不同大豆玉米品種及不同間作模式對群體結構和產量的影響

頡健輝，楊相昆，張占琴，田海燕，曾 凱，戰 勇

（新疆農墾科學院作物研究所，新疆 石河子 832000）

大豆古稱菽，常用來做各種豆制品、榨取豆油、釀造醬油和提取蛋白質。大豆原產于我國，但我國卻不是大豆的主產國，據統計，2021年我國大豆產量1 640萬t，進口量9 652萬t，對外依存度超過80%[1]。我國大豆種植面積有限，在主要產區與糧食作物存在競爭，而且種植大豆土地產出率低，產量水平不高，比較效益低[2]。

針對以上問題，四川農業大學楊文鈺團隊提出發展套種大豆是解決這一問題的有效途徑[3，4]。該技術主要通過高低搭配、擴間增光、縮株保密來擴大大豆種植，使玉米從原來的平面受光變為立體多面受光，行行具有邊際效應[5]。在玉米產量不降的同時，多收一季大豆，提高復種指數和土地產出率[6]。

新疆光熱資源豐富，膜下滴灌技術大面積推廣應用，具有創造作物高產的天然優勢。2020年大豆全國高產記錄453.54 kg/667 m2，2021年玉米全國高產記錄1 663.25 kg/667 m2[7]。如何將西南地區玉米不減產，多收一季大豆的復合種植技術應用到新疆，探索適宜新疆的大豆玉米帶狀復合種植的模式以及作物品種，對擴大大豆生產、實現玉米和大豆產量協同提高具有重要的意義[8]。對于作物品種選擇而言，要篩選具有產量潛力大、株型緊湊、耐蔭、耐密、抗倒伏的品種[9-10]。在新疆農墾科學院院內試驗地開展大豆玉米帶狀復合種植試驗，篩選適宜本地區帶狀復合種植的模式和品種，目的在于探索大豆玉米帶狀復合種植在新疆的應用前景，為本地區開展大面積大豆玉米帶狀復合種植工作提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2022年在新疆石河子市新疆農墾科學院2輪試驗地進行，該區屬于典型的干旱氣候區，年平均氣溫7.5～8.2 ℃，日照2 318～2 732 h，無霜期147～191 d，年 降 雨 量180～270 mm，年 蒸發 量1 000～1 500 mm，≥10 ℃活動積溫3 570～3 729 ℃。試驗地土壤為粘壤土，耕層（0～30 cm）土壤基礎理化性狀如表1所示。

表1 耕層0～30cm土壤基礎理化性質

1.2 試驗材料

選取大豆品種5個（2011-336-7、NK0906-19、新大豆8號、新大豆22號、新大豆25號），玉米品種7個（斯泰112、華美1號、Z658、MC670、墾玉4606、墾玉4140、新玉77）為試驗材料。

1.3 試驗設計

1.3.1 大豆玉米帶狀間作品種組合設計

新玉77分別和5個大豆品種組成間作組合，其余6個玉米品種與新大豆8號組成間作組合，田間具體組合如表2所示。

表2 復合種植大豆和玉米間作組合

1.3.2 大豆玉米帶狀間作模式設計

設置兩種不同的大豆玉米間作模式，以大豆和玉米單作為對照，具體內容如下：

模式1為8行大豆4行玉米，見圖1。每播幅4.68 m，包含兩個單元，每個單元使用寬為2.05 m的膜，大豆和玉米在同一條膜上。玉米、大豆帶間距60 cm，大豆帶共4行，間距18 cm+18 cm+18 cm，兩邊交接行共60 cm。每個間作處理長度為55 m，面積為257.4 m2。玉米穴距8 cm，每穴1粒，7 123粒/667 m2，播種深度4 cm以上；大豆穴距7.5 cm，15 196穴/667 m2，中間2行大豆每穴1粒，兩個邊行1-2-1下種，18 994粒/667 m2，播種深度2～3 cm。

