綠洲灌區小麥間作玉米的棵間蒸發及其主要影響因子

陳珩　鄭立龍

摘要：通過研究綠洲灌區小麥間作玉米的棵間蒸發，確定其主要影響因子。結果表明，土壤含水量、土壤溫度、葉面積指數及小麥留茬覆蓋等均為影響棵間蒸發的主要因子，間作比單作棵間蒸發量高出3.3%～4.1%，留茬可降低棵間蒸發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量和蒸發總量低于小麥間作玉米群體。

關鍵詞：綠洲灌區；間作；供水水平；土壤含水量； LAI；地溫

中圖分類號：S513；S512.1 文獻標志碼：A 文章編號：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

間套作是我國農業生產的重要組成部分，它是一種集約化生產技術，它通過技術和勞力的密集投入，在有限的土地上獲得更多的農產品，從而實現農業的高產高效[1 ]。合理的間套作可以比單作增產30%～50%以上，部分增產在100%以上[2 ]。小麥玉米間作套種是一種巧用生長季節和空間，充分利用地力和熱量資源，改善群體環境的良好種植方式。但是小麥/玉米帶田也是一種高耗水的栽培方式，水資源嚴重不足、蒸發強烈使我國北方地區的應用面臨越來越大的挑戰。

甘肅河西地區自20世紀70年代引進小麥間作玉米等間作種植模式，創造了“噸糧”、“雙千”等高產高效多熟種植模式，在糧食安全和提高農業效益中做出了巨大貢獻。但是，隨水資源供給量的不斷下降和其它產業需水量的不斷增大，現有的單位耕地配水量已難以支撐傳統間作模式的應用，間作節水理論和技術研究亟待開展。我們于2017年對在不同供水水平和小麥不同留茬方式下，對比研究了小麥間作玉米與單作小麥、單作玉米的棵間蒸發特性，并對棵間蒸發量與土壤含水量、土壤溫度和作物葉面積指數的關系進行了探討，以期為設計高效間作節水技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

指示小麥品種為寧春4號，指示玉米品種為沈單16號。

1.2 試驗區概況

試驗于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黃羊鎮甘肅農業大學試驗農場進行。屬于灌溉區，地處北緯37° 3′、東經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 ℃，年均日照時數2 945 h。試驗地地勢平坦、土層深厚、肥力中上、土質疏松、排灌方便，土壤質地為砂壤土。耕層土壤含有機質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 試驗設計

試驗共設12個處理，試驗處理代碼見表1。試驗隨機區組排列，3次重復，小區面積25.6 m2，小區間留走道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。

施肥量與當地水平相當，灌水量在單作小麥中分為3 600、4 050、4 500 m3/hm2 3個梯度，單作玉米中分5 250、5 700、6 150 m3/hm2 3個梯度，小麥間作玉米中分6 000、6 600、7 200 m3/hm2 3個梯度。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 棵間蒸發量（E） 小麥棵間土壤蒸發量用自制的PVC微型蒸發器取小區原狀土測定，其高度為15 cm、內口徑為11 cm，每小區安裝1個，用精度為0.01 g的LP3102型電子天平每天稱重，以計算土壤棵間蒸發量。微型蒸發器中土樣每減少 1 g相當于蒸發水分0.105 1 mm。每10 d測定1次，于7：00時取樣，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。

1.4.2 土壤含水量 作物播種前測定基礎含水量。作物生長期間每隔20 d測定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1次。

1.4.3 土壤溫度 用地溫計分0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm 6個層次測定。于每天8：00時、14：30時、18：30時記錄數據，每5 d測1次。小麥間作玉米模式中分小麥帶、玉米帶、小麥玉米交錯帶分別測定

1.4.4 葉面積指數 定期觀測小麥的株高和葉面積。小麥定期在邊三行隨機取10株測定單株葉面積。玉米定期（不同生育期）在小區內隨機取5株測定葉面積。葉面積的測定均采用長寬系數法。葉面積指數（LAI）用下式計算

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分別為葉片的長和寬，i為葉片個數。

1.5 數據處理

所得數據用EXCEL進行整理匯總；用SPSS 19.00統計軟件進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理的作物棵間水分蒸發量

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

以單作小麥、單作玉米日棵間蒸發量的加權平均為對照，比較間作與單作日棵間蒸發量差，結果表明傳統收割小麥間作玉米生育期平均日棵間蒸發量在3個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收割小麥間作玉米日棵間蒸發量相比，留茬抑制間作群體的日棵間蒸發量，W2 / CI1、W2 / CI2、W2 / CI3 與W1 / CI1、W1 / CI2、W1 / CI3對應相比，日棵間蒸發量分別降低了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中供水水平下日棵間蒸發量大于低水平和高供水水平。

