侯慧芝,張緒成*,湯瑛芳,王紅麗,于顯楓,方彥杰,馬一凡
(1.甘肅省農業科學院旱地農業研究所,甘肅 蘭州 730070; 2.甘肅省旱作區水資源高效利用重點實驗室,甘肅 蘭州 730070; 3.甘肅省農業科學院農業工程咨詢中心,甘肅 蘭州 730070)
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半干旱區全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯/蠶豆間作的產量和水分效應
侯慧芝1,2,張緒成1,2*,湯瑛芳3,王紅麗1,2,于顯楓1,2,方彥杰1,2,馬一凡1,2
(1.甘肅省農業科學院旱地農業研究所,甘肅 蘭州 730070; 2.甘肅省旱作區水資源高效利用重點實驗室,甘肅 蘭州 730070; 3.甘肅省農業科學院農業工程咨詢中心,甘肅 蘭州 730070)
間套作是提高農田資源利用效率和緩解連作障礙的有效措施,但就旱作全膜覆蓋馬鈴薯豆科作物間作的增產機制及其效應,目前缺乏系統研究認識。試驗于2011-2014年在西北黃土高原半干旱區的甘肅省農業科學院定西試驗站進行 (104°36′ E,35°35′ N),以新大坪和臨蠶131為試驗材料,設馬鈴薯單作、蠶豆單作和薯蠶間作3個處理,記載生育期、測定年際土壤含水量,作物產量,計算作物生育期耗水量、水分利用效率、資源競爭力、土地當量比等參數,揭示西北黃土高原旱作區馬鈴薯間作蠶豆對作物生育期、產量、耗水特征和水分利用效率的影響,以評價區域馬鈴薯/蠶豆間作的產量和水分效應。結果表明,馬鈴薯/蠶豆間作的共生期長達100 d以上,共生期耗水占全生育期耗水總量的42.5%~58.3%,是馬鈴薯單作總耗水量的68.2%~86.3%;間作顯著提高了作物耗水量,并使馬鈴薯花后耗水量顯著降低。盡管間作后使產量較馬鈴薯單作在2011和2014年下降18.1%~31.2%,并使不同降水年型的作物水分利用效率顯著下降,但使2012年的作物產量提高了10.6%,而且4年土地當量比達1.3~1.5,蠶豆對于馬鈴薯的資源競爭力為0.31~1.15。所以半干旱區全膜覆蓋馬鈴薯壟溝間作種植具有顯著提高土地生產效率的潛力,但需要通過科學搭配作物組合才能實現增產增效、改善農田環境的目的。
半干旱區;全膜覆蓋;壟溝種植;馬鈴薯間作蠶豆;水分;產量
1.InstituteofDrylandFarming,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070,China; 2.KeyLaboratoryofHighWaterUtilizationonDrylandofGansuProvince,Lanzhou730070,China; 3.InstituteofAgriculturalEconomyandInformationResearch,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070,China
半干旱區由于降水限制,作物產量長期低而不穩。地處黃土高原西北部的甘肅中部半干旱區,年降雨量為300~500 mm,而且春旱頻發,春播作物如小麥(Triticumaestivum)等產量長期徘徊在1500 kg/hm2以下[1]。該區夏播作物如馬鈴薯(Solanumtuberosum)、玉米(Zeamays)的種植面積逐年增加,目前已占總耕地面積的50%以上[2-3]。尤其是近幾年在全膜覆蓋壟溝種植技術的帶動下,馬鈴薯種植面積迅速增加。以定西市為例,近10年的馬鈴薯播種面積逐年增加,占總耕地面積的19%以上[4],成為該區域農業的主導特色產業。
多年地膜覆蓋種植試驗結果表明,半干旱區馬鈴薯在覆蓋種植條件下,季節性干旱脅迫和高濕的雙重并存,不但使有限的水分資源未能充分利用,而且誘發馬鈴薯病害大面積發生,成為制約馬鈴薯產業發展的主要障礙因子[5-7]。2013年甘肅省晚疫病發病面積達到53.3萬hm2,占馬鈴薯總播種面積的76.78%[8]。馬鈴薯病害的大面積發生,不但與連作密切相關[9],而且與7-8月降雨增加、土壤濕度提高造成的田間高溫高濕環境有關[10-11]。因此,如何降低連作風險、優化雨季的農田水熱環境,提高該區有限水資源的利用效率,不但是目前解決馬鈴薯生產中病害障礙的重點問題,而且也是提高該區作物水分生產效率的重點方向。
間作能充分利用光、熱、水以及農田時間和空間等資源,充分發揮邊際效應,提高單位面積的產量和效益[12-14]。研究證明,作物合理間作可產生互補作用[15],如玉米和蠶豆(Viciafaba)間作,有顯著的互補優勢,可促進作物生長發育并提高產量[16];馬鈴薯與燕麥(Avena)間作可增加馬鈴薯葉面積系數,改變光合特性,促進光合作用,提高馬鈴薯塊莖產量[17];與豆科作物間作有利于補充土壤氮元素的消耗等[18-23]。另外,由于間作具有小倒茬和生物隔離等作用,可有效改善土壤生物性狀,降低作物病蟲害尤其是土傳病害的發生概率[24-27]。
