侯慧芝，張緒成*，湯瑛芳，王紅麗，于顯楓，方彥杰，馬一凡

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070; 2.甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實驗室，甘肅 蘭州 730070; 3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程咨詢中心，甘肅 蘭州 730070)

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半干旱區(qū)全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯/蠶豆間作的產(chǎn)量和水分效應(yīng)

侯慧芝1,2，張緒成1,2*，湯瑛芳3，王紅麗1,2，于顯楓1,2，方彥杰1,2，馬一凡1,2

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070; 2.甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實驗室，甘肅 蘭州 730070; 3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程咨詢中心，甘肅 蘭州 730070)

間套作是提高農(nóng)田資源利用效率和緩解連作障礙的有效措施，但就旱作全膜覆蓋馬鈴薯豆科作物間作的增產(chǎn)機(jī)制及其效應(yīng)，目前缺乏系統(tǒng)研究認(rèn)識。試驗于2011-2014年在西北黃土高原半干旱區(qū)的甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西試驗站進(jìn)行 (104°36′ E，35°35′ N)，以新大坪和臨蠶131為試驗材料，設(shè)馬鈴薯單作、蠶豆單作和薯蠶間作3個處理，記載生育期、測定年際土壤含水量，作物產(chǎn)量，計算作物生育期耗水量、水分利用效率、資源競爭力、土地當(dāng)量比等參數(shù)，揭示西北黃土高原旱作區(qū)馬鈴薯間作蠶豆對作物生育期、產(chǎn)量、耗水特征和水分利用效率的影響，以評價區(qū)域馬鈴薯/蠶豆間作的產(chǎn)量和水分效應(yīng)。結(jié)果表明，馬鈴薯/蠶豆間作的共生期長達(dá)100 d以上，共生期耗水占全生育期耗水總量的42.5%～58.3%，是馬鈴薯單作總耗水量的68.2%～86.3%；間作顯著提高了作物耗水量，并使馬鈴薯花后耗水量顯著降低。盡管間作后使產(chǎn)量較馬鈴薯單作在2011和2014年下降18.1%～31.2%，并使不同降水年型的作物水分利用效率顯著下降，但使2012年的作物產(chǎn)量提高了10.6%，而且4年土地當(dāng)量比達(dá)1.3～1.5，蠶豆對于馬鈴薯的資源競爭力為0.31～1.15。所以半干旱區(qū)全膜覆蓋馬鈴薯壟溝間作種植具有顯著提高土地生產(chǎn)效率的潛力，但需要通過科學(xué)搭配作物組合才能實現(xiàn)增產(chǎn)增效、改善農(nóng)田環(huán)境的目的。

半干旱區(qū)；全膜覆蓋；壟溝種植；馬鈴薯間作蠶豆；水分；產(chǎn)量

1.InstituteofDrylandFarming,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070，China; 2.KeyLaboratoryofHighWaterUtilizationonDrylandofGansuProvince,Lanzhou730070，China; 3.InstituteofAgriculturalEconomyandInformationResearch,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070，China

半干旱區(qū)由于降水限制，作物產(chǎn)量長期低而不穩(wěn)。地處黃土高原西北部的甘肅中部半干旱區(qū)，年降雨量為300～500 mm，而且春旱頻發(fā)，春播作物如小麥(Triticumaestivum)等產(chǎn)量長期徘徊在1500 kg/hm2以下[1]。該區(qū)夏播作物如馬鈴薯(Solanumtuberosum)、玉米(Zeamays)的種植面積逐年增加，目前已占總耕地面積的50%以上[2-3]。尤其是近幾年在全膜覆蓋壟溝種植技術(shù)的帶動下，馬鈴薯種植面積迅速增加。以定西市為例，近10年的馬鈴薯播種面積逐年增加，占總耕地面積的19%以上[4]，成為該區(qū)域農(nóng)業(yè)的主導(dǎo)特色產(chǎn)業(yè)。

