灌溉定額對隴春30號單作及間作產量和邊行效應的影響

鄭立龍 王世紅 劉效華

摘要：在甘肅河西綠洲灌區(qū)，在不同種植方式和灌水水平下，對單作及間作隴春30號春小麥產量和邊行效應進行了比較研究。結果表明，在高、中、低定額灌水水平下，間作春小麥比單作春小麥折合產量分別提高了33.12%、28.34%、20.96%；間作春小麥較單作春小麥邊1行、邊2行、邊3行產量分別提高49.06%～72.57%、14.29%～29.87%、11.39%～13.41%。單作小麥在高定額灌水水平下，邊1行產量比邊2行、邊3行分別提高了15.3%、37.8%，中定額灌水水平下，提高了17.8%、34.2%，低定額灌水水平下，提高了14.3%、17.3%。間作條件下，高定額灌水處理邊1行比邊2行、邊3行產量提高了74.1%、20.4%，中定額灌水處理提高了53.4%、79.5%，低定額灌水處理提高了40.0%、64.7% ，邊行優(yōu)勢主要表現(xiàn)在間作中。間作春小麥折合產量和邊行優(yōu)勢都優(yōu)于單作春小麥的主要原因是間作春小麥的成穗數(shù)、穗粒數(shù)、小穗數(shù)等的提高。

關鍵詞：春小麥；隴春30號；灌水量；間作；邊行效應

中圖分類號：S512.1；S344.3 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2019）03-0048-08

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.（2019）03.010

Abstract：The yield and side effect of single cropping and intercropping Longchun 30 spring wheat were compared under different planting methods and irrigation water levels in Hexi Oasis Irrigation District of Gansu. The results showed that the yield of intercropped spring wheat was 33.12%， 28.34% and 20.96% higher than that of monocultured spring wheat under high， medium and low irrigation quotas， and the yield of intercropped spring wheat was 49.06%～72.57%， 14.29%～29.87% and 11.39%～13.41% higher than that of monocultured spring wheat at the edge of one row， two rows and three rows， respectively. The yield of single cropping wheat under high irrigation level was 15.3% and 37.8% higher than that of two and three lines at the edge， 17.8% and 34.2% higher than that under medium irrigation level， and 14.3% and 17.3% higher than that under low irrigation level. Under intercropping conditions， the yield of High-quota irrigation increased by 74.1%， 20.4%， 53.4%， 79.5% and 40.0%， 64.7% respectively， compared with two and three lines at the side， while the yield of medium-quota irrigation increased by 53.4%， 79.5%， and that of low-quota irrigation increased by 40.0% and 64.7%. The edge advantage was mainly reflected in intercropping. The main reason why intercropping spring wheat is superior to monoculture spring wheat in terms of yield and edge row advantage is that the number of spikes， grains per spike and spikelets per spike increased in intercropping spring wheat.

Key words：Spring wheat；Longchun 30；Irrigation amount；Intercropping；Marginal effect

春小麥玉米間作是我國西北地區(qū)，特別是甘肅一熟灌區(qū)的一種普遍高產種植模式，具有明顯的產量優(yōu)勢[1 - 3 ]。該模式能改善通風透光條件，提高光能利用率；充分利用土地， 使用地與養(yǎng)地相結合；利用不同作物的抗逆能力穩(wěn)產增收；有明顯的邊行優(yōu)勢。陳阜等[4 ]研究發(fā)現(xiàn)，在冬小麥-夏玉米兩熟模式基礎上開發(fā)的冬小麥/春玉米/夏玉米多熟間套模式，具有較高的生產潛力和資源利用效率，其單產水平和光熱資源利用率可以提高 20%以上；劉巽浩[5 ]的隔根試驗認為，在小麥邊行優(yōu)勢的貢獻中，地下部分作用大于地上部分。楊春峰[6 ]、蔡菊云[7 ]認為，小麥邊際效應與品種、地力、行距、空帶寬度、密度等因素有關。一般情況下若配置合理，則邊行在長勢、產量等方面均優(yōu)于內行。通過合理的間套作，可以明顯提高光、溫、水、氣、肥等各項因子的利用效率，比單作得到更多的收獲量[4 ]。

