水肥調控下蘋果-玉米間作系統作物生長及經濟效益分析

高 飛，王若水，2，許華森，王冬梅，楊宗儒

(1.北京林業大學水土保持學院， 北京 100083； 2.山西吉縣森林生態系統國家野外科學觀測站， 山西 吉縣 042200；3.山西吉縣林業服務中心， 山西 吉縣 042200)

水肥調控下蘋果-玉米間作系統作物生長及經濟效益分析

高 飛1，王若水1，2，許華森1，王冬梅1，楊宗儒3

(1.北京林業大學水土保持學院， 北京 100083； 2.山西吉縣森林生態系統國家野外科學觀測站， 山西 吉縣 042200；3.山西吉縣林業服務中心， 山西 吉縣 042200)

為了探求適用于晉西黃土區果糧間作系統的水肥管理制度，以當地典型的蘋果-玉米間作系統為研究對象，通過設置二因素三水平水肥耦合試驗，分析不同水肥調控下玉米灌漿期穗位葉葉綠素和葉水勢相對含量及水平分布特征，從而建立灌水量、施肥量與各葉片生理指標及產量的回歸關系，進一步分析各處理投入產出值及經濟收益。試驗設置灌水量上限三水平分別為：田間持水量(Fc)的50%(W1)、65%(W2)和85%(W3)，施肥量分別為：N 289 kg·hm-2+P2O5118 kg·hm-2+K2O 118 kg·hm-2(F1，70%經驗施肥量)、N 412.4 kg·hm-2+P2O5168.8 kg·hm-2+K2O 168.8 kg·hm-2(F2，100%經驗施肥量)、N 537 kg·hm-2+P2O5219 kg·hm-2+K2O 219 kg·hm-2(F3，130%經驗施肥量)。結果表明：水肥調控對植物葉綠素含量影響較小，對葉水勢影響較大；隨著施肥量的增加，植物葉水勢、葉面積指數及產量均逐漸減小；不同水肥調控措施通過種間競爭對葉片生理參數產生的影響不同。玉米葉綠素隨著距樹行距離的增加而逐漸遞增，不同灌溉水平對距樹不同距離處玉米葉水勢影響差異較大。多元回歸分析結果顯示：當全生育期氮肥施用量為289 kg·hm-2、磷肥施用量為118 kg·hm-2、鉀肥施用量為118 kg·hm-2，間作系統可獲得較高的產量，理論最大值分別為10 133.50 kg·hm-2、10 205.90 kg·hm-2。在本次試驗設計范圍內采用全生育期灌水上限設定值為田間持水量的50%，總施肥量為525 kg·hm-2(F1,70%經驗施肥量)的水肥管理制度可使間作系統凈收益最高，可達10 470.38 元·hm-2。因此，低量灌水和施肥不僅可使系統凈收益最大，還可避免盲目施肥和灌溉造成的環境污染和資源浪費，是最有利于晉西黃土區果糧間作系統的水肥管理制度。

水肥耦合；果糧間作；葉綠素；葉水勢；產量；凈收益

晉西黃土區是典型的氣候干旱區，土壤貧瘠，降雨稀少。惡劣的土壤和氣候環境嚴重限制該地區的農業生產。果糧間作系統因其良好的生態和經濟效益，被廣泛推廣應用，成為該地區主要農業經營模式。蘋果和玉米是當地主要的經濟樹種和糧食作物，但果樹生長周期長、效益滯后，為充分利用現有土地資源，穩定經濟收入，在未坐果的幼齡果樹行間間作玉米成為該地區現行較廣泛的土地集約利用方式之一。目前，該地區蘋果種植面積1.87萬hm2，農作物播種總面積1.56萬hm2，其中果園間作面積1.03萬hm2，占果園總面積的55%，玉米總播種面積0.59萬hm2，間作0.38萬hm2，占64.1%。但晉西黃土殘塬地區土壤養分存儲量有限，且降雨多集中在6—8月，時空分布極不均衡，果糧間作必會產生激烈的水肥資源競爭[1-5]，造成該地區間作系統土壤水分與養分進一步虧缺。為緩解這種趨勢，必須在間作系統缺水缺肥的關鍵期進行水與肥的補給[6]。

大量研究表明，盲目的施肥和灌溉會導致資源浪費和環境污染，合理的水肥管理措施才可達到“水肥互促”的目的[7-9]。果糧間作系統種間生態位重疊較大，對水分、養分的競爭更加激烈[10-14]，極易產生水肥虧缺從而限制系統產出。所以在干旱貧瘠的晉西黃土區，對間作系統進行水肥耦合試驗，探究水分和肥料對植株形態、生理及產量等方面的影響[15]，探求適用于該地區水肥優化組合，對該地區的環境[16]和經濟發展都有著重要的實踐指導意義。

