综合三熟种植模式提升大豆生产力的机制与效益研究

本文系统评估了玉米与黍属牧草（Panicum maximum）及木豆（pigeon pea）在不同种植模式（单作/三熟间作）下对土壤覆盖、养分循环及大豆产量的影响。研究发现，三熟间作体系通过提高生物量产量（kg ha?1）、优化碳氮比（C:N）及促进氮磷钾等营养元素释放，使大豆产量显著提升39.8%，为热带地区可持续农业提供了关键技术支持。

　　

摘要

本研究通过两年田间试验，系统比较了传统大豆种植与综合种植体系在热带地区对土壤覆盖、养分循环及大豆生产力的影响。结果表明，玉米与黍属牧草（Tamani、Quenia、Zuri三个品种）及木豆的三熟间作体系能显著提高除草剂灭生效率、增加生物量产量，并优化碳氮比（C:N）。养分积累数据显示，间作体系尤其以Zuri牧草为主的组合在氮、磷、钾等元素释放方面表现突出，最终使大豆产量提升约39.8%。研究强调了综合种植体系在促进养分循环、减少化肥依赖及提升农业可持续性方面的重要价值。

1 引言

全球农业面临粮食安全、资源保护与气候变化等多重挑战，热带地区尤为突出。综合种植体系（integrated systems）通过作物轮作、间作等方式，能有效改善土壤健康、提升养分循环效率，并减少对化学投入的依赖。尽管玉米与热带牧草的双熟间作已有较多研究，但三熟间作（谷物+牧草+豆科）的系统性效益尚不明确。本研究以巴西戈亚斯州的典型氧化土（Oxisol）为试验区，重点探讨三熟间作对大豆生产力的影响机制。

2 材料与方法

试验于2021–2023年进行，采用随机区组设计，设玉米、黍属牧草（Tamani、Quenia、Zuri）、木豆的单作及三熟间作共9个处理。评估指标包括灭生效率、生物量产量、碳氮比、养分积累（N、P、K、Ca、Mg、S）及大豆农艺性状。生物量分解动态通过尼龙袋法监测，养分释放率通过指数模型计算，大豆产量数据采用主成分分析（PCA）进行多变量解析。

3 结果

3.1 灭生效率、生物量生产与养分积累

灭生效率分析显示，Tamani和Quenia牧草及木豆的单作或间作处理均达到90%以上控制效果，而Zuri牧草因植株高大、分蘖密集，灭生效率较低（85.3%），但间作木豆后可提升4.5%。生物量产量以Zuri牧草为主的间作体系最高（峰值达8.5 t ha^?1），半衰期（t_?）长达113天，表明其覆盖持久性优。碳氮比分析中，玉米残茬的C:N初始值为59，显著高于木豆（30），后者分解速率更快（t_?=78天）。养分积累方面，三熟间作体系的氮、磷、钾释放率分别达77%–85%、94%–97%及75%–87%，其中钾释放最快（t_?平均34天）。磷积累在第二年普遍增加11%–19%，印证了体系对土壤磷库的活化作用。

3.2 大豆农艺性状与产量

三熟间作处理下大豆株高（127 cm）、单株荚数（55.9个）及产量（6083 kg ha^?1）均显著优于单作玉米（4526 kg ha^?1）或无覆盖对照（3607 kg ha^?1）。第二年大豆产量整体提升5.6%，与土壤肥力累积效应一致。主成分分析表明，生物量产量、氮磷积累与大豆生产力呈高度正相关（r > 0.70），而千粒重与其他变量关联较弱。

4 讨论

4.1 体系优势与机制解析

三熟间作通过植物多样性优化了土壤微环境，如调节温湿度、增强微生物活性，从而促进养分矿化。木豆的引入显著提升了体系固氮能力，并通过根际酸化作用活化难溶性磷，这与近期研究认为豆科间作可提高磷生物有效性的结论一致。此外，牧草深根系对钾的汲取与释放（94%以上）替代了钾肥投入，降低了生产成本与环境风险。

4.2 可持续性启示

长期定位试验证实，综合种植体系能逐步提升土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）储量，尤其在热带氧化土中，其碳封存潜力对缓解气候变化具积极意义。产量稳定性分析表明，三熟间作在干旱年份仍能维持较高产出，凸显其气候韧性。

5 结论

三熟间作体系（玉米+黍属牧草+木豆）可显著提升土壤覆盖质量与养分循环效率，使大豆产量平均增长39.8%。Tamani与Quenia牧草在灭生效率方面表现更佳，而Zuri牧草在生物量持久性上优势明显。该体系为热带地区减少化肥依赖、实现农业可持续发展提供了有效路径。