全 文 ：中国生态农业学报 2015年 6月 第 23卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jun. 2015, 23(6): 659667


* 农业部公益性行业(农业)科研专项(201203096)、国家大豆产业技术体系建设专项(CARS-04-PS19)和国家自然科学基金项目(31271669)资助
** 通讯作者: 杨文钰, 现主要从事作物栽培及生理研究。E-mail: mssiyangwy@sicau.edu.cn
† 同等贡献者: 雍太文, 主要从事作物栽培生理生态研究, E-mail: yongtaiwen@sicau.edu.cn; 刘小明, 主要从事作物栽培生理生态研究。
收稿日期: 20141218 接受日期: 20150401
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.141444
种植方式对玉米大豆套作体系中作物产量、
养分吸收和种间竞争的影响*
雍太文1† 刘小明1† 宋 春1,2 周 丽1 李星辰1
杨 峰1 王小春1 杨文钰1**
(1. 四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室 成都 611130;
2. 四川农业大学资源环境学院生态环境研究所 成都 611130)
摘 要 为探寻玉米大豆套作体系下作物间的资源竞争关系, 揭示玉米大豆套作系统的增产机理, 本研究
以玉米大豆套作系统(简称玉豆套作)为对象, 通过 2 a大田定位试验, 研究了玉豆套作带状连作(A1)、玉豆套
作带状轮作(A2)、玉豆套作等行距种植(A3)、玉米单作(A4)、大豆单作(A5)5种种植方式对玉米、大豆的产量、
养分吸收及种间竞争能力的影响。结果表明, 与单作和等行距种植相比, 带状种植的玉米产量降低、大豆产量
显著增加, A2的大豆产量分别比 A5和 A3高 25.5%和 89.2%。与带状连作相比, 带状轮作促进玉米增产和对 N、
P、K的吸收, 玉米籽粒产量及植株 N、P、K的吸收总量分别提高 7.5%、18.5%、9.1%、14.1%。与大豆单作
相比, 带状套作显著增加了大豆的经济系数和养分收获指数, A2的经济系数和植株 N、P、K收获指数分别增
加 40.9%、11.9%、20.6%、39.9%。带状种植方式下, 玉米对 N、P、K的竞争力弱于大豆(Ams<0, CRms<1), 但
带状轮作提高了玉米的种间竞争力和营养竞争比率。玉米大豆套作体系下, 相对带状连作和等行距种植, 带
状轮作种植有利于玉米与大豆间的和谐共生, 促进了玉米、大豆对养分的吸收, 提高了系统的产量和土地当量
比率(LER)。
关键词 玉米 大豆 带状套作 连作 轮作 产量 养分吸收 种间竞争
中图分类号: 147.3; S181; S344.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)06-0659-09
Effect of planting patterns on crop yield, nutrients uptake and interspecific
competition in maize-soybean relay strip intercropping system
YONG Taiwen1, LIU Xiaoming1, SONG Chun1,2, ZHOU Li1, LI Xingchen1,
YANG Feng1, WANG Xiaochun1, YANG Wenyu1
(1. College of Agronomy, Sichuan Agricultural University / Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation in Southwest
China, Ministry of Agriculture, Chengdu 611130, China; 2. Institute of Ecological and Environmental Sciences, College of
Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)
Abstract To deal with the contradiction between population growth and land shortage, maize-soybean relay strip intercropping
system has become increasingly popular and widely adopted in Southeast China. The conventional maize-soybean relay strip
intercropping system used by farmers have not been good for high maize-soybean yields and nutrient uptake. To therefore explore the
characteristics of competition for resources between crops and the mechanism of yield increase under maize-soybean relay strip
intercropping system, a two-year field experiment was conducted where the effects of planting patterns on crop yield, nutrient uptake
and interspecies competition for resources were investigated. The tested planting patterns included maize-soybean relay intercropping
in continuous strips with wide-narrow rows (A1), maize-soybean relay intercropping in rotation strips with wide-narrow rows (A2),
maize-soybean relay intercropping in continuous strips with equal rows (A3), maize monoculture (A4) and soybean monoculture
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(A5). The density of maize and soybean under relay intercropping was equal to that under monoculture. The results showed that
compared with monoculture and equal width spacing, relay strip intercropping decreased maize grain yield while increased soybean
bean yield significantly. Maize grain yield under A2 treatment was 4.9% and 5.7% lower than those under A4 and A3 treatments,
respectively. However, soybean bean yield under A2 treatment was 25.5% and 89.2% higher than those under A5 and A3 treatments,
respectively. Compared with A1 treatment, maize grain yield and N, P, K uptake increased under A2 treatment. The maize grain yield
and N, P, K uptake under A2 treatment were 7.5%, 18.5%, 9.1% and 14.1% higher than those under A1 treatment. However, yield
and N, P, K uptake of soybean were not significantly different between A2 and A1 treatments. Compared with the monoculture
treatments, the economic coefficient and nutrient harvest index of soybean in maize-soybean relay strip intercropping systems
significantly increased. The economic coefficient and N, P, K harvest indexes of soybean under A2 treatment increased by 40.9%,
11.9%, 20.6% and 39.9%, respectively. In maize-soybean relay strip intercropping systems, maize competition was weaker than that
of soybean for N, P, K (Ams < 0, CRms < 1). However, rotation helped improve interspecific competition and nutrient competition ratio
of maize. In 2013, interspecific competition was close to 0 while nutrient competition ratio was close to 1 under A2 treatment.