甘肅河西綠洲灌區(qū)耕地面積廣闊，光熱資源相對豐富，具有發(fā)展間作套種的優(yōu)勢條件，但該區(qū)水資源總量僅占全國的4.6%[8 ]，間作套種發(fā)展受水資源不足的嚴重制約。研究表明，采用先進的節(jié)水灌溉技術，可以大幅度降低農業(yè)用水量，提高灌溉水的利用率和水分生產率；可以方便管理，減少人工投入，既有社會效益，又有經濟效益[8 ]。

甘肅河西綠洲灌區(qū)水資源無效損耗的最大途徑是蒸發(fā)和滲漏，在科學規(guī)劃農業(yè)與生態(tài)用水前提下，進一步提高工程節(jié)水效率是可行的[9 ]。推廣使用的溝畦灌、小塊灌和渠道除險襯砌技術，使渠系水利用率提高了近3百分點。此外，該區(qū)域還探索推廣了低壓管道輸水灌溉、噴灌、滴灌等高新灌溉技術， 使節(jié)水農業(yè)步入了科技化、規(guī)?；牡缆穂10 ]。在節(jié)水灌溉的研究方面，康紹忠 等[11 - 13 ]以玉米為材料，通過人工氣候盆栽作物控制性分根交替灌水試驗，提出了作物根系分區(qū)交替灌農田灌溉技術，已在許多作物上進行了試驗研究，并取得了明顯的節(jié)水效應。該技術主要通過減少地表蒸發(fā)量、降低作物蒸騰實現(xiàn)了節(jié)水目的，是一種集工程與生物節(jié)水與一體的高效節(jié)水技術。目前交替灌溉的研究已在密植作物和不同類型作物組成復合群體中得到廣泛應用[14 - 15 ]。在2種或2種以上作物組成的復合群體中，矮稈作物由于通風、受光和養(yǎng)分競爭等方面的劣勢而表現(xiàn)為邊行劣勢，若將交替灌溉集成應用到間作種植中，即在不同作物帶按不同作物的需水特性供水，形成配對作物供水時間和空間上的交替，可能會減少土壤的水分蒸發(fā)，并使矮稈作物的邊行劣勢得到一定的緩解或使原有的邊行優(yōu)勢得到進一步提升，進而使復合群體整體產量提高。我們在間作春小麥、玉米帶交替供水和不同水分梯度下，研究了間作春小麥與單作春小麥的產量表現(xiàn)、邊行效應、產量構成因素，旨在為河西綠洲灌區(qū)間作模式的節(jié)水灌溉、特別是限水條件下小麥邊行優(yōu)勢的進一步提高尋求科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2017年3 — 10月在地處河西綠洲灌區(qū)的甘肅農業(yè)大學武威黃羊鎮(zhèn)試驗農場進行。試驗區(qū)年平均降水量在160 mm左右，主要集中在7、8、9月份，年蒸發(fā)量為2 400 mm。年平均氣溫7.2 ℃，≥0 ℃的積溫為3 513.4 ℃，≥10 ℃積溫為2 985.4 ℃，年日照時數(shù)2 945 h。土壤為荒漠灌淤土[16 ]。

