不同施氮水平下小麥/玉米套作群體產量和水氮利用

李孟浩 ，李倩倩 ，劉朋召，張鵬飛，陳小莉,任小龍

(1. 西北農林科技大學農學院，陜西 楊凌 712100；2.農業部西北黃土高原作物生理生態與耕作重點實驗室，陜西 楊凌 712100)

陜西關中地區光熱資源優越，但水資源不足，灌水資源更是有限，該區域典型的“冬小麥-夏玉米”一年兩熟種植模式是以消耗大量資源為特征的灌溉農業，降水資源利用不充分，不僅不利于水資源可持續利用，還影響著農業系統的穩定性。因此，探究關中地區雨養條件下小麥/玉米套作系統的產量和水分利用，對雨養地區發展小麥/玉米套作種植具有重要意義。許多地區的灌溉農業由于氣候變化和地下水過度消耗而面臨著巨大的威脅[1-2]，雨養農業在農業生產中越來越重要，它以全世界80%左右的耕地總面積，生產了世界60%的糧食，對糧食安全有著舉足輕重的影響。同時，為推進耕地永續利用和農業可持續發展，我國越來越重視對耕地資源的保護，2016年中央一號文件就提出實行農田休耕來應對耕地質量退化，世界上許多國家如美國[3]和澳大利亞[4]等實施土地休耕。有研究表明，休耕在保護耕地資源的同時造成了糧食減產13%[5]。因此，亟需尋找一個生態友好又能夠集約高效利用降水資源的農業發展方式，在有效保護耕地資源的同時保障糧食安全，實現農業的持續發展和綠色發展。套作種植模式在世界范圍內廣泛應用。國內外科學研究和生產實踐均表明，套作是一種可持續農業發展模式，具有增產穩產的優勢[4,6-7]，能夠充分利用光熱和水分養分資源[8-9]，提高土地利用率[10-11]，套作正是一種基于生物多樣性的可持續農業發展的有效途徑[12]。已有的研究主要集中在充分或補充灌溉條件下，對雨養條件下套作群體的研究較少。本研究以小麥/玉米套作群體為試驗對象，通過分析不同施氮水平下小麥/玉米套作群體產量、土地當量比與土壤水分利用的差異，旨在為探索雨養地區發展小麥/玉米套作種植的可行性研究提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018—2019年和2019—2020年在陜西省楊凌高新產業示范區中國旱區節水農業研究院(34°18′N，108°04′E)進行，試驗地位于秦嶺北麓、渭河平原西部的頭道塬上，屬暖溫帶半濕潤偏旱型氣候，海拔為467 m。近20年年均氣溫13.4℃，≥0℃積溫4 800℃，≥10℃積溫4 143℃，年均日照時數為2 196 h，無霜期220 d。冬、春季降水偏少，近30年平均降雨量為521 mm，60%～70%降雨集中在7—9月，年均蒸發量993.2 mm，干旱指數為1.30～1.59。土壤質地類型為粉質粘壤土，土壤顆粒組成為<0.01 mm粒級占51.9%，0.01～0.05 mm占42.3%，0.05～2 mm占5.8%。試驗田0～30 cm耕層土壤化學性質如表1所示，耕層土壤容重1.35g·cm-3，田間持水量為24%，pH值為8.25。

表1 試驗田耕層(0～30 cm)土壤化學性狀Table 1 Chemical properties of plough layer (0～30 cm) soil in experimental field

試驗期間的氣溫和降水量見圖1。氣象資料(氣溫和降水量)由田間農業氣象站每半小時記錄一次(Vantage Pro2, DavisInstruments, Hayward, CA, USA)，由圖1可知，兩年作物生育期內的月均氣溫和降水量差異顯著。2018—2019年與2019—2020年生育期內總降水量分別為514.4、656.8 mm，2018—2019年降水量較少，2019—2020年月均氣溫比2018—2019年低4.17℃。

圖1 試驗期間月均氣溫和降水量Fig.1 Monthly average temperature and precipitation throughout the 2018-2019 and 2019-2020

