摘要
增碳培肥是旱作区广泛应用的农业措施之一，能够改善土壤水分保蓄能力并提高水分利用效率。有机肥不仅能提供养分，还能促进土壤微生物活性、改善土壤结构，从而增强水肥保持能力。尽管如此，增碳培肥对玉米、大豆带状复合种植模式下水肥利用优势的具体影响尚不明确。分析不同培肥措施对土壤水分、养分特征及玉米、大豆生理生长和产量的影响，为优化旱作区玉米大豆带状复合种植施肥技术提供支持。试验采用随机区组试验设计，设置不施肥（CK0）、常规施肥（CK）、控释肥（CR）、常规施肥 + 有机肥（CK+M）、控释肥 + 有机肥 （CR+M）5 个处理，研究不同培肥措施对带状复合种植条件下玉米、大豆生理及产量的影响。结果表明：玉米、大豆复合种植模式条件下，CR、CK+M、CR+M 处理下土壤含水率、玉米株高与茎粗和大豆株高，玉米及大豆叶绿素 SPAD 值和光合特性，氮肥农学利用率（AUE）和氮肥偏生产力（NPFP）均显著提高。其中，相比 CK 处理，CR+M 处理下土壤含水率、气孔导度、光合水分利用效率及肥料贡献率分别提高了 9.07%、0.53% ～ 28.53%、 1.57% ～ 19.35%、19.85%，最终使得玉米和大豆产量分别提高 5.51%、20.32%。在旱作区玉米、大豆复合种植条件下施用控释肥和配施有机肥有利于提高玉米、大豆生理生长指标和产量，增加作物水肥利用效率。
Abstract
Carbon enhancement and fertility cultivation is one of the widely used agricultural practices in dryland areas to improve soil water retention capacity and water use efficiency．Organic fertilizers can not only provide nutrients，but also promote soil microbial activity and improve soil structure to enhance water and fertilizer retention．Nevertheless，the specific effects of carbon-enriched fertilization on water and fertilizer use advantages under the maize-soybean strip cropping systems remain unclear．This study analyzed the effects of different fertilization measures on soil moisture and nutrient characteristics， as well as physiological growth and yield of maize and soybean，to support for optimizing fertilization techniques for maize-soybean strip intercropping systems in rainfed regions．A randomized block design was used in the experiment with five treatments: no fertilization（CK0），conventional fertilization（CK），controlled-release fertilization（CR），conventional fertilization + organic fertilizer（CK+M），and controlled-release fertilization + organic fertilizer（CR+M）．The effects of different fertilization practices on the physiology and yield of maize and soybean under strip intercropping conditions were examined．The results showed that under the maize-soybean strip intercropping system，soil water content，maize plant height and stem diameter，soybean plant height，chlorophyll SPAD values，photosynthetic characteristics，nitrogen agronomic use efficiency（AUE），and nitrogen partial factor productivity（NPFP）were significantly improved under CR， CK+M，and CR+M treatments．Compared to the CK treatment，the CR+M treatment increased soil water content，stomatal conductance，photosynthetic water use efficiency，and fertilizer contribution rate by 9.07%，0.53%-28.53%，1.57%- 19.35%，and 19.85%，respectively，ultimately increasing maize and soybean yields by 5.51% and 20.32%，respectively． The application of controlled-release fertilizers and organic fertilizers under the conditions of maize-soybean strip intercropping in rainfed region was conducive to improving the physiological growth index and yields of maize and soybeans，as well as increasing the efficiency of crop water and fertilizer use.