Comparison of A2 with A1 and A3 treatments showed that rotation benefited harmonious symbiosis between maize and soybean.
This symbiosis enhanced nutrient uptake of both maize and soybean, subsequently increasing yield and land equivalent ratio (LER)
of the cropping system.
Keywords Maize; Soybean; Relay strip intercropping; Continuous cropping; Rotation cropping; Yield; Nutrient uptake;
Interspecific competition
(Received Dec. 18, 2014; accepted Apr. 1, 2015)
当前世界农业正面临人口不断增加, 粮食刚性
需求不断上升, 可利用资源不断减少, 生态环境日
益破坏等严重社会和生态问题, 粮食安全已成为各
个国家和地区关注的焦点。为提高粮食产量, 各国
农业专家和学者通过育种和栽培措施不断提高种子
质量和改善作物生长环境。其中, 间作套种就是一
种增加粮食总产的有效途径, 尤其是禾本科作物与
豆科作物的间套作具有明显的增产效应。如: 豌豆
(Pisum sativum Linn.)大麦(Hordeum vulgare Linn.)[1]、
小麦(Triticum aestivum Linn.)大豆[Glycine max (Linn.)
Merr.][2]、小麦豌豆[3]、玉米(Zea mays Linn.)木豆
[Cajanus cajan (Linn.) Millsp.][4]、苜蓿 (Medicago
spp.)玉米[5]、水稻(Oryza.sativa Linn.)花生(Arachis
hypogaea Linn.)[6]、 甘蔗 (Saccharum officinarum
Linn.)大豆[7]等间套作系统。但是, 作物种植具有明
显的连作障碍 [810], 特别是豆科作物的连作种植 ,
例如, 大豆连作种植时, 土壤中化感物质和有害生
物增加, 植株固氮能力和干物质积累能力下降, 农
艺性状发生明显变化, 影响产量形成过程, 使大豆
产量降低[1012]。前人关于连作障碍的研究在单作模
式上研究较多, 对于套作模式的研究鲜见报道。
玉米大豆带状复合种植作为农业部主推技术,
经过近 10 年来的研究, 技术日趋成熟, 在我国南方
及黄淮海地区进行了广泛应用, 对当地农民增收和
农业增产做出重要贡献[13]。前期研究表明, 玉米大
豆带状复合种植不仅增产效果显著[14], 还提高了系
统的养分利用效率[1516], 降低农田氮肥损失[17], 改
善农田生态系统服务功能[18]。然而, 前人主要集中
在连作种植的相关研究上, 鲜见针对大豆连作障碍
而开展的微区轮作效应及其系统的种间竞争研究 ,
未能充分发挥该模式的增产潜力及生态环保效应。
因此, 本研究通过 2 a定位试验, 系统研究了带状轮
作种植与传统等行距及单作种植下玉米、大豆产量
和养分吸收的变化特性, 以及套作系统下作物的种
间资源竞争关系, 为进一步完善间套作的竞争补偿
原理提供理论基础 , 为玉米大豆带状复合种植技
术优化提供实践依据。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点及材料
试验于 2012 年 3 月—2013 年 10 月在四川省现
代粮食产业(仁寿)示范基地(30°07′N、104°18′E)进行。
试验地土壤类型为紫色土 , 2012 年基础土壤肥力 :
pH为6.8, 有机质为17.26 g·kg1, 全氮为0.90 g·kg1, 全磷
为0.50 g·kg1, 全钾为14.28 g·kg1, 碱解氮为77.35 mg·kg1,
速效磷为 22.83 mg·kg1, 速效钾为 196.63 mg·kg1。供
试玉米品种为‘登海 605’, 由山东登海种业股份有限公
司提供; 大豆品种为‘南豆12’, 由四川省南充市农业科
学研究院大豆研究所提供。
1.2 试验设计
单因素随机区组设计, 设玉米大豆 3种套种方
式, 即玉豆套作带状连作(A1)、玉豆套作带状轮作
(A2)、玉豆套作等行距种植(A3), 以玉米单作(A4)、
大豆单作(A5)为对照, 共 5 个处理, 3 次重复。小区
面积 36 m2。单作、套作模式下玉米与大豆的种植密
度一致, 玉米密度 5.85万株·hm2, 大豆密度 11.7万
第 6期 雍太文等: 种植方式对玉米大豆套作体系中作物产量、养分吸收和种间竞争的影响 661


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株·hm2。玉米单作和大豆单作采用等行距种植, 玉
米行距 100 cm、大豆行距 50 cm, 玉米穴距 17 cm,
大豆穴距 34 cm, 玉米穴留 1株, 大豆穴留 2株。玉
米大豆套作体系下, 连续种 3带, 带长 6 m、带宽
2 m, A1、A2采用玉米、大豆 2︰2宽窄行带状种植,
玉米宽行 160 cm, 窄行 40 cm, 玉米宽行内种 2行大
豆, 大豆行距 40 cm, 玉米与大豆间距 60 cm, 玉米、
大豆穴距 17 cm, 玉米穴留 1株, 大豆穴留 2株; A3
采用玉米、大豆 1︰1等行距种植, 玉米、大豆行距
100 cm, 玉米与大豆间距 50 cm, 玉米、大豆穴距
17 cm, 玉米穴留 1 株, 大豆穴留 2 株, 各处理田间
种植方式如图 1。2012年, A1和 A2处理种植方式一
致, 2013年, A2处理分带轮作, 即玉米种植在上一年
的大豆带, 大豆种植在上一年的玉米带, A3、A4、A5
处理种植方式同上一年。单作、套作模式下, 玉米、大