葉片的生理指標直接反映植株生理狀況，同時影響著植物光合性能的發揮，從而限制干物質的積累和最終產量及經濟效益的形成[17-19]。目前，一些學者對水肥控制條件下植物葉片生理參數進行了較多研究[20-23]，但對于農林復合系統植物葉片生理指標變化特征及其與水肥調控的定量關系方面的研究較少。本文以晉西黃土區典型的蘋果-玉米間作系統為研究對象，研究不同水肥處理條件下作物葉片生理參數、產量特征和經濟效益，及其與灌水施肥量的定量關系，為該地區果糧間作系統建立合理高效的水肥管理制度提供理論依據，為水肥調控條件下種間互作機制的研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗區位于山西省吉縣森林生態系統國家野外科學觀測研究站石山灣試驗基地(36°00′～36°13′N，110°31′～110°56′E)，該地屬于黃土殘塬溝壑區，表層為第四紀風積黃土，呈微堿性反應(pH=7.9)，土壤貧瘠，有機質含量在1%以下，其中供試果園全氮含量0.5 g·kg-1，有機質含量7.0 g·kg-1、速效磷含量4.7 mg·kg-1、速效鉀含量145 mg·kg-1，0～60 cm土層平均孔隙度52.54%[1]。該地區屬溫帶大陸性氣候，年平均降水量575.9 mm，主要集中在6—8月，約占全年降水量的80.6%，年平均蒸發量為 1 723.9 mm，4—7月蒸發量占全年蒸發量的54%。年平均無霜期170 d左右，平均氣溫10℃，平均積溫 3 357.9℃。

1.2 試驗設計

1.2.1 灌水量設定 試驗于2014年4—9月進行。采用當地典型蘋果與玉米間作模式，根據該地區多年月平均降水量及蘋果和玉米的月平均耗水量[24-27]，在作物需水關鍵期(6—9月)進行灌水處理，灌溉方式采用小畦灌溉。

灌水量根據蘋果和玉米適宜的土壤水分范圍[24-27]，設定灌溉上限水平分別為：0～60 cm土層平均重量含水量占田間持水量(Fc)的50%，65%與85%(田間持水量為23.4%)，并在玉米需水關鍵時期即拔節期、抽雄期、灌漿初期進行灌溉。

灌水定額計算公式為：M(m3·hm-2)=10000H(θw-θ0)n。式中，M為灌水量；H為土壤計劃濕潤層深度(0.6 m)；θw為設定灌溉水平下土壤重量含水量；θ0為當時的土壤重量含水量；n為H(0.6 m)土層內的土壤孔隙率。

試驗期間降雨量及灌溉量情況如圖1所示。2014年6—9月份累計降水量為307.16 mm。

1.2.2 施肥量設定 根據當地的施肥習慣，肥料類型選用NPK復合肥，按照當地的經驗施肥量設定三個施肥水平，即：N 289 kg·hm-1+P2O5118 kg·hm-2+K2O 118 kg·hm-2(F1,70%經驗施肥量)、N 412.4 kg·hm-2+P2O5168.8 kg·hm-2+K2O 168.8 kg·hm-2(F2，100%經驗施肥量)、N 537 kg·hm-2+P2O5219 kg·hm-2+K2O 219 kg·hm-2(F3，130%經驗施肥量)。生育期內試驗肥料隨灌溉水均勻施入土壤中，施肥灌溉具體時間及用量如表1所示。

表1 試驗設計

根據二因素三水平試驗設置，共設9個處理，另設一組空白對照處理，重復3次，隨機區組設計。試驗蘋果樹為4年生，株高2.2 m，胸徑4.2 cm，冠幅1.5 m，冠高1.2 m，尚未開始坐果，株行距為4 m×5 m，樹行為東西走向；玉米株行距為0.5 m×0.6 m，每個小區共4棵果樹，小區邊緣距離樹1 m(圖2)，小區面積為42 m2。

圖2 試驗小區及采樣點布設圖

1.3 各葉片生理參數及產量的測量方法

玉米葉綠素測定：在兩行果樹之間，垂直于果樹行方向上布設一條樣線，樣線上布設樣點(圖2)。從距離樹行0.5 m處布設第一個取樣點，之后每隔1 m布設一個取樣點。在玉米灌漿期，運用便攜式葉綠素儀測量玉米穗位葉片基部2/3處的SPAD值(葉綠素含量相對值)[28]。