Keywords
玉米（Zea mays L .）和大豆（Glycine max）是我国重要的大宗粮油饲兼用作物，需求量巨大，分别占粮食和饲料粮需求的 49% 和 95%，玉米、大豆争地矛盾十分突出，关系着国家粮油安全[1]。继承间、混、套作等我国传统的农业精髓，结合现代农业技术，充分利用空间、时间及光、热、肥、水资源，开展玉米大豆带状复合种植技术研究与示范，是一项强化生态服务功能的生态种植方案。稳玉米、扩大豆，是破解我国粮油安全和农业资源高效利用与绿色高质量发展技术“瓶颈”的有效途径[2-4]。研究表明，间套作体系对提高农田生物多样性、稳定生产力、活化土壤中氮、磷养分、促进养分微生物循环[5-8]、提高肥料利用率[9]以及提高水分利用率[10]等方面具有显著作用。
玉米、大豆带状复合种植是基于传统间作和套种的基础，创新发展出的一种玉米、大豆和谐共生的旱作生态农业技术，旨在实现玉米、大豆之间的和谐共生。通过优化生态位配置和配套施肥技术，实现水、热、碳的协调优化[11]，从而提高土地利用率和作物产量，推动农业高产和可持续发展。然而，传统的培肥技术往往过于注重化肥的施用，忽视了复合种植系统中玉米和大豆对有机质及其他营养元素的需求。在复合种植系统中，大豆通过与根瘤菌的共生固氮，不仅能满足自身生长所需的氮，还能为间作玉米提供氮素支持，从而降低对氮肥的依赖[12]。尽管如此，传统培肥方式中氮肥的过度应用在玉米、大豆间作系统中还是比较普遍的，这种做法带来了明显的环境问题，尤其是在水体污染和土壤酸化方面。对此，提出了以施用有机肥的增碳培肥旱作节水农业措施。该措施不仅可以提高土壤有机质含量，还能改善土壤团聚体结构，增强土壤水分保蓄能力。此外，当地居民可以处理好畜禽粪便所带来的环境问题的同时，利用现成的廉价可再生有机肥维持土壤肥力，为作物提供磷等其他重要营养元素[13]。具体来说，施用有机肥有助于玉米和大豆根系健康生长，健康的根系能够提高作物对水分和养分的吸收能力，尤其是能够有效提升作物对难溶性养分（如磷、钾等）的吸收效率。此外，改善的根系系统可以提高植物的抗逆性，增强其应对水分胁迫和养分不足等不良环境因素的能力，从而促进作物的生长潜力、干物质积累及产量增加。
有机肥有利于改善土壤质量，可增加土壤有机质和提升土壤肥力，特别是有机肥与无机肥合理配施可以协同作物-土壤养分关系，从而培肥土壤和增产[14]。郑利芳等[15]研究表明，减量施氮处理和减氮配施 50% 的控释肥处理还可以提高土壤的水分利用效率、减少收获期土壤剖面中硝态氮的残留量；谢军红等[16]在陇中旱农区研究表明，50% 或 37.5% 有机肥替代无机肥有益于减少土壤水分亏缺，提高了籽粒产量；Baghdadi 等[17] 发现，与玉米单一作物结合鸡粪和化肥相比，玉米-大豆间作可以提高牧草产量和质量，产生更高的总蛋白产量，并减少对蛋白质补充剂和化肥的需求；董茜等[18]在玉米-大豆条状间作中减少氮肥的施用量，使玉米、大豆的组分产量和总产量分别提高了 4.95%、7.07% 和 5.35%。然而，带状复种模式涉及多种作物，增碳培肥措施对不同作物的生长影响不同，且不同作物对水分和养分的吸收利用能力存在差异，必然导致空间上土壤水分和养分的分布呈现不均匀的状态，从而加剧或缓解作物之间的竞争关系。对此，开展旱区带状复合种植下培肥对玉米、大豆水肥利用及光合生理的影响研究是有必要的。