綜上所述,間作是目前克服連作障礙、提高農田生產力和資源利用效率的有效措施。然而,在半干旱區發展間套作是否會導致降水總量不足和季節性干旱造成的減產;間作后可能形成的水分競爭對馬鈴薯的水分利用和產量形成有何影響等問題,目前都沒有科學定論。為科學認識以上問題,我們依托4年的大田定位試驗,在全膜覆蓋壟溝種植的條件下,選擇高稈豆科作物——蠶豆為間作作物,通過記載生育期、測定年際土壤含水量,作物產量,計算作物生育期耗水量、水分利用效率、資源競爭力、土地當量比等參數明確半干旱區旱作農田全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯-蠶豆間作的土壤水分效應及其農田生產力,為進一步明確旱作限水條件下作物間作體系對農田生產力的影響及其水分年際平衡,為探索資源高效、生態安全和生產增效的技術途徑提供科學依據。
1.1試驗地概況

圖1 全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯-蠶豆間作示意圖Fig.1 Intercropping model of potato and fababean in ridges and furrows with plastic mulching A:馬鈴薯單作;B:蠶豆單作;C:薯豆間作。A:Monoculture potato;B:Monoculture fababezn;C:Fababean and potato intercropping.
試驗設在甘肅省農業科學院定西試驗站(104°36′ E, 35°35′ N)。該區海拔1970 m,年平均氣溫6.2℃,年輻射總量5898 MJ/m2,年日照時數2500 h,≥10℃年積溫2075.1℃,無霜期140 d,屬中溫帶半干旱氣候。作物一年一熟,為典型旱地雨養農業區。年均降水量415 mm,6-9月降水量占年降水量的68%,降水相對變率為24%,400 mm降水保證率為48%。試驗區土壤為黃綿土, 0~30 cm土層平均容重1.25 g/cm3,田間持水量為21.18%,永久凋萎系數為7.2%,土壤有機質、全N、全P、全K、NH4+-N、NO3-N、速效P、速效K分別為 11.99 g/kg、1.16 g/kg、25.3 mg/kg、172.8 mg/kg、4.8 mg/kg、0.8 mg/kg、8.67 mg/kg和121.50 mg/kg,pH值8.35。
1.2試驗設計
本試驗為2011-2014年的定位試驗,采用完全隨機排列,設3個處理,分別是蠶豆單作(MF)、馬鈴薯單作(MP)和馬鈴薯與蠶豆間作(IMF),每個處理3次重復。本試驗3個處理均采用全膜覆蓋壟溝種植,壟寬60 cm,壟高15 cm,溝寬40 cm,帶寬100 cm。馬鈴薯種植在壟的兩側,蠶豆種植在溝內,種植方式見圖1。各處理蠶豆和馬鈴薯密度均為 4.95萬株/hm2。供試馬鈴薯品種為新大坪,蠶豆品種為臨蠶131。小區面積=6.0 m×7.5 m=45 m2。各處理施肥量均為:有機肥30 t/hm2(有機肥種類為腐熟羊糞,養分含量為有機質57.12%、水解氮1875 mg/kg、速效磷1402.4 mg/kg、速效鉀10968 mg/kg),P2O560 kg/hm2,K2O 22.5 kg/hm2,全作基肥,N 90 kg/hm2,其中60%作基肥,40%作花期追肥。馬鈴薯植株大部分轉黃并逐漸枯萎,塊莖停止增重,即可收獲;蠶豆葉片凋落,中下部豆莢充分成熟,即可收獲。
根據甘肅省農業科學院定西試驗站氣象資料統計(甘肅省定西市安定區團結鎮唐家堡村,104°36′ E,35°35′ N),2011年試驗區全年降雨量為346.4 mm,蠶豆生育期降雨量為144 mm,馬鈴薯生育期降雨量為232.8 mm,屬于嚴重的欠水年份(圖2);2012年試驗區全年降雨量為484.4 mm,蠶豆生育期降雨量為222 mm,馬鈴薯生育期降雨量為394.6 mm,屬于平水年份;2013年試驗區全年降雨量為551.9 mm,蠶豆生育期降雨量為370.9 mm,馬鈴薯生育期降雨量為445.1 mm,屬于豐水年份;2014年試驗區全年降雨量為482.2 mm,蠶豆生育期降雨量為237.2 mm,馬鈴薯生育期降雨量為287.4 mm,屬于平水年份,但季節分配不均。所以試驗區降雨量年際間變率比較大,年際內季節分配不均,對蠶豆和馬鈴薯的生長造成一定影響,導致產量極不穩定。
