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摘 要：分析了玉米大豆间作条件下，复合群体对光、水、肥等资源的竞争与互补利用，阐述了玉米大豆间作对玉米、大豆产量及系统总产量、经济效益和社会效益的影响，并指出了需进一步研究的问题及方向。
关键词：玉米大豆；间作；资源利用；产量；效益
中图分类号：S344.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）03-0132-04
间作、混作、套作是集约种植、提高作物产量的重要技术，是我国农业遗产的重要组成部分[1]。依据作物间生物学特性的差异，通过合理的技术组配，充分有效均衡地利用土地及气候资源，增加作物种间互补，减少其内部竞争，实现以耕地为中心的农业资源的空间集约利用和持续高产稳产[2]。玉米和大豆间作是禾本科作物与豆科作物所组成的一种典型间作模式，能在空间上实现种植集约化，在我国具有悠久的栽培历史。自20世纪70年代以来，国内外学者对玉米大豆间作复合群体的光、水、肥等资源的利用及复合群体作物产量效益等做了大量研究。
1 玉米大豆间作的资源利用1.1 玉米大豆间作的光能利用
间作作物间既存在光互补又有光竞争，合理的田间配置有利于缓解光竞争矛盾，充分发挥互补效应。玉米大豆间作形成的镶嵌结构有利于光在群体中的均匀分布与利用，增加作物的边行效应，有效改善田间的通风透光条件，增大单位土地面积上的总叶面积，提高群体的总光能利用率[3～6]。高阳等（2009）[7] 研究了1∶3 和2∶3 两种间作模式及单作种植对玉米和大豆群体光辐射截获与利用的影响，结果得出，玉米大豆间作群体的辐射利用率略低于单作玉米，约为单作大豆的2.8倍。
大量研究表明，玉米大豆不同间作模式可提高玉米叶片的叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率及气孔导度，改善玉米的光合作用条件，增强玉米的光合利用能力[8～10]。王秀领等（2012）[8]研究还表明，玉米大豆不同间作模式降低了大豆的光合速率、叶绿素含量和叶面积指数，降低了光能利用率，但随着大豆间作行数的增大，大豆的光合速率、叶绿素含量和叶面积指数均逐渐提高。
1.2 玉米大豆间作的水分利用
在间作系统中，水分在作物间的分配取决于蒸发力在作物间的分配、土壤可利用水分、根系分布以及水分的生理调节功能，是间作作物冠层和根系在地上和地下动态作用的结果，同时也是环境和作物生长相互作用的结果[11，12]。张莹等（2010）[13]在辽西半干旱区试验，全生育期玉米大豆间作的农田实际蒸散量比玉米、大豆单作分别低15.37 mm和29 mm，水分亏缺量分别比大豆、玉米单作低45.54 mm和5.68 mm，作物需水量与降水量的吻合程度高于玉米、大豆单作，玉米、大豆间作条件下全生育期的总蒸散量低于两作物单作，提高了系统水分利用效率。
间作作物在水分吸收上存在生态位的差异。Adiku等（2001）[14]研究表明，在水分充足条件下，混合群体根系能分布于大部分土体中，根系分枝和混合程度也很大，但根系吸水不会在各层同时发生。高阳等（2009）[12]研究亦表明，在水分充足条件下，间作作物优先在自己的区域吸水，根系混合区吸水滞后发生。但也有研究发现，在玉米旺盛生长时期 （ 拔节盛期、大喇叭口期、抽穗期），土壤水分从大豆向玉米移动，玉米比大豆对土壤水分有更强的竞争能力[15]。
1.3 玉米大豆间作的养分利用
间作体系中玉米、大豆之间同时存在地上部和地下部的相互作用，这种作用有种间竞争和种间促进作用，两者共同的结果决定了间作有无优势。当竞争作用小于促进作用时，就会表现出间作的优势，反之则表现为间作劣势。对养分特别是氮素吸收的促进作用是玉米大豆间作优势的基础。