豆独立施肥, 采用株间穴施, 玉米底肥施N 72 kg·hm2、
P2O5 105 kg·hm2、K2O 112.5 kg·hm2, 大喇叭口期追
肥施 N 108 kg·hm2; 大豆底肥施 N 60 kg·hm2、P2O5
63 kg·hm2、K2O 52.5 kg·hm2。2012年, 玉米 4月 1
日播种, 7月 29日收获; 大豆 6月 10日播种, 10月
31日收获。2013年, 玉米 4月 3日播种, 8月 1日收
获; 大豆 6月 11日播种, 10月 29日收获。

图 1 不同种植方式示意图
Fig. 1 Diagrammatic sketch of different planting patterns
A1: 玉米大豆套作带状连作; A2: 玉米大豆套作带状轮作; A3: 玉米大豆套作等行距种植; A4: 玉米单作; A5: 大豆单作。下
同。A1: maize-soybean relay intercropping in strip continuation with wide-narrow row; A2: maize-soybean relay intercropping in strip
rotation with wide-narrow row; A3: maize-soybean relay intercropping in strip continuation with equal row; A4: maize monoculture; A5:
soybean monoculture. The same below.

1.3 测定项目与计算方法
1.3.1 植株样的采集与测定
于成熟期采集各作物的植株样品。套作与单作
处理的玉米、大豆植株取样方法相同, 每小区随机
选取长势一致样段两段, 每段取对称 2 行的连续 2
穴, 单作和套作处理的玉米 8株、大豆 16株。将植
株样品按地上部秸秆、籽粒和地下根系分开, 105 ℃
下杀青 30 min后继续在 75 ℃烘至恒量, 测定干物质
重; 样品粉碎后过 60 目筛, 测定全氮、全磷、全钾
含量, 全氮采用凯氏定氮法, 全磷采用钼锑比色法,
全钾采用火焰光度法。
1.3.2 相关计算
土地当量比率(LER)是衡量土地利用效率的指
标, 其值的大小表示土地资源利用效率的高低[7,19]。
LERm=Yim/Ysm (1)
LERs=Yis/Yss (2)
LERms=LERm+LERs (3)
式中: LERm、LERs和LERms分别表示套作玉米、套作
大豆和玉豆系统的土地当量比率; Yim、Yis为玉米、
大豆在套作时的籽粒产量(或吸N量、吸P量、吸K量);
Ysm、Yss为玉米、大豆在单作时的籽粒产量(或吸N量、
吸P量、吸K量)。当LERms>1, 表示套作系统有产量
优势和养分资源利用优势; LERms<1, 则无产量优势
和养分资源利用优势。根据籽粒产量、吸N量、吸P
量、吸K量计算的LER值分别用Y-LER、N-LER、
P-LER、K-LER表示。
种间相对竞争能力[7,19]计算公式为:
Ams=(Yim/Ysm)(Yis/Yss) (4)
式中: Ams为玉米相对于大豆的竞争能力。Ams>0, 表
明玉米竞争能力强于大豆; Ams<0, 表明玉米竞争能
力弱于大豆。根据籽粒产量、吸N量、吸P量、吸K
量计算的Ams值分别用Y-Ams、N-Ams、P-Ams、K-Ams
表示。
营养竞争比率[7,19]计算公式为:
CRms=(Yim/Ysm)/(Yis/Yss) (5)
式中: CRms为玉米相对于大豆的营养竞争比率。CRms>1,
表明玉米比大豆的营养竞争能力强; CRms<1, 表明
玉米比大豆的营养竞争能力弱。根据籽粒产量、吸
N量、吸 P量、吸 K量计算的 CRms值分别用 Y-CRms、
N-CRms、P-CRms、K-CRms表示。
经济系数=籽粒产量/地上部植株干物质重 (6)
养分收获指数(%)=籽粒中N(P或K)积累量/成熟
期植株总N(P或K)积累量×100% (7)
玉米大豆套作系统的总籽粒产量=套作玉米籽
粒产量+套作大豆籽粒产量 (8)
1.4 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003进行数据整理, 采用
662 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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DPS 7.05软件对试验数据进行方差分析和LSD显著
性测验。
2 结果与分析
2.1 不同种植方式下玉米、大豆的生物量
由表 1 可知, 玉米大豆套作体系下, 带状连作
与带状轮作种植的大豆生物量差异不显著; 而带状
轮作种植后, 玉米的生物量显著提高, 2013年, A2的
玉米籽粒产量、植株总生物量比 A1高 7.5%、6.0%。
与单作相比, 带状连作和带状轮作种植的玉米、大
豆生物量均呈降低趋势, A2下, 玉米的籽粒产量、植
株总生物量平均降低 4.9%和 2.4%, 大豆的茎叶、植
株总生物量平均降低 27.5%和 13.8%, 但大豆的籽粒
产量则显著增加 25.5%; 等行距种植的玉米生物量
最高, 但大豆生物量最低, A3的大豆籽粒产量、植株
总生物量比 A5 的平均低 33.7%、55.3%。进一步分
析玉米大豆套作系统可知 , 带状轮作显著提高了
系统的生物量, 2013年, A2的系统周年籽粒产量和
植株总生物量比 A1高 6.9%、6.8%, 比 A3高 8.9%、
14.4%。
表 1 种植方式对玉米、大豆生物量的影响
Table 1 Effects of planting patterns on biomass of maize and soybean kghm2
玉米 Maize 大豆 Soybean 玉米大豆 Maize-soybean
年份
Year
种植方式
Plant
pattern
茎叶
Stem
籽粒
Grain
总生物量
Total biomass
