蘭州地區(qū)玉米/大豆間作模式效益分析

南琴霞 陳光榮 樊廷錄 王立明 楊如萍 董博 張國(guó)宏 楊桂芳 溫健 牛建彪

摘要：2016年在蘭州地區(qū)不同海拔條件下以玉米/大豆帶狀復(fù)合種植模式為研究對(duì)象，對(duì)其土地當(dāng)量比、水分利用效益、肥料利用效益等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，與單作比較，玉米/大豆復(fù)合種植顯著提高土地復(fù)種指數(shù)，具有良好的產(chǎn)出效果，單位面積產(chǎn)量較單作提高了1.59倍；水分利用效益為3.20元/m3，較單作玉米和單作大豆分別增加了59.20%和171.19%； N利用效益為71.55元/kg，較單作玉米和單作大豆分別增加了27.02%和73.18%；P2O5利用效益為107.32元/kg，分別增加了24.07%和94.83%；K2O利用效益為134.15元/ kg，分別增加了19.08%和62.36%。玉米/大豆復(fù)合種植實(shí)現(xiàn)了土地、勞動(dòng)力、土壤養(yǎng)分和水熱資源在時(shí)間和空間上的集約化利用，具有提高土地產(chǎn)出量及可持續(xù)利用性的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)，顯著提高生產(chǎn)效率，適宜在該區(qū)域大面積示范推廣。

關(guān)鍵詞：玉米/大豆復(fù)合種植；LER；水分利用效益；肥料利用效益

中圖分類號(hào)：S513；S565.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-1463（2017）07-0031-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.07.009

Abstract：In order to quantitatively evaluate the benefits of yield， water and fertilizer， corn cultivar of Jinsui 3 and soybean cultivar of Zhonghuang 30 are used as materials， corn-soybean intercropping system is carried 2016 in different altitudes in Lanzhou city. The result indicates that land use efficiency of corn-soybean intercropping system raised by 59%， compared with monoculture. the benefit of water is 3.20 yuan/m3， which increased by 59.20% and 171.19%， respectively， compared with corn and soybean monoculture； the benefit of N is 71.55 yuan/kg， which increased by 27.02% and 73.18%， respectively； the benefit of P2O5 is 71.55 yuan/ kg， which increased by 24.07% and 94.83%， respectively； the benefit of K2O is 134.15 yuan/kg， which increased by 19.08% and 62.36%， respectively. Corn/soybean intercropping is an effective cultivation method with great ecological and economic benefits. In addition to Labor， soil， heat and water resource intensively utilizing temporally and spatially， this intercropping system could increase the crop yield per unit area greatly， which could be extended at large scale.

Key words：Corn intercropping soybean；LER；Water use efficiency；Fertilizer use efficiency

城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和生態(tài)環(huán)境修復(fù)的快速推進(jìn)致使我國(guó)耕地面積不斷下降，要基本滿足糧棉油糖和精飼料需求只有提高土地產(chǎn)出率。間作套種是世界公認(rèn)的提高土地產(chǎn)出的中華傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)瑰寶[1 - 4 ]。我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)長(zhǎng)期連作高產(chǎn)高效作物，致使土壤肥力嚴(yán)重下降，而固氮作物大豆與玉米帶狀間套分帶輪作能從生態(tài)層面培肥土壤、控制病蟲(chóng)草害和抵御自然災(zāi)害，既實(shí)現(xiàn)當(dāng)季高產(chǎn)高效，又能培肥地力，達(dá)到耕地的永續(xù)利用[5 - 6 ]。肉、蛋、奶及大豆食品對(duì)增強(qiáng)國(guó)民體質(zhì)具有不可代替的重要作用，玉米、大豆是世界公認(rèn)的精飼料之王 [7 ]。