大豆是高固氮作物，年固氮量可达49～450 kg/hm2，大豆与玉米间作是充分利用大豆共生固氮作用的一项有效耕作措施[16]。试验结果表明，玉米大豆间作体系中大豆通过生物固氮作用，将更多的土壤氮素留给玉米使用，从而有利于玉米氮的吸收和积累[17，18]。前人应用15N同位素稀释法研究发现，间作体系中豆科作物固定的氮素可向禾本科作物转移[19，20]，转移给禾本科作物的固定氮素数量一般为25～155 kg/hm2 [21，22]。李少明等（2004）[18]试验得出，间作体系中玉米氮素养分吸收量比相应单作提高57.53%，生物学产量提高47.02%，而大豆的吸氮量只比相应单作降低1.21%，生物学产量降低14.56%。这主要是因为大豆固氮促进玉米大量吸氮，玉米对氮素的吸收又刺激并提高了大豆根瘤的固氮效率，缓解了间作体系中大豆的劣势作用[23]。
磷是植物生长必需的大量营养元素之一，在土壤中具有有效性低、易固定、难移动等特点。植物对土壤中磷的吸收主要依靠根系吸收其周围所接触到的土壤有效磷。刘均霞等（2007）[24]试验表明，与玉米、大豆单作相比，玉米大豆间作比单作显著提高了玉米的吸磷量，大豆吸磷量比单作略有降低。钾在土壤中的转移以扩散为主，因此间套作作物对钾的吸收和利用规律与磷基本相似，玉米大豆间作根系之间的相互作用促进了玉米对钾的吸收，而抑制了大豆对钾的吸收利用[25]。
张向前等（2012）[26]采用盆栽试验及种间根系分隔技术研究了施氮肥和不施氮肥两种条件下根系互作在大豆玉米间作中所发挥的优势作用。结果表明，施氮肥和间作作物根系的互作不仅可以增加土壤中的细菌、真菌、放线菌和固氮菌的数量，而且可以提高脲酶、磷酸酶、转化酶和蛋白酶的活性，显著改善了土壤微生态环境。张智晖（2011） [27]研究得出，玉米大豆间作模式提高了土壤反硝化酶活性和土壤速效钾含量，不同程度地改善了土壤养分含量和土壤酶活性，是现阶段土壤生物培肥和维护农田生态氮平衡的重要措施之一。
2 玉米大豆间作的产量效益2.1 玉米大豆间作的产量
玉米大豆间作系统中，不同间作方式对间作玉米大豆产量均有一定影响。与单作相比，玉米的产量和品质都会有较大改善[28，29]。张向前等（2012）[26]研究表明，在施肥和不施肥条件下玉米与大豆间作可显著提高玉米的经济产量和生物产量，同时亦显著改善玉米籽粒的营养品质。eljko等（2009）[30]通过连续3年试验研究认为，玉米大豆间作系统总产量3年平均比玉米大豆单作增产45%～49%。也有研究表明，间作对玉米产量无显著影响，大豆却因与玉米的竞争导致产量降低[31，32]。马骥等[33]研究得出，在一定的间作群体范围内，大豆产量随玉米群体增大而下降。综合前人研究，玉米大豆间作系统中，间作玉米表现出明显产量优势，大豆表现出产量劣势。 间作系统总产量的提高以玉米产量为主，在对玉米产量影响较小的情况下，适当间作大豆，可使总产量提高，经济效益增加[33]。但不同间作模式对玉米大豆间作群体总产量和效益影响不同，且玉米/大豆最优间作模式受不同环境、品种及栽培技术等因素影响，各地表现不一。高阳等（2009）[7]研究表明，在玉米/大豆1∶3 和2∶3 间作模式下，间作群体总籽粒产量比单作玉米约增加6.0%，比单作大豆约增加320%。谢永利等（2004）[34]研究认为，玉米/大豆2∶4的间作方式因间作比例适宜、对自然资源利用较好，两者间的负作用小，其产量潜力得到了充分发挥，经济效益最高。吴善堂等（1985）[35]研究也得出，间作中以玉米为主兼顾大豆条件下，结构形式以2∶3和2∶4较好，有利于产量和产值的提高。Undie 等（2012）[36]报道，玉米/大豆间作比例为1∶1、2∶2和1∶2的处理系统总产量均比玉米、大豆单作增产显著，且2∶2处理在两年度试验中均获得最高系统总产量。卢秉生等（2006）[37]通过对玉米/大豆3∶2和3∶4型间作系统的灌浆期生理指标、产量和主要农艺性状进行分析得出，3∶4间作模式群体正负迭加后的优势大于3∶2间作模式及单作，为发挥玉米高产潜能、提高大豆产量和经济效益的合理模式。
2.2 玉米大豆间作的经济效益和农田生态效益
