楊 玲郭 茹劉 洋錢(qián) 銳梁 霞張 鵬蔡 鐵任小龍賈志寬

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,陜西楊凌 712100;2.農(nóng)業(yè)部西北黃土高原作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北農(nóng)林科技大學(xué) 中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院,陜西楊凌 712100)

寧夏引黃灌區(qū)地處中國(guó)內(nèi)陸中溫帶干旱區(qū),日照充足、晝夜溫差大、熱量豐富,降雨少蒸發(fā)強(qiáng)烈,水資源分布嚴(yán)重不均。該地區(qū)通過(guò)揚(yáng)黃工程充分利用黃河水灌溉,實(shí)現(xiàn)了旱作區(qū)向灌溉區(qū)的轉(zhuǎn)變,但近年來(lái)黃河耗水指標(biāo)逐年遞減,灌區(qū)灌溉水效率低下。各種環(huán)境因子相互作用致使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力受限,灌區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化。

相較于傳統(tǒng)單一種植,豆科與禾本科間作輪作種植模式有明顯的“減肥增效”優(yōu)勢(shì)[1],從時(shí)間和空間上對(duì)資源高效集約化利用,被視為一種可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系[2-3]。研究表明,間輪作種植模式能提高作物的水分利用效率[4-5]。宮香偉等[6]研究發(fā)現(xiàn),糜子與綠豆間作能改善西北旱作區(qū)糜子地下土壤水分環(huán)境,提高水分和土地生產(chǎn)力。作物產(chǎn)量高低主要取決于干物質(zhì)的積累和干物質(zhì)向籽粒的分配比率[7]。有研究發(fā)現(xiàn)玉米大豆間作種植作物干物質(zhì)積累量明顯高于單作,且間作有助于玉米干物質(zhì)向果穗積累和轉(zhuǎn)移,不利于大豆干物質(zhì)向莢果分配與積累[7-8]。豆科與禾本科間作輪作具有改善作物氮素營(yíng)養(yǎng),提高系統(tǒng)氮素吸收的優(yōu)勢(shì)[9-10]。

不同農(nóng)業(yè)區(qū)域和氣候條件資源存在差異,針對(duì)寧夏引黃灌區(qū)玉米和大豆間輪作種植體系中土壤水分、植株氮素積累及產(chǎn)量的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)以玉米大豆間輪作種植模式為研究對(duì)象,通過(guò)探討玉豆間作和帶狀輪作種植模式中玉米干物質(zhì)積累、水分利用、氮素運(yùn)移、土地當(dāng)量比及產(chǎn)量等的變化,明確玉米和大豆的競(jìng)爭(zhēng)互補(bǔ)關(guān)系,以期為寧夏引黃灌區(qū)選擇優(yōu)勢(shì)種植模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概括

試驗(yàn)于2019 年4 月—2020 年10 月 在 寧 夏引黃灌區(qū)同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園區(qū)(105°59′E,36°51′N)開(kāi) 展。該 區(qū) 平 均 海 拔1 180 m,屬中溫帶干旱大陸性氣候,年平均氣溫8.6 ℃,≥10 ℃積溫約3 000 ℃,日照時(shí)數(shù)3 024 h,無(wú)霜期188 d,年平均降水量273.4 mm,年平均蒸發(fā)量2 725 mm。2019年和2020年玉米生育期有效降水分別為174.57 mm 和187.59 mm(圖1)。土壤質(zhì)地為灰鈣土,肥力偏低。試驗(yàn)地耕層土壤(0～20 cm)基礎(chǔ)理化性狀:土壤體積質(zhì)量1.45 g·cm-3,p H 為8.7,有機(jī)質(zhì)含量8.2 g·kg-1,硝態(tài)氮含量3.0 mg·kg-1,銨態(tài)氮含量4.4 mg·kg-1,全氮含量0.7 g·kg-1,速效磷含量20.5 mg·kg-1。

圖1 試驗(yàn)地2019-2020年作物生育期內(nèi)日平均降水量和溫度Fig.1 Daily rainfall and mean temperature in growth period of experiment station

