氮肥施用通过增强以玉米为主的作物选择效应以及边缘行的优势，促进了玉米-大豆条带间作作物的超高产

《European Journal of Agronomy》：Nitrogen fertilization drives overyielding in maize–soybean strip intercropping via enhanced maize-dominated selection effect and border-row advantage

　　

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  氮（N）和磷（P）的施用量与玉米种植密度的增加相互作用，调节作物的超产效应。
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  在玉米-大豆条带间作中，氮（N）的投入比磷（P）更能促进超产。
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  氮（N）通过增强以玉米为主导的筛选效应来优化作物冠层的超产能力。
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  超产效应的增加与玉米边缘区域的优势直接相关。

引言

全球人口的增长和食物消费量的增加不断加剧了耕地资源的短缺（van Dijk等人，2021年），这使得提高土地生产力和资源利用效率成为全球可持续集约化农业的重要目标。间作作为一种典型的多样化种植策略，可以通过不同作物在时间和空间上的生态位差异来增强对光、水和养分的捕获和利用，从而提高整个系统的生产力（Zhang等人，2025a；Li等人，2020a）。在不同的间作系统中，玉米-豆类间作受到了特别关注，因为它可以将玉米的高生产力与豆类的生物固氮能力结合在一起，通常能够带来明显的产量优势或超产效应（Mudare等人，2022年；Zhao等人，2023年）。然而，超产效应的大小很大程度上受到养分管理实践的影响，目前尚不清楚氮（N）和磷（P）肥料的组合施用如何调节整体的和特定作物的超产效应。

氮被广泛认为是玉米-豆类条带间作系统生产力的关键决定因素（Feng等人，2026年）。氮的投入不仅影响整个系统的生产力，还影响间作作物与其相应的单作作物之间的产量差异，从而影响超产效应的大小（Xu等人，2020年）。先前的研究表明，玉米-豆类间作中的超产效应通常随着氮投入量的增加而增加，但大多数证据是基于整个系统层面的（Zhang等人，2021a；Yang等人，2022年）。然而，仅从整个系统的超产效应无法区分养分变化引起的产量优势是由于两种作物之间的协调响应还是由于玉米和大豆之间的响应越来越不对称。在不同的氮肥施用量下，玉米-大豆条带间作中的种间相互作用可能会发生变化，导致玉米和大豆相对于其相应的单作作物的响应不同，最终影响特定作物和系统水平的超产效应（Zhang等人，2024年）。此外，磷的供应可能通过影响作物的生长、生物固氮作用和养分利用效率来改变氮的作用（An等人，2023年）。然而，很少有研究明确区分氮和磷对超产形成的独立影响，目前还不清楚添加磷是否会影响间作玉米和大豆之间由于氮引起的产量差异。

间作的产量优势可以用加性分解框架划分为筛选效应和互补效应，这为识别超产的来源提供了重要基础（Loreau和Hector，2001年；Li等人，2020b）。先前的研究表明，这两种机制都可以促进间作的超产效应（Zhang等人，2021b；Mahmoud等人，2022年），但关于氮投入如何调节它们在玉米-大豆条带间作中的相对贡献的证据仍然不一致。例如，Yang等人（2022年）在中国东北平原的研究表明，氮投入量的增加显著增强了筛选效应，但降低了互补效应；而Zhang等人（2021b）在同一地区的研究中并未发现氮投入对这两种效应有显著影响。这些不同的发现表明，氮投入如何调节玉米-大豆条带间作中筛选效应和互补效应对系统超产的贡献仍不清楚。此外，条带间作的特点是空间异质性较强，因为边缘行和内部行的植物所经历的光照、养分和竞争环境不同（Dong等人，2024年；Feng等人，2024年）。因此，超产效应可能不会在整个群体中均匀分布，而可能集中在特定的行位置。尽管边缘行的优势通常被认为是条带间作中产量增加的重要空间基础（Wang等人，2020年；Shen等人，2023年），但增加氮投入是否进一步增强了这一优势并使其成为超产的主要空间来源尚未得到系统性评估。此外，边缘行的优势最终必须通过关键产量成分的变化来体现（Liang等人，2025年；Zhang等人，2025b），但在不同氮水平下，控制特定作物超产的具体产量成分特征仍不清楚。综上所述，目前仍然缺乏对养分供应如何通过特定作物的响应、筛选效应和互补效应以及边缘行和内部行的空间贡献转化为系统水平超产的综合理解。因此，将这些成分与关键产量特征联系起来对于确定玉米-大豆条带间作中养分调节的超产的主要来源是必要的。