玉米是蘭州市主要的糧食作物，種植面積占糧食作物的40%以上[8 ]，但大豆播種面積和總產(chǎn)量較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該區(qū)域?qū)Υ蠖沟男枨罅縖9 ]。玉米/大豆帶狀復(fù)合種植技術(shù)充分利用了兩種作物在光熱水肥上的空間生態(tài)位和時(shí)間生態(tài)位上的差異，實(shí)現(xiàn)了玉米、大豆在資源上的時(shí)空互補(bǔ)利用，既能促進(jìn)主要糧食作物玉米的高產(chǎn)，又增種一季大豆，提高了資源利用率和土地生產(chǎn)率，增加了農(nóng)民收入，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然要求。近年來(lái)，玉米/大豆高產(chǎn)高效栽培模式在蘭州地區(qū)逐漸被應(yīng)用，然而該區(qū)域生產(chǎn)條件下尚缺乏有關(guān)玉米/大豆模式效益方面的研究。為此，我們應(yīng)用土地當(dāng)量比、產(chǎn)量當(dāng)量等不同量化指標(biāo)對(duì)該種植模式的產(chǎn)出效果進(jìn)行了分析，并通過(guò)測(cè)定復(fù)合群體耗水量、肥料施用量等指標(biāo)研究了玉米/大豆間作模式的水分利用效益和養(yǎng)分利用效益，以期為該區(qū)域作物高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年分別在甘肅省蘭州市皋蘭縣城關(guān)鎮(zhèn)明星村（簡(jiǎn)稱皋蘭）、榆中縣城關(guān)鎮(zhèn)李家莊（簡(jiǎn)稱榆中）和永登縣柳樹(shù)鎮(zhèn)柳樹(shù)村（簡(jiǎn)稱永登）進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)基本情況見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共3個(gè)處理，即玉米間作大豆（M/S）、單作大豆（S）、單作玉米（M），3次重復(fù)，小區(qū)面積為66 m2。玉米帶與大豆帶間套種植，幅寬2.2 m，玉米帶2行（行間距40 cm），玉米帶間種大豆（2行，行間距40 cm），玉米帶與大豆帶間距為70 cm。4月20玉米、大豆同時(shí)播種，玉米、大豆穴距分別為15 cm和13 cm，玉米穴留1株，密度為6萬(wàn)株/hm2，大豆穴留2株，密度為13.5萬(wàn)株/hm2。不施用農(nóng)家肥，玉米間作大豆施肥量為N 225 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2；玉米單作施肥量為N 180 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2；大豆單作施肥量為N 120 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2。其中N的 40%、K2O的70%、P2O5的100%作為基肥，N的 60%、K2O的30%作為花期追肥。肥水及大田管理同當(dāng)?shù)厣a(chǎn)。

1.3 間作效果定量評(píng)價(jià)的指標(biāo)及其計(jì)算公式

1.4 調(diào)查測(cè)定項(xiàng)目

1.4.1 玉米調(diào)查測(cè)定項(xiàng)目 記載生育時(shí)期、生長(zhǎng)特性，成熟時(shí)每小區(qū)取10株進(jìn)行考種，測(cè)定株高、穗位、有效穗數(shù)、雙穗率，室內(nèi)測(cè)定穗長(zhǎng)、禿頂長(zhǎng)度、千粒重等，并計(jì)算各小區(qū)產(chǎn)量。

1.4.2 大豆調(diào)查測(cè)定項(xiàng)目 記載各品種生育時(shí)期、生長(zhǎng)特性，成熟時(shí)每小區(qū)取20株進(jìn)行考種，測(cè)定株高、有效株數(shù)，室內(nèi)測(cè)定低莢高度、主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、有效莢數(shù)、無(wú)效莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重等，并計(jì)算各小區(qū)產(chǎn)量。

1.4.3 計(jì)算公式 經(jīng)濟(jì)效益=總收入-總成本，水分利用效益=經(jīng)濟(jì)效益/全生育期耗水量；肥料利用效益=經(jīng)濟(jì)效益/全生育期用肥量。其中總收入為收獲的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量乘以當(dāng)?shù)仄骄鶅r(jià)格，總成本包括種子、農(nóng)藥、化肥、灌溉、機(jī)械作業(yè)費(fèi)及勞務(wù)費(fèi)等，全生育期耗水量概算為全生育期的降水量與灌溉水之和。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel和DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總與統(tǒng)計(jì)分析 。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)出效果分析

