小麥玉米與苜蓿間作模式對鹽堿地土壤含鹽量及周年產量的影響

安振 張夢坤 秦基皓 胡恒宇 寧堂原

摘要：鹽堿地是我國重要的后備耕作資源，構建合理的耕作制度是其綠色開發的重要一環。為了有效利用及改良鹽堿地，本研究于2017—2018年以小麥復種玉米、苜蓿單作為對照，分別設置小麥玉米與5行、10行苜蓿間作處理，研究其對土壤含鹽量及各作物產量、土地當量比的影響。結果表明，小麥玉米間作苜蓿可以降低0～40 cm土層含鹽量，提高小麥玉米的穗粒數、粒重和凈面積單產，提高苜蓿周年干物質產量。對小麥玉米來說，兩種間作模式均表現出種間互補作用大于種間競爭作用;對苜蓿而言，雖然不利于凈面積單產提高，但減產均不顯著。小麥季間作5行苜蓿的土地當量比低于間作10行苜蓿，但其玉米季和周年土地當量比較高。從周年來看，小麥玉米間作5行苜蓿是較佳的種植模式。

關鍵詞：鹽堿地;小麥玉米與苜蓿間作;土壤含鹽量;產量

中圖分類號：S344.2 ?文獻標識號：A ?文章編號：1001-4942（2019）06-0069-06

Abstract Saline-alkali lands are important reserved cultivation resources in China， and constructing a reasonable cropping system is very important for its development. In order to utilize and improve saline-alkali lands effectively， the effects of wheat-maize intercropped with 5 or 10 rows of alfalfa on soil salt content， crop yield and land equivalent ratio were studied using wheat-maize multiple cropping and alfalfa monoculture as the controls in 2017-2018. The results showed that wheat-maize intercropping with alfalfa could reduce the soil salinity in 0～40-cm layer， increase the grain number per ear， grain weight and single yield net area of wheat and maize and the annual dry matter output of alfalfa. For wheat and maize， the complementarity under intercropping modes was greater than the competition. For alfalfa， although it was not good for the increase of biomass yield net area， the yield reduction was not significant. The land equivalent ratio in wheat season was lower under intercropped with 5 rows of alfalfa than that under intercropped with 10 rows of alfalfa， while that increased in maize season and the annual value was higher. From the annual output， wheat-maize intercropping with 5 rows of alfalfa was better.

Keywords Saline-alkaline field; Wheat-maize intercropping with alfafa; Soil salinity; Yield

鹽堿土是土壤經過鹽化和堿化過程形成的鹽化土和堿化土，因其含有較多的鹽堿成分，導致土壤的理化性狀發生顯著改變，表現為土壤板結、結構差、土壤pH值增高和有效養分缺乏等現象。土壤鹽堿化嚴重影響土壤質量、土壤生態以及動植物的生長[1，2]。我國耕作歷史悠久，農田資源已被充分開發利用，隨著人口的增長，耕地資源和糧食安全問題日益突出。據統計，山東省共有5 809.26 km2的鹽堿耕地和鹽堿荒地 [3]。改良利用鹽堿地、提高鹽堿地利用率進而使其成為重要的耕地后備資源，是解決我國耕地銳減、保證糧食安全的重要途徑之一。

利用耐鹽植物改良鹽堿地是其治理的一種有效途徑。依據鹽漬土水鹽運動“鹽隨水來、鹽隨水去”的特點，控制土壤水分蒸發可減輕鹽分的“淺集表聚”，從而達到改良的目的[4，5]。種植苜蓿對土壤表層鹽分有明顯的抑制作用，一方面是因為苜蓿的種植減少了地表蒸發，使鹽分滯留在深層土壤;另一方面是因為一部分鹽分被苜蓿吸收帶出土壤。同時，耐鹽植物根系殘留有機物產生的各種有機酸，增加了土壤鹽類的溶解度，并中和土壤的堿性，使土壤鹽分下降，起到改良鹽堿土壤的作用[6，7]。