多年地膜覆蓋種植試驗結(jié)果表明，半干旱區(qū)馬鈴薯在覆蓋種植條件下，季節(jié)性干旱脅迫和高濕的雙重并存，不但使有限的水分資源未能充分利用，而且誘發(fā)馬鈴薯病害大面積發(fā)生，成為制約馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要障礙因子[5-7]。2013年甘肅省晚疫病發(fā)病面積達(dá)到53.3萬hm2，占馬鈴薯總播種面積的76.78%[8]。馬鈴薯病害的大面積發(fā)生，不但與連作密切相關(guān)[9]，而且與7-8月降雨增加、土壤濕度提高造成的田間高溫高濕環(huán)境有關(guān)[10-11]。因此，如何降低連作風(fēng)險、優(yōu)化雨季的農(nóng)田水熱環(huán)境，提高該區(qū)有限水資源的利用效率，不但是目前解決馬鈴薯生產(chǎn)中病害障礙的重點(diǎn)問題，而且也是提高該區(qū)作物水分生產(chǎn)效率的重點(diǎn)方向。

間作能充分利用光、熱、水以及農(nóng)田時間和空間等資源，充分發(fā)揮邊際效應(yīng)，提高單位面積的產(chǎn)量和效益[12-14]。研究證明，作物合理間作可產(chǎn)生互補(bǔ)作用[15]，如玉米和蠶豆(Viciafaba)間作，有顯著的互補(bǔ)優(yōu)勢，可促進(jìn)作物生長發(fā)育并提高產(chǎn)量[16]；馬鈴薯與燕麥(Avena)間作可增加馬鈴薯葉面積系數(shù)，改變光合特性，促進(jìn)光合作用，提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量[17]；與豆科作物間作有利于補(bǔ)充土壤氮元素的消耗等[18-23]。另外，由于間作具有小倒茬和生物隔離等作用，可有效改善土壤生物性狀，降低作物病蟲害尤其是土傳病害的發(fā)生概率[24-27]。

綜上所述，間作是目前克服連作障礙、提高農(nóng)田生產(chǎn)力和資源利用效率的有效措施。然而，在半干旱區(qū)發(fā)展間套作是否會導(dǎo)致降水總量不足和季節(jié)性干旱造成的減產(chǎn)；間作后可能形成的水分競爭對馬鈴薯的水分利用和產(chǎn)量形成有何影響等問題，目前都沒有科學(xué)定論。為科學(xué)認(rèn)識以上問題，我們依托4年的大田定位試驗，在全膜覆蓋壟溝種植的條件下，選擇高稈豆科作物——蠶豆為間作作物，通過記載生育期、測定年際土壤含水量，作物產(chǎn)量，計算作物生育期耗水量、水分利用效率、資源競爭力、土地當(dāng)量比等參數(shù)明確半干旱區(qū)旱作農(nóng)田全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯-蠶豆間作的土壤水分效應(yīng)及其農(nóng)田生產(chǎn)力，為進(jìn)一步明確旱作限水條件下作物間作體系對農(nóng)田生產(chǎn)力的影響及其水分年際平衡，為探索資源高效、生態(tài)安全和生產(chǎn)增效的技術(shù)途徑提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

圖1　全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯-蠶豆間作示意圖Fig.1　Intercropping model of potato and fababean in ridges and furrows with plastic mulching　　　A：馬鈴薯單作；B：蠶豆單作；C：薯豆間作。A：Monoculture potato；B：Monoculture fababezn；C：Fababean and potato intercropping.

試驗設(shè)在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西試驗站(104°36′ E, 35°35′ N)。該區(qū)海拔1970 m，年平均氣溫6.2℃，年輻射總量5898 MJ/m2，年日照時數(shù)2500 h，≥10℃年積溫2075.1℃，無霜期140 d，屬中溫帶半干旱氣候。作物一年一熟，為典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。年均降水量415 mm，6-9月降水量占年降水量的68%，降水相對變率為24%，400 mm降水保證率為48%。試驗區(qū)土壤為黃綿土， 0～30 cm土層平均容重1.25 g/cm3，田間持水量為21.18%，永久凋萎系數(shù)為7.2%，土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、NH4+-N、NO3-N、速效P、速效K分別為 11.99 g/kg、1.16 g/kg、25.3 mg/kg、172.8 mg/kg、4.8 mg/kg、0.8 mg/kg、8.67 mg/kg和121.50 mg/kg，pH值8.35。

