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(河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 衡水 053000)

海河平原農(nóng)區(qū)無霜期200 d左右[1]，有大面積的棉花(Gossypiumherbaceum)種植，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年河北省棉花種植面積在39×104hm2[2]。棉花生長天數(shù)一般從4月底到10月中下旬，大約為180 d[3]。棉花收獲后，即進(jìn)入晚秋，不能與該區(qū)域其他農(nóng)作物形成一年兩作，從而造成晚秋-冬季-早春農(nóng)田閑置，形成了大量冬閑田?？煞窭妹藁ǘe田種植生育期較短、以營養(yǎng)體收獲的飼草，形成棉草復(fù)種模式，即可有效利用冬閑田，又可解決農(nóng)區(qū)冬春飼草短缺的矛盾，從而促進(jìn)農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展。據(jù)有關(guān)研究報(bào)道[4]，飼用黑麥(Secalecereale)是一年生越冬性的禾本科飼草作物，適宜冬春季節(jié)生長，在海河平原區(qū)應(yīng)該可利用棉花冬閑田種植。

有關(guān)棉花冬閑田利用的研究報(bào)道，主要集中在種植黑麥冬牧70上。馬興林等[5]證明棉花復(fù)種黑麥的可行性，試驗(yàn)結(jié)果顯示在棉花冬閑田種植一季冬牧70，經(jīng)濟(jì)效益顯著，并且在春季可增加地面覆蓋，減少土壤水分地表蒸發(fā)，生態(tài)效益顯著，但該結(jié)果未明確復(fù)種模式下飼用黑麥適宜播種期。許建新等[6]證明棉花復(fù)種黑麥能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)，培肥土壤；寧東峰等[7]分析了黑麥在與棉花復(fù)種中作為綠肥時(shí)的養(yǎng)分釋放規(guī)律；二者僅站在棉花復(fù)種飼用黑麥后對土壤改良角度進(jìn)行分析。孫成鈺等[8]研究表明黑麥-棉花輪作模式在利用深層水分方面有明顯優(yōu)勢，該研究僅從棉草復(fù)種模式對水資源利用角度進(jìn)行了探討。孫學(xué)釗等[9]，張思聰?shù)萚10]，杜高唐[11]在山東地區(qū)明確了棉花黑麥套種條件下飼用黑麥時(shí)期、播量及相關(guān)栽培技術(shù)，而套種條件下的飼用黑麥播期等栽培措施并不能替代復(fù)種模式下的栽培技術(shù)。李志堅(jiān)[12]試驗(yàn)結(jié)果顯示黃淮海區(qū)域棉花與黑麥復(fù)種時(shí)黑麥的播期在10月10日至11月14日，只要生產(chǎn)條件允許情況下黑麥應(yīng)盡可能早播，該研究立足于棉花復(fù)種飼用黑麥的前提下，僅考慮了何時(shí)播種飼用黑麥產(chǎn)量最佳，并沒用分析何時(shí)播種黑麥，復(fù)種模式經(jīng)濟(jì)效益最佳，且給出的飼用黑麥播種期時(shí)間歷時(shí)一月之久，在實(shí)際生產(chǎn)中難以選擇。綜合分析發(fā)現(xiàn)，以上研究均是從棉花飼用黑麥復(fù)種模式下某一個(gè)或幾個(gè)方面對棉草復(fù)種可行性、效益、栽培技術(shù)等進(jìn)行研究，不夠系統(tǒng)，缺乏綜合分析?；诖?，本研究從棉花飼用黑麥復(fù)種模式下兩種作物茬口搭配、復(fù)種模式下經(jīng)濟(jì)效益、水分利用效率和養(yǎng)分利用效率以及對土壤改良等方面綜合分析棉花飼用黑麥復(fù)種模式的可行性，探討利用海河平原區(qū)棉花秋冬閑田發(fā)展牧草的高效種植模式，旨在為該區(qū)域棉花冬閑田利用提供技術(shù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域自然概況

