摘要:間套作是指在同一塊土地上同時種植兩種或兩種以上的作物，能夠充分利用有限資源，提升單位面積物質產出，同時還具有多重其他生態效益，是一種基于生物多樣性的可持續農業發展范式。生態系統服務是評價生態系統功能的重要突破口，也是當前生態學領域研究的熱點問題。從生態系統服務的角度論述間套作種植提升農田生態系統服務功能，并從物質產出、土壤肥力維持、生物多樣性保護、水土保持、病蟲草害和有害污染物控制等方面論述了間套作種植提升農田生態系統功能的實踐及機制。在此基礎上，構建了間套作農田生態系統服務功能評價的理論框架和指標體系，并提出了間套作種植農田生態系統未來應加強的研究方向。

　　關鍵詞:間套作;農田;生態系統服務;物質生產;生物多樣性;水土保持;有害物控制;土壤肥力

　　農田生態系統是在人類干預和控制下形成的人工生態系統，具有多種經濟、社會和生態功能［1，2］。農業的集約化、單一化種植，雖然顯著提升了我國糧食產量，并創造了利用世界5%的土地養活世界22%人口的奇跡，卻嚴重制約了農田其他重要生態服務功能的發揮［3-5］。在全球環境變化的大背景下，提升農田生態系統服務功能，探索低投入、高能效利用和能夠自我維持的可持續農業發展模式倍受關注［6-7］。間套作是指在同一塊土地上同時種植兩種或兩種以上作物的一種種植模式。據統計，全球間套作農田面積在1×109hm2以上，約占耕地面積的3%［8-9］，在沒有擴大土地面積的前提下提高了糧食產量，為解決世界人口的溫飽問題做出了重要貢獻。常見的間套作模式主要包括帶狀間作和套作兩種，其中，帶狀間作是指在同一塊田地上的不同行，同時種植兩種或兩種以上的作物，該模式能夠充分地利用有限的土地資源［8］;而套作則是指當一種作物生長到一定階段(通常是快要成熟時) ，在其行間播種另一種或幾種作物，從而能夠充分利用光熱資源，增加復種指數，提高糧產量［9］。

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　　1.提升農田生態系統物質產品產出

　　很多研究表明，與單一種植農田相比，間套種植模式下，通過共生作物在時間和空間上的合理搭配，農田生態系統能有效提高資源利用率和單位面積糧食產出［16，20-23］。據報道，與玉米單一種植相比，玉米和大豆間套作可以提高光能的截獲，降低水分的蒸發，保持土壤含水量［23］，同時，通過調節大豆的密度和布局，還能夠增加玉米的 產 量［24］。如Li等 研 究 發 現，玉米與蠶豆或小麥間作，增施有限的磷肥即可促進玉米增產25%—40%［8］。

　　2.改善農田生態系統環境條件

　　許多研究表明，間套作種植在改善農田生態系統環境方面具有重要的意義，主要表現為:通過提高養分的利用效率和改善土壤質地，減少化學肥料投入;通過減少病蟲草害的發生，降低除草劑、殺蟲劑和殺菌劑的應用;此外，間套作種植還能夠在控制有害重金屬和有機污染物方面發揮重要作用。

　　2．1維持土壤肥力，提高養分利用效率

　　間套作種植能夠提高作物對養分的吸收和利用效率。小麥與玉米間套種植可提高小麥對N、P和K的吸收和利用，從而可使小麥產量提升40%—70%［43］。間套作種植提高養分吸收利用率主要表現在以下幾個方面:1)改善農田土壤物理性狀，促進植物根系發育，如Latif等對豆科植物和玉米間套作的研究表明，豆科植物的引入能夠降低土壤容重和通透阻力，促進間套作系統根系的生長發育［28］。2)改善土壤化學性質［44］，提高微生物活性和土壤有效氮含量［45］，改變農田生態系統土壤的N、P等營養元素在土壤中的轉化和轉移［43，46-47］，從而提高肥料的吸收和利用效率。3)豆類植物根系分泌物還可以酸化根際土壤，促進難溶性土壤磷的活化及玉米對磷的吸收利用［8］。4)間套作農田土壤氮素的淋溶和揮發等流失會適當的降低［43，48］，這也能夠使土壤系統內更多的氮素被有效利用。5)豆科植物與固氮微生物形成根瘤共生體進行固氮作用也能夠有效提高系統內的氮素含量［45］。