1.2 試驗設計

供試材料為當地主栽冬小麥品種小偃22號，春玉米品種為鄭單958。試驗設種植模式(P)和施氮水平(N)2個試驗因素，其中種植模式設單作小麥、單作玉米和小麥/玉米套作3種模式，施氮量分為N0、N1、N2 3個水平(分別對應于小麥 0、120、240 kg·hm-2，玉米 0，180，360 kg·hm-2)，每個處理設置3次重復，田間隨機排列。在小麥播前對該地進行耕作并劃分小區，每個小區的面積為52.5 m2(10.5 m×5 m)，相鄰小區之間留50 cm寬的隔離區并起壟，以防止水分養分發生側向運移。

小麥行距20 cm，播種密度360萬粒·hm-2。玉米行距50 cm，株距30 cm，播種密度為66 667株·hm-2。在套作小區中相鄰的小麥和玉米行距為30 cm，由3條完整的小麥/玉米套作條帶組成，帶向南北，每個條帶由8行小麥(條帶1.6m寬)和4行玉米(條帶1.9 m寬)組成(圖2)，小麥和玉米分別占套作小區面積的46%和54%。試驗中氮、磷、鉀肥料分別用尿素(N：46%)、過磷酸鈣(P2O5：16%)和水溶硫酸鉀(K2O：52%)。小麥、玉米施磷量均為180 kg·hm-2、施鉀量為39 kg·hm-2，均作為基肥一次性施入。小麥氮肥作為基肥一次性施入，玉米氮肥作基肥施50%，追肥50%。小麥于2018年10月11日人工開溝條播，2019年6月7日收獲；春玉米于2019年4月9日播種，2019年8月18日收獲，兩種作物共生期長58 d。2019年小麥為10月11日播種，2020年6月2日收獲；玉米于2020年4月6日播種，2020年8月13日收獲，兩種作物共生期長57 d。除草、施肥和其他的田間管理依照當地習慣進行。

圖2 套作處理田間示意圖/cmFig.2 Layout of wheat-maize intercropping treatment in field

由于套作小區中小麥條帶和玉米條帶的東西兩側位置對稱，因此，套作小麥條帶分為邊1行(R1)、邊2行(R2)、邊3行(R3)和邊4行(R4)，其中邊1行統計為邊行，其余統計為內行；套作玉米條帶則分為邊行(Row1)和內行(Row2)。

1.3 測定指標

1.3.1 產量 小麥在收獲期單作和套作的收獲面積均為4.8 m2(相鄰的8行3 m長的小麥樣段)，分行進行人工收割，風干后裝袋脫粒測產，計算單位面積產量時籽粒含水率為13%。玉米在收獲期單作和套作的收獲面積均為6 m2(相鄰的4行2 m長的玉米樣段)，分行單獨收割裝袋，風干后脫粒測產，計算單位面積產量時籽粒含水率為13%。

1.3.2 作物耗水量(ET) 采用土壤水分平衡法計算。可根據式(1)計算。

ET=ΔW+P+I-R

(1)

式中,ET為耗水量(mm)，ΔW為計算時段初和時段末土壤儲水量之差(mm)，P為降水量(mm)，I為灌溉量，R為地表徑流量。在本試驗條件下無灌溉，地塊很少發生地表徑流，因此忽略不計。

土壤儲水量采用式(2)計算。

W=ρ×h×w×10

(2)

式中，W為土壤貯水量(mm),ρ為土壤容重(g·cm-3),h為土層厚度(cm),w為土壤水分含量(%)。

土壤水分含量采用烘干法進行測定，測定深度為0～200 cm土層，每10 cm一個土層。單作處理，在各小區單作作物的中間選取2個點進行測定，套作系統分別在小麥帶中間、玉米帶中間和小麥玉米之間布設3點測定，三點保持在同一線上，每個點重復取土樣兩次。土樣在105℃溫度下烘干至恒重后測定干重，然后計算土壤含水量，并根據土壤容重換算為體積含水量。

土壤含水量根據式(3)計算。

(3)