2.1.2 不同處理棵間蒸發總量 從圖2可知，以單作小麥、單作玉米日棵間蒸發量的加權平均為對照，比較間作與單作棵間蒸發總量差異，表明傳統收割小麥間作玉米生育期棵間蒸發總量在3個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出中供水水平下日棵間蒸發量大于低，高供水水平下的日棵間蒸發量。

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平均表層土壤含水量差異，表明傳統收割小麥間作玉米表土土壤含水量在3個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表土土壤溫度的加權平均為對照，比較間作與單作處理表土土壤溫度，表明傳統收割小麥間作玉米表土土壤溫度在3個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小麥間作玉米處理中，表土土壤溫度在中供水水平下表現為最低，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 不同處理生育期內葉面積指數 葉面積是光合生產的基礎，作物群體的葉面積指數因時間而變化，作物出苗后，隨著植株的生長發育，葉面積指數增大，達到最大值，而后又隨著部分葉片老化變黃或脫落，葉面積指數逐漸減小。研究發現，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，葉面積指數與供水水平呈正相關關系，隨著供水量的加大葉面積指數也隨著增大。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高于傳統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量與主要影響因子間的關系

試驗結果（表2）表明，在影響小麥間作玉米的棵間蒸發的各因素中，土壤含水量、土壤溫度及葉面積指數均達極顯著相關，說明土壤含水量、土壤溫度及葉面積指數均為影響小麥間作玉米的棵間蒸發主要因素。

3 小結與討論

傳統收割小麥間作玉米生育期平均日棵間蒸發量在3個灌水梯度下高于單作4.4%～7.1%，棵間蒸發總量高于單作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量高于單作0.8%～2.6%，棵間蒸發總量高于單作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明顯高于間作群體的。

農田土壤水分的消耗中，深層滲漏和棵間蒸發往往被視為無效損耗，并被作為灌溉的關鍵調控點而進行系統研究。其中，在灌溉定額相對較小的情況下，滲漏可在很大程度上得以控制，但棵間蒸發量的抑制難度相對較大[3 - 5 ]。小麥收割時按一定高度留茬，并硬茬復種玉米，留茬可提高土壤水分含量，玉米增產效果較好[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，有利于干旱條件下玉米苗期的生長，同時在炎熱期麥茬可降低土壤溫度2 ℃左右，在低溫時段可提高2 ℃左右的土壤溫度，即可平衡低溫，促進玉米的生長[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，為播后少雨季節調劑余缺奠定了基礎[8 ]。覆蓋可有效地抑制土壤蒸發；不覆蓋處理的土壤蒸發與土壤水分呈正相關，土壤水分越大，土壤表層保持濕潤時間越長，蒸發量越大[9 - 10 ]。作物的棵間蒸發量還與表土含水量、作物葉面積指數息息相關，在正常供水條件下，春小麥全生長期的棵間蒸發量占總耗水量（ET） 的21%～23%，棵間蒸發量與表層土壤含水量（0～10 cm）呈指數函數關系；棵間蒸發量占耗水量比例E / ET隨著葉面積指數LAI的增加而呈冪函數關系下降，當葉面積指數LAI < 2時，EET隨葉面積指數的增加快速減少，當LAI=2～3時，E / ET下降變緩；當LAI > 3時，E / ET 變化不 大[11 ]。

參考文獻：

[1] 馬艷勤，張林霞，車照海. 間作套種中的幾項關鍵技術問題[J]. 現代農業，2007（7）：12-16.

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

[3] 柴良植，劉世鐸，李得舉. 大力發展間作套種提高灌區綜合效益[J]. 干早地區農業研究， 1997，15（2）：37-43.

[4] 王 秀，趙四申，賈素梅，等. 麥茬高度對免耕夏玉米田土壤水分和土壤溫度的影響[J]. 河北農業科學，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. 河西綠洲灌區小麥玉米帶田水肥耦合效應與協同管理模型[J]. 甘肅農業科技，2002（7）：33-34.

[7] 張立強，汪有科. 小麥高留茬田間水分效應研究[J]. 中國農學通報，2006，14（11）：18-19.

[8] 張文慧. 節水灌溉技術的現狀及發展趨勢[J]. 行業發展，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技術體系研究[J]. 西北農業學報，1998（4）：177-182.

[11] 劉祖貴，孫景生，張寄陽. 風沙區春小麥棵間蒸發規律的試驗研究[J]. 灌溉排水學報，2003，22（6）：60-62.

（本文責編：鄭立龍）