，每膜2行玉米，株距16 cm，种植密度为7 576株/667 m2。各作物单作的小区长度均为55 m，净种大豆小区面积253 m2，净种玉米小区面积121 m2。

1.4 田间管理

试验地面积共13 340 m2，5月9日完成播种工作后进行滴灌。全生育期总灌水量13 879 m3，折合693.95 m3/667 m2，滴水同时施入化肥，包括为尿素（25 kg/667 m2）、磷酸一铵（35 kg/667 m2）和硫酸钾（10 kg/667 m2），具体如表3所示。

表3 田间水肥施用情况

大豆全生育期4次化控，化控剂采用缩节胺，化控时间及用量分别为：5月31日12 g/667 m2、6月6日15 g/667 m2、6月14日20 g/667 m2、6月23日30 g/667 m2；玉米进入拔节期以后分别于6月5日和6月14日两次化控，化控剂采用苄氨·乙烯利，用量为10 mL/667 m2。

1.5 测定指标及方法

1.5.1 干物质积累

从玉米拔节期开始，每隔14 d取样一次，每个小区随机选定3个点，每个取样点连续取玉米3株，大豆5株。带回实验室测定地上部干物质积累量。

1.5.2 叶面积指数和冠层结构

每个间作组合取3个测定点，每个点附近标记有代表性的植株10株，与干物质取样同步进行，在中 午12：00～2：00 光 线 稳 定 时，用 冠 层 仪LAI-2 200C分别测定大豆和玉米的叶面积指数（LAI）、平均叶倾角（MTA）、冠层开度（DIFN）。

1.5.3 产量及构成因素

2022年10月9日开始田间取样与测产工作，各间作组合玉米和大豆分开收获，按小区实收。其中，模式2玉米收获时分为内行和外行（靠近大豆一侧）测定。大豆和玉米单作全部实收。收获后脱粒称重并测定籽粒含水率，将小区产量换算为单位面积籽粒产量（玉米标准水份按14%、大豆按13%计算）。收获测产的同时，每个小区取10株大豆和20个玉米果穗，带回实验室进行考种，测定产量构成相关指标。

1.6 数据分析及作图

采用Office 2016和SPSS 22.0等软件进行数据整理及分析。

2 结果与分析

2.1 不同间作模式对“新大豆8号”和“新玉77”冠层结构的影响

图3 为测定期内作物冠层有关指标，可以看出大豆LAI在逐渐增加，MTA和DIFT逐渐降低，各处理间3个指标只在6月12日存在显著性差异，单作大豆的LAI显著低于套种，MTA和DIFT显著高于套种。单作大豆在灌浆前期各处理中表现出最高叶面积；单作玉米的叶面积与前两次显著低于套种，平均叶倾角和冠层开度显著高于套种，但两套种模式间差异不显著。

图3 不同间作模式对新大豆8号和新玉77号作物冠层结构的影响

2.2 不同间作模式对“新大豆8号”和“新玉77”干物质积累的影响

从图4可以看出，随着生育期的推进，大豆和玉米干物质积累量逐渐增加，就大豆而言，单作大豆的干物质积累总是显著高于套种，且增加的幅度越来越大，而两种套种处理间差异不显著。对玉米而言，模式1的干物质积累量略高于模式2的，但不同套种模式以及单作玉米的干物质积累之间均不存在显著性差异。

图4 不同套种模式对新大豆8号和新玉77号作物干物质积累的影响

图5 不同间作模式对大豆产量的影响

2.3 不同间作模式对大豆和玉米产量的影响

2.3.1 不同间作模式对大豆产量构成因素的影响

表4为大豆产量构成因素，可以看出，相同模式不同品种间各产量因素有明显差异，而且同一品种在不同模式下也存在差异。模式1中，NK0906-19、新大豆22 和新大豆8号株高相对较低，主茎节数也较少，而新大豆8号结荚高度较高，导致有效荚数、单株粒数和单株粒重均降低。模式2中，新大豆22号、新大豆25号和新大豆8号株高低于100 cm，3个品种单株荚数、单株粒数都相对较高，区别在于新大豆25号主茎节数较多而结荚高度低，从而增加了单株荚数、单株粒数以及单株粒重。

