趙 財柴 強(qiáng)**馮福學(xué)，2殷 文胡發(fā)龍周文斌（. 甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 蘭州 730070； 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 蘭州 730070）

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不同灌水水平下一膜兩年覆蓋間作農(nóng)田耗水特征及經(jīng)濟(jì)效益研究*

趙 財1柴 強(qiáng)1**馮福學(xué)1，2殷 文1胡發(fā)龍1周文斌1
（1. 甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 蘭州 730070； 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 蘭州 730070）

摘 要以河西走廊區(qū)主導(dǎo)間作模式玉米||豌豆間作系統(tǒng)為研究對象， 在高（7 200 m3·hm-2）、中（6 450 m3·hm-2）、低（5 700 m3·hm-2）3種灌水水平下， 研究了一膜兩年覆蓋、秋免耕春覆膜和傳統(tǒng)耕作覆膜對間作群體耗水量和棵間蒸發(fā)的影響， 以期為間作種植模式的優(yōu)化耕作措施、地膜再利用、提高水分利用效率等提供理論依據(jù)。結(jié)果表明， 不同灌水水平對間作群體生育期棵間蒸發(fā)量存在顯著影響， 隨灌水水平的提高棵間蒸發(fā)量增大； 但在相同灌水水平下不同覆膜方式間差異不明顯， 且互作效應(yīng)不顯著； 不同處理豌豆收獲前、后， 間作農(nóng)田棵間蒸發(fā)在玉米帶和豌豆帶存在顯著差異， 不同處理收獲前、后豌豆帶棵間蒸發(fā)量平均值較玉米帶分別高68.51% 和69.30%； 豌豆帶是造成間作農(nóng)田系統(tǒng)蒸發(fā)耗水大的主要因素， 占地60%的玉米帶棵間蒸發(fā)量只占農(nóng)田蒸發(fā)總量的44.47%， 而占地僅為40%的豌豆帶蒸發(fā)量卻占55.53%； 玉米間作豌豆農(nóng)田棵間蒸發(fā)主要發(fā)生在豌豆收獲以后， 豌豆收獲前的棵間蒸發(fā)僅占總蒸發(fā)量的26.98%。一膜兩年覆蓋可顯著提高單方水效益， 不同灌水處理平均值較秋免耕春覆膜和傳統(tǒng)耕作覆膜方式分別提高7.39%和31.33%， 且在中等灌水條件下一膜兩年覆蓋的單方水效益最高， 達(dá)2.51元·m-3。研究結(jié)果表明相同灌水水平下一膜兩年覆蓋玉米帶抑制農(nóng)田棵間蒸發(fā)、減少水分無效損失的效果與傳統(tǒng)覆膜方式相當(dāng)； 農(nóng)田棵間蒸發(fā)量、耗水結(jié)構(gòu)（E/ET）與灌水水平間呈正相關(guān)關(guān)系；在中等灌水水平下一膜兩年覆蓋可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞一膜兩年覆蓋 玉米||豌豆間作 單方水效益 棵間蒸發(fā)量 耗水結(jié)構(gòu)