玉米大豆间作，通过合理的品种、构型搭配，充分利用两作物在株型及生理生态方面的差异，使时空与水肥利用产生互补作用，往往可获得比单作更高的产量和经济效益[33]。相对于单作而言，玉米大豆间作可抑制农田杂草的发生发展，减轻杂草危害；减轻病虫害，增加天敌数量；提高土壤含水量，降低系统白天温度，减缓温差，从而增强系统的抗旱能力；显著提高肥料利用率，具有高产稳产高效特性[38～40]。
甜玉米/大豆间作不仅可改善作物群体结构，提高自然资源利用率，而且可减少化肥施用量，具有显著的经济和生态效益[41]。玉米间作提高了自然资源利用率、增强了群体抗逆性，减少了化肥、农药的施用量，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益，既有利于国家粮食安全，又有助于提高农产品的市场竞争力[42]。在我国粮食主产区黄淮海地区大力发展玉米大豆间作，可在保障玉米产量的基础上增加大豆产量，有助于解决我国粮油作物争地的矛盾，保证国家粮油安全，具有显著社会经济效益。
3 玉米大豆间作需要进一步研究的问题
自20世纪80年代以来，前人对玉米大豆不同间作模式下群体的光能、营养、水分等资源利用及间作对玉米大豆产量的影响做了大量研究，明确了间作不同于单作的许多规律，但就玉米大豆间作对农田生态系统的响应机制研究较少。建议今后加强玉米大豆间作系统内光、温、水、肥等的农田生态因素动态规律及作物的适应机制研究，为复合群体的科学配置提供理论基础；深入研究玉米大豆间作对作物根际环境、根系活力及其水肥吸收利用的影响规律，明确间作条件下玉米大豆地上、地下生理效应和调节机制；适当加强间作系统肥料时空配置规律研究，优化玉米大豆间作科学施肥技术，加强环境友好型低碳稳产高产高效的玉米大豆间作模式筛选。
玉米大豆间作可在保证玉米产量的基础上增加大豆种植面积，或在保障大豆产量的基础上增收玉米，具有增产增收、保持水土、培肥地力、充分利用光能及提高复种指数等优点。深入研究提高玉米大豆间作资源利用和产量效益的生理生态基础，为玉米大豆间作大面积推广提供理论依据，是保障粮食安全与维持农业可持续发展的重要途径之一。
参 考 文 献：
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关键词：玉米大豆；间作；资源利用；产量；效益
中图分类号：S344.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）03-0132-04
间作、混作、套作是集约种植、提高作物产量的重要技术，是我国农业遗产的重要组成部分[1]。依据作物间生物学特性的差异，通过合理的技术组配，充分有效均衡地利用土地及气候资源，增加作物种间互补，减少其内部竞争，实现以耕地为中心的农业资源的空间集约利用和持续高产稳产[2]。玉米和大豆间作是禾本科作物与豆科作物所组成的一种典型间作模式，能在空间上实现种植集约化，在我国具有悠久的栽培历史。自20世纪70年代以来，国内外学者对玉米大豆间作复合群体的光、水、肥等资源的利用及复合群体作物产量效益等做了大量研究。
1 玉米大豆间作的资源利用1.1 玉米大豆间作的光能利用
间作作物间既存在光互补又有光竞争，合理的田间配置有利于缓解光竞争矛盾，充分发挥互补效应。玉米大豆间作形成的镶嵌结构有利于光在群体中的均匀分布与利用，增加作物的边行效应，有效改善田间的通风透光条件，增大单位土地面积上的总叶面积，提高群体的总光能利用率[3～6]。高阳等（2009）[7] 研究了1∶3 和2∶3 两种间作模式及单作种植对玉米和大豆群体光辐射截获与利用的影响，结果得出，玉米大豆间作群体的辐射利用率略低于单作玉米，约为单作大豆的2.8倍。
大量研究表明，玉米大豆不同间作模式可提高玉米叶片的叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率及气孔导度，改善玉米的光合作用条件，增强玉米的光合利用能力[8～10]。王秀领等（2012）[8]研究还表明，玉米大豆不同间作模式降低了大豆的光合速率、叶绿素含量和叶面积指数，降低了光能利用率，但随着大豆间作行数的增大，大豆的光合速率、叶绿素含量和叶面积指数均逐渐提高。