表4 不同间作模式大豆产量构成因素

2.3.2 不同间作模式对玉米产量构成因素的影响

从表5可以看出，不同模式对玉米产量构成有明显的影响，模式1玉米的果穗重、穗长、穗粗、穗粒数较模式2有明显的提高。

表5 不同间作模式玉米产量构成因素

新玉77的百粒重在两种模式中均为最高且与单作差异小。模式1中，MC670、Z658和垦玉4606果穗的整体水平较高，有利于产量提高，模式2中，垦玉4140和垦玉4606是果穗综合表现较佳的品种。

2.3.3 不同间作模式对大豆产量的影响

本试验单作大豆产量为179 kg/667 m2，间种大豆与其相比，产量降幅为62.8%～85.6%（表5）。不同品种在两种模式下的产量表现有所差异，新大豆8号、2011-336-7、新大豆25号在模式2下的产量较高；新大豆22号和NK0906-19在模式1的产量大幅度高于模式2的。总体而言，新大豆25和NK0906-19在两种模式下的产量都相对较高，模式1下，新大豆25号和NK0906-19分别较最低产量（32.49 kg/667 m2）提高了61%和104.6%；模式2下，分别较最低产量（25.82 kg/667 m2）提高了148%和95.9%。

2.3.4 不同间作模式对玉米产量的影响

从图6可以看出，不同品种之间产量存在差异，而且同一品种在两种模式下产量也有较大差异。本试验单作玉米产量为1 036.15 kg/667 m2，与其相比，间作玉米产量降幅为6.9%～59.2%。除新玉77外，玉米在模式1下的产量高于模式2的。新玉77号在两种模式间产量较稳定，与单作相比，分别降低了20.2%和15.96%。模式1 下，垦玉4606、Z658、MC670的产量分别较单作降低了6.9%、10.7%和12.8%。斯泰112在两种模式下，产量均最低。总体而言，新玉77和垦玉4606产量在两种模式下产量均较高。

图6 不同间作模式对玉米产量的影响

2.3.5 模式2玉米内外行产量比较

图7为模式2玉米内外行产量比较，从图中可以看出，除MC670外，外行玉米产量总是高于内行，增长幅度为64%（新玉77）～230%（斯泰112），Z658、华美1号、垦玉4140和垦玉4606外行产量较内行分别增产83%、92%、67%和115%，斯泰112总体产量水平最低。综合内外行产量结果来看，7个玉米品种中新玉77号、垦玉4606在模式2条件下，产量保持较高水平，且内外行产量差异较大。

图7 模式2玉米不同位置产量表现

2.4 大豆玉米带状间作收益比较

表6为两种大豆玉米间作模式土地产出与单作大豆产出的比较，单作玉米土地收益可达2 901.22元/667 m2，单作大豆收益为989.78元/667 m2，间作系统收益与单作玉米相比有所降低，与单作大豆相比提高了1.5～1.8倍。整体而言，模式2中各大豆品种与新玉77的组合收益较高。这主要是由于模式2玉米产量较模式1高出43.79 kg，收益相对较高。两种模式下大豆产量相对较高的新大豆25 号和NK0906 -19，其对应的收益也较高，其中新大豆25号和新玉77的间作组合收益达2 790.43元/667 m2，在所有组合中最高。

表6 不同间作模式下作物产出效益与单作大豆效益的比较

3 讨论

大豆中蛋白质含量高达40%，而且富含脂肪以及多种矿质营养元素和生理活性物质。同时，大豆对饲料工业的健康发展也起到保障作用[11]。2022年农业农村部重点实施大豆油料等作物的扩种行动，将大豆玉米带状复合种植作为主推技术，支持黄淮海、西北、西南地区推广该技术，逐步推动大豆玉米兼容发展，多措并举扩面积、提产量[5，12]。在此背景下开展本研究，从间作模式与各作物单作之间的群体结构以及产量和经济效益等方面进行分析，旨在为新疆地区大豆玉米带状复合种植提供包括模式和品质在内的技术参考和理论依据。