1.3測定指標與計算方法
1.3.1土壤貯水量根據土壤容重和土壤含水量計算,用土鉆取各小區 0~200 cm土樣,測定步長為20 cm,用烘干稱重法測定土壤含水量,不同生育期測定。單作蠶豆和單作馬鈴薯每小區在溝、壟各設2個測定點;間作區在馬鈴薯帶、蠶豆帶、交錯帶分別設1個測定點。
1.3.2產量成熟期按小區收獲計產,間作處理2種作物分別收獲。馬鈴薯折合產量=馬鈴薯鮮薯產量/5[28],蠶豆折合產量=蠶豆籽粒產量。間作處理產量按兩種作物占地比例折合計算,Yipf=(Ymp/Smp+Ymb/Smb)/2,式中,Yipf代表薯豆間作產量,Ymp代表馬鈴薯折合產量,Smp代表間作中馬鈴薯占地比例,Smb代表間作中蠶豆占地比例,Ymb代表蠶豆產量。
1.3.3作物水分利用效率WUE=Y/ET,式中,Y為不同處理的經濟產量;ET為處理的總耗水量。ET=(播前土壤貯水量-收獲后土壤貯水量)+生育期內降雨量。計算間作區ET時,播前土壤貯水量為間作蠶豆播前的土壤貯水量,收后土壤貯水量指間作馬鈴薯收獲后的貯水量,降雨量為蠶豆播種到馬鈴薯收獲期的降雨量[29]。

圖2 2011-2014年試驗區降水分布和平均氣溫變化Fig.2 Precipitation and average air temperature in test areas from 2011 to 20143月上:in early March;3月中:in middle March;3月下:in late March。以此類推And so on.
1.3.4土地當量比(LER)LER=(Yir/Ymr)+(Yif/Ymf),式中:Yir和Yif分別代表間作蠶豆和間作馬鈴薯的產量,Ymr和Ymf分別代表單作蠶豆和單作馬鈴薯的產量。
1.3.5種間相對競爭力種間相對競爭力(aggressivity)表示兩種作物對資源的競爭能力[30]。
Arf=Yir/(Ymr·Pr)-Yif(Ymf·Pf)
式中:Arf為蠶豆相對于馬鈴薯的資源競爭力;Pr和Pt分別為間作中蠶豆和馬鈴薯所占的比例,Pr=2/5,Pf=3/5;Yir和Yif分別代表間作總面積上蠶豆和馬鈴薯的產量;Ymr和Ymf分別代表單作蠶豆和單作馬鈴薯的產量。當Arf>0,表明蠶豆競爭能力強于馬鈴薯;當Arf<0,表明蠶豆競爭能力弱于馬鈴薯。
1.4數據處理與分析
運用Microsoft Excel 2007 軟件計算并作圖,DPS 9.50數據處理軟件進行方差分析,用Tukey 法檢驗處理間的差異顯著性。
2.1不同種植方式對作物生育期的影響
與單作相比,間作延長了蠶豆和馬鈴薯的生育期,蠶豆的延長天數在7~15 d,其中2012年延長天數最長;馬鈴薯生育期延長了5~7 d。就作物生育期而言,間作對蠶豆的影響大于馬鈴薯。間作主要延長了蠶豆花后生育天數,達5~13 d,花前生育天數延長了2~3 d;馬鈴薯間作后使花前生育天數延長了4~6 d,花后生育天數延長1~2 d。因此,間作主要延長了蠶豆花后生育天數和馬鈴薯花前生育天數。間作后馬鈴薯和蠶豆的共生期在101~106 d,分別占蠶豆和馬鈴薯總生育期的82.4%和74.5%。因此,間作對作物生育期有明顯的影響,延遲了作物的發育進程,而且兩種作物的共生期較長(表1)。

表1 不同種植方式對作物生育期的影響Table 1 The crop growth stage of different planting method
2.2間作對作物產量的影響
2011和2014年馬鈴薯單作產量顯著高于薯豆間作和蠶豆單作,在2012和2013年馬鈴薯單作和薯豆間作之間無顯著差異,均顯著地高于蠶豆單作(表2)。單作馬鈴薯的產量顯著高于間作馬鈴薯,表明蠶豆和馬鈴薯間作對馬鈴薯的生長發育和產量形成有顯著的抑制作用;雖然間作蠶豆的產量同樣顯著低于單作蠶豆產量,但下降幅度明顯低于馬鈴薯。表明在薯蠶間作體系中,馬鈴薯對間作群體產量的貢獻率大于蠶豆,而蠶豆的競爭力高于馬鈴薯。作為以馬鈴薯為主體作物的間作體系中,選擇競爭力較弱的作物進行間作,可能更有利于作物體系生產力和資源利用效率的提高。

表2 2011-2014年各處理的產量比較Table 2 Yields of different treatments in 2011-2014 kg/hm2
注:數據為3個重復的平均值。同列中不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。
Note:Data are means of three replicates. Means followed by different letters are significantly different among treatments atP<0.05.