1.2 玉米大豆间作的水分利用
在间作系统中，水分在作物间的分配取决于蒸发力在作物间的分配、土壤可利用水分、根系分布以及水分的生理调节功能，是间作作物冠层和根系在地上和地下动态作用的结果，同时也是环境和作物生长相互作用的结果[11，12]。张莹等（2010）[13]在辽西半干旱区试验，全生育期玉米大豆间作的农田实际蒸散量比玉米、大豆单作分别低15.37 mm和29 mm，水分亏缺量分别比大豆、玉米单作低45.54 mm和5.68 mm，作物需水量与降水量的吻合程度高于玉米、大豆单作，玉米、大豆间作条件下全生育期的总蒸散量低于两作物单作，提高了系统水分利用效率。
间作作物在水分吸收上存在生态位的差异。Adiku等（2001）[14]研究表明，在水分充足条件下，混合群体根系能分布于大部分土体中，根系分枝和混合程度也很大，但根系吸水不会在各层同时发生。高阳等（2009）[12]研究亦表明，在水分充足条件下，间作作物优先在自己的区域吸水，根系混合区吸水滞后发生。但也有研究发现，在玉米旺盛生长时期 （ 拔节盛期、大喇叭口期、抽穗期），土壤水分从大豆向玉米移动，玉米比大豆对土壤水分有更强的竞争能力[15]。
1.3 玉米大豆间作的养分利用
间作体系中玉米、大豆之间同时存在地上部和地下部的相互作用，这种作用有种间竞争和种间促进作用，两者共同的结果决定了间作有无优势。当竞争作用小于促进作用时，就会表现出间作的优势，反之则表现为间作劣势。对养分特别是氮素吸收的促进作用是玉米大豆间作优势的基础。
大豆是高固氮作物，年固氮量可达49～450 kg/hm2，大豆与玉米间作是充分利用大豆共生固氮作用的一项有效耕作措施[16]。试验结果表明，玉米大豆间作体系中大豆通过生物固氮作用，将更多的土壤氮素留给玉米使用，从而有利于玉米氮的吸收和积累[17，18]。前人应用15N同位素稀释法研究发现，间作体系中豆科作物固定的氮素可向禾本科作物转移[19，20]，转移给禾本科作物的固定氮素数量一般为25～155 kg/hm2 [21，22]。李少明等（2004）[18]试验得出，间作体系中玉米氮素养分吸收量比相应单作提高57.53%，生物学产量提高47.02%，而大豆的吸氮量只比相应单作降低1.21%，生物学产量降低14.56%。这主要是因为大豆固氮促进玉米大量吸氮，玉米对氮素的吸收又刺激并提高了大豆根瘤的固氮效率，缓解了间作体系中大豆的劣势作用[23]。
磷是植物生长必需的大量营养元素之一，在土壤中具有有效性低、易固定、难移动等特点。植物对土壤中磷的吸收主要依靠根系吸收其周围所接触到的土壤有效磷。刘均霞等（2007）[24]试验表明，与玉米、大豆单作相比，玉米大豆间作比单作显著提高了玉米的吸磷量，大豆吸磷量比单作略有降低。钾在土壤中的转移以扩散为主，因此间套作作物对钾的吸收和利用规律与磷基本相似，玉米大豆间作根系之间的相互作用促进了玉米对钾的吸收，而抑制了大豆对钾的吸收利用[25]。
张向前等（2012）[26]采用盆栽试验及种间根系分隔技术研究了施氮肥和不施氮肥两种条件下根系互作在大豆玉米间作中所发挥的优势作用。结果表明，施氮肥和间作作物根系的互作不仅可以增加土壤中的细菌、真菌、放线菌和固氮菌的数量，而且可以提高脲酶、磷酸酶、转化酶和蛋白酶的活性，显著改善了土壤微生态环境。张智晖（2011） [27]研究得出，玉米大豆间作模式提高了土壤反硝化酶活性和土壤速效钾含量，不同程度地改善了土壤养分含量和土壤酶活性，是现阶段土壤生物培肥和维护农田生态氮平衡的重要措施之一。
2 玉米大豆间作的产量效益2.1 玉米大豆间作的产量