茎叶
Stem
籽粒
Grain
总生物量
Total biomass
茎叶
Stem
籽粒
Grain
总生物量
Total biomass
A1 6 262±512b 6 375±104b 12 637±408b 2 159±227b 1 871±75a 4 030±286a 8 421±578a 8 246±161a 16 668±468a
A2 6 535±213b 6 464±311ab 12 999±364b 2 118±158b 1 759±116a 3 878±258a 8 654±125a 8 223±331a 16 877±396a
A3 7 194±198a 7 126±596a 14 321±627a 1 163±112c 1 011±65c 2 174±176b 8 358±227a 8 137±660a 16 495±800a
A4 6 509±269b 7 039±298ab 13 549±531ab — — — — — —
2012
A5 — — — 2 730±245a 1 413±202b 4 143±85a — — —
A1 6 301±187c 7 713±150b 14 015±175c 3 930±411b 2 054±145a 5 984±556b 10 232±428a 9 768±163b 19 999±508b
A2 6 564±107b 8 295±194a 14 860±187b 4 347±593b 2 143±208a 6 491±776b 10 912±700a 10 439±226a 21 351±740a
A3 6 925±284a 8 532±130a 15 457±157a 2 158±130c 1 051±84c 3 210±214c 9 083±209b 9 583±181b 18 667±552c
A4 6 512±109bc 8 475±184a 14 987±293ab — — — — — —
2013
A5 — — — 6 193±584a 1 697±129b 7 891±483a — — —
同列不同字母表示在 0.05水平上差异显著。下同。Values followed by different letters with a column are significantly different at 0.05
probability level. The same below.

2.2 不同种植方式下玉米、大豆的经济系数
与单作相比 , 玉米大豆套作体系下的玉米经
济系数无显著差异, 但大豆的经济系数显著增加(表
2), 其中, A1、A2 下大豆的经济系数比 A5 平均高
45.2%、40.9%, 说明玉米大豆带状套作能够通过提
高大豆的物质转移能力来提高大豆产量。玉米大豆
套作系统下, 虽然A3的经济系数比A1和A2高, 但
带状连作、带状轮作与等行距种植对玉米、大豆单
季作物的经济系数无显著影响。
2.3 不同种植方式下玉米、大豆的养分吸收量
与单作相比, 带状连作和带状轮作的玉米植株
N、P、K吸收量无显著变化(表 3), 但显著降低了大
豆茎叶 N、P、K的吸收量和大豆植株的总吸 P量与
总吸 K量, 提高了大豆籽粒 N、P、K的吸收量和植
株总吸 N量, 其中, A2处理的大豆籽粒吸 N量、植
株总吸 N 量、籽粒吸 P 量、籽粒吸 K 量比 A5 高
24.4%、9.8%、9.6%、22.4%; 等行距种植与单作相
比, 玉米植株的 N、P、K 吸收量呈增加趋势, 但大
表 2 种植方式对玉米、大豆经济系数的影响
Table 2 Effects of planting patterns on economic coefficients of maize and soybean
2012年 Year 2012 2013年 Year 2013 种植模式
Plant pattern 玉米 Maize 大豆 Soybean 玉米大豆 Maize-soybean 玉米 Maize 大豆 Soybean 玉米大豆 Maize-soybean
A1 0.505a 0.465a 0.495a 0.550a 0.344a 0.488b
A2 0.498a 0.454a 0.487a 0.558a 0.331a 0.489b
A3 0.497a 0.466a 0.493a 0.552a 0.327a 0.514a
A4 0.520a — — 0.565a — —
A5 — 0.341b — — 0.216b —
第 6期 雍太文等: 种植方式对玉米大豆套作体系中作物产量、养分吸收和种间竞争的影响 663


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豆则显著降低, A3的大豆籽粒吸N量、植株总吸N量、
籽粒吸 P量、植株总吸 P量、籽粒吸 K量、植株总吸
K量比A5平均低 35.7%、43.1%、38.2%、48.8%、31.2%、
54.0%。玉米大豆套作体系下, 带状连作和带状轮作
对大豆植株的 N、P、K吸收量无显著影响, 但带状轮
作后, 玉米植株的 N、P、K吸收量显著提高, 2013年,
A2处理的玉米籽粒吸 N量、植株总吸 N量、籽粒吸
P量、总吸 P量、籽粒吸K量、总吸K量比A1高 20.4%、
18.5%、8.5%、9.1%、10.0%、14.1%。带状轮作提高
了玉米大豆套作系统的植株 N、P、K 吸收量, 2013
年, A2处理的籽粒吸 N量、植株总吸 N量、籽粒吸 P
量、植株总吸 P 量、籽粒吸 K 量、植株总吸 K 量比
A1高 11.2%、11.6%、4.5%、5. 9%、6.9%、10.9%, 比
A3高 46.9%、39.3%、14.5%、14.6%、37.2%、28.4%。
表 3 种植方式对玉米、大豆吸 N量、吸 P量及吸 K量的影响
Table 3 Effects of planting patterns on N, P and K uptake of maize and soybean kghm2