中国干旱半干旱区农田面积占全国总农田面积的 11.57%[19]，水资源不足和土壤肥力低下是限制旱区农业发展的主要因素[20]。宁夏南部山区（以下简称宁南山区）地处黄土高原西北端，光热资源丰富，干旱少雨且水分蒸发严重，旱作是当地主要的农业生产方式[21]。通过开展旱作区玉米大豆带状复合种植条件下不同培肥措施对土壤养分和作物生长、生理变化特征研究，分析增碳培肥与玉米大豆协同下的水肥高效利用优势，并提出适合宁南山区玉米大豆带状复合种植的增碳培肥模式，为大豆玉米的协同高产、挖掘“黄金搭档”提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于 2022 年 4 月至 2024 年 9 月进行，试验地位于宁夏回族自治区固原市原州区中河乡（36°4′ 47〞N、106°11′58〞E），海拔 1699 m，年平均气温 8～8.5℃，有效积温 2600℃，无霜期 135～160 d，年均降水量 350～450 mm，是典型的旱作雨养区。试验地土壤为黑垆土轻壤，土壤理化性质如表1所示。
表1土壤理化性质
注：数据为平均值 ± 标准差。
1.2 试验设计
试验采用完全随机区组设计，共设不施肥（CK0）、常规施肥（CK，两次施入，追基比 4∶6，下同）、施控释肥（CR，一次性施入， N∶P∶K=25%∶11%∶10%，下同）、常规施肥 + 有机肥（CK+M，有机肥为基施，一次性施入，有机肥为当地养殖户生牛粪经过堆肥发酵所得，其养分含量为 N 0.78%、P2O5 0.97%、K2O 1.01% 和 C 36.86%，下同）、施控释肥 + 有机肥（CR+M）5 个处理，3 次重复，试验具体肥料用量如表2所示。小区面积 5 m×10 m，供试玉米品种为正业 8 号，大豆品种为中黄 30。于 2024 年 5 月 2 日播种，试验采用白膜双垄沟播种植方式，以玉米大豆 2∶3 间作模式种植，即玉米种植 2 行（1 膜），行距 40 cm；大豆种植 3 行（1 膜），行距 30 cm；玉米与大豆行间距 60 cm，玉米、大豆总带宽 220 cm（图1），玉米株距 13 cm，67500 株 / hm2，单粒精播；大豆株距 20 cm，135000 株 /hm2，玉米、大豆种植面积比为 1∶1，追肥只追玉米（拔节期）。
表2各处理肥料施用量
1.3 测定指标与方法
1.3.1 作物生长指标测定
采用尺测法，测定固定标识（每个小区 5 株， 3 个小区共 15 株）的玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期株高、茎粗以及大豆苗期、分枝期、开花期、结荚期、鼓粒期株高。
1.3.2 作物产量指标测定
采用样方法测定玉米、大豆产量及其构成。玉米包括穗长、穗行数、百粒重、产量等；大豆包括单株荚数、百粒重、单株产量、大豆产量等。
图1玉米大豆 2∶3 模式双垄沟覆膜种植示意图
1.3.3 作物生理指标测定
在玉米追肥（6 月 10 日）后，采用便携式光合测定仪 CIRAS-3 在固定标识的玉米、大豆植株上测定光合速率、蒸腾速率、气孔导度等，同期采用 SPAD-502 Plus 叶绿素仪在玉米、大豆植株上随机选取 5 片叶子测定 SPAD 值，取平均值。
1.3.4 土壤指标测定
土壤样品于间作区域中玉米带与大豆带交界处相邻的种植行中相应位置处采集。播种前和收获后采取 0～20、20～40 和 40～60 cm 土壤样品，主要测定有机质、水解性氮、有效磷和速效钾。对玉米苗期、拔节期、抽雄期及大豆苗期、结荚期、鼓粒期采用烘干法，每 20 cm 分层采取土壤样品，测定 0～100 cm 土壤质量含水量。
1.4 计算方法
1.4.1 单位面积间作产量测定
计算方法参照赵德强等[22]对单位面积间作生物量的计算方法，计算间作综合产量（TYMS）。间作综合产量公式：
[23]
