《Advances in Agriculture》：Plant Arrangement, Nitrogen Rate, and Planting Time for Productivity and Economic Return of Wheat–Legume Intercropping in Northern Ethiopia
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提高农业生产力需要通过间作等农艺技术手段实现，包括调整豆科作物的播种时期、选择施肥量以及确定适宜的比例。研究人员于2022年和2023年开展了为期2年的田间试验，评估施肥量、间作时期和豆科行配置对小麦–豆科间作系统的影响。试验设置小麦与豆科2:1和3:1两种行
提高农业生产力需要通过间作等农艺技术手段实现，包括调整豆科作物的播种时期、选择施肥量以及确定适宜的比例。研究人员于2022年和2023年开展了为期2年的田间试验，评估施肥量、间作时期和豆科行配置对小麦–豆科间作系统的影响。试验设置小麦与豆科2:1和3:1两种行比。小麦行距为20 cm，蚕豆（faba bean）和羽扇豆（lupin）行株距分别为10 cm×40 cm和7 cm×30 cm。豆科作物或与小麦同期播种，或于小麦播种后2周播种。单作小麦籽粒产量最高（3.78 t ha?1）。然而，在蚕豆于小麦播种后2周播种、小麦与蚕豆行比3:1并施用推荐（100%）施肥量的处理中，小麦籽粒产量为3.61 t ha?1，该产量与单作小麦在统计学上相当（p > 0.05）。该间作系统同时获得最高的土地当量比（land equivalent ratio，LER）（1.87）、小麦当量产量（wheat equivalent yield，WEY）（6.102 t ha?1）和经济收益。据此，本研究建议，在埃塞俄比亚西北部高原地区，将蚕豆于小麦播种后2周播种、采用小麦与豆科3:1行比并施用100%肥料，作为可行的间作实践推荐给农户。
研究背景与问题：全球粮食生产需在满足日益增长需求的同时降低环境代价与外部投入，农业多样化被视为实现该目标的重要策略，间作是其中关键途径之一。在埃塞俄比亚等发展中国家，小农户面临土地有限、土壤肥力下降和农资成本高等问题，禾本科–豆科间作因可提高生产力、通过生物固氮减少对合成氮肥的依赖并改善土壤质量而受到重视。但间作效益强烈依赖作物种类、功能性状及组分作物的时空配置，播期、植株配置和施肥管理是优化间作系统的重要农艺考量。已有研究提示禾本科–豆科间作的效益可能延伸至地下养分循环与获取过程，如硬粒小麦–鹰嘴豆间作影响土壤磷（phosphorus，P）有效性和微生物生物量磷，间作可增强根际磷活化过程。然而，在特定土壤与环境条件下，作物配置与管理对土壤磷有效性、磷活化过程及作物表现的影响仍认识不足。在埃塞俄比亚西北部，尽管蚕豆和羽扇豆常以附加系列与其他作物（tef、小麦、大麦）间作，但尚无关于这些作物间作时期与植株配置的科学研究，缺乏这些农艺措施如何影响作物互作、资源利用和生产力的信息。本研究同时考虑时期与空间配置而非静态种植，为农艺生态变异研究不足的西北埃塞俄比亚提供本地化证据，并为小农户提供最佳播期与作物配置的实用建议。研究目的是评估施肥量、间作时期和种植配置对附加系列下小麦–蚕豆与小麦–羽扇豆间作系统产量表现、土地利用效率和作物竞争的影响。