1.2試驗設(shè)計

本試驗為2011-2014年的定位試驗，采用完全隨機(jī)排列，設(shè)3個處理，分別是蠶豆單作(MF)、馬鈴薯單作(MP)和馬鈴薯與蠶豆間作(IMF)，每個處理3次重復(fù)。本試驗3個處理均采用全膜覆蓋壟溝種植，壟寬60 cm，壟高15 cm，溝寬40 cm，帶寬100 cm。馬鈴薯種植在壟的兩側(cè)，蠶豆種植在溝內(nèi)，種植方式見圖1。各處理蠶豆和馬鈴薯密度均為 4.95萬株/hm2。供試馬鈴薯品種為新大坪，蠶豆品種為臨蠶131。小區(qū)面積=6.0 m×7.5 m=45 m2。各處理施肥量均為：有機(jī)肥30 t/hm2(有機(jī)肥種類為腐熟羊糞，養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)57.12%、水解氮1875 mg/kg、速效磷1402.4 mg/kg、速效鉀10968 mg/kg)，P2O560 kg/hm2，K2O 22.5 kg/hm2，全作基肥，N 90 kg/hm2，其中60%作基肥，40%作花期追肥。馬鈴薯植株大部分轉(zhuǎn)黃并逐漸枯萎，塊莖停止增重，即可收獲；蠶豆葉片凋落，中下部豆莢充分成熟，即可收獲。

根據(jù)甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西試驗站氣象資料統(tǒng)計(甘肅省定西市安定區(qū)團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)唐家堡村，104°36′ E，35°35′ N)，2011年試驗區(qū)全年降雨量為346.4 mm，蠶豆生育期降雨量為144 mm，馬鈴薯生育期降雨量為232.8 mm，屬于嚴(yán)重的欠水年份(圖2)；2012年試驗區(qū)全年降雨量為484.4 mm，蠶豆生育期降雨量為222 mm，馬鈴薯生育期降雨量為394.6 mm，屬于平水年份；2013年試驗區(qū)全年降雨量為551.9 mm，蠶豆生育期降雨量為370.9 mm，馬鈴薯生育期降雨量為445.1 mm，屬于豐水年份；2014年試驗區(qū)全年降雨量為482.2 mm，蠶豆生育期降雨量為237.2 mm，馬鈴薯生育期降雨量為287.4 mm，屬于平水年份，但季節(jié)分配不均。所以試驗區(qū)降雨量年際間變率比較大，年際內(nèi)季節(jié)分配不均，對蠶豆和馬鈴薯的生長造成一定影響，導(dǎo)致產(chǎn)量極不穩(wěn)定。

1.3測定指標(biāo)與計算方法

1.3.1土壤貯水量根據(jù)土壤容重和土壤含水量計算，用土鉆取各小區(qū) 0～200 cm土樣，測定步長為20 cm，用烘干稱重法測定土壤含水量，不同生育期測定。單作蠶豆和單作馬鈴薯每小區(qū)在溝、壟各設(shè)2個測定點(diǎn)；間作區(qū)在馬鈴薯帶、蠶豆帶、交錯帶分別設(shè)1個測定點(diǎn)。

1.3.2產(chǎn)量成熟期按小區(qū)收獲計產(chǎn)，間作處理2種作物分別收獲。馬鈴薯折合產(chǎn)量=馬鈴薯鮮薯產(chǎn)量/5[28]，蠶豆折合產(chǎn)量=蠶豆籽粒產(chǎn)量。間作處理產(chǎn)量按兩種作物占地比例折合計算，Yipf=(Ymp/Smp+Ymb/Smb)/2，式中，Yipf代表薯豆間作產(chǎn)量，Ymp代表馬鈴薯折合產(chǎn)量，Smp代表間作中馬鈴薯占地比例，Smb代表間作中蠶豆占地比例，Ymb代表蠶豆產(chǎn)量。

1.3.3作物水分利用效率WUE=Y/ET，式中，Y為不同處理的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；ET為處理的總耗水量。ET=(播前土壤貯水量-收獲后土壤貯水量)+生育期內(nèi)降雨量。計算間作區(qū)ET時，播前土壤貯水量為間作蠶豆播前的土壤貯水量，收后土壤貯水量指間作馬鈴薯收獲后的貯水量，降雨量為蠶豆播種到馬鈴薯收獲期的降雨量[29]。

圖2　2011-2014年試驗區(qū)降水分布和平均氣溫變化Fig.2　Precipitation and average air temperature in test areas from 2011 to 20143月上：in early March；3月中：in middle March；3月下：in late March。以此類推And so on.