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)置4種種植模式:單作玉米(MM)、單作大豆(SS)、玉米/大豆間作(IMS)、玉米-大豆帶狀輪作(RMS),單作為對(duì)照,重復(fù)3次。小區(qū)面積44 m2(長(zhǎng)11 m,寬4 m),間作設(shè)置4∶4種植,即4行玉米,4 行大豆,且連續(xù)種植兩帶。南北向種植,試驗(yàn)采用均一化處理,間輪作與單作種植密度一致,玉米種植密度8 萬(wàn)株·hm-2、大豆種植密度23.5 萬(wàn)株·hm-2,玉米每穴1株,大豆每穴2株,玉米和大豆行距均為0.5 m,玉米株距0.25 m,大豆株距0.17 m(圖2)。

圖2 間作種植示意圖Fig.2 Schematic diagram of intercropping system

1.3 供試品種及試驗(yàn)管理

供試品種:玉米為‘先玉335’,大豆為‘中黃30’,均為適宜當(dāng)?shù)亻g作種植品種。

為保證作物生長(zhǎng)所需水分,通過(guò)玉米作物系數(shù)和彭曼公式[11]計(jì)算出各個(gè)時(shí)期所需灌溉水量,作物生育期內(nèi)總灌溉量為470 mm,播種后0 d、30 d、60 d、90 d、120 d 分 別 灌 溉110 mm、170 mm、150 mm、30 mm、10 mm,2 a內(nèi)灌溉時(shí)間和灌溉量均保持一致。試驗(yàn)地施肥方式采用行間溝播,兩作物獨(dú)立施肥,玉米基肥施氮150 kg·hm-2,P2O5120 kg·hm-2,大喇叭口期追施氮150 kg·hm-2。大豆基肥施氮90 kg·hm-2,P2O5120 kg·hm-2。玉米大豆同期播種和收獲,2019-04-25 播 種,10 月4 日 收 獲,2020-04-27播種,10月6日收獲。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤水分 玉米和大豆播后每隔30 d,單作在長(zhǎng)勢(shì)均勻的中間行,間作分別在玉米帶和大豆帶中間行,選取3處樣點(diǎn)。用土鉆以20 cm 為一層,采用烘干法[12]測(cè)定0～200 cm 土層土壤含水量。

1.4.2 干物質(zhì)及氮含量 玉米和大豆播后每隔30 d,各小區(qū)連續(xù)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的3株,地上部植株取樣后按莖、葉、穗等部位進(jìn)行分離,105 ℃殺青30 min,85 ℃烘干至恒量,稱量樣品各器官干物質(zhì)并計(jì)算分析,粉碎待用,植株氮含量采用凱氏定氮法[13]測(cè)定。

相關(guān)計(jì)算:

氮素積累量=(某器官干物重×該器官氮含量)/100;

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量=開(kāi)花期氮素累積量-成熟期營(yíng)養(yǎng)體氮素累積量;

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率=氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒氮素累積量×100%

1.4.3 土壤耗水量ET=I+P+(SWS1-SWS2)-D

式中:ET代表田間耗水量(mm);I代表灌水量(mm);P代表降水量(mm);SWS1代表播前土壤儲(chǔ)水量(mm);SWS2代表收獲后土壤儲(chǔ)水量(mm);D代表地下水流入根部水量(mm);R代表根部以外排出水量和地表徑流損失量(mm)。其中,試驗(yàn)地較平整,小區(qū)四周起壟防止了徑流,且地下水位遠(yuǎn)深于80 m,因此,地下水流入根部水量、降雨徑流損失和根部以外排出水量忽略不計(jì)。

1.4.4 水分利用效率WUE=Y/ET

式 中:WUE代 表 水 分 利 用 效 率(kg·hm-2·mm-1);Y代 表 籽 粒 產(chǎn) 量(kg·hm-2)。

1.4.5 水分當(dāng)量比WER=WUE IM/WUE MM+WUE IS/WUE SS

式中:WER代表水分當(dāng)量比;WUE IM和WUE IS分別代表間作玉米、大豆水分利用效率;WUE MM和WUE SS分別代表單作玉米、大豆水分利用效率。若WER>1,說(shuō)明間作相比單作在水分利用具有優(yōu)勢(shì),反之則無(wú)。