農(nóng)田耗水量由作物生育期的作物體表蒸騰量和農(nóng)田土壤棵間蒸發(fā)量兩部分構(gòu)成， 其變化與地表覆蓋、土壤溫度、土壤水分、作物生長狀況和氣象條件等密切相關(guān)。在作物群體的總耗水量中，農(nóng)田棵間蒸發(fā)占很大比例， 而農(nóng)田棵間蒸發(fā)量的降低和控制被認(rèn)為是提高作物水分利用效率的重要途徑［1］。研究表明， 優(yōu)化覆蓋方式、種植模式、灌溉技術(shù)、灌溉量及灌溉制度可有效減少作物棵間無效蒸發(fā)； 其中， 地膜覆蓋具有較好的保墑功能，可有效抑制土壤水分蒸發(fā)， 使蒸發(fā)無效耗水轉(zhuǎn)化為有效水， 提高農(nóng)田水分的有效利用［2-3］。但一方面是農(nóng)用地膜在自然條件下降解困難， 在土壤內(nèi)可存在200～400年， 據(jù)2007年普查結(jié)果表明， 全國農(nóng)田地膜殘留總量達(dá)12.10萬t， 已直接影響到農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，甚至造成某些作物減產(chǎn)； 另一方面， 傳統(tǒng)的覆膜技術(shù)只在作物生育期覆蓋， 農(nóng)田休閑期進(jìn)行翻耕裸露，造成嚴(yán)重的水分無效蒸發(fā)和土壤風(fēng)蝕。而研究表明休閑期覆蓋地膜可提高土壤含水量， 有利于土壤水庫的擴(kuò)蓄增容， 能顯著提高作物產(chǎn)量和水分利用效率［4-5］； 并且農(nóng)田少免耕能有效改善土壤水、肥、氣、熱等作物生長微環(huán)境， 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益［6-9］。因此， 綠洲灌區(qū)在地膜減量化使用的同時， 如何實現(xiàn)農(nóng)田地膜覆蓋與少免耕技術(shù)的有機(jī)結(jié)合是當(dāng)前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中亟待解決的一個科學(xué)問題。

國內(nèi)外學(xué)者對于間作節(jié)水理論［10-11］和保護(hù)性耕作研究［12-13］比較深入， 但大多獨立開展， 地膜覆蓋研究集中在傳統(tǒng)耕作下的地膜覆蓋， 少免耕農(nóng)作研究基本集中在秸稈覆蓋相結(jié)合的少免耕技術(shù)。一膜兩年用栽培技術(shù)是一種農(nóng)田地膜循環(huán)再利用作物生產(chǎn)技術(shù)， 是將覆膜栽培、地膜高效利用和農(nóng)田免耕技術(shù)有機(jī)結(jié)合和組裝， 在玉米（Zea mays）、小麥（Triticum aestivum）、向日葵（Helianthus annuus）、大豆（Glycine max）、糜子（Panicum miliaceum）、亞麻（Camelina crantz）等多種作物上已有相關(guān)研究［14-15］。豆科/禾本科間作較單作能夠在有限水資源條件下有效提高資源利用率， 被認(rèn)為是未來可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向之一， 近年來在河西走廊區(qū)得到廣泛應(yīng)用［16-17］。本研究通過對不同灌水水平下一膜兩年用玉米間作豌豆農(nóng)田棵間蒸發(fā)的系統(tǒng)研究， 闡明一膜兩年用間作模式的耗水特征， 這將對綠洲灌區(qū)集約持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要實踐和生態(tài)意義。

1　材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本研究在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)綠洲農(nóng)業(yè)科研教學(xué)基地（103°5′E， 37°30′N）進(jìn)行。試驗區(qū)位于河西走廊東端的武威市涼州區(qū)黃羊鎮(zhèn)， 屬寒溫帶干旱氣候區(qū)， 海撥1 506 m， 無霜期約155 d， 多年平均降雨量156 mm、年蒸發(fā)量約2 400 mm， 干燥度5.85， 年平均氣溫7.2 ℃，≥0 ℃和≥10 ℃積溫分別為3 513.4 ℃和2 985.4 ℃；日照時數(shù)2 945 h。土地資源廣闊， 光照資源豐富， 晝夜溫差大， 適于發(fā)展間作套種等多熟種植。試驗期間試驗區(qū)日均氣溫17.85 ℃， 有效降雨量216.6 mm，高于多年平均降雨量（圖1）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3種覆膜耕作方式： 傳統(tǒng)耕作覆膜、秋免耕春覆膜和一膜兩年覆蓋； 3個灌水梯度： 灌溉定額5 700 m3·hm-2、6 450 m3·hm-2和7 200 m3·hm-2， 灌溉制度根據(jù)玉米生育時期制定； 共9個處理， 重復(fù)3次， 田間隨機(jī)排列。不同處理設(shè)計和實施方法見表1， 灌溉制度見表2。