1.3.4土地當(dāng)量比(LER)LER=(Yir/Ymr)+(Yif/Ymf)，式中：Yir和Yif分別代表間作蠶豆和間作馬鈴薯的產(chǎn)量，Ymr和Ymf分別代表單作蠶豆和單作馬鈴薯的產(chǎn)量。

1.3.5種間相對競爭力種間相對競爭力(aggressivity)表示兩種作物對資源的競爭能力[30]。

Arf=Yir/(Ymr·Pr)-Yif(Ymf·Pf)

式中：Arf為蠶豆相對于馬鈴薯的資源競爭力；Pr和Pt分別為間作中蠶豆和馬鈴薯所占的比例，Pr=2/5，Pf=3/5；Yir和Yif分別代表間作總面積上蠶豆和馬鈴薯的產(chǎn)量；Ymr和Ymf分別代表單作蠶豆和單作馬鈴薯的產(chǎn)量。當(dāng)Arf>0，表明蠶豆競爭能力強(qiáng)于馬鈴薯；當(dāng)Arf<0，表明蠶豆競爭能力弱于馬鈴薯。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Microsoft Excel 2007 軟件計算并作圖，DPS 9.50數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析，用Tukey 法檢驗處理間的差異顯著性。

2　結(jié)果與分析

2.1不同種植方式對作物生育期的影響

與單作相比，間作延長了蠶豆和馬鈴薯的生育期，蠶豆的延長天數(shù)在7～15 d，其中2012年延長天數(shù)最長；馬鈴薯生育期延長了5～7 d。就作物生育期而言，間作對蠶豆的影響大于馬鈴薯。間作主要延長了蠶豆花后生育天數(shù)，達(dá)5～13 d，花前生育天數(shù)延長了2～3 d；馬鈴薯間作后使花前生育天數(shù)延長了4～6 d，花后生育天數(shù)延長1～2 d。因此，間作主要延長了蠶豆花后生育天數(shù)和馬鈴薯花前生育天數(shù)。間作后馬鈴薯和蠶豆的共生期在101～106 d，分別占蠶豆和馬鈴薯總生育期的82.4%和74.5%。因此，間作對作物生育期有明顯的影響，延遲了作物的發(fā)育進(jìn)程，而且兩種作物的共生期較長(表1)。

表1　不同種植方式對作物生育期的影響Table 1　The crop growth stage of different planting method

2.2間作對作物產(chǎn)量的影響

2011和2014年馬鈴薯單作產(chǎn)量顯著高于薯豆間作和蠶豆單作，在2012和2013年馬鈴薯單作和薯豆間作之間無顯著差異，均顯著地高于蠶豆單作(表2)。單作馬鈴薯的產(chǎn)量顯著高于間作馬鈴薯，表明蠶豆和馬鈴薯間作對馬鈴薯的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成有顯著的抑制作用；雖然間作蠶豆的產(chǎn)量同樣顯著低于單作蠶豆產(chǎn)量，但下降幅度明顯低于馬鈴薯。表明在薯蠶間作體系中，馬鈴薯對間作群體產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率大于蠶豆，而蠶豆的競爭力高于馬鈴薯。作為以馬鈴薯為主體作物的間作體系中，選擇競爭力較弱的作物進(jìn)行間作，可能更有利于作物體系生產(chǎn)力和資源利用效率的提高。

表2　2011-2014年各處理的產(chǎn)量比較Table 2　Yields of different treatments in 2011-2014　kg/hm2

注：數(shù)據(jù)為3個重復(fù)的平均值。同列中不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note：Data are means of three replicates. Means followed by different letters are significantly different among treatments atP<0.05.

