綠洲灌區(qū)小麥間作玉米的棵間蒸發(fā)及其主要影響因子

陳珩　鄭立龍

摘要：通過研究綠洲灌區(qū)小麥間作玉米的棵間蒸發(fā)，確定其主要影響因子。結(jié)果表明，土壤含水量、土壤溫度、葉面積指數(shù)及小麥留茬覆蓋等均為影響棵間蒸發(fā)的主要因子，間作比單作棵間蒸發(fā)量高出3.3%～4.1%，留茬可降低棵間蒸發(fā)3.7%，也可提高土壤溫度2.1～2.5 ℃。在不同供水水平的單作玉米各處理中，表層土壤含水量隨供水量的增大而增大，棵間蒸發(fā)總量也隨供水量的增大而增大。同一供水水平下，高茬收割小麥間作玉米群體的棵間蒸發(fā)量和蒸發(fā)總量低于小麥間作玉米群體。

關(guān)鍵詞：綠洲灌區(qū)；間作；供水水平；土壤含水量； LAI；地溫

中圖分類號(hào)：S513；S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-1463（2018）11-0079-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2018.11.023

Evaporation of Wheat/Corn Intercropping and Its Main Impact Factors

in Oasis Irrigation Areas

CHEN Heng， ZHENG Lilong

（Institute of Agricultural and Economic Information， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：The evaporation of wheat/corn intercropping in oasis irrigation area was studied， and the main influencing factors were determined. The results showed that soil moisture， soil temperature， leaf area index and wheat stubble mulching are the main factor influencing evaporation. The evaporation of intercropping was 3.3%～ 4.1% higher than that of the single cropping， the stubble could reduce the evaporation of intercropping by 3.7% and increase the soil temperature by 2.1～2.5 ℃. In different water supply levels of corn monoculture， the topsoil moisture and evaporation increased with water supply capacity. Under the same water supply level， the evaporation of wheat/corn intercropping with high stubble harvesting of wheat was lower than regular wheat/corn intercropping.

Key words：Oasis Irrigation Areas； Intercropping； Water level； Soil moisture； LAI； Ground temperature

間套作是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，它是一種集約化生產(chǎn)技術(shù)，它通過技術(shù)和勞力的密集投入，在有限的土地上獲得更多的農(nóng)產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)高效[1 ]。合理的間套作可以比單作增產(chǎn)30%～50%以上，部分增產(chǎn)在100%以上[2 ]。小麥玉米間作套種是一種巧用生長(zhǎng)季節(jié)和空間，充分利用地力和熱量資源，改善群體環(huán)境的良好種植方式。但是小麥/玉米帶田也是一種高耗水的栽培方式，水資源嚴(yán)重不足、蒸發(fā)強(qiáng)烈使我國北方地區(qū)的應(yīng)用面臨越來越大的挑戰(zhàn)。

甘肅河西地區(qū)自20世紀(jì)70年代引進(jìn)小麥間作玉米等間作種植模式，創(chuàng)造了“噸糧”、“雙千”等高產(chǎn)高效多熟種植模式，在糧食安全和提高農(nóng)業(yè)效益中做出了巨大貢獻(xiàn)。但是，隨水資源供給量的不斷下降和其它產(chǎn)業(yè)需水量的不斷增大，現(xiàn)有的單位耕地配水量已難以支撐傳統(tǒng)間作模式的應(yīng)用，間作節(jié)水理論和技術(shù)研究亟待開展。我們于2017年對(duì)在不同供水水平和小麥不同留茬方式下，對(duì)比研究了小麥間作玉米與單作小麥、單作玉米的棵間蒸發(fā)特性，并對(duì)棵間蒸發(fā)量與土壤含水量、土壤溫度和作物葉面積指數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了探討，以期為設(shè)計(jì)高效間作節(jié)水技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