其中，w為土壤含水量(%)，W1為烘干前土壤質量(g),W2為烘干后土壤質量(g)。

1.3.3 相對競爭力 套作群體中作物之間的競爭能力用作物競爭力(Aggressivity)[13]表示，采用式(4)計算。

(4)

式中，AWM表示套作小麥相對于套作玉米的競爭力;YIW和YSW分別為套作小麥和單作小麥的產量(t·hm-2)，YIM和YSM分別為套作玉米和單作玉米的產量(t·hm-2)。PM和PW分別為小麥和玉米在套作群體中所占的種植比例，本試驗中PM=0.543,PW=0.457。AWM>0時表示小麥在套作群體中相對于玉米處于競爭優勢，反之則處于競爭劣勢。

1.3.4 水分利用效率(WUE) 采用式(5)計算。

(5)

式中，WUE為水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)，Y為單位面積的籽粒產量(kg·hm-2)，WU為耗水量(mm)。

Morris等[14]提出用ΔWU、ΔWUE來評估間(套)作系統相對于單作系統的耗水量及水分利用效率優勢。

(6)

(7)

式中，WUIC、WUSW及WUSM分別為套作群體、單作小麥及單作玉米的耗水量，WUEIC、WUESW及WUESM分別為套作群體、單作小麥及單作玉米的水分利用效率，其余符號意義同公式(4)。ΔWU<0表明套作系統耗水量小于單作系統的加權平均值，反之則大于單作系統的加權平均值；ΔWUE<0，表明套作系統的水分利用效率小于單作系統的加權平均值，反之則大于單作系統的加權平均值。

1.3.5 土地當量比 套作群體的產量優勢通常采用土地當量比(LER)表示。

(8)

式中，YIW和YSW分別為套作小麥和單作小麥的產量(t·hm-2)；YIM和YSM分別為套作玉米和單作玉米的產量(t·hm-2)。當LER>1時表示套作具有產量優勢，反之則說明套作相對于單作沒有產量優勢。

1.3.6 氮肥偏生產力(NPFP) 采用式(9)計算。

(9)

式中，YN為施氮區籽粒產量(kg)，N為施氮區施氮量(kg)。

1.3.7 氮肥農學利用率(NAE) 采用式(10)計算。

(10)

式中，YN為施氮區籽粒產量(kg)，Y0為不施氮區籽粒產量(kg)，N為施氮區施氮量(kg)。

1.4 數據分析

本試驗采用Excel 2016對原始數據進行初步整理，采用SPSS 20軟件對數據進行方差分析、相關性分析和顯著性檢驗，采用Origin 2016 軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 不同施氮水平下小麥/玉米套作群體產量與土地當量比

2.1.1 產量 表2顯示不同施氮水平下單作和套作作物的產量，2018—2019年小麥產量相比2019—2020年顯著增加(P<0.05)，而玉米的產量降低(P<0.01)，在兩年試驗期內表現出顯著的年際差異。各施氮水平下套作小麥的產量均顯著高于單作小麥，具體表現為套作小麥的產量與單作小麥相比，2018—2019年N0、N1及N2水平下分別提高25.69%、24.80%及25.40%，在2019—2020年分別提高21.34%、24.69%及27.80%。就玉米而言，其產量表現受到氮肥供應的影響，在N0與N1水平下，套作玉米的產量表現出減產劣勢，其產量較單作玉米在 2018—2019年分別降低6.34%與3.02%，在2019—2020年分別降低11.43%與3.59%，差異均達到顯著水平(P<0.05)，而在N2水平下套作玉米產量高于單作玉米，在兩年內分別提高4.71%和6.24%。在相同種植模式下，施氮顯著提高小麥產量(P<0.001)，與N0相比，單作小麥在N2水平下兩年分別提高35.38%和47.48%，套作小麥在N2水平下兩年分別提高35.06%和55.36%。施氮對玉米產量具有明顯促進作用(P<0.05)，單作玉米在N2水平下與N0相比兩年分別提高11.84%和18.36%，與N0相比，套作玉米在N2水平下兩年分別提高25.03%和41.98%。