2.3間作對不同生育階段土壤貯水量的影響
不同處理農田 0~200 cm 土壤貯水量季節變化與馬鈴薯和蠶豆生育進程及降雨分布有密切關系(圖3)。與2011年播前相比,采用全膜覆蓋壟溝種植使土壤0~200 cm土層的貯水量逐年增加,2014年收獲后,蠶豆單作、馬鈴薯單作和間作處理土壤貯水量分別增加了192.4、203.7和174.7 mm。4年的試驗結果均顯示,間作處理土壤貯水量低于單作處理,而且在馬鈴薯現蕾期到塊莖膨大期達到顯著水平,表明間作使土壤貯水量顯著下降,造成了馬鈴薯和蠶豆之間的水分競爭。

圖3 不同種植模式0~200 cm土層的土壤貯水量Fig.3 The soil water storage in 0-200 cm profile of different planting methods MF:蠶豆單作;IPF:薯豆間作;MP:馬鈴薯單作;BF:蠶豆播前;BP:馬鈴薯播前;BU:馬鈴薯現蕾期;FL:馬鈴薯開花期;TE:薯塊膨大期;HA:馬鈴薯收獲期。下同。MF:Monoculture fababean;IPF:Fababean and potato intercropping;MP:Monoculture potato;BF:Before faba-bean sowing;BP: Before potato sowing;BU:Budding of potato;FL:Flowering of potato;TE:Tuber enlargement of potato;HA:Harvesting of potato. The same below.
2.4間作對作物耗水量的影響

圖4 不同種植模式的農田耗水量 Fig.4 The evapotranspiration of different planting methods BF:花前;AFF-BPF:蠶豆花后-馬鈴薯花前;AF:花后。BF:Before flowing;AFF-BPF:After fababean flowing-before potato flowing;AF:After flowering.同一年份不同字母表示不同處理差異顯著(P<0.05)。下同。Different letters above bars in the same year mean significant difference among treatments at P<0.05 level. The same below.
間作和單作處理的花前花后耗水有顯著差異(圖4)。馬鈴薯花前耗水量顯著高于花后,占全生育期耗水量的66.2%~82.2%;而蠶豆則相反,花前耗水量占全生育期總耗水量的22.9%~42.4%。除干旱年份(2011年)外,2012-2014年蠶豆花后到馬鈴薯花前的耗水量占間作處理總耗水量的55.0%~60.5%。因此,蠶豆花后和馬鈴薯花前是耗水旺盛期,而這一時期正是兩種作物的共生期,這會造成更為激烈的水分競爭,對經濟產量的形成造成一定的不利影響。作物全生育期耗水量因降水量增加而增加,證明在全生育期存在水分虧缺。間作較單作耗散更多的土壤水分,達到顯著差異水平。
2.5間作對作物水分利用效率的影響
馬鈴薯單作4年的農田水分利用效率均最高,為12.9~19.2 kg/(hm2·mm) ,平均為14.43 kg/(hm2·mm),4年均顯著地高于薯豆間作和蠶豆單作處理。薯蠶間作處理4年農田水分利用效率為8.16~11.09 kg/(hm2·mm),平均為9.40 kg/(hm2·mm),均高于蠶豆單作處理,而且在干旱年份(2011年)達到顯著差異水平(圖5)。與馬鈴薯單作相比,間作降低了水分利用效率;雖然間作較蠶豆單作能夠提高水分利用效率,但無顯著性差異。因此,在半干旱區采用全膜覆蓋壟溝種植進行馬鈴薯和蠶豆間作,不能明顯改善作物的水分利用效率。
2.6間作作物種間相對競爭力及間作對土地利用效率的影響
蠶豆對于馬鈴薯的資源競爭力Arf在2011-2014年分別為0.31、1.15、1.03和0.61,均大于0,說明間作蠶豆對水分及養分等資源的競爭力強于馬鈴薯,尤其是在平水年和豐水年。間作處理2011-2014年的LER分別為1.52、1.38、1.33和1.36,均大于1,說明薯蠶間作處理具有提高土地利用效率的作用(圖6)。蠶豆和馬鈴薯對LER的貢獻因年份而異,干旱年份(2011年)間作馬鈴薯和單作馬鈴薯的產量比為0.84,而間作蠶豆和單作蠶豆的產量比為0.68,馬鈴薯對LER的貢獻高于蠶豆,而在平水年和豐水年則相反。表明在水分限制條件下馬鈴薯和蠶豆間作,能夠提高土地利用效率;在土壤水分含量較低時,馬鈴薯有較強的生產能力,但在土壤水分含量較高時,蠶豆對水分的利用能力較強。

圖5 不同種植模式的作物水分利用效率Fig.5 The crop water use efficiency (WUE) of different planting methods

圖6 不同年份間作種間相對競爭力及間作處理的土地當量比Fig.6 LER (land equivalent ratio) and Arf (aggressivity) of intercropping treatments in different years