3.1 不同间作模式对作物群体结构的影响

大豆玉米间作利用禾本科和豆科的种间互补性和高低搭配来提高水热资源利用效率[13]。研究表明，当种间竞争小于种内竞争时，有利于形成间套作优势[14]。合理间作模式可以改善作物的冠层结构，而且通过影响冠层微环境最终影响作物生长发育与产量形成。范虹认为，间作可以优化群体光分布，减少漏光损失，使光能分布更均匀[10]。本研究中单作大豆的平均叶倾角和冠层开度显著高于套种，单作大豆在灌浆前期各处理中表现出最高叶面积。单作玉米的叶面积显著低于套种，平均叶倾角和冠层开度显著高于套种，但两种模式间差异不显著，说明间作模式中大豆和玉米株型表现相对紧凑，有利于各自获取光能。从干物质积累来看，单作大豆的干物质积累显著高于两种间作模式的，而单作玉米灌浆前干物质积累与间作相比有所降低但差异不显著，原因在于本研究在间作面积减半的情况下通过缩小株距达到与单作玉米相当的密度，大豆受到玉米的荫蔽效应，导致光热资源利用效率低，这与前人研究结果一致[15-16]。

3.2 大豆玉米带状间作模式和品种筛选

大豆作为我国对外依存度最高、产业风险最大的大宗农产品，亟需提升产能、缓解供需矛盾[4]。由于种植大豆时单位面积产出率低，农户种植积极性差。但是通过大豆玉米带状间作种植，在种植大豆的基础上增种玉米来增加土地产出、增加收益，可带动大豆种植的积极性。雷雲翔在大豆玉米间作上的研究结果表明[12]，由于间作种间竞争的存在，各作物产量均有所降低，但是间作系统整体的土地产出和效益均显著增加。本研究中间作大豆产量降幅达62.8%～85.6%，主要是由于本研究种植密度较高、水肥投入过多，导致大豆倒伏严重，而高密度下倒伏是影响大豆产量潜力发挥的最主要原因[17]。就品种而言，新大豆25号和NK0906-19的产量相对较高且在两种模式间的差异较小。

间作玉米产量与单作相比，降幅为6.9%～59.2%。模式1的玉米产量高于模式2，这是由于模式2玉米产量是内外行产量的平均值，由于内行密度较高，而且受到外行的遮挡，所能接收到的光热资源也较少，因此产量表现差，从而拉低了整体产量水平。玉米是该间作系统群体产量的主导作物[18-19]，本研究中，玉米的产量占间作系统总量的90%以上，间作系统收益与单作玉米相比有所降低，而与单作大豆相比，间作收益提高了1.5～1.8倍。就品种而言，垦玉4606和新玉77号在两种模式下产量表现相对较稳定，而且在模式2下，垦玉4606和新玉77的外行产量超过单作玉米产量，这主要是因为模式2中带宽（220 cm）较大，与模式1带宽（174 cm）相比有更强的边际效应。大豆玉米带状间作系统中，适当的带宽可以减少大豆玉米带状间作的种间竞争，达到高产的目的[20]。

4 结论

综上所述，可得出以下结论：（1）大豆品种新大豆25号和NK0906-19，玉米品种垦玉4606和新玉77在两种模式下产量相对较高且差异较小，是适宜间作种植的大豆和玉米品种。（2）间作系统内玉米占群体产量的主导地位，适宜的带宽有利于玉米边际效应的发挥，提高间作系统的土地产出。（3）各作物产量较各自单作均有所降低，但大豆玉米间作系统的土地收益与单作大豆相比增加了1.5～1.8倍。