籼粳稻间作系统通过资源高效利用提升水稻生产力与可持续性研究

本研究针对全球耕地缩减与资源浪费问题，探讨了籼粳稻间作模式对水稻生长、产量及品质的影响。通过两年田间试验发现，Indica-Japonica intercropping（IJI）系统显著提高叶面积指数(LAI)、有效叶面积指数(ELAI)及光合速率(Pn)，使系统产量提升18.5–39.5%，土地当量比(LER)达1.25，竞争指数(CR>0)表明资源竞争微弱。该模式通过时空资源互补优化光能利用与养分分配，为可持续水稻生产提供新策略。

　　

随着全球粮食需求持续增长，可用耕地却因城市化与退化不断缩减。化学投入虽能短期提高产量，却对生态系统造成破坏，而传统种植模式常导致光、水、养分等资源利用效率低下。在这一背景下，如何通过生态友好的种植模式提升作物生产力成为农业可持续发展的重要议题。间作（Intercropping）作为一种古老而高效的农作系统，通过将具有互补特性的作物组合种植，可实现资源在时空维度上的优化配置，减少种间竞争并激发协同效应。尽管禾豆间作已有较多研究，但在水稻这一全球主要粮食作物中，尤其是籼稻（Indica）与粳稻（Japonica）亚种间的间作模式仍缺乏系统探索。

为此，Nasar 等人于2021–2022年在河南农业大学信阳基地开展田间试验，比较了籼粳稻单作与间作系统在生长、产量、品质及资源利用效率等方面的差异。该研究近期发表于《BMC Plant Biology》，为水稻生产系统的优化提供了新的理论与实践依据。

在研究过程中，作者主要采用了田间试验设计（包括单作与2:2间作带行布置）、农艺与生理指标测定（如株高、LAI、ELAI、光合速率与光透射率）、产量与生物量干物质（BDM）统计、资源利用效率计算（包括LER、LEC、ATER、SPI、LUE等指数）、竞争关系分析（如相对拥挤指数K、侵略性A、竞争比CR）以及稻米品质评估（如糙米率、精米率、整精米率及垩白度）。

研究结果主要体现在以下几个方面：

Physio-agronomic indices

间作显著提高了籼稻和粳稻的LAI（增幅45%与46%）和ELAI（增幅13.5%与19%），但株高无显著差异。表明间作系统通过优化冠层结构增强光捕获能力。

Yield and yield components

虽然单作下籼、粳稻产量较高，但系统层面（ICIJ）间作使总产量较籼稻单作（MCI）和粳稻单作（MCJ）分别提高18.5%与39.5%。有效穗数、结实率与千粒重等产量构成因素在间作中亦得到改善。

Biomass dry matter

间作系统生物量干物质总量较MCI和MCJ分别提高51%与20%，表明资源利用更为高效。

Light transmittance and photosynthetic rate

间作模式下冠层与基部光透射率显著提高，籼稻光合速率（P_n）提升40%，粳稻受遮荫影响略降，但系统整体光能利用率增强。

Resources use efficiency

土地当量比（LER=1.25）、土地当量系数（LEC=0.36）、面积时间当量比（ATER=1.22）等指标均显示间作具明显优势。

Competitiveness indices

相对拥挤指数（K=3.71）表明间作占优，侵略性（A_IR=3.55）显示籼稻为优势种，竞争比（CR_IR=1.85，CR_JR=0.57）进一步证实种间竞争较弱，系统趋于互补。

Quality of rice

间作虽略微降低糙米率，但整精米率提高，粳稻垩白度增加，籼稻垩白性状改善，说明品质调控存在种间差异。

在讨论与结论部分，作者强调籼粳稻间作通过利用两者生长期与资源需求差异，实现了时间与空间上的生态位互补。早播籼稻充分利用前期光温资源，而粳稻则利用后期残留养分与空间，从而减少竞争并提高系统总生产力。较高的LAI虽可能引发倒伏风险，但良好的冠层结构与通风条件增强了光合效率与抗逆能力。该研究不仅为水稻生产提供了一种可持续、资源高效的新模式，也为应对粮食安全与资源限制双重挑战提供了有效途径，尤其适用于中国江淮地区等单季稻主产区推广。