圖1　作物生育期試驗區(qū)日均氣溫及降雨量(2014年)Fig. 1　Precipitation and air temperature during crop growing period at the experiment site in 2014

表1　不同覆蓋處理設(shè)計和實施方法Table 1　Experiment design and codes of different mulching treatments

表2　不同灌水水平的灌溉制度Table 2　Irrigation regimes of different irrigation treatments　　　　　　　　　　 m3·hm-2

施肥制度： 不同處理的總施氮水平一致， 為300 kg·hm-2， 基肥施總氮量的10%； 追肥按照玉米生育時期進(jìn)行， 玉米拔節(jié)期（六葉期）第1次追肥， 為總施氮量的20%； 第2次大喇叭口期（十葉期）追肥，為總施氮量的50%； 第3次于玉米開花后10 d追肥，施用對應(yīng)剩余的氮肥量。磷肥按照N︰P為1︰0.75比例全部作為基肥施用。

1.3 田間結(jié)構(gòu)及茬口處理

1.3.1 田間結(jié)構(gòu)

玉米間作豌豆采用帶狀間作種植， 玉米帶地膜覆蓋， 豌豆帶不覆膜。玉米帶寬110 cm， 種3行； 豌豆帶寬80 cm， 種 4行。

1.3.2 茬口處理

試驗于2013年和2014年進(jìn)行， 其中2013年為預(yù)備試驗， 玉米間作豌豆灌水、施肥等田間管理措施保持一致。玉米品種為“先玉335”， 豌豆（Pisum sativum）品種為“隴豌1號”。豌豆播種日期為2014 年4月5日， 收獲日期為2014年7月10日； 玉米播種日期為2014年4月25日， 收獲日期為2014年10 月1日。

按照試驗設(shè)計， 一膜兩年覆蓋處理和秋免耕春覆膜處理小區(qū)在2013年玉米收獲后免耕， 保持地膜的完整度在70%以上； 傳統(tǒng)耕作處理為玉米收獲后進(jìn)行殘膜回收并深翻耕。2014年春季， 秋免耕春覆膜處理將舊膜揭去后進(jìn)行旋耕覆膜， 傳統(tǒng)覆膜處理進(jìn)行旋耕耙磨后覆膜。試驗指標(biāo)的測定在2014年進(jìn)行。

1.4 測定指標(biāo)及計算方法

1.4.1 棵間蒸發(fā)量

將自制微型蒸散儀（Micro Lysimeter， 采用直徑10 cm的PVC管制成， 高度15 cm， 底部用塑料薄膜封堵）放入田間的預(yù)埋管中， 頂部與地面平齊。玉米間作豌豆模式中， 在豌豆帶、玉米帶各安裝1個自制微型蒸散儀分別測定玉米帶和豌豆帶的棵間蒸發(fā)量， 預(yù)埋管裝在玉米帶和豌豆帶的中央位置， 玉米帶中預(yù)埋管中心距離兩邊玉米植株分別為20 cm，豌豆帶中的預(yù)埋管距離兩邊豌豆植株分別為10 cm（圖2）。用精度為0.02 g的LP3102型電子天平每天稱重以計算土壤棵間蒸發(fā)量。微型蒸散儀中土樣重量每減少1 g相當(dāng)于蒸發(fā)水分0.105 1 mm。取小區(qū)原狀土測定， 每3 d測定一次， 2～3 d后更換其中的土，使其與大田土壤水分一致， 下雨或灌水后加測。本研究中豌豆收獲前的計算時間自4月5日豌豆播種開始到7月10日豌豆收獲， 豌豆收獲后的時間為7月10日開始到10月1日玉米收獲為止。間作群體棵間蒸發(fā)量根據(jù)兩種作物的占地比， 利用加權(quán)平均法計算。

圖2　微型蒸滲儀和中子水分儀在玉米||豌豆間作系統(tǒng)的田間布置圖Fig. 2　Field arrangement diagram of micro-lysimeter and neutron moisture gauge in maize||pea intercropping system