間作是提高土地生產力、改善作物根際土壤環境的重要技術措施[12-15],但間作使作物體系耗水量增加[31-33]。因此,在水分限制條件下發展間作種植,必須要充分考慮水資源承載力[34]。馬鈴薯是西北黃土高原半干旱區的優勢特色作物,但目前連作面積逐年擴大。而且,在地膜覆蓋條件下,連續4年種植馬鈴薯使土壤0~200 cm土層的貯水量增加了200 mm。因此,為克服該區域馬鈴薯連作障礙問題,發展馬鈴薯間作有一定的水分基礎條件。試驗結果表明,在2011-2014年期間,無論是間作還是單作,都使土壤水分有一定的改善,單作馬鈴薯和間作馬鈴薯的土壤貯水量分別增加了203.8和174.7 mm。
雖然在4年試驗期間單作和間作馬鈴薯的土壤水分均有顯著增加,但間作與單作相比,除2012年略有增產外,2011、2013和2014年分別減產18.1%、6.2%和31.2%。2014年由于在馬鈴薯和蠶豆花期的7月份出現嚴重季節性干旱,間作處理顯著減產,這與馬鈴薯向日葵(Helianthusannuus)間作的結果相一致[35]。間作較單作的耗水量在4年均有顯著增加,2011-2014年分別增加了60.3%、51.4%、48.0%和31.9%,耗水量的增加并未引起產量的相應增加,這主要與生育期耗水特征有關[36]。提高花后耗水量對增加產量有積極作用[36], 2012年間作馬鈴薯的花后耗水量占總耗水量的27.7%,顯著高于單作處理的18.0%, 2012年間作處理產量高于單作;2013-2014年間作的花后耗水比例分別為24.4%和23.3%,而單作為29.8%和33.8%,間作處理的產量低于單作,并在2014年達到顯著差異。另外,馬鈴薯-蠶豆共生期的耗水量占總耗水量的比例也是影響產量的關鍵因子, 2013-2014年共生期耗水量占總耗水量的比例在55%以上,間作有顯著減產。因此,年際間降水量和分布狀況對馬鈴薯花前花后耗水有顯著影響,并調節馬鈴薯和蠶豆共生期的耗水量,最終導致間作和單作產量的年際間差異。年際間間作和單作耗水過程和產量的差異表明,調節耗水過程(花前花后、共生期的耗水量)對馬鈴薯產量形成有明顯作用。受耗水量和生育期耗水分配的影響,間作的水分利用效率高于蠶豆,但顯著低于單作馬鈴薯。表明在半干旱區,地膜覆蓋馬鈴薯蠶豆間作雖然在特殊年份能夠提高產量,但受季節性干旱、耗水總量增加和生育期耗水分配的影響,對農田經濟產量水分生產潛力的發揮有負面作用。
綜上所述,薯豆間作未能穩定提高農田生產力和水分利用效率的原因可能和二者共生期長、馬鈴薯花后耗水量下降以及兩種作物間作耗水量較高有關。因此,在半干旱區發展地膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯間作技術,需要選擇與馬鈴薯共生期相對較短、耗水量較低,且資源競爭力相對較低的豆科作物,才能實現在穩定提高農田生產力和水分生產效率的基礎上,改善農田土壤環境,以達到區域馬鈴薯產業持續穩定發展的目標。
References:
[1]Xiao G J, Wang J. Research on progress of rainwater harvesting agriculture on the Loess Plateau of China. Acta Ecologica Sinica, 2003, 23(5): 1003-1011.
[2]Shi Y T, Chen Y L, Liu S H,etal. Influence of different mulching models on soil moisture and temperature, and yield of potato in semi-arid land. Chinese Potato Journal, 2013, 27(1): 19-24.
[3]Qin S H, Zhang J L, Wang D,etal. Effects of limited supplemental irrigation on potato in the semiarid areas of middle Gansu Province. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37(1): 138-145.
[4]Zhao H. Effects of Ridge and Furrow Mulching with Plastic Film on Yield and Water Use Efficiency of Potato in Semi-arid Agroecosystem (Dingxi)[D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2012.
[5]Wang D W, Cheng D J, Liu S Q,etal. Effect of ridging and fertilization and plastic film covering technique for potato in semiarid region with cold climate and high elevation. Agricultural Research in the Arid Areas, 2001, 19(1): 14-19.
[6]Tian Y, Su D, Li F, Li X. Effect of rainwater harvesting with ridge and furrow on yield of potato in semiarid areas. Field Crops Research, 2003, 84: 385-391.