1.2 供試材料

供試春小麥品種為隴春30號，由甘肅省農業(yè)科學院小麥研究所提供。供試玉米品種為隴單9號，由甘肅省農業(yè)科學院作物研究所提供。

1.3 試驗方法

試驗共設6個處理。處理1為低定額供水單作春小麥（SW1），生育期總灌水量為 2 100 m3/hm2，其中苗期灌水600 m3/hm2、孕穗期灌水900 m3/hm2、抽穗后20 d灌水600 m3/hm2。處理2為中定額供水單作春小麥（SW2），生育期總灌水量為2 700 m3/hm2，其中苗期灌水750 m3/hm2、孕穗期灌水1 200 m3/hm2、抽穗后20 d灌水750 m3/hm2。處理3為高定額供水單作春小麥（SW3），生育期總灌水量為3 300 m3/hm2，其中苗期灌水900 m3/hm2、孕穗期灌水1 500 m3/hm2、抽穗后20 d灌水900 m3/hm2。處理4為低定額供水間作春小麥（IW1），生育期總灌水量為 2 400 m3/hm2，其中春小麥苗期灌水300 m3/hm2、玉米苗期灌水300 m3/hm2、春小麥孕穗期灌水450 m3/hm2、玉米喇叭口期灌水450 m3/hm2、春小麥灌漿期灌水300 m3/hm2、玉米開花期灌水300 m3/hm2、玉米灌漿期灌水300 m3/hm2。處理 5為中定額供水間作春小麥（IW2），生育期總灌水量為3 075 m3/hm2，其中春小麥苗期灌水375 m3/hm2、玉米苗期灌水375 m3/hm2、春小麥孕穗期灌水600 m3/hm2、玉米喇叭口期灌水600 m3/hm2、春小麥灌漿期灌水375 m3/hm2、玉米開花期灌水450 m3/hm2、玉米灌漿期灌水300 m3/hm2。處理 6為高定額供水間作春小麥（IW3），生育期總灌水量為3 750 m3/hm2，其中春小麥苗期灌水450 m3/hm2、玉米苗期灌水450 m3/hm2、春小麥孕穗期灌水750 mm3/hm2、玉米喇叭口期灌水750 m3/hm2、春小麥灌漿期灌水450 m3/hm2、玉米開花期灌水600 m3/hm2、玉米灌漿期灌水300 m3/hm2。

試驗田間隨機排列，重復3次，小區(qū)面積32 m2（3.2 m×10.0 m），小區(qū)間留寬0.4 m的隔離帶。試驗各處理均為露地種植，春小麥于3月20日播種，玉米于4月18日播種。單作小麥時，播前一次性基施N 225 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2。間作小麥時，小麥帶基施N 225 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2；玉米帶基施N 108 kg/hm2、P2O5 225 kg/hm2，大喇叭口期追施N 216 kg/hm2、灌漿期追施N 36 kg/hm2。

作物收獲時，春小麥按邊1行、邊2行、邊3行分別取20株考種，測定其產量性狀（小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、收獲指數(shù)），并按邊1行、邊2行、邊3行分別計產。同時每小區(qū)隨機取樣20株考種，測定產量性狀（單位面積成穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重、千粒重），然后按小區(qū)單收計產。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行統(tǒng)計，用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對春小麥產量性狀及產量的影響

2.1.1 不同處理對春小麥產量性狀的影響

從表1可以看出，間作和提高供水水平均對春小麥成穗數(shù)具有顯著提高作用。在高、中、低定額灌水水平下，間作春小麥成穗數(shù)分別較單作春小麥提高了28.3%、25.0%、29.3%；間作群體中，高定額灌水處理成穗數(shù)較中定額、低定額灌水處理分別提高了7.3%、11.3%；單作群體中，高定額灌水處理成穗數(shù)較中定額、低定額灌水處理分別提高了4.5%、12.2%。

間作可顯著提高春小麥穗粒數(shù)，但供水水平對穗粒數(shù)的作用不顯著。在高、中、低定額灌水水平下，間作春小麥穗粒數(shù)分別較單作春小麥提高了18.8%、25.3%和19.2%；間作群體中，高定額灌水處理穗粒數(shù)較中定額、低定額灌水處理分別提高了2.0%、4.3%；單作群體中，高定額灌水處理穗粒數(shù)較中定額、低定額灌水處理分別提高了3.4%、4.7%。