試驗(yàn)于2011-2014年進(jìn)行，試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在海河低平原區(qū)的河北省邢臺市任縣，位于E 114°30′和N 37°04′。試驗(yàn)區(qū)平均海拔42.0 m，無霜期197 d，年平均日照時(shí)數(shù)2567.5 h，平均降水量498.2 mm；試驗(yàn)地為壤土，pH 7.88，全鹽量0.52 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量2.04 g·kg-1，全氮含量0.129 g·kg-1，堿解氮96.35 mg·kg-1，速效磷7.7 mg·kg-1，速效鉀89.35 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)處理

以單作棉花為對照，利用棉花的冬閑田，將飼用黑麥與棉花進(jìn)行復(fù)種，通過飼用黑麥不同播期與棉花構(gòu)建幾種棉草復(fù)種茬口搭配方式，作為不同處理。目的是尋求棉花與黑麥的最佳茬口搭配時(shí)期，使二者的相互影響達(dá)到最小，單位面積效益達(dá)到最大化。試驗(yàn)處理見表1，共5個(gè)處理。每一處理為一小區(qū)，小區(qū)長4 m，寬5 m，面積20 m2，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。共計(jì)15個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)品種選擇：飼用黑麥為冬牧70，棉花為早熟高產(chǎn)品種國審冀668。

試驗(yàn)從2011年10月至2014年10月進(jìn)行，飼用黑麥按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)分別于10月10日、10月15日、10月20日和10月25日播種。播種量為150 kg·hm-2，行距20 cm。飼用黑麥?zhǔn)斋@后(4月30日)播種棉花，棉花行距66 cm，株距50 cm，密度30000株·hm-2。棉草復(fù)種處理下棉花收獲日期為播種飼用黑麥的前一天，即10月9日、10月14日、10月19日和10月24日播種，棉花單作收獲日期為10月28日。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置Table 1 Experimental treatment

1.3 測定項(xiàng)目

1.3.1飼用黑麥調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)及方法 生育期調(diào)查：包括出苗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期。農(nóng)藝性狀測定：收獲前測量株高，每小區(qū)隨機(jī)取10株，測量從地面至植株的最高部位(芒除外)的絕對高度，求其平均值。刈割前調(diào)查總莖數(shù)，隨機(jī)選取100 cm行長，統(tǒng)計(jì)行內(nèi)總莖數(shù)，折算畝莖數(shù)。刈割時(shí)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取長勢均勻的10株測定分蘗穗，計(jì)算單株分蘗數(shù)?？沟剐园凑諢o(0)、輕(25%)、中(30%)、重(50%)的4級調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。植株傾倒45度以上為倒伏。鮮草刈割測產(chǎn)后測定鮮干比，每小區(qū)分別取鮮草樣500 g，待自然風(fēng)干后稱量干重，計(jì)算鮮干比(風(fēng)干量/鮮樣量)×100%。刈割測產(chǎn)后測定莖葉比，各小區(qū)分別取鮮草樣500 g將莖和葉分開后自然風(fēng)干，再分別稱重，計(jì)算莖葉比(莖質(zhì)量/葉質(zhì)量)。

產(chǎn)量性狀測定：各小區(qū)去掉邊行及小區(qū)兩頭行頭各0.5 m，剩余全部刈割進(jìn)行測產(chǎn)得到小區(qū)鮮草產(chǎn)量，之后折算成公頃產(chǎn)鮮重。干草產(chǎn)量由鮮草產(chǎn)量和鮮干比計(jì)算得出。

1.3.2土壤理化性質(zhì)測定 水分、養(yǎng)分在作物種植前和收獲后及復(fù)種牧草收獲后測定，土壤水分：0～120 cm，分3層。土壤養(yǎng)分0～40 cm，分2層。

水分利用效率(WUE)：依據(jù)生物量和籽粒產(chǎn)量(Y)及播前和收獲時(shí)的土壤水分消耗量計(jì)算水分利用效率。作物和復(fù)種牧草均用下列公式分段計(jì)算[13]。

