玉米大豆間作對大豆農(nóng)藝、品質和產(chǎn)量性狀的影響

趙小光，趙興忠，劉顥萌，肖金平，張 璞，張雅蕾，王麗萍

（1陜西省雜交油菜研究中心，陜西楊凌 712100；2楊陵區(qū)高級中學，陜西楊凌 712100）

0 引言

玉米是中國第一大糧食作物，2021年全國玉米總產(chǎn)量為2.725 億t，播種面積達43.3×106hm2，其總產(chǎn)量和總面積在中國所有農(nóng)作物中均居首位[1]，同時，玉米又是畜牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)業(yè)等的重要飼料來源，在中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)重要地位。大豆是中國第五大農(nóng)作物和第二大油料作物，也是高蛋白飼料的主要來源，對畜牧業(yè)的發(fā)展至關重要。20 世紀80 年代，玉米和大豆套種是中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種重要的間作種植模式，有利于農(nóng)產(chǎn)品均衡供給，該間作種植模式對當時的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及均衡供給做出了重要貢獻[2]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)機械化的普及，大豆相較于玉米等同生態(tài)區(qū)同季作物經(jīng)濟效益顯著降低，從而導致其種植面積急劇減少[3]。自20世紀90年代中期以來，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國大豆進口量持續(xù)攀升，對國際大豆市場的依存度不斷增加。盡管中國大豆產(chǎn)量近3年呈現(xiàn)快速增長趨勢，2021 年大豆總產(chǎn)為1640 萬t[4]，但是國內(nèi)大豆供需比例仍然嚴重失衡，約85%的大豆需要從國外進口，中國如今已成為全球最大的大豆進口國[5-6]。因此，急需增加中國大豆的種植面積和總產(chǎn)量，近幾年國家層面推出一系列新舉措，通過多途徑促進大豆產(chǎn)業(yè)的振興。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司會同全國農(nóng)技中心和四川農(nóng)業(yè)大學大豆研究人員，對原有的玉米大豆間作技術進行了改良和創(chuàng)新，提出開展大豆玉米帶狀復合種植是貫徹落實國家糧食安全的重要措施，是增加大豆生產(chǎn)的有效途徑，很大程度上推動了國內(nèi)玉米大豆間作新農(nóng)藝與大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

近年來，隨著全球環(huán)境惡化和糧食危機等問題的加劇，一些傳統(tǒng)種植模式再次引起農(nóng)業(yè)科研人員的廣泛關注[7]。間作模式是指在同一塊土地上，根據(jù)一定行數(shù)比例，在同一時期以成行或成帶（多行）的形式種植2 種或以上相似生長期的作物[8]。通過不同作物間作能夠協(xié)調(diào)作物間競爭與互補關系，從而高效利用光能和水分[9-10]、改善土壤肥力[11]、提高土地資源利用效率[12-13]，在等同的土地面積上提高群體總產(chǎn)量和經(jīng)濟效益[14-15]。據(jù)統(tǒng)計，在中國已有的100多種不同作物間作組合中，70%的組合都含有豆科作物，而禾本科與豆科間作是中國常見的種植模式，實際應用范圍最為廣泛[16]。目前，國內(nèi)外學者關于玉米和大豆間作的研究重點主要集中在栽培技術的優(yōu)化和產(chǎn)量的提升上[17-20]，對大豆的具體性狀研究較少。在開展間作模式下大豆各性狀的研究時，僅僅針對農(nóng)藝性狀[21]、品質性狀[22]、產(chǎn)量性狀[23]等單一或部分性狀進行分析，未能從整體上進行綜合的分析，可能導致篩選出的間作大豆品種出現(xiàn)產(chǎn)量和品質不能同步提升的情況，影響間作模式的推廣。因此，本研究選取7 個大豆品種開展玉米大豆間作試驗，研究間作后大豆的農(nóng)藝性狀、品質性狀和產(chǎn)量性狀變化規(guī)律，評價大豆品種的豐產(chǎn)性與適應性，對陜西關中地區(qū)玉米大豆間作模式下大豆品種的選用，發(fā)揮玉米大豆間作模式下大豆品種的增產(chǎn)潛力具有重要指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大豆品種分別為‘秦豆8 號’(QD8)、‘秦豆2014’(QD2014)、‘ 秦 豆2017’(QD2017)、‘ 秦 豆2018’(QD2018)、‘安豆203’(AD203)、‘圣育6 號’(SY6)、‘華豆10號’(HD10)。秦豆系列品種由陜西省雜交油菜研究中心提供，‘AD203’、‘SY6’、‘HD10’及玉米品種‘陜單650’(SD650)由陜西楊凌秦豐種業(yè)股份有限公司提供。