玉米大豆间作系统中，不同间作方式对间作玉米大豆产量均有一定影响。与单作相比，玉米的产量和品质都会有较大改善[28，29]。张向前等（2012）[26]研究表明，在施肥和不施肥条件下玉米与大豆间作可显著提高玉米的经济产量和生物产量，同时亦显著改善玉米籽粒的营养品质。eljko等（2009）[30]通过连续3年试验研究认为，玉米大豆间作系统总产量3年平均比玉米大豆单作增产45%～49%。也有研究表明，间作对玉米产量无显著影响，大豆却因与玉米的竞争导致产量降低[31，32]。马骥等[33]研究得出，在一定的间作群体范围内，大豆产量随玉米群体增大而下降。综合前人研究，玉米大豆间作系统中，间作玉米表现出明显产量优势，大豆表现出产量劣势。 间作系统总产量的提高以玉米产量为主，在对玉米产量影响较小的情况下，适当间作大豆，可使总产量提高，经济效益增加[33]。但不同间作模式对玉米大豆间作群体总产量和效益影响不同，且玉米/大豆最优间作模式受不同环境、品种及栽培技术等因素影响，各地表现不一。高阳等（2009）[7]研究表明，在玉米/大豆1∶3 和2∶3 间作模式下，间作群体总籽粒产量比单作玉米约增加6.0%，比单作大豆约增加320%。谢永利等（2004）[34]研究认为，玉米/大豆2∶4的间作方式因间作比例适宜、对自然资源利用较好，两者间的负作用小，其产量潜力得到了充分发挥，经济效益最高。吴善堂等（1985）[35]研究也得出，间作中以玉米为主兼顾大豆条件下，结构形式以2∶3和2∶4较好，有利于产量和产值的提高。Undie 等（2012）[36]报道，玉米/大豆间作比例为1∶1、2∶2和1∶2的处理系统总产量均比玉米、大豆单作增产显著，且2∶2处理在两年度试验中均获得最高系统总产量。卢秉生等（2006）[37]通过对玉米/大豆3∶2和3∶4型间作系统的灌浆期生理指标、产量和主要农艺性状进行分析得出，3∶4间作模式群体正负迭加后的优势大于3∶2间作模式及单作，为发挥玉米高产潜能、提高大豆产量和经济效益的合理模式。
2.2 玉米大豆间作的经济效益和农田生态效益
玉米大豆间作，通过合理的品种、构型搭配，充分利用两作物在株型及生理生态方面的差异，使时空与水肥利用产生互补作用，往往可获得比单作更高的产量和经济效益[33]。相对于单作而言，玉米大豆间作可抑制农田杂草的发生发展，减轻杂草危害；减轻病虫害，增加天敌数量；提高土壤含水量，降低系统白天温度，减缓温差，从而增强系统的抗旱能力；显著提高肥料利用率，具有高产稳产高效特性[38～40]。
甜玉米/大豆间作不仅可改善作物群体结构，提高自然资源利用率，而且可减少化肥施用量，具有显著的经济和生态效益[41]。玉米间作提高了自然资源利用率、增强了群体抗逆性，减少了化肥、农药的施用量，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益，既有利于国家粮食安全，又有助于提高农产品的市场竞争力[42]。在我国粮食主产区黄淮海地区大力发展玉米大豆间作，可在保障玉米产量的基础上增加大豆产量，有助于解决我国粮油作物争地的矛盾，保证国家粮油安全，具有显著社会经济效益。
3 玉米大豆间作需要进一步研究的问题
自20世纪80年代以来，前人对玉米大豆不同间作模式下群体的光能、营养、水分等资源利用及间作对玉米大豆产量的影响做了大量研究，明确了间作不同于单作的许多规律，但就玉米大豆间作对农田生态系统的响应机制研究较少。建议今后加强玉米大豆间作系统内光、温、水、肥等的农田生态因素动态规律及作物的适应机制研究，为复合群体的科学配置提供理论基础；深入研究玉米大豆间作对作物根际环境、根系活力及其水肥吸收利用的影响规律，明确间作条件下玉米大豆地上、地下生理效应和调节机制；适当加强间作系统肥料时空配置规律研究，优化玉米大豆间作科学施肥技术，加强环境友好型低碳稳产高产高效的玉米大豆间作模式筛选。
玉米大豆间作可在保证玉米产量的基础上增加大豆种植面积，或在保障大豆产量的基础上增收玉米，具有增产增收、保持水土、培肥地力、充分利用光能及提高复种指数等优点。深入研究提高玉米大豆间作资源利用和产量效益的生理生态基础，为玉米大豆间作大面积推广提供理论依据，是保障粮食安全与维持农业可持续发展的重要途径之一。
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