表2 不同施氮水平下作物單作和套作種植的產量Table 2 Yields of sole and intercropping under different nitrogen treatments/(t·hm-2)

2.1.2 土地當量比 由圖3可以看出兩年試驗期內，在雨養條件下小麥/玉米套作系統土地當量比(LER)為 1.04～1.16，即生產相同產量，單作比套作模式要多占用4%～16%的耕地。在3種施氮水平下土地當量比均大于1，說明8∶4 這種小麥/玉米帶狀套作均具有土地利用優勢。同時，施氮處理下的土地當量比均大于N0處理，表明適當增施氮肥可以促使套作群體發揮更大的土地利用優勢。此外，兩年內套作小麥的偏土地當量比PLERW(0.55～0.58)均大于小麥條帶在套作群體中的比例(45.7%)；而套作玉米的偏土地當量比PLERM與其在套作群體中所占條帶(54.3%)相比，兩年內均在N0與N1水平下表現出劣勢，為0.48～0.53，而在N2水平下表現出土地利用優勢，兩年內分別為0.57和0.58，兩年內PLERM≤PLERW。這說明在小麥/玉米套作種植模式下，套作小麥增產是套作群體具有土地利用優勢的主要貢獻來源，在N2水平下土地利用優勢共同來源于套作小麥和套作玉米。

圖3 兩年內不同施氮水平下小麥/玉米套作群體的土地當量比(LER)Fig.3 LER of wheat/maize intercropping system under different nitrogen levels in two years

2.1.3 小麥/玉米套作群體產量邊行表現 通過比較兩年內套作各行小麥和單作小麥行中1 m行長的籽粒產量(圖4)，發現套作小麥邊行顯著高于內行和單作行，具體表現為邊1行和邊2行增產優勢明顯，顯著高于單作行；而邊3行和邊4行之間的差異不顯著，同時相較單作行增產也不顯著。在N0、N1及N2 3個施氮水平下，2018—2019年，邊1行比單作行分別增產143.56%、130.09%、125.00%，邊2行比單作行分別增產56.43%、50.44%、48.33%;2019—2020年，在N0、N1及N2 3個施氮水平下，邊1行比單作行分別增產128.57%、115.45%、113.04%,邊2行比單作行分別增產74.49%、67.27%、65.21%，兩年的差異均達到顯著水平(P<0.05),表明隨著施氮水平升高，邊行小麥的產量與單作小麥差距減小。

圖4 不同施氮水平下套作小麥不同行與單作小麥籽粒產量的對比(每米植株產量)Fig.4 Grain yield at different rows in intercropped wheat and sole wheat under different nitrogen treatments (grain yield per meter)

兩年內套作邊行、內行玉米和單作玉米行中1 m行長的籽粒產量比較如圖5所示，套作邊行玉米相較于單作玉米行顯著降低，2019—2020年，在N0、N1及N2 3個施氮水平下，套作邊行玉米1 m行長籽粒產量比單作玉米分別降低16.86%、18.38%和12.67%(P<0.05)；而套作內行玉米1 m長籽粒產量與單作相比有所提高，在N0、N1及N2 3個施氮水平下比單作玉米分別增加6.27%、7.72%和12.68%(P<0.05)，說明了玉米在套作系統中劣勢主要來源于邊行的減產，內行產量的增加減輕了套作對玉米產量造成的不利影響。

圖5 不同施氮水平下套作玉米不同行與單作玉米產量的對比(每米植株產量)Fig.5 Grain yield at different rows in intercropped maize and sole maize under different nitrogen treatments (grain yield per meter)

氮肥對套作玉米邊行、內行和單作行的籽粒產量表現各有不同，兩年平均值顯示，N1、N2相較于N0，使套作邊行玉米籽粒產量分別增加9.61%和21.56%，使套作內行玉米籽粒產量分別增加了9.75%和18.55%，使單作行玉米籽粒產量分別增加6.67%和12.08%。由此可見氮肥對套作邊行玉米籽粒產量的增加促進作用更大，其次是套作內行玉米，對單作玉米的促進作用最小，且在N2水平下促進作用最為明顯，這為合理構建套作群體，提高套作體系產量效益提供了可行性。