玉米葉水勢測定：取樣線布設同葉綠素一致，取樣點選取距果樹行0.5 m，1.5 m，2.5 m的三株玉米。在玉米灌漿期，運用露點水勢儀測量玉米穗位葉葉片水勢。

蘋果葉綠素和葉水勢測定：每棵果樹選取5枚發育正常、無病蟲害的葉片測定葉水勢及葉綠素，小區內4棵果樹取平均值。

產量測定：收獲期(10月27日)，分小區測量玉米產量。

1.4 生產成本與經濟收入計算方法

所有蘋果-玉米間作系統利用的土地價值均認為是相同的，不考慮該項成本。間作系統農業生產過程的成本包括資金投入和勞動力投入兩部分。資金投入項目包括作物種子、化肥、灌溉水、農藥，這些生產材料的價格均依照當地的農業生產水平執行。農業生產過程的勞動力投入主要包括土地翻耕、除草、施肥、灌水等項目產生的雇傭勞動力的投入。其中，雇工成本按照2014年當地平均雇工工資計算(人工130元·人-1·d-1)。另外，根據當地經濟發展狀況，農民在從事農業生產之外并不能獲得其它工作機會或收入，所以，未將土地經營者所投入的個人或家庭成員勞動力作為生產成本。資金和勞動力的成本通過對各個農業生產系統經營者進行問卷調查的方式獲取[29]。由于本試驗選取的幼齡果樹尚未坐果，而且作物秸稈采用還田的方式進行處理，所以蘋果//玉米間作系統的經濟收入均來自玉米產量，經濟收入根據作物產量和2014年當地的收購價格計算(1.6 元·kg-1)。

1.5 數據處理與分析

運用Excel 2010軟件進行數據統計及圖表制作，運用SPSS 16.0軟件進行方差分析及多重比較，運用Matlab 2012軟件進行多元回歸分析。為便于用葉片參數表征水肥補給對兩物種種間競爭關系的影響，引進葉片參數相對值[30]：R=|試驗組兩物種葉片參數差值/對照組兩物種葉片參數差值|；R>1表明水肥補給加劇種間競爭對葉片參數的影響，R<1表明水肥補給緩解種間競爭對葉片參數的影響。

2 結果與討論

2.1 水肥調控對葉片生理參數及產量的影響

各處理葉片生理參數及產量如表2所示。各試驗組與對照組葉綠素含量均無顯著差異，說明水肥處理對葉綠素含量的影響相對較小。蘋果及玉米的葉水勢均受施肥量因素的影響較大：水肥補給顯著降低蘋果的葉水勢，降幅達17.56%～214.4%，而高水高肥處理(W3F3)的葉水勢顯著低于其它組，可能是由于大量施肥導致植物吸收營養物質的量增加，葉片溶質濃度變大，導致葉水勢降低[31]。玉米葉水勢隨著施肥量的增加總體逐漸降低：在低施肥量(F1)條件下，玉米葉水勢隨著灌水量的增加而逐漸升高，且達到顯著水平，說明低量施肥時提高灌水量可有效改善植物水分狀況；中施肥量(F2)條件下，不同灌溉水平葉水勢無顯著差異；高施肥量(F3)條件下，葉水勢隨著灌水量的增加緩慢降低。說明隨著施肥量的增大，灌水量對葉水勢的增益作用逐漸減弱。葉面積指數及玉米產量均隨著施肥量的增大而減小，不同施肥水平對作物產量的影響達到顯著差異水平。大量的研究結果顯示，水肥的增產作用存在一個最適值，當投入量低于最適投入量時，隨著投入量的增加，產量也隨之增加；達到最適投入量時，產量最高；投入量繼續加大，產量則隨之減小[32-33]。所以在本試驗中產量隨著施肥量的增加反而減少，但水肥補給的試驗組仍然較對照組顯著提高作物產量，提高幅度達954.8～1 281.3 kg·hm-2，增產10.74%～14.42%。由葉綠素及葉水勢R值可以看出，不同水肥調控模式使得種間競爭對葉片生理參數的影響不同：對于葉綠素來說，施肥水平為F1、F3的處理加劇了種間競爭對葉綠素的影響(R>1)，對于葉水勢來說，試驗組W1F1、W2F3、W3F3均使葉水勢R值顯著增加(R>1)，即此種情況下會加劇種間競爭對葉水勢的影響。這是由于葉綠素和葉水勢受土壤水肥狀況及地上光照狀況的共同影響，而水肥狀況也會導致地上光競爭的改變，所以水肥調控對葉片生理指標的影響是通過地上部分和地下部分綜合作用產生的，因此不同水肥調控措施通過種間競爭對葉片生理參數產生的影響不同。

表2 不同水肥處理對葉綠素、葉水勢、葉面積指數和產量的影響

注：同列數值后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same column represent significant difference atP<0.05.

