我国红壤旱地普遍存在肥力低下、资源利用率低、作物产量低而不稳等问题,致使生产潜力没有得到应有的发挥和挖掘。农田间作具有充分利用自然资源和较大幅度增加作物产量的特点,在农业生产中具有重要地位。为探索红壤旱地棉田间作系统的生理生态效应及作物的响应特点,2016-2017年,在江西农业大学科技园开展了两年的大田试验研究,设置了3种棉田间作模式,即棉花间作大豆、棉花间作玉米和棉花间作甘薯模式,并以棉花、大豆、玉米和甘薯单作模式为对照,分析了红壤旱地棉田间作对棉花生长发育、产量、品质、田间小气候和光合特性、土壤理化性状、生物学性状以及综合效益等的影响;为探索红壤旱地玉米大豆带状间作下资源高效利用特点及对土壤环境的影响,于2017年在江西省红壤研究所开展了大田试验研究,以玉米、大豆单作模式为对照,分析了5种不同株行距配置的玉米大豆带状间作种植模式资源利用特点及对土壤环境的影响,以期通过研究提高红壤旱地的资源利用效率、复种指数和土地生产力,筛选出适宜红壤旱地发展的高效种植模式和关键技术,为发展绿色、高产、高效的旱地农业生产提供科学理论依据。主要研究结论如下:（1）棉花间作较棉花单作可促进棉花始果枝高度和始节位的增加;促进棉花株高、果枝层、真叶数的增加、促进棉花单株干物质、叶绿素含量和叶面积指数的增加;可通过增加棉花铃数,特别是提高伏桃比例来提高棉花产量;可通过降低马克隆值和提高比强度来改善棉花纤维品质。综合认为,棉花间作甘薯的间作优势较为明显。（2）棉花间作较棉花单作,可提高季节利用率21.3%～43.6%、光合辐射量32.4%～44.0%、有效积温28.6%～62.4%、降水量49.1%～52.5%;可提高棉花透光率,有利于其光合作用,矮秆作物需光性较弱。各模式内空气相对湿度日变化趋势均表现为“U”型曲线。棉花间作模式较相应单作模式可提高模式内的空气湿度;大豆单作和玉米单作的空气湿度均高于棉花单作,而甘薯单作低于棉花单作模式。花铃期,棉花间作甘薯模式的空气湿度最低值较棉花单作高17.8%;吐絮期,各间作模式在提高空气湿度方面均具有优势,3种模式的空气湿度最低值比棉花单作高8.5%～30.0%。各模式内空气温度日变化趋势总体上呈现出先升高后降低的趋势。棉花间作模式较相应单作模式可降低模式内的空气温度,棉花单作与其他间作农作物单作模式的空气温度各有高低。棉花间作玉米和棉花间作甘薯模式在花铃期的空气温度较棉花单作分别低2.1℃和3.4℃;3种间作模式在吐絮期分别较棉花单作低1.1～1.7℃。大豆单作、玉米单作和甘薯单作均出现“光合午休”现象。间作模式下的大豆和甘薯的“光合午休”现象得到了明显的改善;净光合速率、气孔导度及蒸腾速率的变化一致:大豆单作模式>棉花间作大豆模式,甘薯单作模式>棉花间作模式,玉米单作模式<棉花间作玉米模式,胞间CO2浓度的表现正好相反。因此,棉花间作模式可有效提高空气湿度,不同程度降低了模式内空气温度和光照强度,避免高温胁迫和昼夜温差对作物造成伤害;棉花间作模式中的大豆、玉米较相应单作模式的光合效应有所降低,而棉花间作甘薯模式较甘薯单作提高了光合效应。（3）棉花间作模式较棉花单作在8点钟外界气温低时,可提升土壤温度;14点钟,降低土壤温度,避免高温胁迫;20点钟外界温度降低,可保温增墒,避免低温伤害。棉花间作模式较棉花单作可有效调节地温,土壤温度日较差与土壤深度可拟合为二次多项式形式,相关系数均达到0.99以上,以棉花间作大豆和棉花间作甘薯的优势较为突出。棉花间作模式和棉花单作的土壤含水量均以吐絮期最低,棉花间作模式较棉花单作可提高棉花各生育时期的土壤含水量,盛铃期以前以棉花间作大豆表现较优,后期以棉花间作甘薯较好,间作各模式的土壤含水量均低于间作农作物单作模式。