国家层面上对间作套种作为高效利用资源的种植方式给予了高度重视。《国务院办公厅关于加快转变农业发展方式的意见(国办发〔2015〕59 号)》中特别强调, “大力推广轮作和间作套作。支持因地制宜开展生态型复合种植, 科学合理利用耕地资源,促进种地养地结合。” 因此, 间套作发展具有良好的政策支持。

1 将豆科作物纳入农业生产体系发展生态集约化农业

豆科植物与根瘤菌形成根瘤进行共生固氮是自然界将惰性氮转化为活性氮的重要途径。现代农业中由于大量氮肥施用, 土壤中有较为丰富的矿质氮素, 因此抑制了豆科作物的生物固氮。另外, 由于我国耕地有限, 主粮作物的需求压力导致豆科作物种植面积逐年下降。大面积发展豆科作物单种由于与粮食作物争地的矛盾, 发展的空间非常有限。因此, 生物固氮这一经济有效的绿色固氮方式在现代农业中没有得到应有的重视。应用豆科作物与禾本科作物间作套种既可以种植主粮的同时, 能够很好地协调主粮和豆科作物的矛盾, 达到充分利用豆科作物共生固氮, 发展生态集约化农业的目的。

首先, 豆科作物间套作套种, 如河西走廊的玉米/豌豆、马铃薯/豌豆、玉米/蚕豆、小麦/大豆等间套作, 东北和华北的玉米/花生间作, 东北的谷子/花生间作, 东北、华南地区的玉米/大豆间作, 以及西南地区的“麦−玉−豆”, 云贵高原的小麦/蚕豆等间作套种方式, 都是成功地将主粮和豆科作物融合在同一个生态系统中。如何将这些模式进一步优化和规范化, 使其能够实现高产高效的同时, 培肥土壤,充分利用作物多样性控制病虫害的潜力, 研发出相应配套的农事操作机械, 从而实现大规模的生态集约化农业, 是间套作应用的重要应用方向之一。

在一些地区主粮作物中套种短期绿肥作物。例如, 曾经在甘肃大面积推广的春小麦套种草木樨(Melilotus suaveolens)、毛苕子(Vicia villosa)、箭筈豌豆(Vicia sativa)等短期豆科作物, 既能为农区发展畜牧业提供饲料, 又能培肥土壤, 是一个非常好的模式。利用非豆科牧草和豆科作物混种提高饲料的品质。例如, 禾本科植物一般产草量高, 但是蛋白含量比较低, 如果和豆科植物混种, 不仅可以提高饲草的蛋白质含量, 还可以充分利用豆科植物的共生固氮能力, 降低化学氮肥的施用量。

2 间套作与有机农业

有机农业是指在生产中完全或基本不用人工合成的肥料、农药、生长调节剂和畜禽饲料添加剂, 而采用有机肥满足作物营养需求的种植业, 或采用有机饲料满足畜禽营养需求的养殖业。有机农业重要的特征是尽可能少的外部化学品投入, 充分利用生物循环, 重视土壤健康, 保护生物多样性的生态环境友好的农业生产体系。间套作由于具有充分利用资源的特征, 能够挖掘和活化土壤难以利用的磷素、充分发挥豆科植物生物固氮潜力, 提高微量元素的利用能力, 从而满足减少或者完全不施用化学肥料的要求。其次, 利用间套作作物合理配置, 控制作物病虫害, 从而满足减少或者完全不施用化学农药的要求。因此, 在有机农业中间套作将会发挥重要作用。

3 应用间套作提高作物对磷肥的利用率

磷肥施入土壤后很快被转变为土壤难溶性磷,因此磷肥的利用率一般都比较低。如果间套作作物搭配合理, 可以大幅度提高作物对磷肥的利用率。我们在新开垦贫瘠土壤上进行的试验表明, 相对于单作, 间作显著提高磷肥的表观回收率。在相对较为肥沃的灌漠土上, 对蚕豆/玉米、鹰嘴豆/玉米、大豆/玉米和油菜/玉米等 4 种间作模式的磷肥表观回收率进行了为期 3 年的研究, 结果表明, 间作相对于相应单作磷肥的表观回收平均提高 10 个百分点以上。

4 应用间套作提高作物籽粒微量元素含量

如前所述, 由于双子叶植物和禾本科单子叶植物利用土壤中铁的途径不同, 当两种作物间作时,可以改善双子叶植物的铁营养。作物铁营养的改善不仅有利于作物增产, 而且由于铁也是人体必需的微量元素营养, 通过栽培措施强化作物可食部分的铁浓度, 被认为是改善人体铁营养的重要途径之一。例如, 在花生/玉米间作体系, 花生籽粒中的铁浓度比单作花生高 1.43 倍, 小麦/鹰嘴豆间作中, 鹰嘴豆籽粒锌浓度比单作鹰嘴豆高 2.82 倍。我们在甘肃武威的田间试验也证明,当与玉米间作时, 鹰嘴豆籽粒铁、锌、铜浓度比单作高 26.3%、12.8%和 15.4%; 同样地, 与玉米间作的蚕豆籽粒锌、铜浓度比单作高 10.6%和 7.5%。