1.4.6 土地當(dāng)量比LER=Y IM/Y MM+Y IS/Y SS

式中:LER代表土地當(dāng)量比;Y IM和Y IS分別代表間作玉米、大豆產(chǎn)量;Y MM和Y SS分別代表單作玉米、大豆產(chǎn)量。LER>1,說(shuō)明間作具有產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì),反之則無(wú)。

1.4.7 種間競(jìng)爭(zhēng)力A MS=Y IM/Y MM-Y IS/Y SS式中:A MS代表玉米相對(duì)于大豆的競(jìng)爭(zhēng)能力;A MS>0,說(shuō)明玉米競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)于大豆;A MS<0,則玉米競(jìng)爭(zhēng)能力弱于大豆。

1.4.8 產(chǎn)量 在作物成熟期分別從各處理大豆、玉米帶的中間行取10 株進(jìn)行考種。測(cè)定玉米穗粗、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量,大豆有效莢數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和百粒質(zhì)量等。按照各小區(qū)處理實(shí)收測(cè)產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用軟件Microsoft Excel 2016 和SPSS 25對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析,采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。采用Origin 2018對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖。數(shù)據(jù)表示“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式產(chǎn)量及土地當(dāng)量比

2.1.1 玉米產(chǎn)量 各處理的玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素存在顯著差異(表1)。2019年,IMS處理的玉米百粒質(zhì)量顯著高于MM,其余產(chǎn)量構(gòu)成因子間無(wú)顯著差異;2020年,IMS處理的玉米穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量分別比MM 增加7.30%和2.17%,RMS處理比MM 增加9.79%和5.90%。產(chǎn)量構(gòu)成因素的增加是玉米獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ),IMS處理下產(chǎn)量比MM 增加11.30%;RMS模式下產(chǎn)量比MM 增加21.98%,增產(chǎn)效果最佳,均與MM處理達(dá)到顯著性差異(P<0.05)。

表1 不同種植模式玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素Table 1 Yield and components of maize under different cropping patterns

2.1.2 大豆產(chǎn)量 間作與帶狀輪作模式降低大豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素(表2)。2 a數(shù)據(jù)結(jié)果表明,IMS處理的大豆有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株莢數(shù)及百粒質(zhì)量比SS 平均降低29.85%～32.95%、34.59% ～43.56%、28.92% ～37.08% 和5.41%～6.69%;RMS 處理比SS 平均降低20.52%、27.16%、20.42%和6.37%。有關(guān)大豆產(chǎn)量方面,IMS 處理下的產(chǎn)量比SS 降低51.39%,減產(chǎn)幅度最大;RMS 模式下的產(chǎn)量比SS降低22.91%,減產(chǎn)效果較小,IMS比RMS處理產(chǎn)量降低36.95%,各處理均達(dá)到顯著性差異(P<0.05)。

表2 不同種植模式大豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素Table 2 Yield and components of soybean under different cropping patterns

2.1.3 土地當(dāng)量比及種間競(jìng)爭(zhēng)作用 間、輪作不同種植模式均表現(xiàn)出明顯的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)(LER>1)(表3),2019 到2020 年RMS 處 理LER值 為1.99,達(dá)到最大。IMS和RMS模式下的A MS均大于0,說(shuō)明兩種種植模式下玉米競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)于大豆。2 a 數(shù)據(jù)結(jié)果表明,IMS 處理的A MS大于RMS處理。

表3 不同種植模式土地當(dāng)量和種間競(jìng)爭(zhēng)力Table 3 Land equivalent and interspecific competitiveness under different cropping patterns