指示小麥品種為寧春4號(hào)，指示玉米品種為沈單16號(hào)。

1.2 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年3 — 10月在位于甘肅河西走廊東端的甘肅省武威市涼州區(qū)黃羊鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。屬于灌溉區(qū)，地處北緯37° 3′、東經(jīng)103° 3′，平均海拔1 776 m。年均降水量160 mm，且主要集中在7 — 9月份。年均蒸發(fā)量為 2 400 mm，干燥度為5.85，年均氣溫7.2 ℃。≥0 ℃年均積溫為3 513.4 ℃，≥10 ℃年均積溫為 2 985.4 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 945 h。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦、土層深厚、肥力中上、土質(zhì)疏松、排灌方便，土壤質(zhì)地為砂壤土。耕層土壤含有機(jī)質(zhì)35.2 g/kg、全氮2.68 g/kg、速效氮30 mg/kg、有效磷含量234 mg/kg、速效鉀含量476 mg/kg、全鹽含量2.7 g/kg，pH 7.8。前茬小麥。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)12個(gè)處理，試驗(yàn)處理代碼見表1。試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積25.6 m2，小區(qū)間留走道40 cm。

單作小麥平作：播種密度為675萬粒/hm2，分行種植，行距12 cm，露地條播。

單作玉米平作：播種密度為5 500株/hm2，行距40 cm，株距30 cm，覆膜栽培。

小麥間作玉米：小麥帶寬80 cm、種6行，行距12 cm，播種密度為375萬粒/hm2。玉米帶寬80 cm、種2行，密度52 500株/hm2，行距40 cm、株距24 cm，玉米采用覆膜栽培。高茬收割小麥處理中，小麥留茬30 cm。

施肥量與當(dāng)?shù)厮较喈?dāng)，灌水量在單作小麥中分為3 600、4 050、4 500 m3/hm2 3個(gè)梯度，單作玉米中分5 250、5 700、6 150 m3/hm2 3個(gè)梯度，小麥間作玉米中分6 000、6 600、7 200 m3/hm2 3個(gè)梯度。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 棵間蒸發(fā)量（E） 小麥棵間土壤蒸發(fā)量用自制的PVC微型蒸發(fā)器取小區(qū)原狀土測(cè)定，其高度為15 cm、內(nèi)口徑為11 cm，每小區(qū)安裝1個(gè)，用精度為0.01 g的LP3102型電子天平每天稱重，以計(jì)算土壤棵間蒸發(fā)量。微型蒸發(fā)器中土樣每減少 1 g相當(dāng)于蒸發(fā)水分0.105 1 mm。每10 d測(cè)定1次，于7：00時(shí)取樣，2～3 d后更換其中的土，使其與大田的土壤水分一致，下雨或灌水后加測(cè)。

1.4.2 土壤含水量 作物播種前測(cè)定基礎(chǔ)含水量。作物生長(zhǎng)期間每隔20 d測(cè)定1次0～20 cm表層土壤含水量、20～150 cm土層的土壤含水量，作物收獲后加測(cè)1次。

1.4.3 土壤溫度 用地溫計(jì)分0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm 6個(gè)層次測(cè)定。于每天8：00時(shí)、14：30時(shí)、18：30時(shí)記錄數(shù)據(jù)，每5 d測(cè)1次。小麥間作玉米模式中分小麥帶、玉米帶、小麥玉米交錯(cuò)帶分別測(cè)定

1.4.4 葉面積指數(shù) 定期觀測(cè)小麥的株高和葉面積。小麥定期在邊三行隨機(jī)取10株測(cè)定單株葉面積。玉米定期（不同生育期）在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取5株測(cè)定葉面積。葉面積的測(cè)定均采用長(zhǎng)寬系數(shù)法。葉面積指數(shù)（LAI）用下式計(jì)算

LAI=0.83ρ·■（ai×bi） （小麥）

LAI=0.75ρ·■（ai×bi） （玉米）

其中，ρ為作物種植密度、a和b分別為葉片的長(zhǎng)和寬，i為葉片個(gè)數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)用EXCEL進(jìn)行整理匯總；用SPSS 19.00統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的作物棵間水分蒸發(fā)量