由表2可知，在同一海拔條件下，不同種植模式之間產(chǎn)量差異顯著。玉米單作（M）、大豆單作（S）和玉米/大豆間作（M/S）體系在3個(gè)試點(diǎn)平均產(chǎn)量分別為13 049.38 kg/hm2、2 488.52 kg/hm2和 13 449.17 kg/hm2，M/S系統(tǒng)產(chǎn)量與單作M和S相比，分別提高了3.06%和440.45%。不同種植模式在不同海拔條件下系統(tǒng)的產(chǎn)量變化不明顯，單作玉米在皋蘭、榆中和永登的產(chǎn)量分別為13 974.71 kg/hm2、13 088.47 kg/hm2和12 084.96 kg/hm2，說(shuō)明隨海拔高度的增加玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，下降幅度為6.34%～13.52%。單作大豆在皋蘭、榆中和永登的產(chǎn)量分別為2 577.33 kg/hm2、2 469.84 kg/hm2和2 418.40 kg/hm2，產(chǎn)量的變化趨勢(shì)與單作玉米一致，但降幅不大，僅為4.17%～6.17%。玉米/大豆間作系統(tǒng)在皋蘭、榆中和永登3個(gè)點(diǎn)的產(chǎn)量分別為14 297.17 kg/hm2、13 574.51 kg/hm2和 12 475.84 kg/hm2，也隨海拔高度的增加產(chǎn)量下降，降幅為5.06%～12.74%。從土地當(dāng)量比（LER）角度分析，在不同海拔條件下，與單作玉米或大豆相比，盡管間作玉米和間作大豆產(chǎn)量均降低，降幅分別為9.01%～10.61%和30.03%～32.63%，但玉米/大豆間作模式 LER均大于1，表明該模式可提高土地復(fù)種指數(shù)和土地利用效率，具有良好的產(chǎn)出效果。

2.2 海拔對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可知，隨著海拔高度的增加，玉米生育期逐漸延長(zhǎng)，2016年單作和間作玉米在不同生態(tài)區(qū)均能正常成熟。玉米株高、穗位、穗粒數(shù)、千粒重、穗長(zhǎng)等指標(biāo)均隨海拔增高而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)（表3），其中株高和穗位高度變化不明顯。單作和間作玉米穗粒數(shù)變化幅度分別為5.17%～9.21%和10.8%～14.46%，千粒重變化幅度分別為1.09%～5.99%和5.01%～6.28%，穗長(zhǎng)變化幅度分別為3.37%～6.25%和2.05%～3.07%。玉米禿頂長(zhǎng)度隨海拔高度的增加而增加，增加幅度分別為41.67%～54.54%和6.89%～40.90%。另外，相對(duì)于單作玉米，間作玉米的穗粒數(shù)、千粒重分別下降了10.87%和5.36%，說(shuō)明影響間作玉米產(chǎn)量下降的原因是穗粒數(shù)和千粒重的下降。

2.3 海拔高度對(duì)單作和間作大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表4可以看出，隨海拔的升高，單作和間作大豆生育期逐漸延長(zhǎng)，變化幅度分別為3.52%～6.51%和1.35%～4.70%。單作和間作大豆株高、底莢高度、分枝數(shù)、有效莢數(shù)、莢粒數(shù)、百粒重均隨海拔增高而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，其中株高變化幅度分別為4.34%～7.24%和2.81%～8.22%，底莢高度變化幅度分別為12.00%～16.13%和2.81%～8.43%，有效莢數(shù)變化幅度分別為7.67%～14.79%和4.27%～5.57%，百粒重變化幅度分別為0.78%～5.78%和4.37%～6.31%。與單作相比，有效莢數(shù)和百粒重顯著下降，分別下降了32.97%和9.68%，說(shuō)明影響間作大豆產(chǎn)量下降的主要因子是有效莢數(shù)，其次是百粒重。

2.4 不同種植模式的經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和測(cè)產(chǎn)結(jié)果，以及各種農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)用生產(chǎn)資料的市價(jià)調(diào)查結(jié)果和機(jī)耕勞力折價(jià)的情況，計(jì)算所得產(chǎn)值、投入及純收入見(jiàn)表5。隨海拔高度升高，各種植系統(tǒng)產(chǎn)值和利潤(rùn)在降低，海拔1 754 m時(shí)單作玉米、單作大豆及玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)值分別為22 359.54元/hm2、12 886.65元/hm2和29 006.83元/hm2，利潤(rùn)分別為11 619.54元/hm2、5 401.65元/hm2和17 809.33元/hm2；海拔1 879 m時(shí)單作玉米、單作大豆及玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)值比1 754 m降低了6.34%、4.17%和5.61%，利潤(rùn)分別降低了13.52%、6.17%和12.09%；海拔2 032 m時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)值比1 754 m降低了12.2%、9.95%和9.14%，利潤(rùn)分別降低了26.02%、14.71%和19.69%。在同一海拔條件下，單作玉米、單作大豆和玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)值和利潤(rùn)差異不明顯，玉米/大豆間作模式平均產(chǎn)值為27 295.73元/ hm2，較單作玉米和單作大豆產(chǎn)值分別增加了30.73%和119.37%；玉米/大豆間作模式總成本為11 197.5元/hm2，較單作玉米和單作大豆分別增加了4.00%和49.54%；玉米/大豆間作模式純收益16 098.23元/hm2，較單作玉米和單作大豆分別增加了58.78%和224.72%。