方差分析結果顯示(表3)，灌水處理對葉水勢有極顯著的影響，對其它指標無顯著影響；施肥量對葉綠素無顯著影響，對其它指標均有極顯著影響；水肥交互作用對植物水勢及玉米葉綠素含量有極顯著影響；F值顯示：施肥處理對葉片各生理參數和產量的影響程度較灌溉處理和距樹行距離大。樹距對玉米葉綠素含量及葉水勢都有著極顯著的影響，但灌水量與距樹距離、施肥量與距樹距離以及三者的交互作用均對玉米葉綠素無顯著影響，這說明水肥補給可使距果樹不同距離的玉米葉綠素含量差異減小。

2.2 玉米葉片生理參數水平分布特征

2.2.1 玉米葉綠素水平分布 葉綠素是光合作用重要的光敏化劑，其含量越高，其潛在的光合能力就越強，其體內積累的光合產物也就越多[35-37]。葉綠素含量與灌溉量和施肥量密切相關[35]。

蘋果//玉米間作系統葉綠素的水平分布狀況如圖3所示。玉米葉綠素含量隨著距離果樹行距離的增加逐漸增加，由于四年生果樹植株小，郁閉度低，近樹行側玉米接受光照強，葉綠素分解較快，而隨著距樹距離的增加光照變弱，光合消耗的葉綠素也變少。試驗組遠樹行玉米較近樹行玉米葉片葉綠素含量提高6.10%～9.44%，對照組遠樹行玉米較近樹行玉米葉綠素含量提高12.4%，說明水肥補給可能一定程度上弱化了葉綠素水平分布的差異性，對種間競爭有一定的緩解作用。一些試驗組變化趨勢表現為北側近樹行玉米葉綠素含量較低，可能是由于光照強度弱，抑制葉綠素的生物合成。總之葉綠素的合成與分解受到光照、溫度、水分、養分等因素的共同影響[38]。所以距樹行不同距離處土壤水分、養分以及小氣候的變化造成了葉綠素水平分布的差異。

注：*表示影響顯著(P<0.05)，**表示影響極顯著(P<0.01)。下同。

Note: * indicates significant atP<0.05; ** indicates vary significant atP<0.01. The same as below.

圖3 不同水肥處理玉米SPAD值水平分布

2.2.2 玉米葉水勢水平分布 葉水勢的高低既可反映土壤供水能力和作物缺水程度，也可反映葉片從其它器官吸水的能力[31]。各處理玉米葉水勢水平變化趨勢如圖4所示，灌水量對葉片的水平分布影響較大，50%Fc灌溉水平下，玉米葉水勢隨著距樹距離的增加而增加，65%Fc灌溉水平下，玉米葉水勢隨著距樹行距離的增加先增大后減小。85%Fc灌溉水平下，植物葉水勢水平分布各異。在土壤-植物-大氣三者組成的連續體中，植物水勢受到土壤和大氣水分的雙重影響[39]。低灌水量條件下，作物與林木種間水分競爭較激烈，植物為了維持正常生長，會降低自身葉水勢以適應環境，所以灌溉水平為50%Fc的試驗組，植物葉水勢明顯要低于灌溉水平為65%Fc和85%Fc的兩個組別，并且隨著距樹行距離的增大，葉水勢逐漸升高；而隨著灌水量的增加，種間水分競爭逐漸減弱，植物葉水勢受土壤水分的影響程度降低[40]，受大氣條件的影響增大，有研究表明遠樹側較低的氣孔導度可導致葉水勢升高[6]；灌水量較高的情況下，土壤水分不是作物水勢的主要限制因子，葉水勢受大氣因子及作物本身調節作用等多種因素的共同影響，導致85%Fc灌溉水平的組別葉水勢水平變化較為復雜[41]。