2.1.1 不同處理各生育期內(nèi)的日棵間蒸發(fā)量 不同處理作物各生育期內(nèi)的土壤水分日棵間蒸發(fā)量如圖1。分析發(fā)現(xiàn)，種植模式對(duì)作物生育期日平均棵間蒸發(fā)量的效應(yīng)極顯著（P < 0.01），灌水水平對(duì)作物生育期日平均棵間蒸發(fā)量的效應(yīng)顯著（P < 0.05），種植模式與灌水水平的互作效應(yīng)不顯著（P > 0.05）。

以單作小麥、單作玉米日棵間蒸發(fā)量的加權(quán)平均為對(duì)照，比較間作與單作日棵間蒸發(fā)量差，結(jié)果表明傳統(tǒng)收割小麥間作玉米生育期平均日棵間蒸發(fā)量在3個(gè)灌水梯度下高于單作4.4%～7.1%，留茬收割小麥間作玉米生育期平均日棵間蒸發(fā)量高于單作0.8%～2.6%。相同供水水平下，高茬收割小麥間作玉米與傳統(tǒng)收割小麥間作玉米日棵間蒸發(fā)量相比，留茬抑制間作群體的日棵間蒸發(fā)量，W2 / CI1、W2 / CI2、W2 / CI3 與W1 / CI1、W1 / CI2、W1 / CI3對(duì)應(yīng)相比，日棵間蒸發(fā)量分別降低了4.4%、4.23%和6.2%。

在不同供水水平的單作玉米各處理中，日棵間蒸發(fā)量隨灌水量的增大而增大，C3較C2高1.87%、較C1高4.73%；而在其它處理中表現(xiàn)中供水水平下日棵間蒸發(fā)量大于低水平和高供水水平。

2.1.2 不同處理棵間蒸發(fā)總量 從圖2可知，以單作小麥、單作玉米日棵間蒸發(fā)量的加權(quán)平均為對(duì)照，比較間作與單作棵間蒸發(fā)總量差異，表明傳統(tǒng)收割小麥間作玉米生育期棵間蒸發(fā)總量在3個(gè)灌水梯度下高于單作7.3%～9.4%，留茬收割小麥間作玉米棵間蒸發(fā)總量高于單作6.3%～7.5%。在小麥間作玉米和高茬收割小麥間作玉米種植模式中，同一供水水平下高茬收割小麥間作玉米群體棵間蒸發(fā)量低于小麥間作玉米群體的，處理W2 / CI1比處理W1 / CI1低4.3%，處理W2 / CI2 比處理W1 / CI2低4.5%，處理 W2 / CI3比處理W1 / CI3低6.4%。

在不同供水水平的單作玉米各處理中，棵間蒸發(fā)總量隨供水量的增大而增大，C3較C2高1.53%、較C1高3.94%；而在其它處理中表現(xiàn)出中供水水平下日棵間蒸發(fā)量大于低，高供水水平下的日棵間蒸發(fā)量。

2.2 不同處理中水分消耗影響因子間的差異

2.2.1 各處理生育期內(nèi)表層土壤中的含水量 由圖3可知，比較間作與單作處理加權(quán)平均表層土壤含水量差異，表明傳統(tǒng)收割小麥間作玉米表土土壤含水量在3個(gè)灌水梯度下高于單作0.7%～2.3%，留茬收割小麥間作玉米表土土壤含水量高于單作1.8%～3.7%。小麥間作玉米和高茬收割小麥間作玉米種植模式中，在低水平和中供水水平下，高茬收割小麥間作玉米表土土壤含水量高于小麥間作玉米群體，處理W2 / CI1比處理W1 / CI1高1.6%， 處理W2 / CI2 比處理W1 / CI2高5.7%，而在高供水水平下，處理 W2 / CI3比處理W1 / CI3低9.5%。

