第一章 概述
第一节 间套作的发展
一、间套作的概念
(一)间作
间作是指在一个生长季内，在同一块田地上分行或分带间隔种植两种或两种以上作物的种植方式，如西北地区的小麦-胡麻间作(图1-1)、华南地区的木薯-大豆间作(图1-2)。
图1-1 小麦-胡麻间作
图1-2 木薯-大豆间作
(二)套作
套作是指在前季作物生长后期，在其行间或带间播种或移栽后季作物的种植方式，如西南地区的小麦-玉米套作(图1-3)、玉米-大豆套作(图1-4)。
图1-3 小麦-玉米套作
图1-4 玉米-大豆套作
二、间套作的类型及分布
(一)类型
根据组合作物类型进行分类，用于间套作的作物科属有：禾本科(玉米、高粱、小麦、小米、大麦、燕麦、甘蔗等)、豆科(大豆、蚕豆、豌豆、花生、苜蓿、菜豆、鹰嘴豆等)、十字花科(油菜、芥菜等)、菊科(向日葵)、锦葵科(棉花、秋葵)、旋花科(甘薯)、茄科(马铃薯)、大戟科(木薯)等。常见搭配为禾本科-禾本科、禾本科-豆科间套作，如小麦-玉米套作、玉米-大豆间作、甘蔗-大豆间作。
根据二氧化碳同化途径分类，用于间套作的作物有碳三作物(小麦、大麦、小米、大豆、蚕豆、豌豆、花生等)和碳四作物(玉米、高粱、甘蔗)，常见搭配为碳四-碳三和碳三-碳三组合，如玉米-大豆间作、小麦-大豆套作。
根据作物株型特征分类，有高秆与矮秆搭配、等高作物搭配，如高-矮搭配中的玉米-大豆间作、玉米-花生间作等，等高搭配中的小麦-蚕豆套作、小麦-大豆套作等。
根据组成作物的总体密度是否改变分类，可分为叠加型和替换型间套作。叠加型间套作系统中组成作物的相对密度之和大于1而小于等于2，替换型间套作系统的组成作物的相对密度之和等于1。
(二)分布
间套作在亚洲、欧洲、非洲、美洲、大洋洲等地被广泛应用。亚洲主要集中于中国、印度、伊朗等国家，以禾本科-豆科、禾本科-禾本科间套作为主，如玉米-大豆、小麦-大豆、玉米-马铃薯、小麦-豌豆等间套作；欧洲主要分布在地中海沿岸和大西洋沿岸国家，多采用豆科饲草-禾本科组合的混播、间作和套作等；非洲主要在南非、尼日利亚、埃塞俄比亚、肯尼亚等国家，多采用地方作物进行混播和间套作，例如木薯-大豆、木薯-秋葵、秋葵-玉米、马铃薯-豇豆和秋葵-豇豆等组合；美洲主要分布在北美洲的美国和南美洲的巴西，以禾本科-豆科间套作为主；大洋洲主要集中在澳大利亚的布里斯班和珀斯地区，以豆科-禾本科间套作为主。
中国间套作类型主要为禾本科-禾本科(玉米-小麦等)、禾本科-豆科(玉米-大豆、小麦-蚕豆等)组合。根据中国农作物分布区域的气候特点，全国间套作区域可分为四个板块：东北区域、西北区域、黄淮海区域和西南华南区域。东北区域一年一熟，采用间作，如玉米-大豆间作；西北区域为一年一熟或两年三熟，采用间作或套作，如玉米-大豆间作、小麦-大豆套作；黄淮海区域一年两熟，采用间作，如玉米-大豆间作；西南华南区域为一年两熟和一年三熟，采用套作或间作，如小麦-玉米-大豆套作或小麦收获后玉米-大豆间作。
三、间套作的历史与作用
(一)历史悠久