圖1 大豆玉米復合種植模式1示意圖（8行大豆，4行玉米，每播幅4.68 m）

模式2為6行大豆4行玉米，見圖2。每播幅3.4 m，玉米使用0.7 m寬的膜、大豆使用1.3 m的膜。大豆帶共6行，間距15 cm+27.5 cm+15 cm+27.5 cm+15 cm，玉米帶行距30 cm，玉米大豆帶間距60 cm，兩邊交接行60 cm。每個間作處理長度為55 m，面積187 m2。玉米穴距8.5 cm，每穴1粒，9 450粒/667 m2，播種深度4 cm以上。大豆穴距10.0 cm，11 758穴/667 m2，1-2-1下種，17 638粒/667 m2，播種深度2～3 cm。

圖2 大豆玉米復合種植模式2示意圖（6行大豆，4行玉米，每播幅3.4 m）

單作大豆采用新大豆8號，每播幅4.6 m，包含兩條膜，每條膜6行大豆，株距7.5 cm，播種密度為23 189株/667 m2；單作玉米為新玉77號，每播幅2.2 m，包含兩條膜，每膜2行玉米，株距16 cm，種植密度為7 576株/667 m2。各作物單作的小區長度均為55 m，凈種大豆小區面積253 m2，凈種玉米小區面積121 m2。

1.4 田間管理

試驗地面積共13 340 m2，5月9日完成播種工作后進行滴灌。全生育期總灌水量13 879 m3，折合693.95 m3/667 m2，滴水同時施入化肥，包括為尿素（25 kg/667 m2）、磷酸一銨（35 kg/667 m2）和硫酸鉀（10 kg/667 m2），具體如表3所示。

表3 田間水肥施用情況

大豆全生育期4次化控，化控劑采用縮節胺，化控時間及用量分別為：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；玉米進入拔節期以后分別于6月5日和6月14日兩次化控，化控劑采用芐氨·乙烯利，用量為10 mL/667 m2。

1.5 測定指標及方法

1.5.1 干物質積累

從玉米拔節期開始，每隔14 d取樣一次，每個小區隨機選定3個點，每個取樣點連續取玉米3株，大豆5株。帶回實驗室測定地上部干物質積累量。

1.5.2 葉面積指數和冠層結構

每個間作組合取3個測定點，每個點附近標記有代表性的植株10株，與干物質取樣同步進行，在中 午12：00～2：00 光 線 穩 定 時，用 冠 層 儀LAI-2 200C分別測定大豆和玉米的葉面積指數（LAI）、平均葉傾角（MTA）、冠層開度（DIFN）。

1.5.3 產量及構成因素

2022年10月9日開始田間取樣與測產工作，各間作組合玉米和大豆分開收獲，按小區實收。其中，模式2玉米收獲時分為內行和外行（靠近大豆一側）測定。大豆和玉米單作全部實收。收獲后脫粒稱重并測定籽粒含水率，將小區產量換算為單位面積籽粒產量（玉米標準水份按14%、大豆按13%計算）。收獲測產的同時，每個小區取10株大豆和20個玉米果穗，帶回實驗室進行考種，測定產量構成相關指標。

1.6 數據分析及作圖

采用Office 2016和SPSS 22.0等軟件進行數據整理及分析。

2 結果與分析

2.1 不同間作模式對“新大豆8號”和“新玉77”冠層結構的影響

圖3 為測定期內作物冠層有關指標，可以看出大豆LAI在逐漸增加，MTA和DIFT逐漸降低，各處理間3個指標只在6月12日存在顯著性差異，單作大豆的LAI顯著低于套種，MTA和DIFT顯著高于套種。單作大豆在灌漿前期各處理中表現出最高葉面積；單作玉米的葉面積與前兩次顯著低于套種，平均葉傾角和冠層開度顯著高于套種，但兩套種模式間差異不顯著。

圖3 不同間作模式對新大豆8號和新玉77號作物冠層結構的影響

2.2 不同間作模式對“新大豆8號”和“新玉77”干物質積累的影響

從圖4可以看出，隨著生育期的推進，大豆和玉米干物質積累量逐漸增加，就大豆而言，單作大豆的干物質積累總是顯著高于套種，且增加的幅度越來越大，而兩種套種處理間差異不顯著。對玉米而言，模式1的干物質積累量略高于模式2的，但不同套種模式以及單作玉米的干物質積累之間均不存在顯著性差異。