式中，BIM 为间作玉米产量，BIS 为间作大豆产量， μM 为间作玉米种植面积的百分比，μS 为间作大豆种植面积的百分比，此试验玉米种植面积∶大豆种植面积 =1∶1。
1.4.2 肥料贡献率、肥料农学利用率
参照黄依雯等[24]的计算方法：
肥料贡献率 =（1-空白区作物产量 ÷ 培肥区作物产量）×100%；
肥料农学利用率 =（培肥区作物产量-未培肥区作物产量）÷ 肥料量。
1.4.3 氮肥偏生产力（NPFP）
式中，Yf 是培肥处理的作物产量，N 为氮肥施入量。
1.5 数据处理方法
采用 Excel 2003 和 SPSS 10.0 进行数据处理和统计分析，Origin 2021 进行作图。
2 结果与分析
2.1 土壤水分和养分变化
2.1.1 土壤含水率变化
由图2可知，在苗期（4 月）玉米和大豆区域土壤含水率变化规律一致，CK0 处理下土壤含水率显著低于其他处理；相比 CK 处理，CR、CK+M 处理土壤含水率显著增加，并且随着土壤深度的增加显著性越强。在玉米拔节期和大豆结荚期，相比 CK 处理，CR、CK+M 处理下玉米带 40～100 cm 土壤含水率显著增加，大豆带 60～100 cm 土层土壤含水率显著增加，其中 CR+M 处理最显著；玉米带与大豆带相比，大豆 0～40 cm 土层土壤含水率低于玉米，40～100 cm 深层含水率高于玉米，表明带状复合种植下玉米大豆水分利用关键期在空间具有互补性；玉米抽雄期和大豆鼓粒期土壤含水率变化规律一致；相比 CK 处理，CR、CK+M 处理土壤含水率显著增加，并且随着土层深度的增加越显著。CR、 CK+M 和 CR+M 处理下土壤含水率较 CK 处理分别显著增加 3.69%、5.52% 和 9.07%，表明控释肥、配施有机肥利于降雨水分在土壤中的蓄积和保存。
图2增碳培肥对不同时期玉米大豆复合种植土壤含水率的影响
2.1.2 土壤养分变化
由图3可知，在玉米带中，不同培肥处理下表层土壤（0～20 cm）有机质、水解性氮、有效磷及速效钾含量表现出显著差异，其中表层土壤中 CR 处理下有机质含量、CK+M 处理下水解性氮及有效磷含量、CK 处理下速效钾含量最高，且均与其他各处理表现出显著差异；在 40～60 cm 土壤深度，各养分含量在不同处理下呈现差异，且有机质和速效钾含量均在 CK+M 处理下最高，较 CK 处理分别提高 21.52% 和 9.30%。大豆带中，CK+M 处理下表层土壤各养分含量最高，有机质、水解性氮、有效磷和速效钾含量较 CK 处理分别提高 13.71%、17.41%、36.78% 和 23.81%。
图3不同培肥处理下土壤养分
注：同一养分图柱上不同小写字母表示不同培肥处理间差异显著（P<0.05）。下同。
在 CK0 处理下表层土中玉米土壤层水解性氮、有效磷含量均高于大豆土壤层中；而速效钾含量除 CK+M 处理下大豆带较玉米带土壤高 27.24%，其他处理下的含量均是玉米带高于大豆带。20～40 cm 土壤中水解性氮、有效磷、速效钾含量除 CK+M 处理下大豆带有效磷含量超过玉米带 63.86% 外，其他处理与 0～20 cm 情况相似，均是玉米带含量大于大豆。
2.2 玉米、大豆生长特征