豆科與禾本科間作是中國傳統農業中的生產技術和土地利用方式，具有悠久的歷史。這種間作系統可以充分利用土地資源和環境資源，提高資源利用效率，具有明顯的生態和經濟效益[8]。近年來，在國家加強供給側結構改革的背景下，糧經飼作物復合種植已經成為重要的種植模式。但糧草間作的研究多集中在單季作物，而對周年多熟種植研究較少。因此，本試驗以小麥玉米復種、苜蓿單作為對照，設置小麥玉米與苜蓿間作試驗，旨在探明不同田間結構配置下小麥玉米與苜蓿間作對鹽堿地土壤含鹽量及作物周年產量的影響，以期為山東省鹽堿地改良利用和農業可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設在山東省濱州市無棣縣黃河島（108°36′52″E，37°55′19″N）。該地屬華北濕潤大陸性季風氣候，年均氣溫12℃，極端最高氣溫41℃，極端最低氣溫-23℃，年降水量約450 mm，年蒸發量約1 800 mm，全年無霜期為202～210 d。試驗田為壤土，中度鹽堿，中等肥力（播前0～20 cm土層含有機質8.6 g/kg、全氮0.86 g/kg、速效氮69.5 mg/kg、速效磷46.2 mg/kg和速效鉀42.4 mg/kg）。

1.2 供試品種與試驗設計

供試小麥品種為濟麥22，玉米為魯單9066，苜蓿為紫花苜蓿WL354。

試驗按不同種植模式和糧草作物幅寬設置4個處理，其中對照為：冬小麥夏玉米復種（CKWM）、苜蓿單作（CKA）;間作處理為：小麥玉米間作5行苜蓿（W15M5A5），見圖1;小麥玉米間作10行苜蓿（W15M5A10），見圖2。隨機區組排列，重復3次。

小麥播量：262.5 kg/hm2。玉米密度為：CKWM處理為每公頃67 500株，兩個間作處理均為81 000株。CKA處理為苜蓿單作，共16行，行長20 m，行距40 cm。WMA5處理帶寬4.1 m，長20 m，面積82 m2。WMA10處理帶寬6.1 m，長20 m，面積122 m2。

1.3 試驗管理

2017 年10月16日結合整地基施有機肥45 000 kg/hm2，10月17日播種小麥和苜蓿。2018年3月11日灌水同時追施尿素225 kg/hm2，6月17日小麥收獲后在麥茬帶內播種玉米，10月4日收獲玉米。苜蓿分別在5月22日、7月15日和9月20日刈割，共計3次。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤含鹽量 在25℃、水土比5∶ 1條件下，用電導率測定儀測定土壤含鹽量。

1.4.2 小麥產量及產量性狀 間作小麥，成熟后隨機取3個長為1 m、全部幅寬的小麥樣方，收獲麥穗，計算凈面積穗數。隨機選取20個麥穗，計算平均穗粒數。曬干后脫粒，隨機選取1 000粒小麥稱量千粒重，重復3次。單作小麥，成熟后隨機量取3個1 m2樣方，收獲麥穗，產量性狀測定同間作小麥。

1.4.3 玉米產量及產量性狀 間作玉米，成熟后收獲3個長5 m、全部幅寬內的玉米雌穗，計算凈面積穗數。測定雌穗粒行數和行粒數，計算穗粒數。籽粒含水量降至15%時脫粒，稱量500粒，測粒重，重復3次。單作玉米，成熟后采用10 m雙行法收獲。考種測產方法同間作玉米。

1.4.4 苜蓿干物質量 分別在5月20日、7月21日、9月22日取樣。間作處理隨機選取3個長1 m、全部幅寬的樣方;單作處理隨機選取3個1 m2樣方，齊地刈割。鮮樣取回后在烘箱內105℃下殺青30 min后75℃烘干至恒重，測干物質量。

1.4.5 土地當量比 小麥季土地當量比（LER）計算公式為：LER1=YIW/YCKW+YIA1/YCKA1，式中YIW代表間作小麥實際產量，YCKW代表單作小麥實際產量， YIA1代表間作苜蓿小麥季（5月）實際干物質產量， YCKA1代表單作苜蓿小麥季（5月）實際干物質產量。

