在中国东北半干旱地区，条带轮作模式既能提高玉米产量，又能改善大豆条带中的土壤质量

《Soil and Tillage Research》：Strip rotation intercropping enhances maize yield while improving soil quality in soybean strips in semi-arid Northeast China

　　

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  条带轮作通过将边缘行的优势转化为整体群体的收益，提升了玉米的产量。
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  大豆条带通过残留物的混合使用，提升了土壤质量与团聚体稳定性。
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  微生物代谢的变化降低了玉米条带中的酶活性成本及养分限制问题。
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  条带轮作作为一种双阶段系统，既提升了生产力，又恢复了半干旱地区的土壤多重功能。

引言

在中国北方半干旱地区的雨养农业系统中，生物多样性的下降以及土壤肥力的降低日益制约着农业的可持续发展（Xie等，2024）。长期的高强度农业种植方式使得作物产量的提升与土壤生态系统功能脱节，进而导致土壤逐渐退化、资源日益匮乏（Cui等，2014；Yan等，2017）。为应对这些挑战，间作和轮作等多样化种植策略被视为提升作物生产力与土壤健康水平的有效途径（Li等，2021；Li等，2025）。间作因能够通过空间上的多样性提升作物产量、增强生态系统服务功能，并提高对气候胁迫的抵御能力而广受认可（Beillouin等，2021）。然而，在干旱地区农业生态系统中，如何在保持土地生产力的同时改善土壤质量、协调生产力与保护之间的矛盾仍是一个重要难题。最近的建模研究表明，雨养条件下的条带间作可能提升数十年的土地利用效率与气候适应能力（Zhang等，2022），但关于此类系统是否能在半干旱条件下同时维持作物生产力并改善土壤质量的实地证据仍然不足。

玉米（Zea mays L.）和大豆（Glycine max L.）是全球最重要的两种农作物，分别在粮食、饲料以及油料供应链中发挥着关键作用（Liu和Yang，2024；Liu等，2021）。通过轮作或间作将玉米与大豆结合种植，能够在多种环境下带来不同的农艺与生态效益（Belete和Yadete，2023；Mupangwa等，2021）。这两种种植系统通过不同的时间与空间维度发挥作用：在间作系统中，玉米与大豆的地上及地下部分相互影响，促使它们形成不同的生态位，从而提升水分利用效率与养分吸收能力（Fan等，2025）。在雨养农业中，这种空间上的互补性有助于在投入较低的情况下减轻干旱带来的产量损失（Guo等，2024）。尤其是在条带间作模式下，不同作物物种的空间分离会形成不同的土壤微环境。鉴于玉米与大豆在生理特性与管理要求上的差异，分别研究这两种作物条带对于准确量化系统层面的效益至关重要，包括它们不同的氧化亚氮排放量与有机碳固存情况（Yang等，2026；Zhang等，2025a）。相比之下，轮作主要通过时间上的累积效应发挥作用，即通过交替种植不同作物，利用不同的根系分泌物以及不同的碳氮比例来促进养分循环（Bichel等，2017；Cui等，2025）。这类时间上的多样性已被证明能够显著提升产量稳定性，尤其在干旱胁迫条件下（Bowles等，2020）。更广泛地说，轮作通过增加有机残体的投入并调节微生物的代谢限制，是提升土壤健康与系统多重功能的基础性措施（Luo等，2024）。

连续固定条带种植可能会加剧土壤的空间异质性，从而导致局部养分耗竭、自毒物质的积累以及土壤微生物群落结构的紊乱（Wang等，2024）。为充分利用空间与时间多样性带来的协同效应，条带轮作间作作为一种提升农业生态系统可持续性的有效策略应运而生（Zhao等，2024）。这种混合种植模式在保持间作结构的同时实现作物条带的轮换，有效地结合了间作带来的空间生态位分化与轮作产生的时间累积效应（Lv等，2023；Zou等，2021）。不过，与传统玉米/大豆种植系统相比，条带轮作间作目前的研究力度相对有限。有一些研究探讨了玉米/大豆条带轮作是否能够在减轻连作限制的同时提升玉米产量与养分吸收量（Du等，2018）。同样，Zou等（2023）也研究了玉米/花生条带轮作系统中的土壤性质与微生物群落情况。然而，尽管东北地区是这两种作物的重要产区，但针对该地区玉米/大豆条带轮作系统的研究仍然较少。