玉米 Maize 大豆 Soybean 玉米大豆 Maize-soybean 养分
Nutrient
年份
Year
种植模式
Plant
pattern
茎叶
Stem
籽粒
Grain
总吸收量
Total uptake
茎叶
Stem
籽粒
Grain
总吸收量
Total uptake
茎叶
Stem
籽粒
Grain
总吸收量
Total uptake
A1 52.6±4.3b 71.8±2.0a 124.5±2.6a 18.5±2.4b 127.3±6.2a 145.8±7.4a 71.1±5.4a 199.1±8.1a 270.3±7.1a
A2 55.3±1.3ab 72.9±5.5a 128.1±6.1a 20.0±2.3ab 120.2±6.8a 140.3±8.8a 75.3±3.6a 193.1±5.4a 268.4±8.9a
A3 61.7±1.4a 76.1±9.1a 137.7±7.7a 9.6±0.8c 66.4±6.0c 76.1±6.6c 71.3±0.8a 142.5±15.1b 213.8±14.3b
A4 48.0±5.4b 78.2±3.4a 126.3±8.6a — — — — — —
2012
A5 — — — 24.3±2.2a 98.1±11.4b 122.4±9.2b — — —
A1 49.0±13.8a 104.7±6.7b 153.7±17.4b 37.2±3.9b 158.0±11.2a 195.2±11.6a 86.3±17.5a 262.7±4.7a 348.9±15.2a
A2 56.0±2.3a 126.1±7.7a 182.1±7.4a 41.3±3.8b 166.2±18.2a 207.4±17.4a 97.3±5.7a 292.2±24.3a 389.5±22.7a
A3 58.3±1.7a 117.3±7.8ab 175.6±8.8ab 22.4±1.3c 81.6±9.4c 104.1±10.7b 80.8±2.6a 198.9±17.2b 279.7±19.5b
A4 52.1±3.4a 116.2±2.5ab 168.3±5.6ab — — — — — —
氮 N
2013
A5 — — — 61.9±5.8a 132.2±10.1b 194.2±6.2a — — —
A1 3.6±1.2a 13.4±0.2a 17.0±1.2a 4.7±0.5b 13.3±0.6a 18.1±1.0a 8.3±0.9a 26.7±0.7a 35.0±0.3a
A2 3.3±0.5a 12.3±0.6a 15.6±1.1a 5.2±0.3ab 12.3±1.1a 17.5±1.4a 8.6±0.8a 24.6±1.3a 33.2±2.1a
A3 4.3±0.9a 12.6±0.9a 16.8±0.7a 2.7±0.2c 7.5±0.4c 10.2±0.5b 7.0±0.7a 20.1±0.9b 27.1±0.5b
A4 3.7±0.7a 12.6±0.7a 16.3±1.3a — — — — — —
2012
A5 — — — 6.5±1.4a 10.2±0.9b 16.7±0.45a — — —
A1 7.2±0.8a 24.6±2.0a 31.8±1.5b 5.3±0.7b 15.5±0.4a 20.7±0.9b 12.5±1.4a 40.1±1.9a 52.6±0.8a
A2 7.9±0.3a 26.7±3.9a 34.7±3.8ab 5.9±0.6b 15.2±1.8a 21.1±2.4b 13.8±0.4a 41.9±5.6a 55.7±6.0a
A3 8.2±0.2a 28.7±1.8a 36.9±2.0a 3.7±0.4c 8.0±0.7b 11.7±1.2c 12.0±0.6a 36.6±2.4a 48.6±2.9a
A4 8.5±2.3a 27.9±0.6a 36.4±2.1a — — — — — —
磷 P
2013
A5 — — — 11.2±1.1a 14.9±0.4a 26.1±0.9a — — —
A1 143.6±3.1a 26.8±0.7a 170.4±2.5a 127.3±14.2a 63.3±3.3a 190.6±16.7a 270.9±13.8a 90.1±4.0a 361.0±16.3a
A2 148.2±16.9a 27.9±3.5a 176.2±16.5a 126.0±9.4a 61.2±5.2a 187.2±14.2a 274.2±13.7a 89.2±7.9a 363.4±14.7a
A3 163.3±9.3a 31.9±5.1a 195.2±4.2a 65.7±6.4b 36.8±3.9c 102.5±9.6b 229.0±5.3b 68.7±7.0b 297.7±7.4b
A4 152.8±26.0a 32.4±1.4a 185.1±27.2a — — — — — —
2012
A5 — — — 149.3±13.5a 50.1±5.2b 199.4±9.4a — — —
A1 104.1±31.7a 30.9±3.2a 135.0±28.6a 87.2±9.2b 38.4±5.5ab 125.6±14.1b 191.4±32.2ab 69.3±4.5a 260.6±32.9ab
A2 120.1±14.1a 34.0±2.7a 154.1±16.3a 94.8±9.1b 40.0±4.9a 134.9±13.6b 214.9±10.2a 74.1±6.5a 289.0±15.6a
A3 124.3±2.6a 33.9±3.8a 158.2±3.8a 46.8±5.8c 20.1±2.6c 66.9±8.1c 171.1±8.4b 54.0±5.0b 225.1±10.5b
A4 121.1±8.1a 36.4±6.0a 157.5±13.4a — — — — — —
钾 K
2013
A5 — — — 136.3±12.9a 32.6±1.5b 168.8±11.6a — — —

2.4 不同种植方式下玉米、大豆的养分收获指数
由表 4可知, 与单作相比, 套作玉米植株的 N、
P、K收获指数差异不显著, 但套作大豆的则显著增