2.2 不同種植模式下土壤水分的變化

2.2.1 土壤含水量 從成熟期土壤水分分布圖可以看出(圖3),隨土壤深度的增加基本呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì),大豆條帶的土壤含水量明顯高于玉米條帶,且以SS處理土壤含水量最高。2 a數(shù)據(jù)結(jié)果表明,IMS 處理的大豆區(qū)域土壤水分比SS 處理平均降低2.88%～3.27%,RMS處理比SS 處理降低5.48%。相比之下,IMS和RMS模式中玉米土壤含水量均高于MM處理,IMS處理的玉米區(qū)域土壤含水量比MM 處理平均增加2.45%～3.98%,RMS 處理比MM增加了5.64%,說(shuō)明兩種模式中存在著對(duì)土壤水分的競(jìng)爭(zhēng)和互補(bǔ)。從作物土壤水分變化主要是通過(guò)影響0～140 cm 土 層 的 土 壤 含 水 量。IMS 和RMS 處 理0～140 cm 土壤含水量玉米區(qū)域分別比MM 增加2.84%和7.01%,IMS和RMS處理大豆區(qū)域分別比SS降低3.50%和6.55%。IMS和RMS處理140～200 cm 土壤含水量比MM 處理分別增加1.66%和3.23%,比SS 處理分別降低1.8%和3.64%。

圖3 成熟期作物土壤含水量Fig.3 Soil water content of crops at maturity stage

2.2.2 玉米農(nóng)田耗水量及水分利用效率 間作

和帶狀輪作對(duì)玉米條帶水分利用效率影響顯著(表4),IMS和RMS處理均有利于提高水分利用效率。2 a數(shù)據(jù)表明,IMS 處理玉米條帶水分利用效率比MM平均增加19.37%～22.74%,RMS比MM 處理增加38.00%,且RMS比IMS高15.61%,差異均達(dá)到顯著水平。IMS和RMS處理降低玉米條帶的田間耗水量,IMS 處理比MM 平均降低6.71%～7.62%,IMS處理比MM降低11.59%,與MM 差異顯著(P<0.05)。IMS 和RMS 模式在玉米條帶具有水分優(yōu)勢(shì)(WER>1),IMS 處 理WER均 值(11.21)小 于RMS處理(1.38)。

表4 不同種植模式玉米土壤耗水量、水分利用效率及水分當(dāng)量比Table 4 Soil water consumption,water use efficiency and water equivalent ratio of maize under different cropping patterns

2.3 不同種植模式對(duì)玉米干物質(zhì)積累的影響

隨著生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的推進(jìn)(圖4),玉米干物質(zhì)積累量逐漸增加,不同年份不同種植模式直接影響玉米干物質(zhì)積累。2019年,IMS處理從拔節(jié)期(60 d)至成熟期(150 d)干物質(zhì)積累量均高于MM 處理,增 加4.67%～6.84%;2020 年,IMS處理在灌漿期(120 d)至成熟期干物質(zhì)積累量比MM 處理增加4.59%和6.44%,RMS處理從拔節(jié)期到成熟期比 MM 處理增加9.58% ～11.45%,比間作處理增加4.29%～7.53%,各處理與對(duì)照達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

圖4 不同種植模式玉米干物質(zhì)積累量Fig.4 Dry matter accumulationof maize under different cropping patterns

2.4 不同種植模式下玉米氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及籽粒貢獻(xiàn)率的影響

間作和帶狀輪作模式均有利于玉米氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)(表5)。2019年數(shù)據(jù)表明,IMS處理玉米的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率比MM 分別增加25.18%和33.79%,與對(duì)照MM 差異顯著。2020年,IMS和RMS處理氮素積累量比MM 處理增加3.73%和6.00%,且RMS處理較IMS處理高2.19%。IMS處理玉米的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率比MM 分別增加22.15%和19.13%,RMS比MM 處理增加59.34%和42.79%,且RMS較IMS處理高出30.44%和19.86%,各處理與對(duì)照達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表5 不同種植模式玉米氮素積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)量及氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率Table 5 N accumulation,N nutrient translocation and contribution of N nutrient translocation to maize grain under different cropping patterns