間作對春小麥千粒重的影響在不同供水水平下不同。在高、中、低定額灌水水平下，間作春小麥千粒重較單作春小麥增加-2.0%～7.3%，其中低定額供水水平下的間作春小麥千粒重顯著高于單作。間作群體中，高定額灌水處理千粒重較中、低定額灌處理降低4.4%、4.8%；單作群體中，高定額灌水處理千粒重較中、低定額灌處理的增產為-0.5%、4.3%。千粒重表現(xiàn)減少的主要原因是在春小麥灌漿期，高稈作物玉米生長茂盛，在采光、水肥利用上強于春小麥，從而影響了春小麥的灌漿而使千粒重降低。

2.1.2 不同處理對春小麥產量的影響 從表1可以看出，在凈占地面積下，間作和提高供水水平均可提高春小麥產量。在高、中、低定額灌水水平下，間作春小麥折合產量分別較單作春小麥提高了33.12%、28.34%和20.96%。間作群體中，高定額灌水處理春小麥折合產量較中定額、低定額灌水處理分別提高了8.48%、17.13%；單作群體中，高定額灌水處理春小麥折合產量較中定額、低定額灌水處理分別提高了4.60%、6.44%。

2.2 不同處理春小麥的邊行效應

2.2.1 不同處理對不同邊行春小麥產量性狀的影響 從表2可以看出，間作較單作具有明顯提高不同行春小麥穗粒數(shù)的作用。在高、中、低定額三個灌水水平下，間作春小麥邊1行穗粒數(shù)較之單作春小麥分別提高了20.1%、18.2%、21.1%，邊2行分別提高了23.6%、36.0%、21.0%，邊3行分別提高了14.2%、23.5%、14.9%。其中，在高定額、低定額灌水水平下，間作春小麥與單作春小麥邊1行穗粒數(shù)差異明顯，中定額灌水水平下，間作春小麥與單作春小麥邊1行和邊2行差異都表現(xiàn)顯著。

在單作群體中，高定額灌水水平下，邊1行穗粒數(shù)比邊2行、邊3行分別提高了39.1%、24.7%；中定額灌水水平下，邊1行比邊2行、邊3行分別提高26.7%、40.3%；低定額灌水水平下，分別提高24.3%、28.1%。在間作群體中，高定額灌水水平下，邊1行穗粒數(shù)比邊2行、邊3行穗粒數(shù)分別提高35.1%、32.8%；中定額灌溉水平下，邊1行穗粒數(shù)比邊2行、邊3行穗粒數(shù)分別提高10.2%、34.3%；低灌水水平下，邊1行穗粒數(shù)比邊2行、邊3行穗粒數(shù)分別提高24.3%、35.1%。在間作群體高、中、低定額灌水水平下，邊1行與邊2行、邊3行差異顯著，中灌水水平下，邊1行與邊3行差異顯著。

在不同定額灌水水平下，間作比單作在小穗數(shù)上有優(yōu)勢（表2）。在高、中、低定額3個灌水水平下，間作春小麥邊1行小穗數(shù)較之單作春小麥分別提高了10.6%、10.2%、2.2%；邊2行分別提高了7.6%、26.9%、21.3%；邊3行提高了24.8%、12.3%、27.9%。

在單作群體中，高定額灌水水平下邊1行小穗數(shù)比邊2行、邊3行提高15.7%、17.8%；中定額灌水水平下邊1行小穗數(shù)比邊2行、邊3行提高19.5%、13.8%；低定額灌水水平下邊1行比邊2行、邊3行提高26.9%、31.7%。在間作群體中，高定額灌水水平下，邊1行小穗數(shù)比邊2行邊3行提高18.8%、4.0%；中定額灌水水平下，邊1行小穗數(shù)比邊2行邊3行提高3.7%、11.6%；低定額灌水水平下，邊1行比邊2行邊3行提高6.9%、5.3%。