WUE (kg·hm-2·mm-1)=Y/(W1-W2+P+G)

式中：W1為播前土壤貯水量(mm)；W2為收獲時(shí)土壤貯水量(mm)；P為生育期降水量;G為生育期灌水量；Y為生物量和籽粒產(chǎn)量。

水分經(jīng)濟(jì)利用效率(EWUE)：依據(jù)周年內(nèi)某一種植模式下效益總值和耗水量計(jì)算。EWUE(元·hm-2·mm-1)=總效益(元·hm-2)/耗水量(mm)[14]。

養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)利用效率(ENUE)：參考水分經(jīng)濟(jì)利用效率，依據(jù)試驗(yàn)期內(nèi)某一種植模式下效益總值和土壤養(yǎng)分變化量計(jì)算養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)利用效率。ENUE(元·hm-2·kg-1)=總效益(元·hm-2)/(N1-N2+F)(kg)。N1:播前土壤養(yǎng)分含量(kg·hm-2)；N2:收獲后土壤養(yǎng)分含量(kg·hm-2)；F:試驗(yàn)期間所施肥料中養(yǎng)分含量(kg·hm-2)。

1.3.3棉花調(diào)查內(nèi)容及方法 棉花調(diào)查內(nèi)容參照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[15]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 19軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，運(yùn)用Excel 軟件進(jìn)行表格制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期調(diào)查

2.1.1飼用黑麥生育期 對2011-2014年不同搭配方式下飼用黑麥的生育期進(jìn)行了調(diào)查(表2)。從飼用黑麥生育期來看，10月15日之前播種飼用黑麥，出苗較快，均為7 d后出苗。隨著播期的延后，氣溫逐漸降低，飼用黑麥出苗期逐漸推遲。10月25日播種的飼用黑麥抽穗期較晚，可能是由于冬前發(fā)育較弱，影響了后期生長發(fā)育進(jìn)程。在棉花(4月30日)播種時(shí)，飼用黑麥均處于抽穗期，即將進(jìn)入開花期。

表2 飼用黑麥生育期調(diào)查表Table 2 Growth periods of S. cereale (月-日Month-day)

注：“-”表示沒有數(shù)據(jù)，下同。

Note: “-”No data, the same below.

2.1.2棉花生育期 對2011-2014年不同搭配方式下棉花的生育期進(jìn)行了調(diào)查(表3)。由于CK和復(fù)種情況下播種期均一致，且品種相同，因此不同處理下棉花生育期也基本表現(xiàn)一致(表3)。根據(jù)各處理播種黑麥時(shí)期來收獲棉花，致使棉花生長天數(shù)不一致，收獲時(shí)間縮短。

表3 棉花生育期調(diào)查表Table 3 Growth periods of cotton

2.2 不同處理的籽棉產(chǎn)量和飼草干草產(chǎn)量

對不同搭配方式下籽棉產(chǎn)量以及復(fù)種的飼用黑麥干草產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表4)。從2011-2014年籽棉平均產(chǎn)量來看， 在棉花冬閑田不同時(shí)期復(fù)種飼用黑麥均導(dǎo)致籽棉產(chǎn)量降低，降低幅度為0.1%～3.1%，但經(jīng)過方差分析顯示差異不顯著。在棉草復(fù)種模式下，隨著飼用黑麥播種期的延遲，棉花生長時(shí)間延長，籽棉產(chǎn)量呈逐漸增加趨勢。

從不同處理下飼草干草產(chǎn)量看，棉草復(fù)種模式隨著飼用黑麥播種期的推遲，飼草干草產(chǎn)量逐漸降低。C-S1010處理飼草干草產(chǎn)量極顯著高于C-S1025處理(P<0.01)，顯著高于C-S1020處理(P<0.05)，C-S1010處理和C-S1015處理飼草干草產(chǎn)量差異不顯著。