2.3間作對不同生育階段土壤貯水量的影響

不同處理農(nóng)田 0～200 cm 土壤貯水量季節(jié)變化與馬鈴薯和蠶豆生育進(jìn)程及降雨分布有密切關(guān)系(圖3)。與2011年播前相比，采用全膜覆蓋壟溝種植使土壤0～200 cm土層的貯水量逐年增加，2014年收獲后，蠶豆單作、馬鈴薯單作和間作處理土壤貯水量分別增加了192.4、203.7和174.7 mm。4年的試驗結(jié)果均顯示，間作處理土壤貯水量低于單作處理，而且在馬鈴薯現(xiàn)蕾期到塊莖膨大期達(dá)到顯著水平，表明間作使土壤貯水量顯著下降，造成了馬鈴薯和蠶豆之間的水分競爭。

圖3　不同種植模式0～200 cm土層的土壤貯水量Fig.3　The soil water storage in 0-200 cm profile of different planting methods　MF：蠶豆單作；IPF：薯豆間作；MP：馬鈴薯單作；BF：蠶豆播前；BP：馬鈴薯播前；BU：馬鈴薯現(xiàn)蕾期；FL：馬鈴薯開花期；TE：薯塊膨大期；HA：馬鈴薯收獲期。下同。MF：Monoculture fababean；IPF：Fababean and potato intercropping；MP：Monoculture potato；BF：Before faba-bean sowing；BP： Before potato sowing；BU：Budding of potato；FL：Flowering of potato；TE：Tuber enlargement of potato；HA：Harvesting of potato. The same below.

2.4間作對作物耗水量的影響

圖4　不同種植模式的農(nóng)田耗水量　Fig.4　The evapotranspiration of different planting methods　　　BF：花前；AFF-BPF：蠶豆花后-馬鈴薯花前；AF：花后。BF：Before flowing；AFF-BPF：After fababean flowing-before potato flowing；AF：After flowering.同一年份不同字母表示不同處理差異顯著(P<0.05)。下同。Different letters above bars in the same year mean significant difference among treatments at P<0.05 level. The same below.

間作和單作處理的花前花后耗水有顯著差異(圖4)。馬鈴薯花前耗水量顯著高于花后，占全生育期耗水量的66.2%～82.2%；而蠶豆則相反，花前耗水量占全生育期總耗水量的22.9%～42.4%。除干旱年份(2011年)外，2012-2014年蠶豆花后到馬鈴薯花前的耗水量占間作處理總耗水量的55.0%～60.5%。因此，蠶豆花后和馬鈴薯花前是耗水旺盛期，而這一時期正是兩種作物的共生期，這會造成更為激烈的水分競爭，對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成造成一定的不利影響。作物全生育期耗水量因降水量增加而增加，證明在全生育期存在水分虧缺。間作較單作耗散更多的土壤水分，達(dá)到顯著差異水平。

2.5間作對作物水分利用效率的影響

馬鈴薯單作4年的農(nóng)田水分利用效率均最高，為12.9～19.2 kg/(hm2·mm) ，平均為14.43 kg/(hm2·mm)，4年均顯著地高于薯豆間作和蠶豆單作處理。薯蠶間作處理4年農(nóng)田水分利用效率為8.16～11.09 kg/(hm2·mm)，平均為9.40 kg/(hm2·mm)，均高于蠶豆單作處理，而且在干旱年份(2011年)達(dá)到顯著差異水平(圖5)。與馬鈴薯單作相比，間作降低了水分利用效率；雖然間作較蠶豆單作能夠提高水分利用效率，但無顯著性差異。因此，在半干旱區(qū)采用全膜覆蓋壟溝種植進(jìn)行馬鈴薯和蠶豆間作，不能明顯改善作物的水分利用效率。