間作高定額灌水水平下，小麥的千粒重邊1行比單作提高15.8%、2.8%、2.7%，邊2行提高0.03%、2.1%、6.5%，邊3行提高-7.9%、0.9%、13.3%。單作群體中，小麥的千粒重邊1行高定額灌水比中定額、低定額灌水提高1.6%、2.2%，邊2行提高-0.9%、2.6%，邊3行提高-2.2%、8.4%。間作群體中，小麥的千粒重邊1行高定額灌水比中定額、低定額灌水提高0.4%、1.1%，邊2行降低-2.9%、-3.6%，邊3行降低-10.7%、-11.9%。春小麥生長后期受到高稈作物玉米的影響，在采光和水肥利用方面處于劣勢，從而影響了春小麥灌漿，使千粒重下降。

2.2.2 不同處理對春小麥不同邊行產量的影響 從表2可以看出，間作春小麥較單作春小麥增產的主要原因是顯著提高了邊1行的產量（表2）。在高、中、低定額3個灌水水平下，間作春小麥較單作春小麥邊1行分別增產72.57%、49.06%、59.09%，邊2行分別增產14.29%、14.44%、29.87%，邊3行分別增產13.41%、11.39%、13.30%。增產主要表現(xiàn)在邊1行。

從邊行效應分析，單作春小麥在高定額灌水水平處理的邊1行產量比邊2行、邊3行分別提高了15.3%、37.8%，中定額灌水水平下，邊1行產量比邊2行、邊3行分別提高了17.8%、34.2%；低定額灌水水平下，邊1行產量比邊2行、邊3行分別提高了14.3%、17.3%。間作條件下，高定額灌水處理邊1行比邊2行、邊3行分別增產74.1%、20.4%，中定額灌水處理邊1行比邊2行、邊3行分別增產53.4%、79.5%，低定額灌水處理的邊1行比邊2行、邊3行分別增產40.0%、64.7%。邊行優(yōu)勢主要表現(xiàn)在邊1行上，且間作春小麥較單作春小麥具有顯著提高邊1行優(yōu)勢的作用。

增加灌水可提高春小麥的邊行優(yōu)勢。單作群體中，高定額灌水處理的邊1行產量較中定額、低定額灌處理分別提高了28.4%、6.6%，邊2行分別提高了8.9%、27.3%，邊3行分別提高了3.8%、9.3%。間作群體中，高定額灌水處理邊1行產量較中、低定額灌水處理分別提高了23.4%、39.3%，邊2行分別提高了8.7%、12.0%，邊3行分別提高了5.7%、9.4%。

從以上分析可知，春小麥單作和間作都存在邊行效應，但間作的邊行優(yōu)勢更明顯，并且邊行優(yōu)勢主要表現(xiàn)在邊1行。灌水水平也是影響春小麥邊行效應的因素之一，無論是在單作或者間作中，高定額灌水水平小麥的邊行優(yōu)勢較中、低定額灌水水平表現(xiàn)明顯。因此，在春小麥生產中，種植方式和灌水水平同時影響著春小麥的產量。

2.3 不同處理春小麥折合產量與產量性狀之間的相關性

從表3可以看出，小麥折合產量與穗粒數(shù)、成穗數(shù)、穗粒重呈顯著正相關關系。結合表2與表1分析發(fā)現(xiàn)，在不同灌溉方式下，小麥的穗粒數(shù)、成穗數(shù)、穗粒重等提高，其相應的產量也提高。從表1可知，在高、中、低定額灌水水平下，間作小麥成穗數(shù)分別較單作提高了28.3%、25.0%和29.3%，穗粒數(shù)分別較單作提高了18.8%、25.3%和19.2%，其主要原因是間作在光能，水分，養(yǎng)分的利用上都優(yōu)于單作。Allen等[17 ]研究認為，不同葉冠，生育期有差異的2種作物間套時光能截獲量增大，而且分布比較均勻。在適宜栽培密度下間套復合群體可獲得最大光能利用率，提高光能轉換率。因此，間作比單作在折合產量和產量構成因素上具有增產優(yōu)勢。