2.2 套作小麥相對于玉米的種間競爭力

共生期內小麥相對于玉米的競爭能力(AWM)根據套作小麥和套作玉米地上部干物質積累量計算得出。由圖6可知，兩年試驗中不同施氮處理下小麥相對于玉米種間競爭力變化趨勢相似，同時套作小麥相對于套作玉米的競爭強度AWM隨著時間的推進而發生變化，AWM值在共生期呈現為單峰曲線，至玉米播種后45～50 d達到峰值。兩年內3個施氮水平下的種間競爭力均大于0，表明了共生期內小麥的競爭力強于玉米，在小麥/玉米套作系統中，小麥是優勢作物，玉米在與小麥共生期內處于不利地位，施氮對這種競爭力有一定的緩解作用，施氮處理(N1、N2)的AWM始終低于不施氮(N0)處理。

圖6 不同施氮水平下小麥/玉米套作共生期內小麥相對于玉米的種間競爭力(AWM)的動態變化Fig.6 Dynamic aggressivity of wheat relative to maize during the co-growth stage (AWM) under different nitrogen treatments

2.3 不同施氮水平下小麥/玉米套作系統耗水量與水分利用效率

表3顯示了兩年試驗期內從小麥播種至玉米收獲后單作系統和套作系統在不同施氮水平下的耗水量(WU)及套作相對于單作耗水量的變化(ΔWU)。同一種植模式中N2水平下作物的耗水量顯著高于N1與N0，與N0相比，兩年內單作小麥耗水量分別增加了14.72%和16.78%(P<0.05)，單作玉米耗水量分別增加13.01%和13.55%(P<0.05)，小麥/玉米套作系統的耗水量分別增加10.14%和13.05%(P<0.05)，達479.85 mm和497.90 mm。兩年試驗期內小麥/玉米套作系統相對于單作系統的耗水量的變化(ΔWU)均小于0，說明小麥/玉米套作系統的耗水量均低于單作系統，兩年內在3個施氮水平下小麥/玉米套作系統的耗水量相比單作系統減少0.04%～4.95%。其中在N1水平下耗水量減少的最為明顯，兩年分別減少4.95%和4.82%，這意味著在N1水平下兩年內套作系統比單作系統平均少消耗水分47.30 mm。在N0水平下節水優勢不明顯，小麥/玉米套作系統的耗水量相比單作系統分別在兩年內減少0.04%和1.26%，少消耗水分0.38 mm和11.99 mm，在N2水平下耗水量兩年內分別減少41.41 mm和33.47 mm。

表3 不同施氮水平下單作和套作系統的耗水量(WU) 及套作系統相對于單作耗水量的變化(ΔWU) Table 3 Water use and changes in water use of intercropping relative to sole crops under different nitrogen treatments

兩年試驗期內從小麥播種至玉米收獲后單作系統和套作系統在不同施氮水平下的水分利用效率(WUE)及套作相對于單作水分利用效率的變化(ΔWUE)見表4。同一種植模式中施氮提高了水分利用效率，但在不同施氮水平下差異的顯著性表現不一，但均在N2水平下作物的水分利用效率達到最高。兩年內單作玉米的水分利用效率最高，套作系統的水分利用效率介于單作小麥和單作玉米之間，兩年內小麥/玉米套作系統相對于單作系統的水分利用效率的變化(ΔWUE)均大于0，說明了小麥/玉米套作系統的水分利用效率均高于單作系統，小麥/玉米套作系統與單作系統相比具有水分利用優勢。兩年內在3個施氮水平下小麥/玉米套作系統與單作系統相比，其水分利用效率提高了2.77%～6.46%。在N1水平下小麥/玉米套作系統相對于單作系統ΔWUE最大，兩年內均值達到6.27%，而在N0水平下水分利用優勢最小。