1.4.2 土壤含水量

土壤含水量使用土鉆與中子水分儀測定。每20 d測定一次， 播前、收獲后、灌水前、灌水后加測， 測定土層深度為120 cm。測定時， 前30 cm用土鉆人工取土， 10 cm為一層。30～120 cm用水分中子儀（美國CPN公司503DR）測定， 同時在玉米、豌豆兩個作物帶各設(shè)1個測定點， 鋁管裝于帶型中央（圖2）。

1.4.3 作物耗水量(ET)

耗水量=（播前土壤貯水量-收獲后土壤貯水量）+生育期降水量+灌水量（本試驗設(shè)計的灌水量相對較小， 加之試驗期間降水稀少， 故滲漏量可忽略不計； 試驗區(qū)地下水埋深在30 m以下， 因此也未考慮地下上升水的影響）。其公式為：

式中： P生育期降水量， I為生育期灌水量， S1為播種期土壤貯水量， S2為收獲期土壤貯水量。

0～120 cm土壤貯水量（soil water storage， SWS，mm）使用如下公式進(jìn)行計算：

式中： h為土壤深度（cm）， a為土壤容重（g·cm-3）， θ為體積含水量。

1.4.4 測產(chǎn)

以試驗小區(qū)為單位， 單打單收， 自然風(fēng)干后測定各自產(chǎn)量。

1.4.5 單方水效益

農(nóng)產(chǎn)品（籽粒、秸稈）、生產(chǎn)資料（種子、農(nóng)藥、化肥、地膜、勞力、機(jī)械）等價格按當(dāng)年平均市價計算。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft EXCEL 2007進(jìn)行整理匯總， 用SPSS 17.0進(jìn)行顯著性檢驗（LSD法）。

2　結(jié)果與分析

2.1 一膜兩年覆蓋對農(nóng)田棵間蒸發(fā)量的影響

利用加權(quán)平均法計算間作農(nóng)田棵間蒸發(fā)量， 不同灌水水平與覆膜條件下玉米間作豌豆群體全生育期總棵間蒸發(fā)量如圖3所示。不同灌水水平對間作群體總棵間蒸發(fā)量存在顯著影響， 但在相同灌水水平下覆膜方式間差異不明顯， 且互作效應(yīng)不顯著。一膜兩年覆蓋方式（NT）下， 高灌水處理（I3）和中等灌水處理（I2）分別較低灌水處理（I1）的棵間蒸發(fā)量高28.25%和20.97%， 且高灌水水平與中、低灌水水平間差異顯著； 秋免耕春覆膜處理（RT）下， 高灌水處理（I3）較中等灌水處理（I2）和低灌水處理（I1）的棵間蒸發(fā)量分別高27.44%和38.60%， 且灌水水平間差異顯著； 傳統(tǒng)耕作處理（CT）下， 3個灌水水平間存在顯著差異， 高灌水處理（I3）和中等灌水處理（I2）分別較低灌水處理（I1）的棵間蒸發(fā)量高37.02%和22.51%。說明一膜兩年覆蓋和傳統(tǒng)耕作覆膜方式對農(nóng)田棵間蒸發(fā)量有相同作用， 棵間蒸發(fā)量的差異主要由灌水量的不同而造成。

圖3　不同灌水及覆膜條件對玉米||豌豆間作群體作物生育期總農(nóng)田棵間蒸發(fā)量的影響Fig. 3　Effects of different irrigation levels and mulching treatments on total evaporation during whole growth season of maize||pea intercropping system圖中不同小寫字母代表處理間達(dá)5%顯著水平， 下同。Different small letters mean significant difference among different treatments at 0. 05 level. The same below.