圖4 不同套種模式對新大豆8號和新玉77號作物干物質積累的影響

圖5 不同間作模式對大豆產量的影響

2.3 不同間作模式對大豆和玉米產量的影響

2.3.1 不同間作模式對大豆產量構成因素的影響

表4為大豆產量構成因素，可以看出，相同模式不同品種間各產量因素有明顯差異，而且同一品種在不同模式下也存在差異。模式1中，NK0906-19、新大豆22 和新大豆8號株高相對較低，主莖節數也較少，而新大豆8號結莢高度較高，導致有效莢數、單株粒數和單株粒重均降低。模式2中，新大豆22號、新大豆25號和新大豆8號株高低于100 cm，3個品種單株莢數、單株粒數都相對較高，區別在于新大豆25號主莖節數較多而結莢高度低，從而增加了單株莢數、單株粒數以及單株粒重。

表4 不同間作模式大豆產量構成因素

2.3.2 不同間作模式對玉米產量構成因素的影響

從表5可以看出，不同模式對玉米產量構成有明顯的影響，模式1玉米的果穗重、穗長、穗粗、穗粒數較模式2有明顯的提高。

表5 不同間作模式玉米產量構成因素

新玉77的百粒重在兩種模式中均為最高且與單作差異小。模式1中，MC670、Z658和墾玉4606果穗的整體水平較高，有利于產量提高，模式2中，墾玉4140和墾玉4606是果穗綜合表現較佳的品種。

2.3.3 不同間作模式對大豆產量的影響

本試驗單作大豆產量為179 kg/667 m2，間種大豆與其相比，產量降幅為62.8%～85.6%（表5）。不同品種在兩種模式下的產量表現有所差異，新大豆8號、2011-336-7、新大豆25號在模式2下的產量較高；新大豆22號和NK0906-19在模式1的產量大幅度高于模式2的?？傮w而言，新大豆25和NK0906-19在兩種模式下的產量都相對較高，模式1下，新大豆25號和NK0906-19分別較最低產量（32.49 kg/667 m2）提高了61%和104.6%；模式2下，分別較最低產量（25.82 kg/667 m2）提高了148%和95.9%。

2.3.4 不同間作模式對玉米產量的影響

從圖6可以看出，不同品種之間產量存在差異，而且同一品種在兩種模式下產量也有較大差異。本試驗單作玉米產量為1 036.15 kg/667 m2，與其相比，間作玉米產量降幅為6.9%～59.2%。除新玉77外，玉米在模式1下的產量高于模式2的。新玉77號在兩種模式間產量較穩定，與單作相比，分別降低了20.2%和15.96%。模式1 下，墾玉4606、Z658、MC670的產量分別較單作降低了6.9%、10.7%和12.8%。斯泰112在兩種模式下，產量均最低?？傮w而言，新玉77和墾玉4606產量在兩種模式下產量均較高。

圖6 不同間作模式對玉米產量的影響

2.3.5 模式2玉米內外行產量比較

圖7為模式2玉米內外行產量比較，從圖中可以看出，除MC670外，外行玉米產量總是高于內行，增長幅度為64%（新玉77）～230%（斯泰112），Z658、華美1號、墾玉4140和墾玉4606外行產量較內行分別增產83%、92%、67%和115%，斯泰112總體產量水平最低。綜合內外行產量結果來看，7個玉米品種中新玉77號、墾玉4606在模式2條件下，產量保持較高水平，且內外行產量差異較大。

圖7 模式2玉米不同位置產量表現

2.4 大豆玉米帶狀間作收益比較

表6為兩種大豆玉米間作模式土地產出與單作大豆產出的比較，單作玉米土地收益可達2 901.22元/667 m2，單作大豆收益為989.78元/667 m2，間作系統收益與單作玉米相比有所降低，與單作大豆相比提高了1.5～1.8倍。整體而言，模式2中各大豆品種與新玉77的組合收益較高。這主要是由于模式2玉米產量較模式1高出43.79 kg，收益相對較高。兩種模式下大豆產量相對較高的新大豆25 號和NK0906 -19，其對應的收益也較高，其中新大豆25號和新玉77的間作組合收益達2 790.43元/667 m2，在所有組合中最高。