在不同供水水平的單作玉米各處理中，表土土壤含水量隨供水量的增大而增大，C3較C2高3.79%、較C1高6.27%；而在單作小麥和留茬收割小麥間作玉米處理中表現(xiàn)出中供水水平下表土土壤含水量大于低，高供水水平下的表土土壤含水量。

2.2.2 不同處理全生育期內(nèi)0～25 cm土層的平均溫度 以單作小麥、單作玉米處理生育期內(nèi)表土土壤溫度的加權(quán)平均為對(duì)照，比較間作與單作處理表土土壤溫度，表明傳統(tǒng)收割小麥間作玉米表土土壤溫度在3個(gè)灌水梯度下高于單作0.9～1.2 ℃，留茬收割小麥間作玉米表土土壤溫度高于單作0.4～0.7 ℃。小麥間作玉米和高茬收割小麥間作玉米種植模式中，高茬收割小麥間作玉米表土土壤溫度低于小麥間作玉米群體的，處理W2 / CI1比處理W1 / CI1低0.58 ℃， 處理W2 / CI2 比處理W1 / CI2低0.02 ℃，處理 W2 / CI3比處理W1 / CI3低0.3 ℃。

在不同供水水平的傳統(tǒng)小麥間作玉米處理中，表土土壤溫度在中供水水平下表現(xiàn)為最低，W1 / CI1較W1 / CI2高0.09 ℃、W1 / CI3較W1 / CI2高0.02 ℃；而在單作小麥，單作玉米及高茬收割小麥間作玉米處理中表現(xiàn)出中供水水平下表層土壤溫度高于低水平和高供水水平下的表層土壤溫度。

2.2.3 不同處理生育期內(nèi)葉面積指數(shù) 葉面積是光合生產(chǎn)的基礎(chǔ)，作物群體的葉面積指數(shù)因時(shí)間而變化，作物出苗后，隨著植株的生長(zhǎng)發(fā)育，葉面積指數(shù)增大，達(dá)到最大值，而后又隨著部分葉片老化變黃或脫落，葉面積指數(shù)逐漸減小。研究發(fā)現(xiàn)，由于小麥和玉米生育期的差異，使得單作群體的葉面積指數(shù)明顯高于間作群體。在不同供水水平的各處理中，葉面積指數(shù)與供水水平呈正相關(guān)關(guān)系，隨著供水量的加大葉面積指數(shù)也隨著增大。在同一供水水平下，高茬收割小麥間作玉米群體的葉面積指數(shù)高于傳統(tǒng)收割小麥間作玉米群體，處理W2 / CI1比處理W1 / CI1高9.2%，處理W2 / CI2比處理W1 / CI2高3.2%，處理W2 / CI3比處理W1 / CI3高6.8%。

2.3 不同處理的棵間蒸發(fā)量與主要影響因子間的關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果（表2）表明，在影響小麥間作玉米的棵間蒸發(fā)的各因素中，土壤含水量、土壤溫度及葉面積指數(shù)均達(dá)極顯著相關(guān)，說明土壤含水量、土壤溫度及葉面積指數(shù)均為影響小麥間作玉米的棵間蒸發(fā)主要因素。

3 小結(jié)與討論

傳統(tǒng)收割小麥間作玉米生育期平均日棵間蒸發(fā)量在3個(gè)灌水梯度下高于單作4.4%～7.1%，棵間蒸發(fā)總量高于單作7.3%～9.4%，土壤含水量高于單作0.7%～2.3%，土壤溫度高于單作0.9～1.2 ℃，留茬收割小麥間作玉米生育期平均日棵間蒸發(fā)量高于單作0.8%～2.6%，棵間蒸發(fā)總量高于單作6.3%～7.5%，表土土壤含水量高于單作1.8%～3.7%，表土土壤溫度高于單作0.4～0.7 ℃，單作群體的葉面積指數(shù)明顯高于間作群體的。