由图4、图5可知，在玉米大豆带状复合种植条件下，CK0 处理下玉米、大豆株高显著低于其他处理。在 6 月 24 日之前，各处理对玉米株高的影响较CK 处理不显著，但随着时间的推移，CR、CK+M 和 CR+M 处理对玉米株高的影响显著增加，其中 CR+M 处理最显著，较 CK 处理在 7 月 18 日、8 月 20 日、9 月 9 日分别提高 3.24%、4.32% 和 3.55%。在 7 月 18 日之前，各处理对大豆株高的影响不显著，7 月 18 日之后，相比 CK 处理，CR、CK+M 和 CR+M 处理显著增加大豆株高，其中 CK+M 处理最为显著，在 8 月 20 日、9 月 9 日较 CK 处理大豆株高分别提高 8.19% 和 9.26%。综上所述，相比 CK 处理，CR、CK+M 和 CR+M 处理在生长后期可显著增加玉米、大豆株高，表明在玉米大豆复合种植条件下，施控释肥、配施有机肥更利于延长肥效时间，提高土壤保肥能力，保障玉米、大豆生长所需的肥力而保障其生长。
由图4可知，不同时期玉米茎粗的变化规律与株高一致，相比 CK0 处理，各培肥处理均能显著提高各时期玉米茎粗；相比 CK 处理，CR、CK+M 在生长后期显著增加玉米株高和茎粗，并且随着时间的推移越来越显著，表明施控释肥、常规培肥配施有机肥更有利于延长肥效时间，提高土壤保肥能力，进而降低用工成本。
图4增碳培肥对玉米株高、茎粗的影响
图5增碳培肥对大豆株高的影响
2.3 玉米、大豆生理指标
2.3.1 净光合速率
由图6可知，在玉米大豆复合种植条件下， CK0 处理下玉米、大豆的净光合速率显著低于其他处理。各处理下玉米净光合速率呈先升高后降低的趋势，且均在 7 月 28 日达到最高，其中在 CK+M 处理下最高，达 CO2 40.4μmol/（m2 ·s）。相比 CK 处理，CR、CK+M 和 CR+M 处理下玉米全生育期的净光合速率均显著提高，其中 7 月 28 日 CK+M 处理对玉米净光合速率提升最为显著，相比 CK 处理提高 6.69%。
全生育期内各处理下大豆净光合速率均呈先升高后降低的趋势，且在 7 月 8 日达到最大。7 月 8 日之后各处理的净光合速率均下降，但 CR、 CK+M 和 CR+M 处理下大豆净光合速率仍高于 CK 处理，其中 CR+M 处理提高最显著，7 月 28 日、8 月 20 日、9 月 9 日较 CK 处理分别提高 11.64%、 13.75%、39.75%。综上所述，相比常规培肥，施控释肥、常规肥配施有机肥可以显著提高玉米、大豆的净光合速率，且在生长后期控释肥配施有机肥提升率最显著。
图6增碳培肥对玉米、大豆净光合速率的影响
2.3.2 叶绿素 SPAD 值
由图7可知，在玉米大豆复合种植条件下，CK0 处理下玉米、大豆的叶绿素 SPAD 值显著低于其他处理，不利于玉米、大豆的生长发育。在全生育期内玉米叶绿素 SPAD 值的变化规律与净光合速率一致，都是整体呈“Λ”形变化。在 7 月 8 日之前，各处理对玉米叶绿素 SPAD 值的影响不显著，在 7 月 28 日各处理玉米叶绿素 SPAD 值达到最大值，其中 CR 处理下达最大 SPAD 值（62.4）；相比 CK 处理，CR、CK+M、CR+M 处理 SPAD 值分别提高 6.67%、1.37% 和 5.64%。在玉米大豆复合种植条件下，大豆叶绿素 SPAD 值的变化规律与净光合速率一致。综上所述，在玉米、大豆复合种植条件下，相比 CK 处理，CR、CK+M 和 CR+M 处理均可以显著提高玉米、大豆叶绿素 SPAD 值，特别是在生长后期更加显著，表明控释肥、配施有机肥可以延长肥效时间，为玉米、大豆的生长提供肥力保障。
2.3.3 气孔导度