间套作是中华民族发明创造的传统农业技术瑰宝，是我国精耕细作农业的重要组成部分。根据史料记载，中国的间套作始于汉代，初步发展于魏晋南北朝，持续发展于唐、宋、元，大发展于明清。间套作*早由西汉的氾胜之记录于《氾胜之书》中；后魏农学家贾思勰通过总结《氾胜之书》，并补充农作经验著成《齐民要术》；发展至元朝时，积累了大量间套作经验，著成了《农桑辑要》；间套作在明清达到应用的高峰，著有《知本提纲》；民国年间，农业凋敝，农民为求温饱，仍然使用间作套种，如东北地区的“麦沟豆”，华北地区的高粱间种黑黄豆等。新中国成立后，为应对人口与粮食危机，间作套种技术得到了广泛应用，粮食、蔬菜、林果等农林间套复种技术层出不穷，提高了土地产出率和粮食生产能力；进入21世纪，随着现代农业的发展，高产出、机械化和可持续成为间套作应用的新要求，传统间套作技术得以创新发展，如2020年中央一号文件要求加大力度推广的玉米大豆间作新农艺——玉米-大豆带状复合种植技术。
(二)作用突出
间套作是世界公认的集约利用土地和农业可持续发展的传统种植模式，众多研究证实间套作既能确保作物的良好生长，又能相互促进、补充、克服或减少共生期矛盾，提高土地产出率。如小米-大豆间作较小米单作可增产26%，玉米-大豆间作下的玉米产量较单作玉米产量提升13%～16%。间套作在一定程度上解决了粮食作物和棉、油、蔬菜、绿肥之间的争地矛盾，正成为许多国家解决粮食安全的有效途径。
成熟期不同或形态不同的作物间套时，光的利用是决定作物产量高低的重要因素。以玉米为代表的碳四作物与以大豆、花生等为代表的碳三作物间套作有明显的光能利用优势。对玉米带状间套作研究表明，间套作较玉米单作光能利用率提高了45%左右。
浅根构型和深根构型组合的间套作系统通过水资源利用的生态位分离实现水分的高效利用，而作物-绿肥间套作系统可通过绿肥对地面的覆盖增强土壤的保水能力，有利于提高水分利用效率。
利用作物根系深浅程度的差异吸收不同生态位的营养物质以提高对养分的利用效率，间套作节肥效果明显。如小麦(大麦)与菜豆(豌豆)间作，豌豆(菜豆)的氮肥利用率较单作提高30%～40%；间作还可促进豆科植物根瘤固氮，与黑麦、玉米、水稻等作物间作的豆科植物固氮量可增加11.9～16.1千克/亩；大豆与甘蔗间作，根瘤固氮酶活性提高57.4%，根际土壤氮素有效性提高66%。
第二节 玉米-大豆带状复合种植技术及其发展
一、背景及意义
玉米、大豆是我国的大宗农产品，需求量巨大，仅靠单作难以满足需求，争地矛盾是长期困扰我国粮食安全的一大难题。高投入种植技术和连作获得了高产出，但资源过度消耗、耕地质量下降、环境污染加重，难以可持续，如何实现“高产出”与“可持续”的统一是作物生产面临的一大挑战。间套轮作具有“生态可持续、集约利用资源”等有益“基因”，通过传承创新，实现玉米大豆间套轮作一体化和现代化是解决上述难题和挑战的有效途径。传统玉米大豆间套作长期缺乏系统的高产稳产与资源高效利用理论支撑，技术上因田间配置不合理、大豆倒伏严重、施肥技术不协同和病虫草防控技术缺乏等瓶颈问题，产量低而不稳、难以高产出，机具通过性差、难以机械化，轮作困难、难以可持续，不能融入现代农业。为此，我们以“高产出、机械化、可持续”为目标，综合运用多学科理论与方法，创新关键理论、技术和机具，历经20年，构建了“两协同、一调控”资源利用和株型调控理论，研发出“选配品种、扩间增光、缩株保密”核心技术和“减量一体化施肥、化控抗倒、绿色防控”配套技术，率先实现了“作物协同高产、机具通过、分带轮作”三融合，“品种、扩间距与化控”三融合，“根际营养理论、施肥技术与施肥机具”三融合，“有害生物发生规律、防控策略与防治技术”三融合，填补了“解决低位作物倒伏”“光肥资源协同
展开