加, 其中, A1、A2 大豆植株的 N 收获指数比 A5 的
平均高 13.6%和 11.9%, P收获指数比 A5的高 25.7%
和 20.6%, K收获指数比 A5的高 43.0%和 39.9%。玉
米大豆套作体系下, 玉米、大豆植株的 N、P、K收
获指数在 A1、A2、A3处理间无显著差异。从玉米
大豆套作系统来看, 带状连作与带状轮作相对等行
距种植的植株 N、P、K 收获指数呈增加趋势 , 其
664 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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表 4 种植方式对玉米、大豆养分收获指数的影响
Table 4 Effects of planting patterns on nutrient harvest indexes of maize and soybean %
2012年 Year 2012 2013年 Year 2013
养分
Nutrient
种植模式
Plant pattern 玉米
Maize
大豆
Soybean
玉米大豆
Maize-soybean
玉米
Maize
大豆
Soybean
玉米大豆
Maize-soybean
A1 57.8ab 87.3a 73.7a 68.4a 80.9a 75.4a
A2 56.8ab 85.7a 71.9a 69.2a 80.0a 75.0a
A3 55.1b 87.3a 66.5b 66.8a 78.4a 71.1a
A4 62.0a — — 69.1a — —
N
A5 — 80.0b — — 68.1b —
A1 79.0a 73.8a 76.2a 77.2a 74.6a 76.2a
A2 78.6a 70.3a 74.3a 76.9a 72.1a 75.1a
A3 74.7a 73.8a 74.3a 77.7a 68.1b 75.4a
A4 77.4a — — 76.8a — —
P
A5 — 61.1b — — 57.0c —
A1 15.7a 33.3a 25.0a 23.9a 30.5a 26.8a
A2 16.0a 32.7a 24.5a 22.1a 29.7a 25.6a
A3 16.4a 35.9a 23.1a 21.4a 30.0a 24.0a
A4 17.7a — — 23.0a — —
K
A5 — 25.2b — — 19.4b —

中, A1、A2的系统N收获指数比A3的高 8.4%和 6.8%。
2.5 不同种植方式下玉米大豆套作系统的土地当
量比率(LER)
由表 5 可知, 玉米大豆套作系统具有显著的产
量优势和资源利用优势(LERms>1), 不同种植方式间
表现为带状连作和带状轮作间的 LERms 差异不显著,
但显著高于等行距种植, 说明玉米大豆带状套作相
对等行距种植有利于系统的产量提高和 N、P、K 等
养分资源的充分利用。此外, 带状轮作与带状连作相
比, 显著提高了玉米的 LERm, 但大豆的 LERs则无显
著差异, 2013年, A2处理的Y-LERm、N-LERm、P-LERm
和 K-LERm比 A1分别高 7.5%、20.7%、8.8%和 12.3%。
表 5 种植方式对玉米大豆套作系统土地当量比率(LER)的影响
Table 5 Effects of planting patterns on land equivalent ratios (LER) of maize and soybean relay intercropping systems
2012年 Year 2012 2013年 Year 2013 LER类型
Type of LER
种植模式
Plant pattern LERm LERs LERms LERm LERs LERms
A1 0.907a 1.336a 2.242a 0.911b 1.216a 2.127a
A2 0.919a 1.263a 2.182a 0.979a 1.270a 2.249a
Y-LER
A3 1.013a 0.729b 1.741b 1.007a 0.624b 1.631b
A1 0.919a 1.303a 2.223a 0.900b 1.201a 2.101a
A2 0.933a 1.237a 2.170a 1.086a 1.261a 2.347a
N-LER
A3 0.974a 0.687b 1.661b 1.009ab 0.623b 1.632b
A1 1.065a 1.312a 2.376a 0.880a 1.039a 1.919ab
A2 0.977a 1.221a 2.198a 0.957a 1.024a 1.981a
P-LER
A3 1.002a 0.746b 1.748b 1.025a 0.537b 1.562b
A1 0.829a 1.268a 2.097a 0.854a 1.180a 2.034a
A2 0.867a 1.231a 2.098a 0.959a 1.233a 2.192a
K-LER
A3 0.984a 0.743b 1.727b 0.938a 0.620b 1.558b
Y-LER、N-LER、P-LER和K-LER分别表示根据籽粒产量、吸N量、吸P量和吸K量计算的土地当量比率; LERm、LERs和LERms分
别表示套作玉米、套作大豆和玉豆系统的土地当量比率。Y-LER, N-LER, P-LER and K-LER are land equivalent ratios calculated with
grain yield, N uptake, P uptake and K uptake respectively; LERm, LERs and LERms are land equivalent ratios of maize intercropping, soybean
intercropping and maize-soybean relay strip intercropping, respectively.