1.2 試驗設計

實驗于2021—2022年連續(xù)2年在陜西省楊凌示范區(qū)試驗基地進行。2021 年6 月12 日同期播種玉米和大豆，2021年10月10日同時收獲，2022年6月15日同期播種玉米和大豆，2022 年10 月14 日同時收獲。采取單因素隨機區(qū)組法種植小區(qū)，每個大豆品種分別設玉米大豆間作和大豆單作2 個處理，另設玉米單作處理，各處理小區(qū)面積4.8 m×6 m，3次重復。玉米大豆間作每個處理種2帶，帶寬2.4 m，帶長6 m，玉米和大豆播行按2:3種植，玉米行距為40 cm，大豆行距為30 cm，株距均為12 cm，玉米和大豆間距70 cm。玉米單作行距60 cm，株距22 cm，大豆單作行距40 cm，株距13 cm。所有田間管理措施均采用當?shù)爻Ｒ?guī)管理方法，施肥分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O514%）和氯化鉀（含K2O 52%），共施純氮240 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 225 kg/hm2。

1.3 試驗指標

收獲前一周在各小區(qū)隨機取代表性大豆植株10株，考察株高、結莢高、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、結莢密度等農(nóng)藝性狀，取平均數(shù)進行統(tǒng)計分析；大豆成熟時，每小區(qū)連續(xù)取10 株大豆單株，統(tǒng)計單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、每莢粒數(shù)和百粒重，然后取平均值進行統(tǒng)計分析；對每個小區(qū)進行單獨收獲測產(chǎn)，從混合樣品抽取50 g 大豆種子樣品用于品質性狀檢測，按照GB/T 17376—2008《動植物油脂脂肪酸甲酯制備》和GB/T 17377—2008《動植物油脂脂肪酸甲脂的氣相色譜分析》規(guī)定的方法測定大豆脂肪酸組份[24]，利用德國BRUKER 公司生產(chǎn)的核磁共振儀(NMR)對粗脂肪進行測定[25]，蛋白質含量測定參照GB/T 144892—2008凱氏定氮法[26]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)利用Excel 2010 進行初步整理，所有樣品的數(shù)據(jù)按照以上的分類方法進行歸類，然后求平均值，用SPSS 19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式下大豆的農(nóng)藝性狀比較

從表1 可以看出，7 個大豆品種在間作模式下，株高比單作均有所增高，品種之間差異較大，‘QD8’株高增加了24.8 cm，而‘QD2014’和‘AD203’只增加了1.4 cm，間作的7 個大豆品種株高比單作平均增加了9.6 cm。結莢高也表現(xiàn)為間作大豆高于單作大豆，增加的范圍為0.7～6.6 cm，平均增加了2.7 cm。有效分枝數(shù)表現(xiàn)為間作大豆低于單作大豆，7 個間作大豆的有效分枝數(shù)變化為1.4～2.5個，單作大豆的有效分枝數(shù)變化為1.5～2.9 個，間作大豆的有效分枝數(shù)比單作大豆平均少0.5個。主莖節(jié)數(shù)的變化規(guī)律與有效分枝數(shù)相反，間作大豆的主莖節(jié)數(shù)變化為15.4～19.3 個，單作大豆的主莖節(jié)數(shù)變化為13.9～17.5 個，間作大豆的主莖節(jié)數(shù)比單作大豆平均增加1.2 個。結莢密度表現(xiàn)為間作大豆小于單作大豆，7 個間作大豆的結莢密度變化為0.4～1.2 個/cm，單作大豆的結莢密度變化為0.6～1.7 個/cm，間作大豆的結莢密度比單作大豆平均少0.3 個/cm。各大豆品種在間作模式下的生育期均比單作模式延長，間作大豆生育期比單作大豆平均多了4.1 d。不同種植模式下，農(nóng)藝性狀的差異主要是由于玉米的遮陰造成的，由于玉米植株比大豆高大，大豆為了接收更多的光照，植株向上生長明顯，從而造成了間作大豆株高、結莢高度和主莖節(jié)數(shù)增加，而有效分枝數(shù)和結莢密度降低。在成熟期，葉片不能快速變黃，從而延長了生育期。