由图8可知，在玉米、大豆复合种植条件下， CK0 处理会显著降低玉米、大豆的气孔导度，进而降低其光合速率。在全生育期内玉米气孔导度变化规律与净光合速率变化规律一致，都是先升高后降低，在 7 月 28 日达到最高，其中 CK+M 处理下最高，达 H2O 489 mmol/（m2 ·s）。在 7 月 28 日后，CR、CK+M 和 CR+M 处理下玉米气孔导度显著增加，其中 CK+M 处理较 CK 处理提高 6.67%～15.58%。在全生育期内大豆气孔导度变化规律与净光合速率变化规律一致，都是先升高后降低，在 7 月 8 日达到最高；CR、CK+M 及 CR+M 处理较 CK 处理显著提高大豆气孔导度，其中 CR+M 处理最为显著，气孔导度提高 0.53%～28.53%。综上所述，在玉米大豆复合种植条件下，相比 CK，CR、CK+M 和 CR+M 可以显著提高玉米、大豆气孔导度，特别是在生长后期效果更加显著。
2.4 玉米、大豆光合水分利用效率
由图9可知，在玉米、大豆复合种植条件下， CK0 处理显著降低玉米、大豆的光合水分利用效率。在全生育期内玉米光合水分利用效率整体呈 “Λ”形变化，且各处理光合水分利用效率在 7 月 28 日达到最高，其中 CR+M 处理下最高，达 5.66 CO2 mmol/mol H2O。相比 CK 处理，CR、CK+M 及 CR+M 处理均显著提高玉米光合水分利用效率，其中 CK+M 处理对玉米光合水分利用效率提高最显著，较 CK 处理提高 5.68%～19.58%，且在生长后期增效更显著。大豆全生育期内光合水分利用效率整体呈先升高后降低变化，在 7 月 8 日达到最高，其中在 CR+M 处理下最高，达 CO2 2.63 mmol/ mol H2O。相比 CK 处理，CR、CK+M 及 CR+M 处理均可提高大豆光合水分利用效率，其中 CR+M 处理最为显著，较 CK 处理提高 1.57%～19.35%。综上所述，在玉米、大豆复合种植条件下，相比 CK，CR、CK+M 和 CR+M 可以显著提高玉米、大豆光合水分利用效率。
图7增碳培肥对玉米、大豆叶绿素 SPAD 值的影响
图8增碳培肥对玉米、大豆气孔导度的影响
图9增碳培肥对玉米、大豆光合水分利用效率的影响
2.5 玉米、大豆产量及其构成
由表3可知，在玉米、大豆复合种植条件下， CK0 处理会显著降低玉米各产量指标，进而导致玉米产量显著下降，CK0 处理较 CK 处理玉米产量降低 19.21%。相比 CK 处理，CR、CK+M 和 CR+M 可增加穗长、穗行数、行粒数、百粒重，同时减少凸尖长，进而提高玉米产量。CR+M 处理最为显著，较 CK 处理提高 5.51%。综上所述，在玉米大豆复合种植条件下，相比 CK 处理，CR、CK+M 和 CR+M 处理能够改善玉米产量指标并提高玉米产量。
由表4可知，玉米、大豆复合种植条件下， CK0 处理显著降低大豆各产量指标，进而导致大豆产量显著下降，CK0 处理较 CK 处理大豆产量降低 17.84%。相比 CK 处理，CR、CK+M 和 CR+M 可显著提高大豆结荚数、株粒数，其中 CR+M 处理最显著，使大豆结荚数和株粒数分别提高 20.01%、 21.62%；相比 CK 处理，CR、CK+M 和 CR+M 可显著提高大豆产量，其中 CR+M 处理最为显著，较 CK 提高 20.32%。综上所述，在带状复合种植下培肥可显著改善大豆产量指标，进而显著提高大豆产量。
表3增碳培肥对玉米产量及其构成的影响
表4增碳培肥对大豆产量指标及产量的影响
由图10可知，玉米、大豆复合种植条件下，玉米、大豆复合种植综合产量呈上升趋势。其中 CR+M 处理间作综合产量最高，达到 7574.55 kg/ hm2，较 CK 处理增加 7.68%。综上所述，复合种植下施控释肥、配施有机肥能为作物提供更合理的水肥、光照、空间等，能显著提高复合种植下玉米、大豆产量，进而提高综合产量。
2.6 肥料利用情况