2.3 飼用黑麥農(nóng)藝性狀

對不同搭配方式下飼用黑麥農(nóng)藝性狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表5)。由2011-2014年3年均值來看，不同棉草搭配方式下飼用黑麥單株分蘗數(shù)和總莖數(shù)隨著播期的延后呈逐漸下降趨勢。單株分蘗數(shù)方面C-S1010處理和C-S1015處理極顯著高于C-S1020處理和C-S1025處理(P<0.01)，C-S1010處理和C-S1015處理之間差異不顯著。單株分蘗數(shù)低，直接影響到群體密度，對飼用黑麥總莖數(shù)統(tǒng)計(jì)顯示，C-S1010處理總莖數(shù)極顯著高于其他處理(P<0.01)。莖葉比方面C-S1025處理飼用黑麥的莖葉比極顯著高于C-S1010和C-S1015處理(P<0.01)，顯著高于C-S1020處理(P<0.05)。C-S1015處理飼用黑麥株高最高，為100.22 cm，C-S1025處理最低，為90.75 cm，二者差異顯著(P<0.05)。飼用黑麥的倒伏隨著播期延后呈現(xiàn)逐漸減輕趨勢，可能是由于隨著播期延后，飼用黑麥分蘗能力降低，導(dǎo)致群體密度減少，抗倒能力增強(qiáng)。

表4 不同復(fù)種方式下籽棉產(chǎn)量和飼草干草產(chǎn)量Table 4 Cotton and forage dry yield under the different multiple cropping patterns

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，下同。

Note: Different small or capital alphabets in the same column were significant differences at the 0.05 level or 0.01 level, the same below.

表5 飼用黑麥農(nóng)藝性狀Table 5 Agronomic traits of S. cereale

2.4 不同復(fù)種方式的經(jīng)濟(jì)效益分析

對2011-2014年不同復(fù)種方式下的平均總產(chǎn)值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表6)。按照2011-2014年平均價(jià)格，飼用黑麥干草單價(jià)為1.4元·kg-1，棉花籽棉單價(jià)為6元·kg-1統(tǒng)計(jì)，計(jì)算各處理下總產(chǎn)值。不同棉草搭配方式的總產(chǎn)值均極顯著高于CK(P<0.01)。不同棉草復(fù)種處理之間的棉花產(chǎn)值差異不顯著，隨著飼用黑麥播種期推遲，棉花的產(chǎn)值逐漸升高，但與CK相比均有所下降。不同棉草復(fù)種處理的飼用黑麥產(chǎn)值存在極顯著差異，隨著飼用黑麥播期延遲產(chǎn)值逐漸降低，C-S1010處理飼用黑麥的產(chǎn)值極顯著高于C-S1025處理(P<0.01)，顯著高于C-S1020處理(P<0.05)，和C-S1015處理差異不顯著(P>0.05)。C-S1015處理下飼用黑麥的產(chǎn)值極顯著高于C-S1025處理(P<0.01)，與C-S1010處理和C-S1020處理差異不顯著(P>0.05)?？偖a(chǎn)值方面也表現(xiàn)逐漸下降趨勢，C-S1025處理下總產(chǎn)值最低。

在棉花冬閑田復(fù)種飼用黑麥，棉花的管理與單作情況下完全一致，只是收獲時(shí)間不同，所以與棉花單作相比，棉草復(fù)種處理下的效益增減值由飼草收益、飼草投入以及復(fù)種條件下棉花與單作條件下棉花收益的增減值組成。對復(fù)種模式下的效益增減值統(tǒng)計(jì)見表6。由表可知，復(fù)種飼用黑麥處理均比單作處理效益有所增加，棉草復(fù)種處理比CK平均效益增加6070.2元·hm-2，但隨著飼用黑麥播種期的延遲，效益增加值逐漸降低。