表1 間作和單作模式下大豆的農(nóng)藝性狀

2.2 不同種植模式下大豆的品質性狀比較

表2比較了玉米大豆間作和大豆單作模式下大豆品質性狀的變化，可以看出，2種種植模式下品質性狀的各指標在7個大豆品種中表現(xiàn)出相同的規(guī)律。粗脂肪和蛋白質是大豆的重要品質性狀，也是審定大豆新品種的主要指標。間作模式下大豆的粗脂肪含量均高于單作大豆，高出的范圍為0.15%～1.03%，平均高出0.53%。蛋白質含量也表現(xiàn)出相同的規(guī)律，間作模式下大豆的蛋白質含量比單作模式高出的范圍為0.06%～2.21%，平均高出0.74%。棕櫚酸和硬脂酸屬于飽和脂肪酸，間作大豆的2 種飽和脂肪酸含量均比單作大豆低，單作大豆的棕櫚酸和硬脂酸分別比間作大豆平均高出0.46%和0.52%。油酸、亞油酸和亞麻酸屬于不飽和脂肪酸，對人體健康有重要作用。油酸含量在不同種植模式下表現(xiàn)為間作大豆低于單作大豆，而亞油酸和亞麻酸含量則表現(xiàn)為間作大豆高于單作大豆，單作大豆的油酸含量比間作大豆平均高出2.24%，而間作大豆的亞油酸和亞麻酸含量分別比單作大豆平均高出2.11%和0.56%。

表2 間作和單作模式下大豆的品質性狀

2.3 不同種植模式下大豆的產(chǎn)量性狀比較

從表3可以看出，7個品種在間作模式下的單株莢數(shù)比單作模式有明顯的下降，品種之間差異較大，‘QD2017’在間作模式下的單株莢數(shù)比單作模式少了27.2 個，而‘SY6’在間作模式下的單株莢數(shù)僅比單作模式少1.5個，7個品種在間作模式下的單株莢數(shù)比單作模式平均少了11.5個。單株粒數(shù)也表現(xiàn)出相同的規(guī)律，‘QD2017’在間作模式下的單株粒數(shù)比單作模式少了68.8 個，而‘AD203’在間作模式下的單株粒數(shù)僅比單作模式少0.5個，7個品種在間作模式下的單株粒數(shù)比單作模式平均少了29.5個。單株粒重是大豆產(chǎn)量的最直接衡量指標，從表中可以看出大豆品種在間作模式下的單株粒重均低于單作模式，7 個品種在間作模式下的單株粒重比單作模式降低的范圍為0.8～14.3 g，平均降低了5.0 g。百粒重在品種之間變化的規(guī)律不一致，‘QD2017’和‘AD203’在間作模式下的百粒重分別比單作模式下降了0.43 g和0.91 g，而其余4個品種在間作模式下的百粒重分別比單作模式增加了0.68～6.23 g。7 個品種在間作模式下的每莢粒數(shù)比單作模式均有所下降，下降的范圍為0.1～0.3 個，平均下降了0.2個。從上面分析可以看出，間作種植模式對大豆產(chǎn)量性狀影響比較明顯，除了百粒重在個別品種上表現(xiàn)為增加，其余產(chǎn)量性狀均有所下降。

表3 間作和單作模式下大豆的產(chǎn)量性狀

2.4 不同種植模式下經(jīng)濟效益分析

從圖1可以看出，玉米大豆間作后2種作物的產(chǎn)量均有下降，大豆的產(chǎn)量下降較為明顯，7個大豆品種的間作產(chǎn)量分別為811.20～1638.79 kg/hm2，平均下降了1162.47 kg/hm2。‘AD203’的產(chǎn)量下降幅度最小，間作模式下的產(chǎn)量比單作模式低了40.71%，‘QD2017’的產(chǎn)量下降幅度最大，間作模式下的產(chǎn)量比單作模式低了62.78%，7 個大豆品種在間作模式下的產(chǎn)量比單作模式平均低了49.88%。玉米品種‘SD650’在單作和間作模式下的產(chǎn)量分別為10053.45、9242.25 kg/hm2，間作模式的產(chǎn)量僅比單作模式下降了8.07%。從上面分析可以看出，盡管大豆和玉米間作種植后，大豆的產(chǎn)量下降較為明顯，但是玉米產(chǎn)量影響較小，單位面積上2種作物的產(chǎn)量總和比單一種植作物要高，基本達到了國家倡導的“玉米不減產(chǎn)，多收一料豆”的種植目的。

圖1 間作和單作模式下大豆和玉米的產(chǎn)量比較

3 結論

通過不同種植模式下7 個大豆品種的農(nóng)藝性狀、品質性狀和產(chǎn)量性狀的分析，可以得出間作大豆的株高、結莢高度和主莖節(jié)數(shù)比單作大豆高，但單株莢數(shù)和結莢密度比單作大豆低，間作大豆的生育期比單作大豆延長；間作大豆的粗脂肪和蛋白質比單作大豆高，間作大豆的硬脂酸和棕櫚酸的含量比單作大豆低，而亞油酸和亞麻酸這兩種不飽和脂肪酸含量則比單作大豆高；間作大豆的單株粒重、單株粒數(shù)、每莢粒數(shù)比單作大豆低；7 個大豆品種在間作模式下的產(chǎn)量比單作模式平均低49.88%，‘QD2018’在單作和間作2種模式下的產(chǎn)量都分別高于其他大豆品種；百粒重在不同的品種間變化規(guī)律不一致，‘QD2017’和‘AD203’在間作模式下的百粒重分別比單作模式下降，而其余4 個品種在間作模式下的百粒重分別比單作模式增加。