第 6期 雍太文等: 种植方式对玉米大豆套作体系中作物产量、养分吸收和种间竞争的影响 665


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2.6 不同种植方式下玉米大豆套作系统的种间竞
争作用
种植方式对玉米大豆套作体系下玉米与大豆
之间的竞争能力有显著影响, 带状种植方式下, 玉
米的竞争能力弱于大豆(Ams<0, CRms<1), 而等行距
种植方式下 , 玉米的竞争能力强于大豆 (Ams>0,
CRms>1)(表 6)。年度间, 玉米与大豆的竞争能力也有
较大差异, 等行距种植方式下, 2013 年玉米对大豆
的种间竞争力与营养竞争比率比 2012 年呈现较大
幅度提高, 致使大豆对 N、P、K的吸收量显著下降
(表 3), 最终导致 A3的大豆生物量和产量相对 A1、
A2显著降低(表 1); 但带状种植方式下, 2013年玉米
对大豆的种间竞争力和营养竞争比率相对 2012 年
提高, 促进了玉米对 N、P、K的吸收(表 3), 使玉米
生物量和产量显著提高(表 1)。此外, 带状轮作相对
于带状连作更有利于作物间和谐共生, 2013 年, 带
状轮作种植后, 玉米对大豆的种间竞争力(Ams)更接
近 0, 营养竞争比率(CRms)更接近 1。
表 6 种植方式对玉米–大豆套作系统种间竞争力(Ams)和营养竞争比率(CRms)的影响
Table 6 Effects of planting patterns on interspecific competition (Ams) and nutrient competition ratio (CRms) of maize and soybean
intercropping system
2012年 Year 2012 2013年 Year 2013 计算类型
Type of calculation
种植模式
Plant pattern Ams CRms Ams CRms
A1 0.429b 0.684b 0.306b 0.757b
A2 0.344b 0.747b 0.291b 0.781b
Y-Ams(Y-CRms)
A3 0.284a 1.414a 0.383a 1.639a
A1 0.384b 0.708b 0.301b 0.759b
A2 0.304b 0.769b 0.176b 0.865b
N-Ams(N-CRms)
A3 0.287a 1.431a 0.387a 1.646a
A1 0.247b 0.813b 0.159b 0.848b
A2 0.244b 0.814b 0.067b 0.934b
P-Ams(P-CRms)
A3 0.256a 1.349a 0.488a 1.917a
A1 0.438b 0.657b 0.325b 0.729b
A2 0.365b 0.718b 0.275b 0.786b
K-Ams(K-CRms)
A3 0.241a 1.355a 0.319a 1.566a
Ams 为玉米相对于大豆的竞争能力; CRms 为玉米相对于大豆的营养竞争比率; Y-Ams(Y-CRms)、N-Ams(N-CRms)、P-Ams(P-CRms)和
K-Ams(K-CRms)分别表示根据籽粒产量、吸 N量、吸 P量和吸 K量计算的 Ams(CRms)值。Ams is interspecific competition of maize to soybean;
CRms is nutrient competition ratio of maize to soybean; Y-Ams(Y-CRms), N-Ams(N-CRms), P-Ams(P-CRms) and K-Ams(K-CRms) are interspecific
competitions (nutrient competition) calculated by grain yield, N uptake, P uptake and K uptake, respectively.