2.5 不同種植模式的水分利用效益分析

由表6可知，玉米/大豆間作模式在不同海拔高度水分利用效益為3.20元/ m3，較單作玉米（2.01元/ m3）和單作大豆（1.18元/m3）分別增加了59.20%和171.19%，水分利用效益均明顯增加。

2.6 不同種植模式下的肥料利用效益分析

由表7可知，玉米/大豆間作模式在不同海拔高度的N平均利用效益為71.55元/ kg，較單作玉米（56.33元/ kg）和單作大豆（41.31元/kg）分別增加了27.02%和73.18%；P2O5利用效益為107.32元/ kg，較單作玉米（84.49元/kg）和單作大豆（55.08元/kg）分別增加了24.07%和94.83%；K2O利用效益為134.15元/ kg，較單作玉米（112.66元/ kg）和單作大豆（82.63元/kg）分別增加了19.08%和62.36%。由此可見(jiàn)，玉米間作大豆高效栽培模式肥料利用效益明顯增高。

3 小結(jié)與討論

研究結(jié)果表明，與單作比較，玉米/大豆復(fù)合種植顯著提高土地復(fù)種指數(shù)，提高了土地利用率，具有良好的產(chǎn)出效果，其單位面積產(chǎn)量較單作提高了1.59倍。不同海拔的玉米/大豆間作模式平均水分利用效益為3.20元/ m3，較單作玉米和單作大豆分別增加了59.20%和171.19%；玉米/大豆間作模式N利用效益為71.55元/ kg，較單作玉米和單作大豆分別增加了27.02%和73.18%；P2O5利用效益為107.32元/kg，分別增加了24.07%和94.83%；K2O利用效益為134.15元/ kg，分別增加了19.08%和62.36%。可見(jiàn)，玉米/大豆復(fù)合種植實(shí)現(xiàn)了土地、勞動(dòng)力、土壤養(yǎng)分和水熱資源在時(shí)間和空間上的集約化利用，具有提高土地產(chǎn)出量及可持續(xù)利用性的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)，顯著提高生產(chǎn)效率，適宜在該區(qū)域大面積推廣。

間套作種植能夠有效提高糧食產(chǎn)量和資源利用率，降低農(nóng)業(yè)系統(tǒng)逆境風(fēng)險(xiǎn)和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，增加水土保持能力、提高土壤肥力，抑制病蟲(chóng)草害發(fā)生、減少農(nóng)藥使用，起到生態(tài)防治的作用，是生態(tài)農(nóng)業(yè)與可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向之一[10 - 11 ]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米間作大豆提高了土地復(fù)種指數(shù)，提高土地利用率，具有良好的產(chǎn)出效果，其單位面積產(chǎn)量較單作提高了1.59倍。說(shuō)明該模式既能促進(jìn)該區(qū)主要糧食作物玉米高產(chǎn)，又增種一季大豆，提高了資源利用效率和土地生產(chǎn)率，增加了農(nóng)民收入，從而實(shí)現(xiàn)了資源的可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

以往研究表明，間套作體系高產(chǎn)量的主要原因是組成作物對(duì)于自然資源需求的不同以及間套作會(huì)比分別單作能更好促進(jìn)作物的養(yǎng)分吸收。 Li[12 ]發(fā)現(xiàn)，玉/豆間套作相對(duì)于玉米單作而言對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收分別增加了65.63%、42.57%和30.44%；黃益宗等[13 ]的報(bào)道表明，玉米與大豆間套作條件下，玉米的氮素吸收量往往比其在單作條件下提高很多，其提升率可達(dá) 60%～65%，表現(xiàn)出了明顯的養(yǎng)分吸收優(yōu)勢(shì)。Coll等[14 ]和Liu 等[15 ]發(fā)現(xiàn)，間套作能保存水分的主要原因是復(fù)合群體較大的葉面積加之土壤中多樣化根系減少了水分的流失，增強(qiáng)了水分吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)從而創(chuàng)造比周圍環(huán)境濕潤(rùn)的小氣候[16 - 17 ]。本研究結(jié)果表明，在蘭州市不同海拔條件下，較單作玉米或大豆，玉米/大豆帶狀復(fù)合種植模式水分利用效益和N、P2O5和K2O養(yǎng)分利用效益顯著增加。

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（本文責(zé)編：楊 杰）