4 討論

不同作物進行間作種植既可以提高土地利用率，還能通過作物在不同空間的生長分配有效利用光能，提高單位面積糧食的產(chǎn)量。在目前中國優(yōu)質耕地面積減小的局面下，間作是一項保證糧食穩(wěn)產(chǎn)及增產(chǎn)的有效措施[27]。玉米大豆間作模式是在不影響玉米產(chǎn)量的前提下，通過在玉米田地套種大豆從而增加大豆種植面積和產(chǎn)量的種植技術[28]，合理配置玉米和大豆行數(shù)及行距，篩選適合間作的大豆品種，對玉米大豆間作系統(tǒng)中的作物的生長、產(chǎn)量構成和群體效益均具有重要的作用[29]。

前人研究發(fā)現(xiàn)玉米和大豆進行間作后，玉米和大豆的籽粒產(chǎn)量均低于玉米或大豆的單作產(chǎn)量[30-31]，本研究通過玉米和大豆進行帶狀復合種植，在相同面積的耕地上，玉米產(chǎn)量較單作下降了8%，大豆產(chǎn)量較單作平均下降了50%，與前人結果一致。而前人的研究中，間作模式下的作物總產(chǎn)主要取決于行大豆和玉米行數(shù)比[32]、水肥供給[33]、光照強度[34]等，合理的間作設計可以提高單位面積的總產(chǎn)。本實驗采取玉米和大豆2:3的間作模式，結果表明7 個大豆品種和玉米的總產(chǎn)均高于玉米單產(chǎn)或大豆單產(chǎn)，從而提高了單位面積作物的總產(chǎn)量，因此該模式比較適合在當?shù)剡M行種植。合理的種植模式，能使間作模式下玉米的實際種植密度和單作模式保持一致，且玉米和大豆分別利用不同空間高度的光照，能夠保證間作玉米光合能力不受影響；同時玉米、大豆間作能夠提升玉米對氮、磷元素的吸收和積累量，所以玉米的產(chǎn)量變化較小。而大豆在生長后期受到玉米枝葉的遮光影響，光合能力降低以及對氮、磷吸收量也表現(xiàn)降低[35]，最終7 個大豆品種的產(chǎn)量下降均比較明顯。分析深層原因，玉米大豆間作模式使得種間競爭態(tài)勢及效應發(fā)生變化，從而引起產(chǎn)量差異[36]。

玉米大豆間作對大豆的農(nóng)藝性狀影響較大，由于玉米和大豆的植株高度差異，大豆主要利用低層空間的光照，玉米主要利用中上層的光照。然而在生長后期，玉米枝葉茂盛，而大豆為了完成灌漿需要獲得更多的光能來轉化能量，所以與玉米競爭中層的生長空間，表現(xiàn)大豆植株的營養(yǎng)體生長旺盛，分枝較長，株高、結莢高度和主莖節(jié)數(shù)均所有增加，這與前人的研究一致[21,33]。由于光能的不足，導致間作大豆的營養(yǎng)體雖然變大，但是單株莢數(shù)和結莢密度比單作大豆有所降低，結實率較差；而在產(chǎn)量性狀上，由于受到農(nóng)藝性狀的影響，間作大豆的單株粒重、單株粒數(shù)、每莢粒數(shù)均比單作大豆下降，從而導致產(chǎn)量下降比較明顯。雖然間作大豆的產(chǎn)量比單作大豆降低，但品質性狀卻得到了提高，間作大豆的粗脂肪和蛋白含量均比單作大豆提高。梁英蘭[22]研究發(fā)現(xiàn)，玉米大豆間作后，大豆的蛋白質含量提高，脂肪含量降低，兩者之和與單作大豆無顯著差異。而本研究發(fā)現(xiàn)，間作大豆的蛋白質和粗脂肪含量均高于單作大豆，這可能與各自選用的大豆材料特性及種植地域有關，還需進一步研究。間作大豆的飽和脂肪酸的含量比單作大豆降低，而亞油酸和亞麻酸含量則表現(xiàn)為間作大豆高于單作大豆?？梢钥闯?，玉米大豆間作后，雖然大豆產(chǎn)量有所降低，但是卻收獲了高品質的大豆。