3 討論

3.1 玉米大豆間輪作種植模式對(duì)產(chǎn)量及土地當(dāng)量比的影響

耕作制度的轉(zhuǎn)變有利于提高土地利用率,間、輪作系統(tǒng)作物種間配置的差異導(dǎo)致其生態(tài)位出現(xiàn)錯(cuò)位,競(jìng)爭(zhēng)和互補(bǔ)效益共同作用于生產(chǎn)力。本研究中,IMS和RMS模式提高玉米穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量,促進(jìn)玉米籽粒發(fā)育,提高單株生產(chǎn)力;間作和輪作不利于大豆有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株莢數(shù)及百粒質(zhì)量增加,并且隨著間作年限的積累其產(chǎn)量構(gòu)成因素減少幅度增大,IMS 處理相比于SS平均降低29.85% ～32.95%、34.59% ～43.56%、28.92%～37.08%和5.41%～6.69%,RMS模式第1年,大豆單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株莢數(shù)及百粒質(zhì)量降低幅度減小,RMS處理比SS處理平均降低20.52%、27.16%、20.42%和6.37%。說(shuō)明RMS處理有利于大豆的單株生產(chǎn)力的提高,產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化直接影響作物產(chǎn)量高低。IMS 處理玉米產(chǎn)量比MM 處理增加11.3%。大豆產(chǎn)量比SS處理減少51.39%;RMS處理玉米產(chǎn)量比MM 處理增加21.98%,RMS處理比SS處理減產(chǎn)22.91%。說(shuō)明,隨年份的增長(zhǎng)同一塊土地連續(xù)間作對(duì)玉米增產(chǎn)效果減弱,大豆減產(chǎn)效果加劇,而RMS模式促進(jìn)玉米高產(chǎn)的同時(shí)緩解了大豆作為劣勢(shì)作物的減產(chǎn)作用。劉洋等[14]研究表明,玉米/大豆間作系統(tǒng)增加了玉米帶產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀指標(biāo),而間作大豆受遮陰作用嚴(yán)重減產(chǎn)。蔡倩等[15]對(duì)遼西半干旱區(qū)玉米大豆間作模式研究表明,間作能明顯降低大豆凈面積產(chǎn)量而增加玉米凈面積產(chǎn)量。已有對(duì)豆科與禾本科作物長(zhǎng)期輪作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),禾本科作物輪作后的產(chǎn)量顯著高于對(duì)照,豆科作物產(chǎn)量差異不顯著[16-17]。有學(xué)者提出帶狀輪作種植模式中同時(shí)存在間套作效益與輪作效應(yīng),二者共同作用弱化了作物的種間競(jìng)爭(zhēng),使劣勢(shì)作物在復(fù)合群里中合理利用資源[18]。本研究結(jié)果也表明,隨著帶狀輪作模式的出現(xiàn)玉米和大豆兩作物的種間競(jìng)爭(zhēng)得到緩解,其競(jìng)爭(zhēng)作用減弱互補(bǔ)作用增強(qiáng)。土地當(dāng)量比被認(rèn)為是衡量間輪作系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)[19]。本研究表明,2019年和2020年,IMS和RMS處理土地當(dāng)量比均大于1,具有間作優(yōu)勢(shì),提高了土地利用效率。這與前人提出間作提高土地當(dāng)量比的結(jié)論一致[20-22]。

3.2 玉米大豆間輪作種植模式對(duì)氮素積累及干物質(zhì)的影響

作物干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。本試驗(yàn)表明,IMS及RMS模式均對(duì)玉米關(guān)鍵生育期的干物質(zhì)積累影響顯著,且與MM 處理相比二者分別增加4.59% ～6.44% 和9.58% ～11.45%,差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。已有對(duì)玉米大豆間作研究表明,間作種植能促進(jìn)玉米干物質(zhì)積累及分配[8-9,13]。氮素積累對(duì)作物籽粒形成起到重要作用,本研究結(jié)果表明,IMS和RMS模式均有利于玉米氮素轉(zhuǎn)運(yùn),促進(jìn)氮素對(duì)籽粒形成的貢獻(xiàn)。IMS 處理玉米氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率分別比對(duì)照MM 增加25.18%～22.15%和19.13%～33.79%,RMS 處理比MM 增加59.34%和42.79%,IMS和RMS處理對(duì)玉米氮素積累分別比MM 處理增加3.73%和6%,且RMS處理的影響最為顯著(P<0.05)。說(shuō)明,隨種植年限的增加間作玉米帶的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率降低趨勢(shì),帶狀輪作模式反而增加氮素積累及氮素轉(zhuǎn)運(yùn)。前人在玉米/大豆[9]、小麥/蠶豆[23]蠶豆/玉米和大豆/玉米[24]間作試驗(yàn)中得出:禾本科與豆科作物間作具有提高禾本科作物氮素含量的作用。玉米大豆間作種植模式中玉米作為優(yōu)勢(shì)作物對(duì)光、熱、水、肥的競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)于大豆,致使間作玉米干物質(zhì)和氮素積累具有優(yōu)勢(shì),但常年種植同一地塊導(dǎo)致土壤肥力下降,優(yōu)勢(shì)減弱直至消失。帶狀輪作模式中玉米干物質(zhì)及氮素積累量較高,原因可能是該模式從間作模式演變而來(lái),輪作第1年玉米帶的茬口作物是大豆,大豆帶的茬口作物為玉米,播種帶的互換導(dǎo)致玉米和大豆微生物、營(yíng)養(yǎng)元素等土壤中的資源充分利用,緩解對(duì)土壤的過(guò)度消耗。