玉米季土地當量比計算公式為：LER2=YIM/YCKM+YIA2/YCKA2，式中YIM代表間作玉米實際產量，YCKM代表單作玉米實際產量，YIA2代表間作苜蓿玉米季（7月、9月）實際干物質產量，YCKA2代表單作苜蓿玉米季實際干物質產量。

周年土地當量比計算公式為：LER=YIW/YCKW+YIM/YCKM+YIA/YCKA，式中 YIA代表間作苜蓿周年實際干物質產量， YCKA代表單作苜蓿周年實際干物質產量。

1.5 數據統計分析

用Microsoft Excel 2003、DPS 7.05進行數據處理和分析，用SigmaPlot 12.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同間作模式對鹽堿地土壤含鹽量的影響

2.1.1 對小麥季鹽堿地土壤含鹽量的影響 由圖3可以看出，各處理小麥季土壤含鹽量隨土層深度增加變化趨勢不同，W15A10-W、W15A5-W、CKW土壤含鹽量0～40 cm土層表現出隨土層加深逐漸降低的趨勢，40～100 cm土層變化不大，整體呈現出表聚型特征。小麥帶，0～40 cm土層含鹽量表現為CKW﹥W15A5-W﹥W15A10-W。苜蓿帶，W15A10-A、W15A5-A、CKA土壤含鹽量0～100 cm土層變化不大，呈現出震蕩平均型特征，但0～40 cm土層含鹽量表現為CKA﹤W15A10-A﹤W15A5-A。

2.1.2 對玉米季鹽堿地土壤含鹽量的影響 由圖4可以看出，玉米季各處理間含鹽量差異不顯著。玉米帶，CKM、M5A5-M、M5A10-M土壤含鹽量隨深度增加變化趨勢相同，0～100 cm土層各處理土壤含鹽量均表現出隨土層加深先降低后升高的趨勢，10～20 cm土層含鹽量最低，0～10 cm土層鹽分含量高于10～20 cm土層，整體呈現出底聚型特征。苜蓿帶40～50 cm土層含鹽量高于玉米帶，鹽分在此處累積較多。

2.2 不同間作模式對鹽堿地作物凈面積單產及產量性狀的影響

2.2.1 對小麥凈面積單產及產量性狀的影響 由表1可以看出，W15A10和W15A5小麥凈面積單產與CKW差異極顯著（P﹤0.01），二者比CKW分別提高9.01%和6.71%，而W15A10和W15A5之間凈面積單產差異不顯著。與CKW相比，W15A5和W15A10小麥的凈面積公頃穗數、千粒重均顯著提高（P﹤0.01），其中W15A10分別提高6.82%、0.81%，W15A5分別提高5.35%、0.63%，而穗粒數差異不顯著。雖然W15A10小麥凈面積穗數顯著高于W15A5（P﹤0.05），但穗粒數、千粒重差異并不顯著，二者凈面積單產差異也不顯著。

2.2.2 對玉米凈面積單產及產量性狀的影響 由表2可知，M5A10、M5A5兩間作處理玉米的凈面積單產與CKM相比差異極顯著（P﹤0.01），分別高出CKM 35.92%、30.85%。M5A10穗長、五百粒重、穗粒數均高于CKM，差異達極顯著水平（P﹤0.01），穗粗顯著高于CKM（P﹤0.05）。M5A5五百粒重、穗粒數高于CKM，差異達極顯著水平（P﹤0.01），但穗長、穗粗差異并不顯著。M5A10玉米產量、五百粒重、穗粒數、穗長與M5A5相比差異達極顯著水平（P﹤0.01），穗粗差異不顯著，均為M5A10﹥M5A5。