棉花间作模式较棉花单作可通过降低土壤容重、提高土壤总孔隙度和毛管孔隙度来改善土壤物理性状。棉花间作甘薯模式较棉花单作可降低土壤容重,降幅为5.5%,可提高土壤毛管孔隙度,增幅为5.3%;棉花间作大豆和棉花间作甘薯模式可显著提高土壤总孔隙度,增幅分别为12.2%和13.0%。综合看来,棉花间作甘薯模式表现较优。（4）棉花间作模式较棉花单作可提高土壤养分含量。2016年结果显示,棉花间作可以提高土壤碱解氮、有机质和全氮含量,2017年土壤有机质、全磷、有效磷和有效钾含量有明显的提高,且以棉花间作大豆和棉花间作甘薯优势较明显。棉花间作模式较棉花单作可促进土壤总有机碳、活性有机碳、可溶性有机碳及土壤微生物量碳的累积;可提高土壤碳库指数和碳库管理指数,以棉花间作甘薯模式的表现较优;碳库各指标土壤总有机碳（Soil organic carbon,SOC）、活性有机碳（Active organic carbon,AOC）、可溶性有机碳（Dissolved organic carbon,DOC）、土壤微生物量碳（Soil microbial biomass organic carbon,SMBC）、碳库管理指数（Carbon pool management index,CPMI）均与有效磷和全磷呈正相关关系,且AOC和SMBC均与有效磷呈显著正相关,因此,在红壤旱地上发展棉花生产应注重磷肥的合理施用。棉花间作模式较棉花单作均可有效提高土壤中细菌、真菌、放线菌和固氮菌数量及微生物总数量,可有效增加土壤过氧化氢酶、脲酶和转化酶活性,以棉花间作甘薯模式较好;但间作模式较与间作作物大豆、玉米和甘薯单作模式互有高低。（5）棉花间作模式的土壤含水量、养分各指标效应值大多数为负值,间作各模式的养分消耗普遍高于单作模式,棉花与间作农作物在水分和养分方面存在的竞争作用较为强烈。因此,可通过对间作模式进行适当的施肥和灌溉,缓和作物间对水肥的竞争。棉花间作模式的光合效应值均为负数,说明棉花间作模式内大豆、玉米及甘薯的光合速率均小于相对应的大豆单作、玉米单作及甘薯单作。棉花间作甘薯相对于甘薯单作的降低幅度较大。棉花间作各模式的土地当量比均大于1,种间相对竞争力均大于0,说明间作模式的土地利用效率高于单作模式,且间作模式中棉花的竞争力强于间作农作物。利用模糊数学中的模糊隶属函数法,对不同种植模式内土壤肥力进行了综合评价,结果如下:棉花单作模式<大豆单作模式<棉花大豆间作模式,棉花单作模式<棉花玉米间作模式<玉米单作模式,棉花单作模式<甘薯单作模式<棉花甘薯间作模式,其中,棉花大豆间作模式、棉花甘薯间作模式的综合肥力均比棉花单作以及相对应的大豆和甘薯单作模式高,由此判断,棉花间作大豆、甘薯可对土壤肥力有一定的提升作用。运用灰色关联度法对棉田间作模式及相应单作模式进行包括经济效益、生态效益和社会效益的综合效益评价,得出棉花间作甘薯模式的加权关联度最高,表现最优,是红壤旱地兼顾经济、生态和社会效益的较优模式,对于红壤旱地的种植结构设置与优化具有积极意义。（6）玉米大豆间作较单作在增加土壤p H值、有机质、碱解氮、有效磷及全量养分含量及土壤有机碳方面有优势;可提高季节利用率和光热水资源利用率,增加土壤含水量;间作处理中玉米和大豆的光合利用效率、水分利用效率、热量利用效率均显著低于相应单作;间作各处理的光、热、水资源利用效率均低于玉米单作,但显著高于大豆单作;间作较单作可有效提高大豆氮、磷和钾利用效率及玉米磷和钾利用效率,但在增加玉米氮素利用效率方面优势不明显。玉米大豆间作较单作可提高土地当量比、单位面积土地生产力和经济效益。综合分析认为,玉米大豆间作（带宽2.8m,行比2:4,玉米株距11.9cm,大豆株距9.5cm）是比较适于在红壤旱地推广的较好模式。