3.3 玉米大豆間輪作種植模式對(duì)土壤水分的影響

水分是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素,改善土壤蓄水能力是西北灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。間、輪作群體中作物由于存在種間競(jìng)爭(zhēng)和互作其自身耗水特性隨環(huán)境變化而調(diào)整,能最大限度利用水資源,提高農(nóng)田水分利用效率,促進(jìn)作物高產(chǎn)[4,25-26]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤含水量均隨土層深度的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì),與高陽(yáng)等[27]研究結(jié)果一致。IMS處理的大豆區(qū)域土壤水分比SS處理平均降低2.88%～3.27%,玉米區(qū)域土壤含水量比MM 處理平均增加2.45%～3.98%;RMS處理大豆區(qū)土壤含水量比SS處理降低5.48%,玉米區(qū)比MM 處理增加5.64%;主要是通過(guò)影響0～140 cm 土層的土壤含水量。大豆旺盛生長(zhǎng)期,IMS 大豆帶耗水量最大,與之搭配的玉米帶耗水量最小,玉米旺盛生長(zhǎng)期,RMS處理玉米帶耗水量最大,與之搭配的大豆帶最小。已有研究發(fā)現(xiàn),IMS、RMS處理玉米和大豆的水分利用存在明顯生態(tài)位差異[28-29]。IMS和RMS處理降低玉米條帶的田間耗水量,IMS比MM 處理平均降低6.71%～7.62%,IMS處理比MM處理降低11.59%。有學(xué)者通過(guò)研究30余種間套作作物需水量,發(fā)現(xiàn)間套作作物田間耗水量較單作種植減少7%,大大提高了水分利用效率的結(jié)論[30]。本研究發(fā)現(xiàn),IMS和RMS種植模式均能提高玉米水分利用效率,IMS處理玉米條帶水分利用效率比對(duì)照MM 平均增加19.37%～22.74%,RMS 比對(duì)照MM 增加38%;IMS 和RMS處理的水分當(dāng)量比大于1,提高系統(tǒng)水分利用效率。Mao等[31]認(rèn)為C4作物與C3作物間作存在土壤水分利用互補(bǔ)形態(tài),改善了間作系統(tǒng)的土壤水分供應(yīng)狀況,提高了間作系統(tǒng)的水分利用效率。宮香偉等[6]研究發(fā)現(xiàn)糜子與綠豆間作能改善西北旱區(qū)糜子地下土壤水分利用環(huán)境,提高農(nóng)田土地和水分生產(chǎn)力。

4 結(jié)論

玉米/大豆間作和玉米-大豆帶狀輪作模式均能提高玉米關(guān)鍵生育期的干物質(zhì)積累量,促進(jìn)玉米氮素積累,增強(qiáng)氮素轉(zhuǎn)運(yùn),增強(qiáng)氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn),同時(shí)增加玉米和大豆土壤含水量,降低玉米帶耗水量,提升其水分利用效率。RMS種植模式玉米產(chǎn)量增產(chǎn)效果最顯著,緩解大豆作為劣勢(shì)作物的減產(chǎn)作用,是適宜寧夏揚(yáng)黃灌區(qū)推廣的種植模式。