圖4 不同水肥處理玉米葉水勢水平分布

2.3 灌水量、施肥量與葉片生理參數及產量的定量關系

建立葉片生理參數及產量與灌水量和氮肥施用量、灌水量和磷肥施用量、灌水量和鉀肥施用量的非線性回歸關系，剔除不顯著的項，得到各指標的回歸方程如表6所示。由方程可知，本試驗中，蘋果//玉米的葉水勢和葉面積指數以及作物產量與灌水量和施肥量的回歸關系均達到顯著水平，這與前人[42-43]的研究結果類似。由產量回歸方程可知，灌水項不顯著，說明肥料是影響產量的決定性因素，這也驗證了方差分析的結果。氮、磷、鉀肥項系數均為負，說明隨著肥料施用量的增加，產量反而減低，這可能是本試驗設計的氮肥、磷肥、鉀肥用量均已超過最適值，所以造成此種現象。 回歸分析的結果顯示：當全生育期氮肥施用量為289 kg·hm-2、磷肥施用量為118 kg·hm-2、鉀肥施用量為118 kg·hm-2，即采用本試驗設計的低氮、低磷和低鉀的施肥量時，間作系統可獲得較高的產量。其它各指標取得極值時的灌水施肥量如表4所示。

2.4 間作系統經濟效益分析

從表5可以看出，各處理凈收益與總收入存在一定差異，其中低水低肥的處理(W1F1)凈收益最高，達10 470.38 元·hm-2，低肥處理的三個組(W1F1，W2F1，W3F1)及低水中肥的處理(W1F2)均較對照提高凈收益，分別增收12.1%、7.4%、1.1%、1.9%。其余試驗組總收入雖然均高于對照處理，但是由于灌水與施肥的投入，導致凈收益均低于對照處理，較對照減少2.5%～19.2%；隨著灌溉量的增加，間作系統凈收益也逐漸減少。各處理的凈收益隨著施肥量的增加而逐漸遞減，低量施肥較中量和高量施肥增收9.4%、19.5%，低量灌水較中量和高量灌增收4.6%、10.5%。這是由于過多的灌水和施肥增加了成本(人力+資金)，且在高水高肥的處理下，產量增產效益不明顯，所以導致低水低肥處理(灌水上限：50%Fc，施肥量：525 kg·hm-2)凈收益最大。所以在該地區采用低量灌水和施肥的農業管理措施即：拔節期不施肥，抽雄期施肥262.5 kg·hm-2，灌漿期施肥262.5 kg·hm-2，各生育期灌水上限均設定為田間持水量的50%，不僅可以使系統經濟收益最高，同時避免了過度灌溉和施肥造成的環境污染和資源浪費，在發展可持續農業中具有積極的推廣意義。

表4 葉片生理指標與灌水施肥量多元非線性回歸分析

注：xW、xN、xP、xK分別代表灌水量、氮肥施用量、磷肥施用量、鉀肥施用量。

Note:xW、xN、xP、xKmeans application amount of nitrogen, phosphate, potassium fertilizer respectively.

表5 不同處理玉米生產成本和經濟效益

3 結論與討論

間作系統水肥調控對植物葉綠素含量影響較小，對葉水勢影響較大；隨著施肥量的增加植物葉水勢、葉面積指數及產量均逐漸減小，這與胡云飛[44]的研究結果類似，他通過對青花菜的研究發現：植物葉水勢隨著施肥量的增加先增大后減小，過多的施肥會降低植物葉水勢。袁宇霞[45]的研究結果顯示，過多的灌水和施肥均會抑制植物葉面積、干物質量和產量的形成；施肥處理對葉片各生理參數和產量的影響程度較灌溉處理大。于亞軍[46]在查閱國內外大量旱作農田水肥耦合研究資料的基礎上,總結發現大田試驗及常規對比試驗的結果通常為肥料因子的增產作用大于水分因子，這與本試驗的研究背景及結果一致。灌水與施肥處理可減小不同距樹行距離玉米葉綠素含量之間的差異。

玉米葉綠素隨著距樹行距離的增加而逐漸遞增；葉水勢的水平分布與灌溉水平有關：50%Fc灌溉水平下，玉米葉水勢隨著距樹距離的增加而增加，65%Fc灌溉水平下，玉米葉水勢隨著距樹行距離的增加先增大后減小，85%Fc灌溉水平下，植物葉水勢分布差異較大。