3 讨论
3.1 种植方式对玉米大豆套作体系作物产量的影响
间套种植是在土地面积不变的条件下同时种植
2种或 2种以上的作物, 合理的间套种植能够实现作
物增产, 其中, 禾本科作物与豆科作物的间套种植
具有显著的间套优势。Ngwira等[4]研究认为, 玉米
木豆间作能够促进作物增产, 并具有显著的经济效
益; Mao等[20]研究表明, 玉米豌豆套作相对于单作
具有显著的产量优势, 提高了土地当量比。本研究
中, 玉米大豆套作体系下, 与单作相比, 带状种植
方式的玉米产量略有降低 , 而大豆产量显著提高 ,
玉豆系统的总产量显著提高 , 与前人研究一致 [15];
等行距种植方式的玉米产量虽有提高, 但大豆产量
显著下降 , 不利于玉米大豆套作系统总产量的提
高。本研究还发现, 2012年未进行分带轮作时, 玉米
的产量在 A1 与 A2 处理间差异不显著, 2013 年 A2
处理分带轮作后, 玉米的产量显著提高。其原因可
能是, 一方面, 大豆通过 N 素转移作用使玉米 N 素
吸收能力显著增加 , 进而促进了玉米产量的提高 ,
同时刺激自身根瘤固氮, 以满足自身对 N 营养的需
求 [2122]; 另外, 大豆的根系分泌物能够活化土壤中
难溶性 P, 促进玉米对 P素的吸收[23]。另一方面, 王
小春等[2425]对小麦玉米大豆套作的作物产量和土
壤养分残留研究指出, 轮作种植后的玉米利用了大
豆残留在土壤中的养分, 促进了 N、K的吸收, 最终
促进了玉米产量的提高。说明玉米大豆套作进行分
带轮作后, 间套效应和轮作效应同时存在, 二者共
同作用使作物增产。
3.2 种植方式对玉米大豆套作体系养分吸收与种
间竞争的影响
禾本科作物与豆科作物间作套种能够促进作物
对土壤养分的吸收利用, 与单作相比, 具有明显的
养分利用优势。Xiao 等[26]研究表明, 小麦与蚕豆间
666 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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作可使籽粒吸N量增加 79%; 褚贵新等[27]研究表明,
水稻与花生间作能使水稻 N 素吸收量增加 32.81%;
Betencourt 等[28]和 Mei 等[29]研究发现小麦与鹰嘴豆
(Cicer arietinum Linn.)或蚕豆间作能显著促进 P在根
系周围积累, 提高了作物对 P 的吸收量。前期研究
发现小麦玉米大豆套作体系中, 玉米占据优势生
态位 , 处于竞争优势地位 , 大豆则处于竞争弱势 ,
套作体系提高了玉米的养分吸收量, 但大豆的养分
吸收量则显著降低 , 不利于玉米大豆套作系统的
养分高效利用[21]。本研究中, 玉米大豆套作体系下,
等行距种植时 (A3), 玉米的种间竞争力 (Y-Ams、
N-Yms、P-Yms、K-Yms均>0)和营养竞争比率(Y-CRms、
N-CRms、P-CRms、K-CRms均>1)强于大豆, 导致大豆
植株对 N、P、K的吸收量显著降低, 使 A3系统 N、
P、K的资源利用能力(N-LERs、P-LERs、K-LERs、
N-LERms、P-LERms、K-LERms)显著低于带状种植的
A1、A2 处理, 最终导致其系统产量和土地当量比
(Y-LERms)相对带状种植显著下降。带状种植方式下
(A1、A2), 玉米的种间竞争力(Y-Ams、N-Yms、P-Yms、
K-Yms 均<0)和营养竞争比率 (Y-CRms、N-CRms、
P-CRms、K-CRms均<1)均弱于大豆, 但带状轮作下玉
米对大豆的种间竞争力和营养竞争比率相对带状连
作下的呈增加趋势, 使玉米对 N、P、K的吸收增强,
N、P、K资源利用能力(N-LERm、P-LERm、K-LERm)
显著提高, 最终促使带状轮作下的玉米产量和土地
当量比(Y-LERm、Y-LERms)提高。由此说明, 玉豆套
种带状轮作通过弱化种间竞争作用, 能有效促进玉
米大豆套作体系中玉米、大豆对 N、P、K 养分的
吸收利用, 最终促进了系统生物量和产量提高。但
套作体系内, 不同的种植方式除对作物养分吸收与
竞争产生显著影响外, 也对土壤养分含量、酶活性、
微生物数量等均有显著的影响 , 如 , 小麦油葵
(Helianthus annuus Linn.)轮作有利于提高土壤磷酸
酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶、纤维素酶
的活性[30]; 与连作相比, 黄瓜(Cucumis sativus Linn.)
通过轮作有利于改善土壤微生物结构, 增加细菌和
放线菌数量, 减少真菌数量[31]。有关玉米大豆套种
带状轮作种植体系下的土壤养分含量、酶活性以及
微生物多样性对作物养分吸收的影响还有待进一步
研究。
4 结论
与单作和玉米大豆套作等行距种植相比 , 玉
米大豆套作带状种植下玉米产量降低 , 但大豆产
量显著提高。与玉米大豆带状连作相比, 玉米大
豆带状轮作显著提高了玉米产量和 N、P、K吸收量,
但大豆产量和 N、P、K 吸收量无显著变化。玉米
大豆套作体系下, 采用带状轮作种植, 玉米与大豆
的种间竞争力和营养竞争比率最协调, 种间竞争作
用得到缓解, 促进了玉米和大豆对养分的吸收, 提
高了作物产量和土地当量比。
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