表4 不同施氮水平下單作和套作系統的水分利用效率(WUE) 及套作系統相對于單作水分利用效率的變化(ΔWUE) Table 4 Water use efficiency and changes in water use efficiency of intercropping relative to sole crops under different nitrogen treatments

2.4 不同施氮水平下小麥/玉米套作系統的氮肥偏生產力和氮肥農學利用率

兩年試驗期內小麥/玉米套作系統在不同施氮水平下的氮肥偏生產力(NPFP)和氮肥農學利用率(NAE)如表5所示。從表中得知，套作種植可以顯著提高小麥的氮肥偏生產力(P<0.05)，而套作玉米的氮肥偏生產力僅在N2處理下高于單作玉米。兩年內，隨著施氮量的增加小麥和玉米的氮肥偏生產力均顯著降低，小麥氮肥偏生產力在套作種植模式的N1處理下最高，兩年分別為64.17 kg·kg-1和59.33 kg·kg-1，而玉米在單作種植模式的N1處理下最高，兩年分別為49.72 kg·kg-1和51.00 kg·kg-1。套作小麥和套作玉米的氮肥農學利用率均高于相應單作，這表明套作種植可以提高作物的氮肥農學利用率，且兩年內套作和單作小麥的氮肥農學利用率的差異均達到顯著水平(P<0.05)。2019—2020年套作玉米的氮肥農學利用率顯著高于單作玉米，而在2018—2019年兩者并無顯著差異。小麥的氮肥農學利用率隨著施氮量的增加顯著降低，且在套作種植模式的N1處理下達到最高，分別為11.17 kg·kg-1和17.17 kg·kg-1；而玉米的氮肥農學利用率僅在2018—2019年的單作處理中呈現降低趨勢，其余處理中玉米氮肥農學利用率隨著施氮量的增加而增加，兩年內均在套作種植模式的N2處理下達到最高，兩年分別為5.44 kg·kg-1和8.94 kg·kg-1。

表5 不同施氮水平下小麥/玉米套作系統的氮肥偏生產力(NPFP)和氮肥農學利用率(NAE)Table 5 Nitrogen partial productivity (NPFP) and nitrogen agronomic utilization efficiency (NAE) of wheat/ maize intercropping system under different nitrogen application levels

3 討 論

3.1 不同施氮水平下小麥/玉米套作的產量

套作能夠提高作物產量已經得到國內外研究者的廣泛證實[10,15-18]。Gou 等[19]通過在荷蘭的小麥/玉米套作研究發現，小麥和玉米在套作種植模式下的產量均高于單作。而本試驗結果表明，兩年內套作種植提高小麥產量21.3%～27.8%，而套作玉米產量表現受氮肥調控，僅在N2水平下高于單作玉米。這可能是由于充足的氮能夠促進玉米對水分吸收利用，有利于小麥收獲后邊行玉米的恢復生長，緩解邊行減產帶來的不良影響。兩年試驗期內小麥和玉米的產量表現出明顯年際差異，2019—2020年小麥產量較2018—2019年產量低，而玉米較2018—2019年高，這是由于2019—2020年的玉米生育期降水量較2018—2019年顯著增加，充足的降水和氮肥供應可以充分發揮水氮協同效應，促進玉米更好地生長發育[20]。