2.5 不同復(fù)種方式的水分利用效率以及水分經(jīng)濟(jì)利用效率

對2011-2014年不同復(fù)種方式的平均水分利用效率按照飼草干物質(zhì)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、播前和收獲時(shí)的土壤含水量、降水量和灌溉量進(jìn)行計(jì)算(表7)。不同棉草復(fù)種方式的飼用黑麥水分利用效率以C-S1015處理下最高，為75.40 kg·hm-2·mm-1，其次為C-S1020處理，C-S1010處理下飼用黑麥的水分利用效率最低。棉花生長期間，復(fù)種條件下棉花水分利用效率均高于CK，不同棉草復(fù)種處理的棉花平均水分利用效率為8.32 kg·hm-2·mm-1，較單作處理提高16.49%。

周年平均耗水量來看，復(fù)種條件下周年耗水量高于單作處理。不同棉草復(fù)種處理的周年平均耗水量隨著飼用黑麥播種期的延遲呈逐漸下降趨勢，但差異不顯著，C-S1010處理和C-S1015處理下周年耗水量顯著高于CK(P<0.05)。根據(jù)不同復(fù)種方式的平均總產(chǎn)值、總成本以及耗水量計(jì)算平均水分經(jīng)濟(jì)利用效率。由表7可以看出，復(fù)種條件下平均水分經(jīng)濟(jì)利用效率均高于CK，不同棉草復(fù)種處理的平均水分經(jīng)濟(jì)利用效率為21.37元·hm-2·mm-1，較單作處理提高56.54%。

表6 不同復(fù)種方式的產(chǎn)值及經(jīng)濟(jì)效益比較Table 6 The economic efficiency of different multiple cropping patterns (CNY·hm-2)

表7 不同復(fù)種方式的水分利用效率及水分經(jīng)濟(jì)利用效率Table 7 The water use efficiency and water economic use efficiency of different multiple cropping patterns

注：其中棉花種植成本按照15000元·hm-2(包含人工費(fèi))計(jì)算，飼用黑麥種植成本按照4500元·hm-2(包含人工費(fèi))計(jì)算，數(shù)據(jù)均由當(dāng)?shù)亟?年實(shí)際種植棉花和飼草投入計(jì)算所得出。

Note: Total input of cotton according to 15000 CNY·ha-1(including labor), total input of forage rye according to 4500 CNY·ha-1(including labor). The data are calculated from the actual input of cotton and forage grass in the last 3 years.

2.6 不同復(fù)種方式的氮、磷、鉀養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)利用效率

不同復(fù)種模式的土壤養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)利用效率按照不同模式的3年總效益、播前和收獲后的土壤養(yǎng)分含量、3年施肥總量來計(jì)算。試驗(yàn)對3年平均堿解氮、速效磷、速效鉀經(jīng)濟(jì)利用效率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表8)，由表8可知，棉草復(fù)種條件下對堿解氮、速效磷和速效鉀的經(jīng)濟(jì)利用效率隨著黑麥播期延遲逐漸降低。單作處理對堿解氮和速效磷的經(jīng)濟(jì)利用效率均高于復(fù)種處理，而對速效鉀的經(jīng)濟(jì)利用效率低于C-S1010和C-S1015處理，高于C-S1020和C-S1025處理。

2.7 不同復(fù)種方式對土壤肥力的影響

本研究對試驗(yàn)結(jié)束后的土壤有機(jī)質(zhì)、全鹽量、pH值、堿解氮、速效磷、速效鉀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。由表9可以看出，不同種植方式連續(xù)3年種植后土壤的有機(jī)質(zhì)含量均大幅度提高，且不同棉草復(fù)種處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量增加幅度均大于CK。C-S1020處理下土壤有機(jī)質(zhì)增長最多，達(dá)到14.66 g·kg-1。不同復(fù)種方式均降低了土壤含鹽量(表9)，且復(fù)種方式對土壤含鹽量抑制作用更強(qiáng)，棉草復(fù)種處理隨著飼用黑麥播種時(shí)間延遲土壤含鹽量逐漸降低，C-S1020和C-S1025處理下土壤含鹽量顯著低于CK。連續(xù)種植3年后，棉花飼用黑麥復(fù)種處理與CK相比土壤堿解氮和速效磷有所提高，但速效鉀有所降低。