在高、中、低3個定額灌水水平下，間作春小麥的穗粒重邊1行較單作春小麥分別提高了20.1%、18.2%、21.1%，邊2行分別提高了23.6%、 36.0%、21.0%，邊3行分別提高了14.2%、23.5%、14.9%。間作春小麥的小穗數(shù)邊1行較單作春小麥分別提高了10.6%、10.2%、2.2%，邊2行分別提高了7.6%、26.9%、21.3%，邊3行分別提高了24.8%、12.3%、27.9%。在相同灌溉水平下分別比較單作春小麥與間作春小麥在低、中、高3個定額灌水水平下的邊行表現(xiàn)可以看出，在低定額灌水水平下，間作春小麥邊1行穗粒重比單作提高21.2%；中定額灌水水平下，間作春小麥邊1行穗粒重比單作春小麥提高18.2%；高定額灌水水平下間作春小麥邊1行穗粒重比單作春小麥提高20.1%。在相同灌溉水平下分別比較單作春小麥與間作春小麥在低、中、高3個定額灌水水平下的產量表現(xiàn)可以看出，間作春小麥邊1行產量比單作春小麥分別提高59.09%、49.06%、72.57%。

綜合以上分析可知，間作小麥增產的原因主要是因為其產量構成因素的改善，間作比單作具有較強的邊行效應也是因為其小穗數(shù)、穗粒數(shù)在間作中比在單作中表現(xiàn)良好。因此，穗粒數(shù)、穗粒重、成穗數(shù)等影響了小麥的產量和邊行效應，它們之間呈正相關關系。

3 小結與討論

在低、中、高3個定額灌水水平下，間作春小麥的折合產量比單作春小麥分別提高了20.96%、28.34%、33.12%。單作群體中，高定額灌水水平下春小麥折合產量比中定額灌水水平下春小麥折合產量提高了4.60%，比低定額灌水水平春小麥的折合產量提高了6.40%。在間作群體中，春小麥的折合產量高定額灌水水平比中定額灌水水平提高了8.48%，比低定額灌水水平提高了17.13%。

在低、中、高3個定額灌水水平下，間作春小麥邊1行產量比單作春小麥邊1行產量分別提高了59.09%、49.06%、72.57%，邊2行產量分別提高為29.87%、14.44%、14.29%；邊3行產量分別提高了13.3%、11.39%、13.41%。單作群體中，低、中、高3個定額灌水水平下，邊1行比邊2行、邊3行分別增產14.3%～17.3%、17.8%～34.2%、15.3%～37.8%。間作小麥中，邊行產量在低、中、高定額三個灌水水平下表現(xiàn)為邊1行比邊2行、邊3行分別提高了40.0%～64.7%、 53.4%～79.5%、 20.4%～74.1%。單作小麥中，高定額灌水水平的邊行產量比中定額、低定額灌水水平提高了6.6%～28.4%。間作小麥中，高定額灌水水平的邊行產量比中定額、低定額灌水水平提高了12.9%～39.3%。在高定額、中定額、低定額灌水水平下，間作春小麥成穗數(shù)分別較單作春小麥提高了28.3%、25.0%、29.3%，穗粒數(shù)分別較單作春小麥提高了18.8%、25.3%、19.2%。由此可以看出，間作小麥的產量構成因素比單作具有優(yōu)勢，這是小麥經濟產量增加的主要原因。在本研究中，間作春小麥的千粒重表現(xiàn)為降低趨勢，其主要原因是春小麥生長后期玉米影響了春小麥對養(yǎng)分和光照的利用。交替灌溉中水分也是影響千粒重的主要因素之一，水分對春小麥千粒重的形成有副作用，但是它對春小麥產量的形成影響較小。

小麥間作比單作具有產量優(yōu)勢的另外原因是間作比單作具有較強的競爭力和密植效應[17 ]，即復合群體的立體結構透光，能充分利用光能，矮位作物能夠吸收高稈作物反射的太陽光，提高了光能利用率。

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（本文責編：楊 杰）