由表5可知，CR、CK+M、CR+M 处理显著提高肥料贡献率，较 CK 处理分别提高 1.94%、16.62%、 19.85%。各处理下玉米、大豆氮肥农学利用率 （AUE）和氮肥偏生产力（NPFP）存在显著差异。相比 CK 处理，CR、CK+M、CR+M 处理下玉米、大豆 AUE 和 NPFP 均显著增加，玉米 AUE 和 NPFP 较 CK 处理分别提高 99.47%、21.30%、151.53% 和 99.90%、4.17%、110.09%，大豆 AUE 和 NPFP 分别提高 328.39%、49.03%、293.55% 和 140.80%、8.74%、 145.98%。综上所述，复合种植下施控释肥、配施有机肥能够优化肥料分布及促进作物对肥料的吸收而提高肥料贡献率、AUE 和 NPFP。
图10增碳培肥对综合产量的影响
表5增碳培肥对肥料利用的影响
3 讨论
3.1 增碳培肥对玉米、大豆复合种植下土壤水分的影响
土壤是作物健康生长的基础条件，而水分是影响土壤物理性质的关键因素，优化土壤水分分布及含量可以改善土壤结构，优化作物水分吸收，促进生长，提高农作物产量[25]。本研究结果显示，玉米、大豆复合种植下各培肥处理之间土壤水分含量差异显著，玉米、大豆苗期，CK0 处理中土壤含水率显著低于其他处理，表明施用肥料后肥料对土壤有一定的保水效果，这与赵晨浩等[26]的研究结果相似。控释肥能通过调节养分释放速度，促进作物根系的深入生长，从而增强土壤的水分吸收与保持能力[27]。而有机肥增加了土壤的有机质含量，改善了土壤的结构和孔隙度[28]，使得降雨后水分得以更好地渗透并长时间保持在土壤中，尤其是在降水充足的时期，能有效减少水分流失，提高土壤的蓄水能力。组合使用控释肥和有机肥可以在干旱条件下更好地维持土壤水分，这种配施策略有效地提高了土壤对降水的蓄水能力。
此外，本研究还发现大豆带中 0～40 cm 土壤含水率低于玉米，而 40～100 cm 深层土壤含水率则高于玉米。黄超等[29]的研究表明，玉米耗水量随目标产量的提高而增大，是高耗水作物，大豆生长耗水相对较少，玉豆间作系统中存在作物间水分互补现象，这与蔡倩等[30]的研究结果一致。生育期内大豆带土壤向玉米带提供其生长所需部分水分，大豆与玉米间作可以使作物根系深入土壤不同深度中，更高效地利用土壤水分[31]；同时间作下培肥可以有效控制土壤水分蒸发，增加土壤中的水分储存，从而提高间作系统中整体水分利用效率[32-33]。
3.2 增碳培肥对玉米、大豆复合种植下土壤养分的影响
本研究结果显示，大豆带土壤（0～60 cm） 中的有机质、水解性氮、速效钾总含量在 CK0 处理下均显著高于其他处理。这可能是因为在不培肥的情况下，大豆与玉米的间作系统通过土壤自身的养分循环与大豆的固氮作用，形成了更低的碳氮比，从而加快土壤氮素循环[34]。金春娥等[35]通过不同培肥对宁夏旱地微生物多样性的研究发现，在不培肥条件下，土壤中细菌物种数及丰富度指数均显著高于其他培肥处理，可能正是丰富多样的土壤细菌促进了不同深度土层中非交换性钾的释放，以补充速效钾[36]，从而在一定程度上提高了速效钾含量。此外，间作体系对土壤氮素转化有正向反馈，增强了水解性氮在土壤中的可利用性[37]。而培肥不仅增加了土壤中的养分供应，还能改善作物根系的吸收能力[38]，进而导致施肥处理下土壤中的养分含量相对较低。