2.6間作作物種間相對競爭力及間作對土地利用效率的影響

蠶豆對于馬鈴薯的資源競爭力Arf在2011-2014年分別為0.31、1.15、1.03和0.61，均大于0，說明間作蠶豆對水分及養(yǎng)分等資源的競爭力強(qiáng)于馬鈴薯，尤其是在平水年和豐水年。間作處理2011-2014年的LER分別為1.52、1.38、1.33和1.36，均大于1，說明薯蠶間作處理具有提高土地利用效率的作用(圖6)。蠶豆和馬鈴薯對LER的貢獻(xiàn)因年份而異，干旱年份(2011年)間作馬鈴薯和單作馬鈴薯的產(chǎn)量比為0.84，而間作蠶豆和單作蠶豆的產(chǎn)量比為0.68，馬鈴薯對LER的貢獻(xiàn)高于蠶豆，而在平水年和豐水年則相反。表明在水分限制條件下馬鈴薯和蠶豆間作，能夠提高土地利用效率；在土壤水分含量較低時，馬鈴薯有較強(qiáng)的生產(chǎn)能力，但在土壤水分含量較高時，蠶豆對水分的利用能力較強(qiáng)。

圖5　不同種植模式的作物水分利用效率Fig.5　The crop water use efficiency (WUE) of different planting methods

圖6　不同年份間作種間相對競爭力及間作處理的土地當(dāng)量比Fig.6　LER (land equivalent ratio) and Arf (aggressivity) of intercropping treatments in different years

3　結(jié)論與討論

間作是提高土地生產(chǎn)力、改善作物根際土壤環(huán)境的重要技術(shù)措施[12-15]，但間作使作物體系耗水量增加[31-33]。因此，在水分限制條件下發(fā)展間作種植，必須要充分考慮水資源承載力[34]。馬鈴薯是西北黃土高原半干旱區(qū)的優(yōu)勢特色作物，但目前連作面積逐年擴(kuò)大。而且，在地膜覆蓋條件下，連續(xù)4年種植馬鈴薯使土壤0～200 cm土層的貯水量增加了200 mm。因此，為克服該區(qū)域馬鈴薯連作障礙問題，發(fā)展馬鈴薯間作有一定的水分基礎(chǔ)條件。試驗結(jié)果表明，在2011-2014年期間，無論是間作還是單作，都使土壤水分有一定的改善，單作馬鈴薯和間作馬鈴薯的土壤貯水量分別增加了203.8和174.7 mm。

雖然在4年試驗期間單作和間作馬鈴薯的土壤水分均有顯著增加，但間作與單作相比，除2012年略有增產(chǎn)外，2011、2013和2014年分別減產(chǎn)18.1%、6.2%和31.2%。2014年由于在馬鈴薯和蠶豆花期的7月份出現(xiàn)嚴(yán)重季節(jié)性干旱，間作處理顯著減產(chǎn)，這與馬鈴薯向日葵(Helianthusannuus)間作的結(jié)果相一致[35]。間作較單作的耗水量在4年均有顯著增加，2011-2014年分別增加了60.3%、51.4%、48.0%和31.9%，耗水量的增加并未引起產(chǎn)量的相應(yīng)增加，這主要與生育期耗水特征有關(guān)[36]。提高花后耗水量對增加產(chǎn)量有積極作用[36]， 2012年間作馬鈴薯的花后耗水量占總耗水量的27.7%，顯著高于單作處理的18.0%， 2012年間作處理產(chǎn)量高于單作；2013-2014年間作的花后耗水比例分別為24.4%和23.3%，而單作為29.8%和33.8%，間作處理的產(chǎn)量低于單作，并在2014年達(dá)到顯著差異。另外，馬鈴薯-蠶豆共生期的耗水量占總耗水量的比例也是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因子， 2013-2014年共生期耗水量占總耗水量的比例在55%以上，間作有顯著減產(chǎn)。因此，年際間降水量和分布狀況對馬鈴薯花前花后耗水有顯著影響，并調(diào)節(jié)馬鈴薯和蠶豆共生期的耗水量，最終導(dǎo)致間作和單作產(chǎn)量的年際間差異。年際間間作和單作耗水過程和產(chǎn)量的差異表明，調(diào)節(jié)耗水過程(花前花后、共生期的耗水量)對馬鈴薯產(chǎn)量形成有明顯作用。受耗水量和生育期耗水分配的影響，間作的水分利用效率高于蠶豆，但顯著低于單作馬鈴薯。表明在半干旱區(qū)，地膜覆蓋馬鈴薯蠶豆間作雖然在特殊年份能夠提高產(chǎn)量，但受季節(jié)性干旱、耗水總量增加和生育期耗水分配的影響，對農(nóng)田經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量水分生產(chǎn)潛力的發(fā)揮有負(fù)面作用。

