玉米-大豆带状间作系统在产量优势与碳足迹降低中的互补效应机制研究

针对雨养农业区温室气体(GHG)排放机制不清等问题，研究人员通过两年田间试验比较单作与间作系统发现，玉米-大豆带状间作(IMS)通过互补效应使产量达9.1 t ha?1，土地当量比(LER)达1.8，同时降低31.4%的净能量输出碳足迹，为旱区清洁生产提供新范式。

　　

全球41%的旱地养活38%人口，但集约化农业导致温室气体(GHG)排放占比达12%，其中氮肥贡献超40%间接排放。如何在保障粮食安全的同时实现低碳生产？四川仁寿现代农业粮食公园的研究团队通过玉米-大豆带状间作(IMS)的创新实践，揭示了物种互作如何协同提升产量并降低环境成本，相关成果发表于《Journal of Environmental Management》。

研究采用单因素随机区组设计，对比单作玉米(M)、单作大豆(S)、玉米-大豆带状间作(IMS)和常规间作(CMS)四种模式。通过两年田间试验，量化了系统产量、碳足迹(CF)、能量输入输出等指标，并运用净效应(NE)、互补效应(CE)和选择效应(SE)模型解析物种互作机制。

作物生产力与经济效益
IMS系统产量达9.1 t ha^?1，较单作大豆提高3倍，其3.8 Mg ha^?1净效应中92%来自互补效应。土地当量比(LER)1.8显示显著空间利用优势，经济效益较CMS提高41.2%。

碳减排机制
IMS直接CO₂当量排放降低31.4%，归因于：1)大豆生物固氮减少氮肥需求；2)立体冠层结构增强光能捕获；3)根系互补降低土壤N₂O排放。其单位产量碳足迹较单作玉米低3.3%。

能量平衡分析
虽然IMS总能量输入较高，但净能量输出和能量生产率显著提升，能量盈利指数较单作系统提高25.5%。能量利用效率与CMS无显著差异，表明配置优化是关键。

该研究首次阐明带状间作通过互补效应实现"高产-低碳"双赢的生理生态机制。IMS系统每公顷减少1.2吨CO₂当量排放，相当于传统间作碳足迹的70%。研究为旱区农业绿色转型提供实证支撑，其"空间互补配置-资源高效利用-环境成本降低"的技术路径，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的零饥饿和气候行动具有示范意义。国家重点研发计划(2021YFF1000500)等项目的资助，体现了该研究在国家粮食安全战略中的重要性。