本試驗在未坐果的幼齡果樹行間作農作物，充分利用了現有的土地資源，雖然產量僅從玉米中獲得，但較閑置土地而言仍可獲得額外的經濟收益。許華森[29]對晉西黃土區間作系統經濟效益進行研究時發現:第1～7年蘋果農作物間作系統的年經濟效益均大于蘋果單作系統。多元回歸分析結果顯示，當全生育期氮肥施用量為289 kg·hm-2、磷肥施用量為118 kg·hm-2、鉀肥施用量為118 kg·hm-2，間作系統可獲得較高的產量，理論最大值分別為10 133.50 kg·hm-2、10 205.90 kg·hm-2。張發明[47]的研究結果顯示：玉米高產的最適宜的施肥量為：氮肥285 kg·hm-2,磷肥130 kg·hm-2,鉀肥90 kg·hm-2，這與本試驗的研究結果十分相近。孫文濤[32]和張玉峰[48]的試驗也得到類似的結果。在低施肥量的條件下，采用少量灌水(50%Fc)的水肥制度可使間作系統經濟效益最大，凈收益可達10 470.38 元·hm-2。綜上，采用當地施肥量70%的施肥制度最利于間作系統產量和經濟效益的提高，張珂珂[49]的研究在黃淮區小麥生產大量投入氮肥(純氮270 kg·hm-2以上)的基礎上，降低了25%～30%的施氮量，結果顯示減氮處理明顯改善了小麥群體結構和冠層內的光分布狀況，顯著提高產量和氮肥利用率。這與本試驗研究結果類似，說明晉西黃土區目前或許也存在過量施肥的情況。

合理的灌溉和施肥可以提高肥料利用率，避免不必要的環境污染和資源浪費，同時可以獲得較高的作物產出，實現農業生產可持續化以及環境影響最小化。通過本研究可知，拔節期不施肥，抽雄期施肥262.5 kg·hm-2，灌漿期施肥262.5 kg·hm-2，灌水上限設定為田間持水量的50%時，可使晉西黃土區蘋果//玉米間作系統凈收益最大。所以在水資源短缺、土壤肥力匱乏的晉西黃土地區，采用全生育期灌水上限為田間持水量的50%，總施肥量525 kg·hm-2的水肥管理制度，不僅可以滿足提高經濟收入的要求，同時對該地區環境保護也有著重要的意義。

[1] 云 雷,畢華興,馬雯靜,等.晉西黃土區果農間作土壤養分空間分布[J].農業工程學報,2010,26(S1):292-299.

[2] Miller A W, Pallardy S G. Resource competition across the crop-tree interface in maize-silver maple temperate alley cropping stand in Missouri[J]. Agroforestry Systems, 2011,53:247-259.

[3] Jose S, Gillespie A R, Seifert J R. Defining competition vectors in a temperate alley cropping system in the midwestern USA[J]. Agroforestry Systems, 2000,48:41-59.

[4] Casper B B, Jakson R B. Plant competition underground[J]. Annual Review of Ecology and Systematics, 1997,28:545-570.

[5] Bazie J H R, Bayala G, Zombre J, et al. Separating competition-related factors limiting crop performance in an agroforestry parkland system in Burkina Faso[J]. Agroforestry Systems, 2012,84:377-388.

[6] 劉作新,鄭昭佩,王 建.遼西半干旱區小麥、玉米水肥耦合效應研究[J].應用生態報,2000,11(4):540-544.

[7] 李發永,王 龍,王興鵬,等.適宜滴灌定額提高棗棉間作中棉花產量和土地生產效率[J].農業工程學報,2014,30(14):105-113.

[8] 劉秀珍,張閱軍,杜慧玲.水肥交互作用對間作玉米、大豆產量的影響研究[J].中國生態農業學報,2004,12(3):80-82.

[9] 張禮軍,張恩和,郭麗琢,等.水肥耦合對小麥-玉米系統根系分布及吸收活力的調控[J].草業學報,2005，14(2):102-108.

[10] 趙 英,張 斌,王明珠.農林復合系統中物種間水肥光競爭機理分析與評價[J].生態學報,2006,26(6):1792-1801.

[11] 孟 平,張勁松.梨麥間作系統水分效應與土地利用效應的研究[J].林業科學研究,2004,17(2):167-171.

[12] Singh R P, OngC K, Saharan N. Above and below ground interaction in alley cropping in semi-arid India[J]. Agroforestry Systems, 1989,9:259-274.

[13] Odhiambo H O, Ong C K, Deans J D, et al. Roots, soil water and crop yield: tree crop interactions in a semi-arid agroforestry system in Kenya[J]. Plant and Soil, 2001,235:221-233.

[14] Wanvestraut R H, Jose S, Nair P K R, et al. Competition for water in a pecan (CaryaillinoensisK. Koach)-cotton (GossypiumhirsutumL.) alley cropping system in the southern United States[J]. Agroforestry Systems, 2004,60:167-179.

[15] 肖自添,蔣衛杰,余宏軍.作物水肥耦合效應研究進展[J].作物雜志,2007,(6):18-22.