[7]Wang Q, Zhang E H, Li F M,etal. Runoff efficiency and the technique of micro-water harvesting with ridges and furrows, for potato production in semi-arid areas. Water Resour Manage, 2008, 22: 1431-1443.
[8]Gansu Economic Daily. Occurrence area of phytophthora infestans is over 8000,000 acres in Gansu in 2013[EB/OL]. 2013-07-17. http://gsjjb. gansudaily. com. cn/system/2013/07/17/014500123. shtml.
[9]Hui Z L. Study on the Physiological Mechanism of Potato Continuous Cropping Obstacle and its Regulation[D]. Lanzhou: Gansu Agricultural University, 2013.
[10]Yao Y B, Zhang C J, Wan X,etal. Climatic changes and its influence on the development of potato late blight——A case study on Dingxi of Gansu Province. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2010, 24(1): 173-178.
[11]Yao Y B, Wang R Y, Deng Z Y,etal. Effects of climate change on potato growth in semi-arid region of Loess Plateau, China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 21(2): 379-385.
[12]Ameyaw K O, Harris P M. Intercropping potatoes in early spring in a temperate climate. 1. Yield and intercropping advantage. Potato Research, 2001, 44:53-61.
[13]Ma Z L. Marginal effects and mechanism of increasing yield of fava beans and potatoes intercropping system. Hubei Agricultural Sciences, 2014, 53(10): 2254-2256, 2272.
[14]Meng W W, Wang X Q, Liu J,etal. Research advances on resource utilization, yield and economic benefit in maize-soybean intercropping system. Shandong Agricultural Sciences, 2013, 45(3): 132-135.
[15]Gou F, Zhang L Z, Dong W L,etal. Productivity of strip intercropping systems in agro-pastoral ecotone. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(6): 129-141.
[16]Li L, Zhang F S, Li X L,etal. Interspecific facilitation of nutrient uptake by intercropped maize and faba bean. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2003, 65: 61-71.
[17]Wu N, Liu X X, Liu J L,etal. Effect of intercropping potatoes with oats on the photosynthetic characteristics and yield of potato. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(8):65-72.
[18]Zhao P, Zheng Y, Tang L,etal. Effect of N supply and wheat/faba bean intercropping on N uptake and accumulation of wheat. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(4): 742-747.
[19]Xiao Y B. Interspecific Competition for Nutrients and Nitrogen Transfer Between the Intercropped Legume and Cereal[D]. Beijing: China Agricultural University, 2003.
[20]Xiao Y B, Li L, Zhang F S. The interspecific nitrogen facilitation and the subsequent nitrogen transfer between the intercropped wheat and fababean. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(5): 965-973.
[21]Dong W L, Yu Y, Zhang L Z,etal. Nitrogen uptake and utilization in sunflower and potato intercropping. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(7): 98-108.
[22]Li X P, Mu Y H, Cheng Y B,etal. Effects of intercropping sugarcane and soybean on growth, rhizosphere soil microbes, nitrogen and phosphorus availability. Acta Physiologiae Plantarum, 2013, 35: 1113-1119.
[23]Zhang F S, Li L. Using competitive and facilitative interactions in intercropping systems enhances crop productivity and nutrient-use efficiency. Plant and Soil, 2003, 248: 305-312.
[24]Du C Z, Chen H, Li Y H,etal. Prevention and control effect of intercropping faba bean and potato on faba bean chocolate spot disease. Plant Protection, 2013, 39(2): 180-183.
[25]Chai Q, Huang P, Huang G B. Effect of intercropping on soil microbial and enzyme activity in the rhizosphere. Acta Prataculturae Sinica, 2005, 14(5): 105-110.
[26]Wang C M. Effects of Potato Continuous Cropping and Intercropping Regulation on Rhizosphere Soil[D]. Ningxia: Ningxia University, 2014.
[27]Yin W, Chai Q, Hu F L. Performance of yield and WUE in wheat-maize intercropping and rotation under reducedtillage. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2013, 22(6): 47-52.
[28]Tang W G, Xiao X P, Tang H M,etal. Effects of different planting patterns on water use of soil and crops annual productivity in southern hilly dryland. Scientia Acricultura Sinica, 2014, 47(18): 3606-3617.
[29]Lu H D, Jia Z K, Yang B P,etal. Influence of different grain-grass intercropping system on yield and soil water use efficiency on sloping lands in dryland areas of south Ningxia Hui Autonomous Region. Acta Agrestia Sinica, 2010, 18(2): 242-246.
[30]Liu Y C, Tang L, Zheng Y. Researches on soil water use efficiency in maize-potato intercropping system. Journal of Yunnan Agricultural University, 2013, 28(6): 871-877.
[31]Chai Q, Yang C H, Huang G B. Water use characteristics of alternately irrigated wheat/maize intercropping in oasis region of northwestern china. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37(9): 1623-1630.