3 討論

3.1 不同復(fù)種方式下兩種作物生育期搭配

海河平原區(qū)3-4月風(fēng)力較大，該地區(qū)大量種植的棉花在冬春季節(jié)形成大量裸露土地，易造成沙塵天氣，形成環(huán)境污染。由于復(fù)種模式下上茬作物播種和收獲時(shí)間影響到下茬作物的收獲和播種時(shí)間，因此選擇能與棉花復(fù)種的作物時(shí)，生育期尤為重要。在海河平原區(qū)，棉花一般4月底播種，10月中下旬收獲，據(jù)此，飼用黑麥安排了幾種不同播期進(jìn)行搭配開展試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果顯示，飼用黑麥在10月中下旬播種，到第2年4月底至5月初收獲，此時(shí)飼用黑麥正處于抽穗期至開花期，此期為最佳刈割期[4]，兩種作物能夠在茬口上較好的搭配，解決了棉花復(fù)種茬口搭配時(shí)間緊的難題。飼用黑麥在10月10-15日播種時(shí)，飼用黑麥干物質(zhì)產(chǎn)量最高，但是為減少對棉花影響，建議飼用黑麥適當(dāng)晚播，可推遲到10月20日。

3.2 不同復(fù)種方式下經(jīng)濟(jì)效益比較

采取棉花冬閑田復(fù)種，目的是為了提高土地利用率及經(jīng)濟(jì)效益。評價(jià)復(fù)種方式的優(yōu)劣，經(jīng)濟(jì)效益是最簡單直接，也最容易被種植戶接受的一種比較方式，因此本試驗(yàn)采用經(jīng)濟(jì)效益方式對棉花秋冬閑田復(fù)種飼用黑麥進(jìn)行比較。按照近三年的平均價(jià)格計(jì)算復(fù)種模式下投入產(chǎn)出值計(jì)算結(jié)果顯示，棉花飼用黑麥復(fù)種處理較CK平均增加經(jīng)濟(jì)效益6070.2元·hm-2。從經(jīng)濟(jì)角度考慮在棉花秋冬閑田增加種植一季飼草非常必要。

3.3 不同復(fù)種方式下水分經(jīng)濟(jì)利用效率分析

能否充分利用水分等資源，將資源轉(zhuǎn)化成生物產(chǎn)量也是衡量復(fù)種模式是否成功的一種重要標(biāo)準(zhǔn)[16]。路海東等[17]研究結(jié)果顯示，6個(gè)不同糧草間作模式與糧食單作相比，水分利用效率提高0.41～2.15 kg·m-3。湯文光等[18]研究結(jié)果顯示紅薯/春玉米-飼草等3種間套復(fù)種模式有利于提高作物水分利用效率及周年生產(chǎn)力。本試驗(yàn)采用水分經(jīng)濟(jì)利用效率的方式比較復(fù)種條件下和單作條件下水分利用效率，結(jié)果顯示CK水分經(jīng)濟(jì)利用效率為13.65元·hm-2·mm-1，不同棉草復(fù)種處理下水分經(jīng)濟(jì)利用效率在20.32～22.56元·hm-2·mm-1之間，均極顯著高于CK，與路海東等[17]和湯文光等[18]研究結(jié)果一致。牧草適應(yīng)干旱能力強(qiáng)于農(nóng)作物[19-21]，因此，選擇飼草作物作為秋冬季節(jié)填閑作物，可顯著提高水分利用效率。

3.4 不同復(fù)種方式下肥料經(jīng)濟(jì)利用效率分析

在肥料利用率上，董合林等[22]試驗(yàn)結(jié)果顯示麥棉兩熟制種植模式下兩季作物鉀肥利用率隨施鉀量的增加而降低，小麥、棉花的鉀肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率均隨施鉀量的增加而降低。王才斌等[23]認(rèn)為，小麥-花生一年兩作下同一時(shí)間施肥量越大氮肥利用效率越低；王德仁等[24]在“豌豆-稻-稻”復(fù)種模式下研究各季和全年氮素利用率，結(jié)果顯示同季作物施氮量越多，氮素利用率就越低。本研究在對棉花飼用黑麥復(fù)種模式下肥料經(jīng)濟(jì)利用效率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，復(fù)種處理與單作處理相比，養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)利用效率均呈現(xiàn)不同程度降低，可能是由于復(fù)種方式比單作棉田增加了肥料施用量所致。

