近日，《自然植物》在线发表中国农业大学国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队最新成果，发现在全球尺度上，间套作（即在同一块土地上同时种植两种或两种以上作物）的物种组成、时空配置及养分管理方式呈现两种不同的模式及净增产效应差异。

　　论文通讯作者张福锁告诉《中国科学报》，其中一种间套作模式的主要特征是粮食作物与玉米间作、条带种植、分期播种和收获、共生期较短、肥料投入较高，相较于单作有更大的净增产效应，该模式被称为高投入高产出玉米间套作模型，在我国应用广泛。

　　另一种模式以矮谷物与豆科作物进行分行间作或混作，同种同收、共生期长、肥料投入较低、净增产效应低，该模式被称为低投入低产出间套作模式，在欧洲应用广泛。

　　“以中国为代表的高投入高产出玉米间套作模式具有更大的净增产效应，是低投入低产出的间套作种植模式的4倍，说明保障粮食安全的中国间套作模式值得全球借鉴。”张福锁说，两种模式较单作均具有提高土地利用效率与节肥的优势，说明间套作不仅能满足低投入农业的生态目标，也是高投入农业中保障粮食生产及生态可持续集约化的有效途径。

　　“以往研究主要关注了间套作体系的土地当量比，用来评价不同间作模式下的土地利用率。例如，小麦与玉米间作的土地当量比为：小麦间作产量与小麦单作产量的比值加上玉米间作产量与玉米单作产量的比值。”论文第一作者、中国农业大学国家农业绿色发展研究院李春杰在接受《中国科学报》采访时说。已有研究表明，全球尺度下间作体系的土地当量比为1.2~1.3，这表示单作时需要1.2~1.3公顷的土地才能达到间作时1公顷土地的产量。土地当量比大于1时，间作比单作的土地利用率高，即生产等量粮食，间作比单作所用的土地少。

　　与土地当量比相互补充的一个概念是“净效应”，又称净增产效应。“它表示间作体系在单位面积上的产量高于单作预期产量的绝对增产数量。”李春杰说。

　　张福锁表示，净增产效应可以直观地体现增产数量，这对保障粮食安全意义重大。

　　但是，该项研究之前，科学家并不清楚全球尺度上间作体系与单作体系相比单位面积上的增产效应和农田管理措施如何影响增产效应。

　　因此，张福锁团队通过整合分析，定量全球尺度的间套作体系的增产效应，研究作物组成、时空配置、肥料投入对间套作体系增产效应的影响。

　　他们研究发现，我国间套作体系以玉米为主，其净增产效应为2.1吨/公顷；欧洲间套作体系为无玉米的间套作，其净增产效应为0.5吨/公顷。前者增产优势为后者的4倍。我国间套作体系在低氮肥与高氮肥投入条件下均高于欧洲间套作体系。以玉米为主的间套作体系的净效应随施氮量的增加而提高，但无玉米的间套作体系的净效应不依赖于施氮量。

　　李春杰认为，这很大程度上与玉米间作体系为条带套作有关。玉米比C3作物播种晚，与玉米间作的C3作物收获之后，玉米还有一个月的恢复期。如果氮肥投入高，土壤中前期没有用完的氮素有利于后期玉米的恢复生长，提高玉米间作体系的产量。而没有玉米的间作体系以固氮植物豆科间作为主，豆科作物的固氮作用补偿了低氮的投入，所以该间作体系的产量优势与氮投入无明显关系。

　　不论中国模式，还是欧洲模式，间套作体系的土地当量比、氮肥当量比、磷肥当量比均大于1，三个当量比的数值范围分别为1.16~1.29、1.19~1.33，以及1.19~1.36，即两种间套作体系与单作相比，节约了16%~29%的土地、19%~36%的肥料。

　　“研究发现，农田管理措施对增产效应的影响是相互关联的，增产效应的发挥不能归结为单个措施。”李春杰解释说，当间作体系中有玉米时，经常与豆科作物条带种植，增加二者之间的距离，减弱光的竞争。

　　间套作在中国已有2000多年的历史。有研究显示，我国约1/3的可耕种土地采用了间套作体系，且以生产更多粮食为目的，因此投入的养分多，形成较高的增产效应。

　　而欧洲模式的间作体系以增加生物多样性、利用豆科作物来降低氮排放、实施减少环境污染的有机农业为主要目的。由于人力成本较高，其体系设计要适合机械化生产，因而采取种植低矮作物、同种同收、混种、低投入的管理措施。

　　“我国农业生产的技术创新，一直把保障粮食安全放在第一步，既能采取环境友好的间套作模式，又能大幅提高单位面积的粮食产量，这恰恰是中国对全世界作出贡献的地方。”张福锁说。

　　不过，张福锁强调，我国玉米间套作体系的机械化采收还面临较大挑战。在一块地里管理两种作物比管理一种作物要复杂得多。相比于欧洲的混种模式，我国的带状套种对农业机械的要求更高。

　　“目前，已经有一些研究工作在攻克这些难题，使机械化间作成为可能。”张福锁说。