本研究还发现，不同增碳培肥处理对土壤养分的影响存在显著差异，且随土层深度的变化表现出不同的趋势。在 0～40 cm 土层中，各培肥处理下玉米带水解性氮含量普遍高于大豆带，且各培肥处理下均是常规施肥配施控释肥处理下最高。间作系统中，通过采取合适的培肥措施，可以在一定程度上优化作物生长区域土壤中的养分情况，从而有效改善间作系统中土壤的养分供应能力[39]。Li 等[40]的研究表明，间作和培肥可以显著增加土壤中的大颗粒团聚体含量，从而改善土壤肥力，优化养分利用效率。玉米和大豆根系特性不同，在间作系统下，合理的培肥能够使二者充分利用不同深度土壤中的养分。研究还表明，玉米与大豆间作能够显著提高土地和氮肥利用率，从而在减少化肥投入的同时提高作物产量[41]；也有研究发现，在玉米间作体系中，不同施氮量下作物对氮、磷吸收的效率均有显著提高[42]。大豆根瘤菌有固氮能力，能够将空气中的氮转化为植物可利用氮，是生物固氮效率最高的途径之一[43]。玉米对氮的吸收能力强于大豆，而玉米大豆间作能促进大豆的固氮作用，从而增加土壤氮含量，进一步提高土壤养分含量及其利用率[44]。玉米对土壤中的氮素需求较高，在玉米、大豆培肥处理下，大豆的固氮作用可以为玉米提供额外的氮素，形成了氮素互补的局面。此外，玉米的生长期需要适量的磷素，而大豆具有较强的磷素募集能力[45]，可以有效地利用土壤中的磷。因此，在大豆和玉米的间作培肥下，土壤中的磷素可以得到更高效的利用，从而有助于保证玉米的生长。
在旱区使用有机肥替代部分化肥可以显著提高作物的养分吸收效率，减少土壤对化肥的依赖性，并增加土壤中的有机质含量[46]；有机肥替代化肥可以改善土壤的养分情况，同时减少土壤 CO2 的排放量，提升玉米田的碳汇效应[47]。可见，复合种植体系下培肥对玉米、大豆综合表现均有提升，且玉米是体系中的受益方，大豆则是贡献方。
3.3 增碳培肥对复合种植下玉米、大豆的影响
在本研究中，通过不同的增碳培肥处理对玉米大豆间作体系的影响进行了详细探讨，结果表明，控释肥配施有机肥能够显著改善复合种植下玉米大豆的生长、光合性能及产量，并提高肥料的利用效率，这与胡斌等[48]和谢国辉等[49]的研究结果相似。控释肥能有效延长肥料养分的释放时间，避免了养分的过快流失，从而保证了作物在整个生育期内能够持续得到充分的养分供应；且控释肥对土壤中微生物群落的影响较小[50]，有利于维持土壤生态平衡，从而为玉米生长中后期提供稳定的土壤环境。其次，有机肥的加入增加了土壤有机质，能改善土壤结构，提升土壤水肥保持能力和微生物活性，进一步促进了作物的根系发育和养分吸收。此外，控释肥和有机肥的配施还为土壤微生物提供了有效的能源，进而改善土壤结构[51]，这有助于增强作物的抗逆性，特别是在干旱或不利环境下，作物能更好地维持生长。结果表明，合理的肥料管理措施能够显著优化复合种植系统的光合能力与产量构成，为宁南山区旱作提升农业生产效益提供理论依据和实践指导。
然而，本研究也显示出深层土壤养分改良效果较弱的问题，建议在未来研究中探讨更为精准的增碳措施，如合理搭配培肥深度与培肥方式，以进一步优化土壤养分的垂直分布。此外，还应综合考虑增碳培肥对土壤微生物群落影响的研究，不培肥处理下土壤有机质、水解性氮、速效钾含量高于培肥处理的土壤机制尚不明确，具体原因还有待进一步研究。
4 结论
试验表明，玉米、大豆带状复合种植模式中，相较于 CK 处理，CR、CK+M、CR+M 处理对土壤性质、大豆和玉米的光合特性及产量均具有显著影响。相较于 CK 处理，CR、CK+M、CR+M 处理下，土壤含水率、玉米、大豆的净光合速率、叶绿素 SPAD 值和气孔导度均显著提高，玉米、大豆的产量和性状都得到改善。CR+M 处理较 CK 处理玉米产量提高 5.51%，大豆产量提高 20.32%，间作综合产量提高 7.7%。综上所述，在旱作区玉米、大豆带状复合种植条件下，施用控释肥和配施有机肥有利于提高土壤肥力和玉米、大豆产量。