有關套作小麥產量邊行表現的相關研究較多[21-22]，均表明邊行的產量優勢是套作小麥增產的重要因素。胡新元等[23]等通過在河西綠洲灌區進行不同帶型的小麥/玉米套作研究發現，套作小麥的邊行效應在3行內表現明顯，而第4行之后基本上無邊行優勢。這與本試驗研究結果略有不同，本試驗結果表明套作小麥的邊行主要體現在邊1行和邊2行，第3行之后無顯著差異。本試驗結果表明玉米在套作群體中表現為產量劣勢，主要是由邊行減產造成的，而胡新元等[23]等認為邊行玉米較內行玉米增產1.8%～5.6%，這與本試驗結果相反，可能是由于綠洲灌區年降水較少，當地農業生產需補充灌溉以滿足植株生長發育，也有研究表明灌溉能夠緩解甚至消除套作玉米的邊行劣勢，并且增強內行優勢。在小麥/玉米套作體系中，共生期結束后邊行玉米表現出明顯劣勢，其產量顯著低于單作玉米[24]，這與本試驗結果相似，小麥/玉米套作群體中玉米在共生期內競爭力弱于小麥，導致前期的生長發育受到限制，直至小麥收獲后玉米也未能完全地恢復生長。之前許多研究已經證明套作群體具有產量優勢，例如小麥/玉米套作[10]、糜子/綠豆套作[15]、玉米/苜蓿[16]、玉米/大豆[17]等，然而這些研究大多數是充分灌溉或補充性灌溉條件下進行，本研究中在雨養條件下的套作群體具有產量與土地優勢，這對于具有相似降水量地區的農業發展有一定的參考價值。

3.2 不同施氮水平下小麥/玉米套作的土地利用和水分利用

套作種植能夠提高土地利用率[9-10]，Zhang等[25]在小麥棉花復合系統研究中表明其當地土地當量比(LER)為1.28～1.39，LER均大于1，說明具有土地利用優勢，這與本試驗結果一致，在半濕潤區雨養條件下小麥/玉米套作的土地當量比為1.04～1.16，這表明半濕潤區雨養條件下小麥/玉米套作群體仍可穩定發揮套作優勢。也有研究表明，套作種植水分利用效率比相應單作高，但耗水量沒有顯著差異[26-27]。與該結果不同，套作系統具有通過增產來提高水分利用的優勢，生產相同產量套作群體的耗水量比單作更少，說明套作種植具有水分利用優勢[10,28-30]。套作種植增加了地表覆蓋度，可以減少土壤蒸發，增加水分入滲，能改善作物生長環境中的水分狀況，進而提升了套作的水分利用優勢。王仰仁等[31]通過30余種間套作作物需水量的研究結果表明，在同等條件下，間套作作物田間耗水量較單作種植減少7%，大大提高水分利用效率。這與本試驗研究結果一致，套作群體具有節水優勢和更高的水分利用效率，小麥/玉米套作群體的耗水量與單作種植相比耗水量減少0.04%～4.95%，同時水分利用效率也提高了2.77%～6.46%。在雨養農業中，有限的降水常常是制約產量的主要因素，復合群體具有節水和水分利用優勢，對促進區域水資源高效持續利用具有一定的理論參考。

4 結 論

1)小麥/玉米套作具有明顯的產量優勢和土地利用優勢。與單作相比，套作小麥的產量提高了21.34%～27.80%(P<0.05)，其產量優勢主要來源于邊1行與邊2行的增產；而套作玉米表現受氮肥供應的調控，在N0與N1水平下套作產量減少了3.02%～11.43%，僅在N2水平下高于單作玉米。兩年內小麥/玉米套作群體的土地當量比LER介于1.04～1.16，具有土地利用優勢。

2)小麥/玉米套作具有水分利用和養分利用優勢。在相同產量下小麥/玉米套作群體比單作群體的耗水量更少而水分利用效率更高，其中在N1水平下耗水量減少最為明顯，兩年內平均少消耗水分47.30 mm；而水分利用效率比單作系統提高2.77%～6.46%，小麥/玉米套作群體在3個施氮水平下均表現出節水與水分利用優勢。此外，套作種植還可以提高小麥和玉米的氮肥農學利用率以及小麥的氮肥偏生產力，兩年內套作小麥的氮肥偏生產力和氮肥農學利用率最高可達64.17 kg·kg-1和11.17 kg·kg-1。而玉米的氮肥偏生產力以單作最高，故如何提高小麥/玉米套作系統中玉米的產量和氮肥利用，成為進一步提高小麥/玉米套作系統產量的關鍵。

3)8∶4小麥/玉米套作種植模式適用于小型播種機的機械化作業。因此，在半濕潤區可適當發展施氮處理的套作種植模式，在確保增產穩產的同時實現對土壤、降水及肥料等資源的集約高效利用。