黄土高原玉米/紫花苻蓿带状间作系统种间竞争、生态效益与生产力协同提升机制研究

为解决耕地稀缺与粮食安全及可持续畜牧发展的双重需求，本研究通过两年田间试验评估黄土高原玉米/紫花苻蓿间作系统不同行比配置下的生产力、种间竞争及经济效益，发现M2A9模式（2行玉米与9行苻蓿间作）在总经济产量（EY）、粗蛋白产量（CPY）和土地当量比（LER）等方面表现最优，为半干旱区农牧可持续发展提供了理论依据和实践方案。

　　

在全球人口预计2050年达到91亿的背景下，粮食需求将增长70%，而耕地资源日益稀缺。同时，肉类和奶制品消费增长加剧了饲料需求与粮食供给的矛盾。如何通过可持续种植模式在有限耕地上实现粮食与饲料协同增产，成为农业领域的关键挑战。间作系统（Intercropping）作为一种古老而高效的农作方式，通过在同一地块种植两种或以上作物，能够提升资源利用效率和系统生产力。其中，玉米（Zea mays L.）作为主要粮食和饲料作物，提供人类20%的热量需求；紫花苻蓿（Medicago sativa L.）则是反刍动物不可或缺的高品质粗饲料。将二者间作，既可稳定粮食产量，又能提供优质饲草，但行比配置如何影响种间竞争与系统效益仍不明确，尤其在黄土高原这类半干旱区域。

针对这一问题，兰州大学研究团队在甘肃省庆阳市黄土高原典型半干旱区开展了两年（2023–2024）的田间试验，系统比较了5种玉米/苻蓿行比配置（M₂A₅、M₂A₇、M₂A₉、M₂A₁₁、M₂A₁₃，即2行玉米分别与5、7、9、11、13行苻蓿间作）以及单作玉米（SM）和单作苻蓿（SA）的处理。研究发表于《Journal of Agriculture and Food Research》，通过多指标评估揭示了最优行比配置的生态与经济优势。

研究采用的关键技术方法包括：田间试验设计（完全随机区组设计，3次重复）、地上生物量测定（成熟期玉米和初花期苻蓿的干物质称重）、品质分析（粗蛋白CP、酸性洗涤纤维ADF、淀粉ST含量的常规法与酶解法测定）、生物效率计算（土地当量比LER、竞争比率CR等16项指标）、经济效益评估（成本-收益分析与货币优势指数MAI等），以及多标准归一化评估（将生产力、土地利用和经济指标转换为0-1标度进行综合评价）。

3.1 产量与生物效率

干物质产量（DMY）与DMY为基础的生物效率：间作系统降低了总DMY，但M₂A₉处理仅降低2.66%，且其LER（1.38和1.13）、土地利用效率（LUE：206.88%和151.58%）均最高，表明土地节省率和系统生产率（SPI）最优。

经济产量（EY）与EY为基础的生物效率：M₂A₉处理显著提升系统EY达31.12%，且MAI和相对净收益指数（RNRI）最高，证实其经济回报优势。

粗蛋白产量（CPY）与CPY为基础的生物效率：M₂A₉的CPY增加47.33%，归因于苻蓿的高蛋白特性与玉米产量的稳定平衡。

淀粉产量（STY）与STY为基础的生物效率：间作系统STY略降，但M₂A₉处理仍保持较高土地利用率（ATER>1）。

食物当量单位产量（FEUY）：基于热量和蛋白统一标准，M₂A₉的FEUY减少幅度最小（16.09%），显示其食品价值稳定性。

3.2 种间竞争

通过相对相互作用指数（RII）、竞争强度（RCI）和拥挤系数（K）等指标发现，玉米在系统中占主导地位（竞争比率CR>1，侵略性A>0），主要受种内竞争驱动；而苻蓿面临更强种间竞争。M₂A₉处理有效缓解了玉米的种内压力，平衡了资源竞争与互补。

3.3 经济效益

尽管间作系统初始成本比单作玉米高42.20–65.51%，但M₂A₉的两年累计净收入达6408美元/公顷，较单作增加13.18%，且MAI和RNRI（1.27）均最高，证明其经济可行性。

3.4 多标准综合评估

通过雷达图多维分析，M₂A₉在EY、CPY、FEUY、LER、SPI和RNRI等方面均表现优异，综合评分最高，确立了其在生产力、可持续性和盈利性方面的最优地位。

4. 讨论与结论

本研究证实，玉米/苻蓿间作系统通过优化行比可协调种间竞争与互补关系。M₂A₉配置（2行玉米与9行苻蓿）在黄土高原半干旱区实现了最佳权衡：在维持玉米产量（达单作的58.09–84.55%）的同时，显著提升饲草产量（2.63–8.70吨/公顷）、粗蛋白供应和土地利用率（LER>1），并提高农民收益13.18–46.40%。玉米虽占竞争优势，但苻蓿在宽行距下竞争力改善，体现了生态位互补的潜力。该模式为小农增收和类似生态区农牧可持续发展提供了可推广的解决方案，未来需深入探讨长期资源分配与根系互作机制。