研究方法：试验于2022年和2023年主作季在埃塞俄比亚西北部Farta区Selamko kebele开展，位于北纬11.53°、东经38.02°，海拔2519 m，属Woyna-Dega农艺生态区，雨养条件下进行。供试品种为当地广泛种植的小麦（Triticum aestivum L.）kakaba、蚕豆（Vicia faba L.）hachalu和羽扇豆（Lupinus angustifolius）welela，材料采自埃塞俄比亚农业研究中心栽培田。试验为两年因子组合：2种豆科作物、2种植株配置（2:1和3:1）、2个氮肥水平（推荐量的75%和100%）、2个播种时期（同期与小麦播后2周），另设单作小麦、单作蚕豆和单作羽扇豆3个对照，共19个处理，随机完全区组设计（randomized complete block design，RCBD）3次重复，共57个小区，小区面积2 m×3 m（6 m2）。单作推荐播量为小麦150 kg ha?1、蚕豆150 kg ha?1、羽扇豆80 kg ha?1，所有小区基施磷酸二铵（diammonium phosphate，DAP）100 kg ha?1。氮肥水平F1为推荐氮量的75%（195 kg N ha?1），F2为100%（260 kg N ha?1）；DAP另提供18 kg N ha?1和46 kg P2O5 ha?1（约20.1 kg P ha?1）。蚕豆在2:1和3:1下目标密度分别为25株 m?2和20株 m?2，羽扇豆分别为46株 m?2和28株 m?2。单作行距为小麦20 cm、蚕豆40 cm×10 cm、羽扇豆30 cm×7 cm。测定小麦物候（出苗、50%开花、生理成熟、灌浆持续期）、株高、有效分蘖数、每株粒数、粒重、秸秆重、千粒重、籽粒与秸秆产量、收获指数（harvest index，HI）；豆科测定荚长、种子数、籽粒产量、千粒重和HI。播前采集约300 g土壤样品分析理化性质。计算指标包括土地当量比（LER）、面积–时间当量比（area–time equivalent ratio，ATER）、侵略性（aggressivity，A）、竞争比（competitive ratio，CR）、实际产量损失（actual yield loss，AYL）、小麦当量产量（WEY）和货币优势指数（monetary advantage index，MAI）。经济分析采用CIMYYT部分预算分析法，小麦、蚕豆、羽扇豆市场价格分别为90、85、35 ETB kg?1，种子价格分别为115、85、50 ETB kg?1，尿素和DAP均为50 ETB kg?1，劳动力100 ETB 人?1日?1，产量按0.9系数校正。统计分析采用R软件doebioresearch包进行方差分析（analysis of variance，ANOVA），年份、处理及年份×处理为固定效应，年份内区组为随机效应，采用Duncan多重极差检验（Duncan's multiple range test，DMRT）在5%水平进行均值分离。
研究结果：
3.1 小麦的物候性状、营养生长及籽粒产量与相关性状：施氮量、播种时期、植株配置及其互作对50%出苗天数和90%生理成熟天数无显著影响；三因素互作显著影响抽穗天数。有效分蘖数受施肥量、间作时期和植株配置显著影响，最高（359）出现在羽扇豆于小麦播后2周播种、100%施肥、3:1配置（F2:A2:R2），最低（248）出现在蚕豆同期间作、75%施肥、2:1配置（F1:S:R1）。小麦株高不受间作时期和配置主效应显著影响，但受三因素互作显著影响，100%施肥下蚕豆播后2周、2:1配置株高最高（95.85 cm），且单作与间作间无显著差异。穗长受播种时期主效应、施肥×播期互作和配置显著影响，并受播期×配置互作极显著影响，最长（7.84 cm）为蚕豆播后2周、100%施肥、2:1配置，最短（6.55 cm）为蚕豆同期、100%施肥、3:1配置。每穗粒数受配置与播期互作显著影响，F2:A2:R1最高（39.58），F1:S:R2最低（33.3）。千粒重受施肥量、间作时期和配置主效应及互作显著影响，最高（33.16 g）为蚕豆播后15天、100%施肥、2:1配置，最低（26.86 g）为羽扇豆同期、100%施肥、3:1配置。小麦籽粒产量受施肥量、间作时期和配置极显著影响，单作最高（3.78 t ha?1），其次为蚕豆播后2周、100%施肥、3:1配置，最低（2.86 t ha?1）为F1:S:R1。HI受三因素主效应显著影响，最高（44.58%）为蚕豆100%施肥、3:1配置，最低（33.09%）为蚕豆同期、75%施肥、3:1配置。