2.2.3 對苜蓿凈面積單產及產量性狀的影響 由表3可以看出，CKA苜蓿一年干物質凈面積單產為7 809.31 kg/hm2，WMA10、WMA5苜蓿分別為7 733.37、7 658.70 kg/hm2，均低于CKA，但三者之間差異不顯著。各處理間第一茬苜蓿干物質產量差異不顯著，第二茬與第三茬處理間存在顯著差異，且不同處理產量高低有所變化。第二茬WMA5產量顯著低于CKA，WMA10雖然也低于對照但二者差異不顯著。第三茬WMA5、WMA10干物質產量分別極顯著、顯著高于對照，且WMA5產量高于WMA10。一年內各處理干物質產量均表現為第一次刈割時最高，隨著刈割次數的增加呈現出逐漸降低趨勢。與第一次相比，第二次刈割WMA10、WMA5、CKA干物質產量分別降低25.82%、28.57%、24.27%，第三次刈割比第二次WMA10、WMA5、CKA干物質產量分別降低33.0%、25.22%、39.26%。

2.2.4 對各模式土地當量比的影響 由表4可以看出，小麥季，W15A5小麥產量是CKW的60.36%，苜蓿產量是CKA的37.74%，土地當量比為0.98;W15A10小麥產量是CKW的41.44%，苜蓿產量是CKA的57.88%，土地當量比為 0.99;二者土地當量比均小于1，W15A10高于W15A5。玉米季M5A5玉米產量是CKM的 71.81%，苜蓿產量是CKA的34.38%，土地當量比為1.06;M5A10玉米產量是CKM的50.14%，苜蓿產量是CKA的52.31%，土地當量比為1.02;二者土地當量比均大于1，M5A5高于M5A10。WMA5、WMA10周年土地當量比分別為1.70、1.50，WMA5高于WMA10，土地周年產出最高。

3 討論與結論

大量研究表明，種植苜蓿可以有效降低土壤表層鹽分含量[9]。本研究發現，小麥季0～40 cm土層含鹽量對照最高，其次是小麥間作5行苜蓿，最低的是小麥間作10行苜蓿，即隨著苜蓿間作行數的增加小麥帶土壤含鹽量逐漸降低。這說明苜蓿吸收了0～40 cm土層中小麥根系附近的鹽分，降低了小麥鹽脅迫程度。

前人研究發現，苜蓿、玉米、小黑麥比例為5∶ 2∶ 4時三種作物的時空搭配最合理，作物之間的種間促進作用降低了種間競爭作用帶來的損失，從而使產量和經濟效益均達到最高[10]。小麥與苜蓿間作會降低小麥與苜蓿的產量，但是從整體來看作物的地上部分生長還是占優[11]。本研究顯示，小麥季間作處理各作物產量均低于單作，但是從凈單位面積角度分析，間作能顯著提高小麥的凈面積單產。通過對0～100 cm土層含鹽量分析發現，苜蓿能夠降低小麥0～40 cm土層含鹽量，有利于小麥根系生長。王帥等[12]研究表明，與玉米單作相比，玉米與紫花苜蓿間作可以顯著提高玉米的凈面積單產。從本研究結果看出，玉米與紫花苜蓿間作可以使間作玉米的凈面積單產顯著高于單作玉米。與小麥不同，玉米間作10行苜蓿比間作5行苜蓿凈面積單產更高，且差異極顯著。紫花苜蓿耐低溫能力強，夏季高溫會抑制其生長[13]。本研究發現，間作10行苜蓿其產量顯著高于間作5行苜蓿。可能是由于與單作相比間作玉米造成苜蓿光照條件變差，間作產量降低，但行數增加后內行因光溫環境較適宜可在一定程度上彌補邊行劣勢造成的產量下降。

本試驗表明，小麥玉米間作苜蓿可以降低0～40 cm土層含鹽量，提高小麥、玉米穗粒數、粒重和凈面積單產，提高苜蓿周年干物質產量。對小麥玉米來說，兩種間作模式均表現出種間互補作用大于種間競爭作用;雖然不利于苜蓿凈面積單產提高，但減產均不顯著。小麥季間作5行苜蓿的土地當量比低于間作10行苜蓿，但其玉米季和周年土地當量比較高。從周年來看，小麥玉米間作5行苜蓿是較佳的種植模式。參 考 文 獻：

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