[16] 周 冉.華北地區主要作物施肥的資源環境影響評價[D].保定：河北農業大學,2012.

[17] 鄧勛飛,張后勇,何 勇,等.水稻葉水勢與不同水分處理定量關系研究[J].浙江大學學報(農業與生命科學版),2005,31(5):581-586.

[18] 楊小振,張 顯,馬建祥,等.滴灌施肥對大棚西瓜生長、產量及品質的影響[J].農業工程學報,2014,30(7):109-118.

[19] 王進鑫,張曉鵬,高保山.水肥耦合對矮化富士蘋果幼樹的促長促花作用研究[J].干旱地區農業研究,2004,22(3):47-50.[20] 楊培林,彭 俊,鐘新才.不同水分處理下防護林樹種葉水勢、莖水勢及土水勢的研究[J].新疆農業科學,2012,49(2):273-278.[21] 付愛紅,陳亞寧,李衛紅,等.干旱、鹽脅迫下的植物水勢研究與進展[J].中國沙漠,2005,25(5):744-749.

[22] 王克鵬,張仁陟,董 博,等.長期保護性耕作對黃土高原旱地土壤水分及作物葉水勢的影響[J].生態學報,2014,34(13):3752-3761.

[23] 向友珍,張富倉,Mohamed A Rashad,等.灌溉施肥對尼羅河三角洲玉米產量和水分利用率的影響[J].農業機械學報,2015,46(10):116-126.

[24] 孫文濤,孫占祥,王聰翔,等.滴灌施肥條件下玉米水肥耦合效應的研究[J].中國農業科學,2006,39(3):563-568.

[25] 仲 爽,李嚴坤,任 安,等.不同水肥組合對玉米產量與耗水量的影響[J].東北農業大學學報,2009,40(2):44-47.

[26] 周振民. 黃土高原丘陵溝壑區蘋果園水肥耦合試驗研究[J]. 灌溉排水學報, 2009, 28(2): 109-111.

[27] 朱德蘭,王文娥,楚 杰.黃土高原丘陵區紅富士蘋果水肥耦合效應研究[J].干旱地區農業研究,2004,22(1):152-155.

[28] 趙可夫.玉米抽雄后不同葉位葉對子粒產量的影響及其光合性能[J].作物學報,1981,7(4):259-266.

[29] 許華森,畢華興,王若水,等.晉西黃土區蘋果農作物間作系統經濟效益[J].中國水土保持科學,2014,12(4):81-85.

[30] 王 平,周道瑋,張寶田.禾-豆混播草地種間競爭與共存[J].生態學報,2009,29(5):2560-2567.

[31] 薛 亮,周春菊,雷楊莉,等.夏玉米交替灌溉施肥的水氮耦合效應研究[J].農業工程學報,2008,24(3):91-94.

[32] 孫文濤,孫占祥,王聰翔,等.滴灌施肥條件下玉米水肥耦合效應的研究[J].中國農業科學,2006,39(3):563-568.

[33] 徐泰森,孫 揚,劉彥萱,等.膜下滴灌水肥耦合對半干旱區玉米生長發育及產量的影響[J].玉米科學,2016,(5):118-122.

[35] 周罕覓,張富倉,Roger Kjelgren,等.蘋果幼樹生理特性和水分生產率對水肥的響應研究[J].農業機械學報,2015,46(4):77-87.

[36] 王翠玲.水肥耦合對草莓生長、產量品質及水肥利用效率的影響[D].泰安：山東農業大學,2010.

[37] 劉 闖.巨桉林+草間作模式中牧草產量效應及其生理生態學特征研究[D].雅安：四川農業大學,2008.

[38] 張繼澍.植物生理學[M].北京：高等教育出版社，2006:112.

[39] 陸文娟,李伏生,農夢玲.不同水肥條件下分根區交替灌溉對玉米生理特性和水分利用的影響[J].生態學報,2014,34(18):5257-5265.

[40] 陳修斌,李翊華,許耀照.溫室番茄對水肥耦合的光合特性及葉綠素熒光參數響應[J].土壤通報,2015,46(3):687-693.

[41] 石多琴,柴 強,于愛忠.水氮互作全膜覆蓋玉米光合特性和葉水勢的日變化[J].甘肅農業大學學報,2014,49(1):54-59+64.

[42] 李文惠,尹光華,谷 健,等.膜下滴灌水氮耦合對春玉米產量和水分利用效率的影響[J].生態學雜志,2015,34(12):3397-3401.