3.2 豆科的物候性状、营养生长及籽粒产量与相关性状：蚕豆和羽扇豆50%出苗天数不受施肥量、播期或配置显著影响。三因素互作显著影响蚕豆生理成熟天数；羽扇豆仅配置显著影响生理成熟天数。蚕豆株高受播期极显著和配置显著影响，播期×配置及施肥×播期互作亦显著，最高（116.73 cm）为F2:S:R1，最低（93.5 cm）为F2:A2:R1。羽扇豆株高受播期极显著影响，并受三因素互作显著影响，最高（94.40 cm）为F1:S:R1，最低（67.8 cm）为F2:A2:R2。蚕豆每株荚数受播期极显著影响，最高（12.2）为F2:S:R1，最低（6.23）为F2:A2:R2；每荚粒数受播期、配置及施肥×配置互作显著影响，最高（3.6）为F2:S:R2，最低（2.96）为F2:A2:R1。羽扇豆每株荚数受播期极显著影响并受施肥×配置互作显著影响，最高（38.96）为单作羽扇豆，其次（33.48）为同期播种、3:1配置、100%施肥；每荚粒数受播期显著影响，最高（4.8）为羽扇豆播后2周、2:1配置。百粒重方面，播期主效应及三因素互作对蚕豆和羽扇豆均有极显著影响，单作蚕豆最高（113.26 g），蚕豆同期、3:1配置、100%施肥为107.98 g。生物量方面，播期与配置主效应及三因素互作显著影响蚕豆生物量，施肥量、播期和配置的主效应及互作极显著影响羽扇豆生物量；蚕豆和羽扇豆最高总生物量分别为F2:S:R2（9.19 t ha?1）和F1:S:R2（8.57 t ha?1），最低分别为F1:A2:R2（5.54 t ha?1）和F2:A2:R1（2.6 t ha?1）。籽粒产量受播期与配置主效应及互作极显著影响，蚕豆最高（2.83 t ha?1）为同期播种、100%施肥、3:1配置，羽扇豆最高（1.71 t ha?1）为3:1配置下早期间作，羽扇豆最低（1.02 t ha?1）为延迟播种结合较宽行距。
3.2.6 种植制度指数：所有间作处理LER均大于1，间作产量优势可由资源利用效率更高解释。最高LER（1.87）、ATER（1.75）、WEY（6.102 t ha?1）和MAI（544683.33）出现在蚕豆播后2周、100%施肥、3:1配置处理；该处理小麦侵略性为2.90，小麦竞争比2.08，蚕豆竞争比0.49，实际产量损失1.78。羽扇豆系统中WEY和MAI整体低于蚕豆系统。经济分析显示，蚕豆播后2周、100%施肥、3:1配置处理净收益最高（245595.1），边际收益率达1144.89%；单作小麦净收益为117504.06，单作蚕豆为110538.2，单作羽扇豆为37744.3。
讨论与结论：讨论部分围绕上述结果展开，指出小麦有效分蘖数在同期间作下较低可能与早期资源竞争有关，但竞争与资源利用过程未被直接测定，故仅作为合理解释而非已证机制；株高、穗长、每穗粒数、千粒重和HI的差异亦被归因于作物建立时间、资源配置与竞争关系的可能差异，并强调这些机制需进一步研究验证。豆科方面，早期播种下株高较大、延迟播种下株高较小，可能与生长资源获取时机及主要作物的竞争效应有关，遮阴和倒伏的影响未被直接量化。生物量差异可能与施肥带来的养分有效性有关，但养分吸收未被直接测定。产量优势方面，LER均大于1表明间作资源利用效率更高，蚕豆系统的WEY与MAI明显优于羽扇豆系统。研究结论为：在埃塞俄比亚西北部高原，将蚕豆于小麦播种后2周播种、采用小麦与豆科3:1行比并施用100%推荐肥料，可作为可行的间作实践推荐给农户；该处理小麦籽粒产量（3.61 t ha?1）与单作小麦（3.78 t ha?1）统计相当，并获得最高LER（1.87）、WEY（6.102 t ha?1）和经济收益。