在此背景下，东北地区半干旱区域在从固定条带间作向条带轮作间作过渡初期，土壤与作物的响应机制尚未得到充分研究。具体而言，目前还缺乏定量证据表明，先前种植的玉米条带或大豆条带所留下的非对称累积效应，是如何与当前的种间相互作用共同影响土壤微生物的代谢限制及酶的平衡状态的。此外，从固定条带种植向条带轮作间作过渡过程中，不同作物物种以及不同土壤深度的产量提升驱动因素是否存在差异，也尚不清楚。为填补这些研究空白，我们在东北半干旱地区开展了为期两年的田间试验，旨在评估玉米/大豆条带轮作系统对作物与土壤的影响。具体研究目标包括：（1）分析玉米/大豆条带轮作对作物产量与土地利用效率的短期影响；（2）比较玉米条带与大豆条带在固定条带间作系统与条带轮作系统中的土壤理化性质及生物特性的差异；（3）探究与土壤质量相关的理化及生物特性在条带间的变化如何影响玉米与大豆的产量表现。由于条带间作系统内部存在较大的异质性，我们分别分析了玉米条带与大豆条带中的土壤性质。我们推测，条带轮作通过重新分配养分并改变各条带之间的微生物养分限制状况，能够缓解局部养分耗竭或不平衡的问题，进而有助于在半干旱条件下提升土壤质量与玉米的产量表现。

章节要点

研究地点描述

该田间试验于2023年5月开始，在中国辽宁省阜新市进行（纬度42°07′北，经度121°43′东，海拔146米）。该地属于典型的风蚀型半干旱区域，具有温带季风气候特征（图1a）。在1991–2020年间，该地区的生长季平均降水量为491.26毫米，平均气温为18.65摄氏度。2023年和2024年的生长季平均气温分别为20.86摄氏度和20.40摄氏度，对应的总降水量分别为350.9毫米和531.9毫米（

不同生长季中的作物生产力与形态响应

为了便于在不同种植系统之间进行比较，玉米与大豆的籽粒产量均以面积调整后的产量值（千克/公顷）来表示，这一数值是基于总土地面积计算得出的。不同年份中，面积调整后的籽粒产量对不同种植系统的响应存在差异（图2a、b）。2023年时，固定条带间作系统与条带轮作系统之间的产量没有显著差异，但2024年条带轮作系统下的玉米产量比固定条带间作系统高出16.2%，差异具有显著性（p?

条带轮作将局部优势转化为整体群体的产量提升

在间作系统中，条带轮作被认为是一种提升土地利用效率与系统生产力的有效方法，尤其在半干旱地区，通过条带化的种植方式可以增强空间与时间上的资源互补性以及资源利用效率（Han等，2022；Wu等，2026）。我们的研究结果表明，在第一个轮作周期内，条带轮作显著提升了系统的生产力与经济效益（表S3）。玉米的产量

结论

在本项半干旱地区的田间试验中，条带轮作间作提升了玉米/大豆系统的整体表现，但其效果在不同作物条带之间存在差异。玉米条带对生产力提升的贡献更为显著，而大豆条带则对土壤质量指标的改善作用更为明显。这些研究结果表明，条带轮作可通过不同条带发挥互补作用，同时兼顾作物生产与土壤功能的提升。总体而言，条带轮作间作似乎是半干旱地区的一种实用种植策略

CRediT作者贡献说明

Shuo Liu：撰写——初稿撰写、可视化分析、数据收集、正式分析、数据整理。Yuting Zheng：撰写——审稿与编辑、数据整理。Yun Gu：撰写——审稿与编辑、数据整理。Rui Liao：撰写——审稿与编辑。Bowei Duan：撰写——审稿与编辑、方法设计。Jiajun Lin：撰写——审稿与编辑、方法设计。Zhe Zhang：撰写——审稿与编辑、资源获取。Wei Bai：撰写——审稿与编辑、资源获取。Yuanquan Chen：撰写——审稿与编辑。Peng Sui：

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划的支持（项目编号：2022YFD1500600）。

Shuo Liu|Yuting Zheng|Yun Gu|Rui Liao|Bowei Duan|Jiajun Lin|Zhe Zhang|Wei Bai|Yuanquan Chen|Peng Sui