綜上所述，薯豆間作未能穩(wěn)定提高農(nóng)田生產(chǎn)力和水分利用效率的原因可能和二者共生期長、馬鈴薯花后耗水量下降以及兩種作物間作耗水量較高有關(guān)。因此，在半干旱區(qū)發(fā)展地膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯間作技術(shù)，需要選擇與馬鈴薯共生期相對較短、耗水量較低，且資源競爭力相對較低的豆科作物，才能實現(xiàn)在穩(wěn)定提高農(nóng)田生產(chǎn)力和水分生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，改善農(nóng)田土壤環(huán)境，以達(dá)到區(qū)域馬鈴薯產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的目標(biāo)。

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*Effects of potato-fababean intercropping on crop productivity and soil water under a plastic mulch and ridge-furrow planting system in a semiarid area

HOU Hui-Zhi1,2, ZHANG Xu-Cheng1,2*, TANG Ying-Fang3, WANG Hong-Li1,2, YU Xian-Feng1,2,

FANG Yan-Jie1,2, MA Yi-Fan1,2

Intercropping is an efficient way to increase natural resource use efficiency and reduce the obstacles resulting from continuous cropping. However, little research has focused on yield increment mechanisms associated with potato and legume intercropping utilizing furrow-ridge planting with plastic mulch. A 4 years (2011-2014) field study was conducted at the Dingxi Experimental Station, Gansu Academy of Agricultural Sciences (104°36′ E, 35°35′ N), located on the northwest Loess Plateau. Potato (xindaping) and fababean (lincan131)were used during the study. Three treatments were imposed: 1) potato monoculture, 2) fababean monoculture, and 3) intercropped potato-fababean. Measurements included seasonal and yearly soil water content, crop productivity, crop seasonal water consumption, water use efficiency, individual species competitiveness and subsequently, land equivalent rate calculated. The paragenesis period of potato and fababean was more than 100 days; evaportranspiration in this period accounted for 42.5%-58.3% of total evaportranspiration of the intercrop treatment, and 68.2%-86.3% of total evaportranspiration for the potato treatment. The intercrop produced lower yields, 18.1 % and 31.2% in 2011 and 2014 respectively compared with the potato treatment. Crop water use efficiency was also lower in the intercrop. However, the intercrop yield was significantly higher (10.6%) in 2012 compared with the potato treatment. The land equivalent rate reached 1.3-1.5 and the competitiveness of fababean relative to that of potato ranged from 0.31-1.15 through the 4 years of the study. Intercropping could increase potential productivity under plastic mulching and ridge-furrow planting systems in semiarid areas, but selecting appropriate crop species for intercrop systems is necessary to increase both crop productivity and natural resource use efficiency, as well as improve the cropland environment.

semiarid region; whole plastic mulching; ridge-furrow planting; potato-fababean intercropping; soil water; yield

10.11686/cyxb2015382

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-08-31；改回日期：2015-11-09基金項目：甘肅省科技重大專項(1502NKDA003),國家科技支撐計劃(2015BAD22B04)和農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201203031)資助。

侯慧芝(1980-)，女，甘肅西峰人，助理研究員，在讀博士。E-mail：houhuizhi666@163.com

Corresponding author. E-mail：gszhangxuch@163.com

侯慧芝，張緒成，湯瑛芳，王紅麗，于顯楓，方彥杰，馬一凡. 半干旱區(qū)全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯/蠶豆間作的產(chǎn)量和水分效應(yīng). 草業(yè)學(xué)報, 2016, 25(6): 71-80.

HOU Hui-Zhi, ZHANG Xu-Cheng, TANG Ying-Fang, WANG Hong-Li, YU Xian-Feng, FANG Yan-Jie, MA Yi-Fan. Effects of potato-fababean intercropping on crop productivity and soil water under a plastic mulch and ridge-furrow planting system in a semiarid area. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(6): 71-80.