[32]Fan S J, Wang D, Zhang J L,etal. Effects of tillage strategies on the topsol water content and the yield of potato. Acta Prataculturae Sinica, 2012, 21(2): 271-279.
[33]Gao S M, Zhang X C, Wang Y H. Influence of different mulching and Furrow-ridge planting motheds on soil moisture and yield of potato on dryland. Journal of Soil and Water Conservation, 2010, 24(1): 249-256.
[34]Qin J H, Pang B P, Meng M L,etal. Water consumption regulation of potato under drip irrigation mulched. Journal of Irrigation and Drainage, 2013, 32(1): 47-50.
[35]Dong W L, Zhang L Z, Yu Y,etal. Productivity and water use in sunflower intercropped with potato. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(18): 127-133.
[36]Xiao H J, Sun R F, He J F,etal. Effects of different water-supply on yield and water consumption characteristics of potato. Guizhou Agricultural Sciences, 2011, 39(1): 73-75.
[1]肖國舉, 王靜. 黃土高原集水農業研究進展. 生態學報, 2003, 23(5): 1003-1011.
[2]石有太, 陳玉梁, 劉世海, 等. 半干旱區不同覆膜方式對土壤水分溫度及馬鈴薯產量的影響. 中國馬鈴薯, 2013, 27(1): 19-24.
[3]秦舒浩, 張俊蓮, 王蒂, 等. 隴中半干旱區馬鈴薯集雨限灌效應研究. 作物學報, 2011, 37(1): 138-145.
[4]趙鴻. 黃土高原(定西)旱作農田壟溝覆膜對馬鈴薯產量和水分利用效率影響[D]. 蘭州: 蘭州大學, 2012.
[5]王殿武, 程東娟, 劉樹慶, 等. 高寒半干旱區馬鈴薯聚壟集肥覆膜技術效應. 干旱地區農業研究, 2001, 19(1): 14-19.
[8]甘肅經濟日報. 今年甘肅省馬鈴薯晚疫病發生面積或超800萬畝[EB/OL]. 2013-07-17. http://gsjjb.gansudaily.com.cn/system/2013/07/17/014500123. shtml.
[9]回振龍. 馬鈴薯連作障礙生理機制及其調控的研究[D]. 蘭州: 甘肅農業大學, 2013.
[10]姚玉璧, 張存杰, 萬信, 等. 氣候變化對馬鈴薯晚疫病發生發展的影響——以甘肅省定西市為例. 干旱區資源與環境, 2010, 24(1): 173-178.
[11]姚玉璧, 王潤元, 鄧振鏞, 等. 黃土高原半干旱區氣候變化及其對馬鈴薯生長發育的影響. 應用生態學報, 2012, 21(2): 379-385.
[13]馬子林. 馬鈴薯間作蠶豆的邊行效應及增產機理. 湖北農業科學, 2014, 53(10): 2254-2256, 2272.
[14]孟維偉, 王旭清, 劉佳, 等. 玉米大豆間作對資源利用及產量、效益影響的研究進展. 山東農業科學, 2013, 45(3): 132-135.
[15]茍芳, 張立禎, 董宛麟, 等. 農牧交錯帶不同間套作模式的土地生產力. 農業工程學報, 2013, 29(6): 129-141.
[17]吳娜, 劉曉俠, 劉吉利, 等. 馬鈴薯/燕麥間作對馬鈴薯光合特性和產量的影響. 草業學報, 2015, 24(8): 65-72.
[18]趙平, 鄭毅, 湯利, 等. 小麥蠶豆間作施氮對小麥氮素吸收、累積的影響. 中國生態農業學報, 2010, 18(4): 742-747.
[19]肖焱波. 豆科/禾本科間作體系中養分競爭和氮素轉移研究[D]. 北京:中國農業大學, 2003.
[20]肖焱波, 李隆, 張福鎖. 小麥/蠶豆間作體系中的種間相互作用及氮轉移研究. 中國農業科學, 2005, 38(5): 965-973.
[21]董宛麟, 于洋, 張立禎, 等. 向日葵和馬鈴薯間作條件下氮素的吸收和利用. 農業工程學報, 2013, 29(7): 98-108.
[24]杜成章, 陳紅, 李艷花, 等. 蠶豆馬鈴薯間作種植對蠶豆赤斑病的防控效果. 植物保護, 2013, 39(2): 180-183.
[25]柴強, 黃鵬, 黃高寶. 間作對根際土壤微生物和酶活性的影響研究. 草業學報, 2005, 14(5): 105-110.
[26]汪春明. 馬鈴薯連作栽培與間作調控對根際土壤的影響[D]. 寧夏: 寧夏大學, 2014.
[27]殷文, 柴強, 胡發龍. 少耕輪作小麥間作玉米的產量表現和水分利用效率. 西北農業學報, 2013, 22(6): 47-52.