表6 不同間作模式下作物產出效益與單作大豆效益的比較

3 討論

大豆中蛋白質含量高達40%，而且富含脂肪以及多種礦質營養元素和生理活性物質。同時，大豆對飼料工業的健康發展也起到保障作用[11]。2022年農業農村部重點實施大豆油料等作物的擴種行動，將大豆玉米帶狀復合種植作為主推技術，支持黃淮海、西北、西南地區推廣該技術，逐步推動大豆玉米兼容發展，多措并舉擴面積、提產量[5，12]。在此背景下開展本研究，從間作模式與各作物單作之間的群體結構以及產量和經濟效益等方面進行分析，旨在為新疆地區大豆玉米帶狀復合種植提供包括模式和品質在內的技術參考和理論依據。

3.1 不同間作模式對作物群體結構的影響

大豆玉米間作利用禾本科和豆科的種間互補性和高低搭配來提高水熱資源利用效率[13]。研究表明，當種間競爭小于種內競爭時，有利于形成間套作優勢[14]。合理間作模式可以改善作物的冠層結構，而且通過影響冠層微環境最終影響作物生長發育與產量形成。范虹認為，間作可以優化群體光分布，減少漏光損失，使光能分布更均勻[10]。本研究中單作大豆的平均葉傾角和冠層開度顯著高于套種，單作大豆在灌漿前期各處理中表現出最高葉面積。單作玉米的葉面積顯著低于套種，平均葉傾角和冠層開度顯著高于套種，但兩種模式間差異不顯著，說明間作模式中大豆和玉米株型表現相對緊湊，有利于各自獲取光能。從干物質積累來看，單作大豆的干物質積累顯著高于兩種間作模式的，而單作玉米灌漿前干物質積累與間作相比有所降低但差異不顯著，原因在于本研究在間作面積減半的情況下通過縮小株距達到與單作玉米相當的密度，大豆受到玉米的蔭蔽效應，導致光熱資源利用效率低，這與前人研究結果一致[15-16]。

3.2 大豆玉米帶狀間作模式和品種篩選

大豆作為我國對外依存度最高、產業風險最大的大宗農產品，亟需提升產能、緩解供需矛盾[4]。由于種植大豆時單位面積產出率低，農戶種植積極性差。但是通過大豆玉米帶狀間作種植，在種植大豆的基礎上增種玉米來增加土地產出、增加收益，可帶動大豆種植的積極性。雷雲翔在大豆玉米間作上的研究結果表明[12]，由于間作種間競爭的存在，各作物產量均有所降低，但是間作系統整體的土地產出和效益均顯著增加。本研究中間作大豆產量降幅達62.8%～85.6%，主要是由于本研究種植密度較高、水肥投入過多，導致大豆倒伏嚴重，而高密度下倒伏是影響大豆產量潛力發揮的最主要原因[17]。就品種而言，新大豆25號和NK0906-19的產量相對較高且在兩種模式間的差異較小。

間作玉米產量與單作相比，降幅為6.9%～59.2%。模式1的玉米產量高于模式2，這是由于模式2玉米產量是內外行產量的平均值，由于內行密度較高，而且受到外行的遮擋，所能接收到的光熱資源也較少，因此產量表現差，從而拉低了整體產量水平。玉米是該間作系統群體產量的主導作物[18-19]，本研究中，玉米的產量占間作系統總量的90%以上，間作系統收益與單作玉米相比有所降低，而與單作大豆相比，間作收益提高了1.5～1.8倍。就品種而言，墾玉4606和新玉77號在兩種模式下產量表現相對較穩定，而且在模式2下，墾玉4606和新玉77的外行產量超過單作玉米產量，這主要是因為模式2中帶寬（220 cm）較大，與模式1帶寬（174 cm）相比有更強的邊際效應。大豆玉米帶狀間作系統中，適當的帶寬可以減少大豆玉米帶狀間作的種間競爭，達到高產的目的[20]。

4 結論

綜上所述，可得出以下結論：（1）大豆品種新大豆25號和NK0906-19，玉米品種墾玉4606和新玉77在兩種模式下產量相對較高且差異較小，是適宜間作種植的大豆和玉米品種。（2）間作系統內玉米占群體產量的主導地位，適宜的帶寬有利于玉米邊際效應的發揮，提高間作系統的土地產出。（3）各作物產量較各自單作均有所降低，但大豆玉米間作系統的土地收益與單作大豆相比增加了1.5～1.8倍。