3.5 不同復(fù)種方式對土壤改良效果

周春火等[25]研究結(jié)果顯示，復(fù)種2年后與單作處理相比土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量、微生物總量和酶活性增加。辛國榮等[26]研究冬季水稻田復(fù)種黑麥草后，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀分別提高11%、26%和57%。朱練峰等[27]研究結(jié)果顯示，經(jīng)過一個(gè)復(fù)種周期，各復(fù)種方式土壤堿解氮含量稍有降低，速效磷和速效鉀含量有較大幅度的降低。本試驗(yàn)經(jīng)過連續(xù)3年種植后，不同種植方式均提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低了土壤含鹽量，且復(fù)種條件下較單作處理土壤有機(jī)質(zhì)提高幅度更大，含鹽量降低更多。在土壤速效養(yǎng)分改變上與朱練峰等[27]研究結(jié)果類似，土壤的堿解氮、速效磷含量均比種植前有所降低，速效鉀含量有所提高。張洪剛等[28]對6種不同糧草復(fù)種方式生態(tài)效益分析時(shí)顯示，糧草復(fù)種能夠降低土壤pH值，而張樹生[29]在研究果園套種牧草對土壤的作用時(shí)結(jié)果顯示，果園套種牧草提高了土壤pH值。本試驗(yàn)在不同復(fù)種方式對土壤pH值改變方面和張樹生研究結(jié)果一致，且復(fù)種方式提高幅度小于單作模式。

本試驗(yàn)研究，對不同復(fù)種方式條件下，棉花和飼用黑麥的施肥量，分別采用兩種作物單作時(shí)的施肥量進(jìn)行，因此在計(jì)算養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)利用效率時(shí)出現(xiàn)單作處理的養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)利用效率高于復(fù)種處理的情況，對棉花飼用黑麥復(fù)種條件下如何施肥還需進(jìn)一步分析，明確復(fù)種模式下的合理施肥量以及施肥時(shí)間。

在棉花冬閑田種植一季飼草作物，可增加地表覆蓋物，在春季多風(fēng)季節(jié)可有效減少揚(yáng)沙，生態(tài)效益顯著。但如何將生態(tài)效益定量化，直接以經(jīng)濟(jì)效益的形式直觀表現(xiàn)還需深入探討。另外，復(fù)種飼草作物后對棉花病蟲害的發(fā)生是否產(chǎn)生影響還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

棉花復(fù)種飼用黑麥模式可以在海河平原區(qū)推廣種植，為了減少對棉花的影響，建議飼用黑麥播期適當(dāng)推遲到10月20日進(jìn)行。與單作棉花相比，棉花復(fù)種飼用黑麥平均經(jīng)濟(jì)效益較單作棉花增加6070.2元·hm-2。復(fù)種模式較單作棉花提高了棉花水分利用效率和棉田水分經(jīng)濟(jì)利用效率，復(fù)種條件下棉花平均水分利用效率為8.32 kg·hm-2·mm-1，較單作棉花提高16.49%，棉田平均水分經(jīng)濟(jì)利用效率為21.37元·hm-2·mm-1，較單作棉花提高56.54%。復(fù)種模式下土壤有機(jī)質(zhì)含量增長幅度和土壤含鹽量降低幅度均大于單作棉花，平均較單作棉花提高和降低5.71%和23.72%，土壤改良效果明顯。本試驗(yàn)結(jié)果為在海河平原區(qū)推廣種植棉花飼用黑麥復(fù)種提供了科學(xué)依據(jù)。