在这项研究中，我们在华北平原的三个推广玉米-大豆条带间作的地点进行了为期两年的田间试验（Yang等人，2024年），以研究氮（N）和磷（P）的投入如何调节玉米-大豆条带间作相对于单作的超产效应。具体来说，我们的目标如下：（1）量化不同氮和磷肥施用量对总体超产和特定作物超产的响应；（2）阐明氮和磷如何调节筛选效应和互补效应对系统超产的相对贡献；（3）揭示作物超产的空间来源及其背后的产量成分机制。

章节片段

地点描述

田间试验于2024年和2025年的生长季节在中国山东省的三个实验地点进行：济阳（37.12° N, 117.08° E）、郯城（34.71° N, 118.41° E）和莱州（37.25° N, 119.96° E）。这些地点代表了华北平原玉米-豆类条带间作生产的三个主要农业生态区（图1a）。所有地点均位于暖温带季风气候区，作物生长期间的降雨和温度同步。

结果

地点和年份显著影响了大多数原始产量变量和几个与超产相关的变量，表明实验条件之间存在显著的环境差异（表2；表S1）。种植系统显著影响了玉米产量、大豆产量和总产量，证实了间作系统和相应单作系统之间的生产力存在显著差异。地点×种植系统（S × CS）和年份×种植系统（Y × CS）的交互作用也表现出显著影响

环境和肥料对超产的影响

这项为期两年的田间试验表明，尽管作物生产力存在显著的环境差异，但玉米-大豆条带间作在所有评估的肥料处理下都保持了正的总超产效应（表2）。这一一致的产量优势与先前关于华北平原玉米-大豆间作具有正生产力响应的证据一致（Yang等人，2024年）。尽管地点和年份显著影响了作物生产力，

结论

这项在三个典型地点进行的为期两年的田间试验表明，玉米-大豆条带间作在所评估的种植配置下始终表现出正的总超产效应。在测试的肥料范围内和相对充足的磷条件下，氮（N）的增加主要归因于加性分解框架下以玉米为主导的筛选效应的增强，而互补效应保持不变

作者贡献声明

Jinchuan Zhang： 文章撰写 – 原稿编写、方法学设计、数据管理。 Tian An： 文章撰写 – 审稿与编辑、数据管理。 Guorui Yin： 文章撰写 – 审稿与编辑、数据管理。 Yuting Wei： 文章撰写 – 审稿与编辑、数据管理。 Hongcui Dai： 文章撰写 – 审稿与编辑、方法学设计。 Youliang Li： 文章撰写 – 审稿与编辑、数据管理。 Xin Qian： 文章撰写 – 审稿与编辑、资源获取、资金筹集。 Zhaohai Zeng： 文章撰写 – 审稿与编辑、资源获取、资金筹集。 Huadong Zang：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了北京市自然科学基金（项目编号：6252011）、山东省现代农业技术体系创新团队项目（项目编号：SDAIT-31–01）、泰山学者计划（项目编号：tsqn202312284）以及中国国家留学基金委（CSC，项目编号：202506350029）的财政支持。

Jinchuan Zhang|Tian An|Guorui Yin|Yuting Wei|Hongcui Dai|Youliang Li|Xin Qian|Zhaohai Zeng|Huadong Zang