[43] 尹光華,劉作新,李桂芳,等.遼西半干旱區春小麥氮磷水耦合產量效應研究[J].農業工程學報,2005,21(1):41-45.

[44] 胡云飛,郁繼華,肖雪梅,等.滴灌條件下水肥耦合對青花菜生理特性及產量和品質的影響[J].灌溉排水學報,2016,35(2):72-76

[45] 袁宇霞,張富倉,張 燕,等.滴灌施肥灌水下限和施肥量對溫室番茄生長、產量和生理特性的影響[J].干旱地區農業研究,2013,31(1):76-83.

[46] 于亞軍,李 軍,賈志寬,等.旱作農田水肥耦合研究進展[J].干旱地區農業研究,2005,23(3):220-224.[47] 張發明,楊克軍,李佐同,等.肥密組合對寒地半干旱區膜下滴灌玉米產量的影響[J].干旱地區農業研究,2016,34(2):32-37.[48] 張玉峰,楊武德,白晶晶,等.冬小麥產量與子粒蛋白質含量協同變化特點及水肥調控[J].中國農業科學,2006,39(12):2449-2458.

[49] 張珂珂,周蘇玫,張 女曼,等.減氮補水對小麥高產群體光合性能及產量的影響[J].應用生態學報,2016,27(3):863-872.

Analysisofcropgrowthandeconomicbenefitinanapple-maizeintercroppingsystemunderwaterandfertilizercoupling

GAO Fei1, WANG Ruo-shui1，2, XU Hua-sen1, WANG Dong-mei1, YANG Zong-ru3

(1.CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China；2.JixianForestEcosystemStateFieldScienceObservatory,Jixian,Shanxi042200,China；3.JixianForestryServiceCenter,Jixian,Shanxi042200,China)

In order to investigate the effects of water and fertilizer coupling on physiological index of leaves，yield and economic benefit in an apple-maize intercropping system, an experiment of water and fertilizer coupling was carried out in the Loess Plateau of Shanxi Province. The irrigation regimes were established by three threshold levels of soil moisture as follows: W1, 50% field capacity (50% Fc); W2, 65% field capacity (65% Fc); W3, 85% field capacity (85% Fc). Meanwhile, three fertilizer levels were also set up in this experiment, including F1, N(289 kg·hm-2)+P2O5(118 kg·hm-2)+K2O(118 kg·hm-2), F2, N (412.4 kg·hm-2)+P2O5(168.8 kg·hm-2)+K2O (168.8 kg·hm-2), and F3, N(537 kg·hm-2) +P2O5(219 kg·hm-2) +K2O(219 kg·hm-2). The results are summarized as follows: Irrigation and fertilization had no significant effect on chlorophyll content while significant effects were found on leaf water potential. The leaf water potential, leaf area index, maize yield all decreased with the increasing of fertilizer rate; while chlorophyll content increased with the increasing of the distance from the tree line. Different irrigation levels had considerable influences on the horizontal distributions of leaf water potential. According to the analysis of multiple regression, the maximum maize yield could obtained when 289kg·hm-2nitrogen fertilizer, 118 kg·hm-2phosphorus fertilizer, 118 kg·hm-2potassium fertilizer was applied during the whole stages. The theoretical maximum yield can be 10 133.50 kg·hm-2, 10 205.90 kg·hm-2. According to the results of economic benefit analysis, the maximum economic benefit could obtained when no fertilizer applied at jointing stage, 262.5 kg·hm-2fertilizer applied at tasseling stage and filling stage and irrigating water upper limits (about 85% field capacity). The net income can be 10 470.38 yuan·hm-2. Therefore, the treatment with relatively low amount of irrigation water and applied fertilizer can not only obtain the maximum economic benefit but also can avoid the pollution to soil and underground water and resource waste caused by unreasonable fertilization and irrigation. Accordingly, it was the most economical and environmental irrigation and fertilizer regulation method for the apple-maize intercropping system.

water and fertilizer regulating； apple-maize intercropping system; chlorophyll； leaf water potential； yield； net income

1000-7601(2017)03-0020-09doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.04

2016-05-13

：2017-03-20

：國家科技計劃課題“黃土殘塬區水資源節約型農林復合系統調控技術研究與示范(2015BAD07B0502)；國家自然科學基金“果農間作系統林下太陽輻射時空分布及其對間作作物的影響(31470638)；國家自然科學基金“晉西黃土區果農間作系統的水肥耦合試驗研究”(31300530)

高 飛(1991—)，女，黑龍江人，研究生，主要研究方向為復合農林。 E-mail：15201443407@163.com。

S344.2

： A