農(nóng)田土壤水分的消耗中，深層滲漏和棵間蒸發(fā)往往被視為無效損耗，并被作為灌溉的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)而進(jìn)行系統(tǒng)研究。其中，在灌溉定額相對(duì)較小的情況下，滲漏可在很大程度上得以控制，但棵間蒸發(fā)量的抑制難度相對(duì)較大[3 - 5 ]。小麥?zhǔn)崭顣r(shí)按一定高度留茬，并硬茬復(fù)種玉米，留茬可提高土壤水分含量，玉米增產(chǎn)效果較好[6 ]。在免耕播種的玉米田中，苗期在0～20 cm的土層中，留茬田比裸露田的土壤含水率高1.6～4.6百分點(diǎn)，有利于干旱條件下玉米苗期的生長(zhǎng)，同時(shí)在炎熱期麥茬可降低土壤溫度2 ℃左右，在低溫時(shí)段可提高2 ℃左右的土壤溫度，即可平衡低溫，促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)[7 ]。麥稈覆蓋使得降水的入滲率高，土壤墑情好，能夠提高自然降水的保蓄率，為播后少雨季節(jié)調(diào)劑余缺奠定了基礎(chǔ)[8 ]。覆蓋可有效地抑制土壤蒸發(fā)；不覆蓋處理的土壤蒸發(fā)與土壤水分呈正相關(guān)，土壤水分越大，土壤表層保持濕潤時(shí)間越長(zhǎng)，蒸發(fā)量越大[9 - 10 ]。作物的棵間蒸發(fā)量還與表土含水量、作物葉面積指數(shù)息息相關(guān)，在正常供水條件下，春小麥全生長(zhǎng)期的棵間蒸發(fā)量占總耗水量（ET） 的21%～23%，棵間蒸發(fā)量與表層土壤含水量（0～10 cm）呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系；棵間蒸發(fā)量占耗水量比例E / ET隨著葉面積指數(shù)LAI的增加而呈冪函數(shù)關(guān)系下降，當(dāng)葉面積指數(shù)LAI < 2時(shí)，EET隨葉面積指數(shù)的增加快速減少，當(dāng)LAI=2～3時(shí)，E / ET下降變緩；當(dāng)LAI > 3時(shí)，E / ET 變化不 大[11 ]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬艷勤，張林霞，車照海. 間作套種中的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2007（7）：12-16.

[2] 馬玉芝，賈春明. 玉米與小麥套種栽培技術(shù)[J]. 雜糧作物，1999，5（17）：23-24.

[3] 柴良植，劉世鐸，李得舉. 大力發(fā)展間作套種提高灌區(qū)綜合效益[J]. 干早地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 1997，15（2）：37-43.

[4] 王 秀，趙四申，賈素梅，等. 麥茬高度對(duì)免耕夏玉米田土壤水分和土壤溫度的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（3）：17-19.

[5] ALLEN J R，SINCLAIR T R，LEMON E R. Radiation and microclimate relationships in multiple cropping systems[J]. Field Crops Research，1976，1：171-200.

[6] 郭永杰，湯 瑩，蔡德榮. 河西綠洲灌區(qū)小麥玉米帶田水肥耦合效應(yīng)與協(xié)同管理模型[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2002（7）：33-34.

[7] 張立強(qiáng)，汪有科. 小麥高留茬田間水分效應(yīng)研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，14（11）：18-19.

[8] 張文慧. 節(jié)水灌溉技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 行業(yè)發(fā)展，2005（5）：27-28.

[9] CHATTERJEE B N，MANDAL B K. Present trends in research on intercropping[J]. J. Agri. Sci.，1992，62：507-518.

[10] 趙二龍，李立科，徐福利，等. 旱地小麥高留茬少耕全程覆蓋高產(chǎn)技術(shù)體系研究[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1998（4）：177-182.

[11] 劉祖貴，孫景生，張寄陽. 風(fēng)沙區(qū)春小麥棵間蒸發(fā)規(guī)律的試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2003，22（6）：60-62.

（本文責(zé)編：鄭立龍）