[28]湯文光, 肖小平, 唐海明, 等. 不同種植模式對南方丘陵旱地土壤水分利用與作物周年生產力的影響. 中國農業科學, 2014, 47(18): 3606-3617.
[29]路海東, 賈志寬, 楊寶平, 等. 寧南旱區坡地不同糧草間作模式下產量和土壤水分利用效應. 草地學報, 2010, 18(2): 242-246.
[30]劉英超, 湯利, 鄭毅. 玉米馬鈴薯間作作物的土壤水分利用效率研究. 云南農業大學學報, 2013,28(6): 871-877.
[31]柴強, 楊彩紅, 黃高寶. 交替灌溉對西北綠洲區小麥間作玉米水分利用的影響. 作物學報, 2011, 37(9): 1623-1630.
[32]范士杰, 王蒂, 張俊蓮, 等. 不同栽培方式對馬鈴薯土壤水分狀況和產量的影響. 草業學報, 2012, 21(2): 271-279.
[33]高世銘, 張緒成, 王亞宏. 旱地不同覆蓋溝壟種植方式對馬鈴薯土壤水分和產量的影響. 水土保持學報, 2010, 24(1): 249-256.
[34]秦軍紅, 龐保平, 蒙美蓮, 等. 馬鈴薯膜下滴灌耗水規律的研究. 灌溉排水學報, 2013, 32(1): 47-50.
[35]董宛麟, 張立禎, 于洋, 等. 向日葵和馬鈴薯間作模式的生產力及水分利用. 農業工程學報, 2012, 28(18): 127-133.
[36]肖厚軍, 孫銳鋒, 何佳芳, 等. 不同水分條件對馬鈴薯耗水特性及產量的影響. 貴州農業科學, 2011, 39(1): 73-75.
*Effects of potato-fababean intercropping on crop productivity and soil water under a plastic mulch and ridge-furrow planting system in a semiarid area
HOU Hui-Zhi1,2, ZHANG Xu-Cheng1,2*, TANG Ying-Fang3, WANG Hong-Li1,2, YU Xian-Feng1,2,
FANG Yan-Jie1,2, MA Yi-Fan1,2
Intercropping is an efficient way to increase natural resource use efficiency and reduce the obstacles resulting from continuous cropping. However, little research has focused on yield increment mechanisms associated with potato and legume intercropping utilizing furrow-ridge planting with plastic mulch. A 4 years (2011-2014) field study was conducted at the Dingxi Experimental Station, Gansu Academy of Agricultural Sciences (104°36′ E, 35°35′ N), located on the northwest Loess Plateau. Potato (xindaping) and fababean (lincan131)were used during the study. Three treatments were imposed: 1) potato monoculture, 2) fababean monoculture, and 3) intercropped potato-fababean. Measurements included seasonal and yearly soil water content, crop productivity, crop seasonal water consumption, water use efficiency, individual species competitiveness and subsequently, land equivalent rate calculated. The paragenesis period of potato and fababean was more than 100 days; evaportranspiration in this period accounted for 42.5%-58.3% of total evaportranspiration of the intercrop treatment, and 68.2%-86.3% of total evaportranspiration for the potato treatment. The intercrop produced lower yields, 18.1 % and 31.2% in 2011 and 2014 respectively compared with the potato treatment. Crop water use efficiency was also lower in the intercrop. However, the intercrop yield was significantly higher (10.6%) in 2012 compared with the potato treatment. The land equivalent rate reached 1.3-1.5 and the competitiveness of fababean relative to that of potato ranged from 0.31-1.15 through the 4 years of the study. Intercropping could increase potential productivity under plastic mulching and ridge-furrow planting systems in semiarid areas, but selecting appropriate crop species for intercrop systems is necessary to increase both crop productivity and natural resource use efficiency, as well as improve the cropland environment.
semiarid region; whole plastic mulching; ridge-furrow planting; potato-fababean intercropping; soil water; yield
10.11686/cyxb2015382
http://cyxb.lzu.edu.cn
2015-08-31;改回日期:2015-11-09基金項目:甘肅省科技重大專項(1502NKDA003),國家科技支撐計劃(2015BAD22B04)和農業部公益性行業(農業)科研專項(201203031)資助。
侯慧芝(1980-),女,甘肅西峰人,助理研究員,在讀博士。E-mail:houhuizhi666@163.com
Corresponding author. E-mail:gszhangxuch@163.com
侯慧芝,張緒成,湯瑛芳,王紅麗,于顯楓,方彥杰,馬一凡. 半干旱區全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯/蠶豆間作的產量和水分效應. 草業學報, 2016, 25(6): 71-80.
HOU Hui-Zhi, ZHANG Xu-Cheng, TANG Ying-Fang, WANG Hong-Li, YU Xian-Feng, FANG Yan-Jie, MA Yi-Fan. Effects of potato-fababean intercropping on crop productivity and soil water under a plastic mulch and ridge-furrow planting system in a semiarid area. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(6): 71-80.