　　2．2減輕雜草和病蟲害發生

　　間套作種植能夠有效降低農田生態系統病蟲草害的發生。農田生物多樣性的增加，有利于生態系統的穩定性，通過系統內生物間的相互作用，使嚴重病蟲草害爆發的可能性明顯降低［4］。有研究表明，間套作農田里具有數量較高的害蟲天敵，能夠有效的控制害蟲的數量及其對作物的危害，從而減少殺蟲劑的使用［9］。如Risch對已發表的150篇大田實驗結果進行總結發現，所涉及到的198種作物害蟲豐富度在間套作系統的表現為:其中的53%下降，18%呈上升趨勢，9%無顯著變化，20%表現為不確定［49］。間套作對害蟲的控制機制主要表現在兩個方面(圖2) :首先，間套作改變了寄主植物的鄰居和小氣候環境，如間套作系統內部溫度降低、濕度增大、光照下降將直接影響到害蟲的生長發育［50］。再者，間套作增加了害蟲的天敵數量，如大豆、豌豆和豇豆等豆類與玉米間作套種能夠顯著降低花薊馬、黑蚜、白蟻等害蟲的密度及其對豆類及玉米的危害，這主要就是由間套作增加了害蟲的天敵數量所引起［51］。

　　3.提高農田生態系統服務

　　水土保持和生物多樣性保護是生態系統服務功能發揮的重要表現，研究表明，間套作種植可通過擴大農田地表植被覆蓋和土壤根系分布減少農田水土流失的發生，可通過作物多樣性的提高營造適宜更多昆蟲和土壤生物生活的生境，從而保護更多的生物多樣性。

　　3．1水土保持服務功能提升

　　水土流失包括水蝕和風蝕，是指在水、重力、風等外力作用下，水土資源和土地生產力的破壞和損失［67］。農田生態系統是水土流失最為嚴重的生態系統類型。據統計，全球每年約有7．5×1011t肥沃土壤從農田生態系統流失［68］。因此，如何降低農田(特別是丘陵旱地)土壤侵蝕是農業發展面臨的最為關鍵的環境問題之一，也是當前農業可持續發展面臨的巨大挑戰。

　　3．2生物多樣性保護加強

　　生物多樣性是指生命有機體及其借以生存的生態復合體的多樣性和變異性，主要包括:遺傳多樣性、物種多樣性、生態系統多樣性和景觀多樣性［75］。農田生態系統作為人類干擾最為嚴重的生態系統類型，其生物多樣性主要表現為種植作物及多種動物、植物和微生物的多樣性［76］。在過去的幾十年里，世界范圍內的生物多樣性喪失呈現出空前水平，農業活動是造成生物多樣性喪失的一個重要驅動因素［6，77］，如何通過栽培措施保持農田生態系統生物多樣性面臨著巨大的挑戰［76］。

　　4農田生態系統多服務功能的間套作評價理論框架及指標

　　4．1理論框架的構建

　　在綜述間套作對農田生態系統服務功能的提升和貢獻的基礎上，構建了農田生態系統多服務功能的間套作評價指標體系及理論框架。生態系統服務功能評價指標主要涉及物質生產、土壤肥力維持、病蟲害控制、生物多樣性保護、水土保持和有害污染物控制等6個。對間套作農田生態系統進行多服務功能評價時，首先將單作時的各個生態系統服務功能都標準化為100%，與之相比，間套作時的生態系統服務功或高于100%或低于100%(圖3)。

　　4．2間套作農田生態系統服務功能的量化與標準化

　　參考土地當量比的方法，設計了各個生態系統服務功能在間套作和單作間的比較方法。具體量化方法為:(1)物質生產功能的量化值以土地當量比(LER)進 行表示［10］; (2)土壤肥力維持和生物多樣性保護功能的量化值分別以間套作土壤可利用營養元素含量和農田生物多樣性指數與相應作物凈作土壤的可利用營養元素和生物多樣性指數比值的平均值表示［45，78］。

　　結束語

　　研究表明，到2030年我國人口將達到16億，這意味著我國糧食年增長率要穩定在580Mt左右［5］，才能滿足和人民的需求。然而在全球氣候變化［83］、土地、水、營養等資源匱乏［6］、環境污染加劇［3］的影響下，糧食增產將面臨著巨大的挑戰［7］。如何在這種形式下，提高農業資源利用率和土地產出率實現糧食增產，是科學家和政府共同關注的焦點問題。間套作農田生態系統不但具有為人類的生存與發展提供堅實物質基礎和食物保障的產品服務功能，還具有巨大的環境服務功能價值和生態安全價值［1］，能夠在解決世界糧食安全和農業可持續發展等方面做出一定的貢獻。

　　References:

　　［1］PowerAG．Ecosystemservicesandagriculture:tradeoffsandsynergies．PhilosophicalTransactionsoftheRoyalSocietyB:BiologicalSciences，2010，365(1554) :2959-2971．

　　［2］SwintonSM，LupiaF，RobertsonGP，HamiltonSK．Ecosystemservicesandagriculture:cultivatingagriculturalecosystemsfordiversebenefits．EcologicalEconomics，2007，64(2) :245-252．

　　［3］GuoJH，LiuXJ，ZhangY，ShenJL，HanWX，ZhangWF，ChristieP，GouldingKWT，VitousekPM，ZhangFS．SignificantacidificationinmajorChinesecroplands．Science，2010，327(5968) :1008-1010．

　　蘇本營1，陳圣賓2，李永庚3，楊文鈺1，*