2.2 一膜兩年覆蓋玉米||豌豆間作農(nóng)田棵間蒸發(fā)的時空分布特征

2.2.1 豌豆收獲前后間作群體不同帶內(nèi)的棵間蒸發(fā)量

玉米間作豌豆系統(tǒng)中豌豆收獲前農(nóng)田作物帶棵間蒸發(fā)總量如圖4所示。豌豆收獲前間作群體棵間蒸發(fā)在玉米帶和豌豆帶存在顯著差異， 豌豆帶在收獲前的棵間蒸發(fā)量較玉米帶高68.51%。豌豆帶的棵間蒸發(fā)量尤其是高灌水處理NTI3、RTI3和CTI3分別達(dá)96.70 mm、95.65 mm和95.50 mm， 而玉米帶高灌水處理NTI3、RTI3和CTI3的棵間蒸發(fā)量分別只為54.30 mm、57.80 mm和57.70 mm， 較豌豆帶相應(yīng)處理降低43.85%、39.57%和39.58%。豌豆收獲前，一膜兩年覆蓋（NT）間作系統(tǒng)中玉米帶農(nóng)田棵間蒸發(fā)量高于秋免耕春覆膜（RT）和傳統(tǒng)覆膜方式（CT）10.91%和17.84%； 同一覆膜方式下， 豌豆收獲前各帶農(nóng)田棵間蒸發(fā)量在不同灌水水平間存在顯著差異，玉米帶NTI3較NTI2和NTI1分別高2.55%和7.10%，RTI3較RTI2和RTI1分別高27.78%和35.52%， CTI3 較CTI2和CTI1分別高34.03%和72.04%。由此說明， 一膜兩年覆蓋（NT）的玉米帶較豌豆帶可顯著降低農(nóng)田棵間蒸發(fā)量， 但棵間蒸發(fā)量高于秋免耕春覆膜處理（RT）和傳統(tǒng)覆膜處理（CT）， 主要原因可能是因為豌豆收獲前一膜兩年覆蓋方式的土壤含水率顯著高于秋免耕春覆膜處理和傳統(tǒng)覆膜處理； 同時得出， 灌溉水平越高棵間蒸發(fā)量越大， 造成水分的無效損失越高。

圖4　不同灌水及覆膜條件下豌豆收獲前玉米||豌豆間作系統(tǒng)不同作物帶內(nèi)棵間蒸發(fā)量Fig. 4　Evaporation at different crop strips of maize||pea intercropping system before pea harvest under different irrigation levels and mulching treatments

豌豆收獲后間作棵間蒸發(fā)的差異如圖5所示。豌豆收獲后農(nóng)田棵間蒸發(fā)量較豌豆收獲前顯著提高，且豌豆收獲后間作群體棵間蒸發(fā)在玉米帶和豌豆帶存在顯著差異， 豌豆帶在收獲后的棵間蒸發(fā)量較玉米帶平均高69.30%。豌豆帶的棵間蒸發(fā)量尤其在高灌水處理NTI3、RTI3和CTI3最高， 分別達(dá)312.25 mm、301.05 mm和310.50 mm， 而玉米帶高灌水處理NTI3、RTI3和CTI3的棵間蒸發(fā)量分別只為168.25 mm、169.20 mm和168.70 mm， 分別較豌豆帶相應(yīng)處理降低46.12%、43.80%和45.67%。同一灌水水平下， 不同覆膜方式間棵間蒸發(fā)量無明顯差異， 3個灌水水平下的棵間蒸發(fā)量平均值一膜兩年覆蓋處理（NT）為153.95 mm， 秋免耕春覆膜處理（RT）為146.90 mm，傳統(tǒng)覆膜處理（CT）為143.3 mm。由豌豆收獲前、后棵間蒸發(fā)量說明， 豌豆收獲后的棵間蒸發(fā)量是農(nóng)田蒸發(fā)量的主要部分， 而玉米帶地膜覆蓋可顯著降低農(nóng)田棵間蒸發(fā)量， 且一膜兩年覆蓋與傳統(tǒng)耕作覆膜方式具有相同的抑制效果。

圖5　不同灌水及覆膜條件下豌豆收獲后玉米||豌豆間作系統(tǒng)不同作物帶內(nèi)棵間蒸發(fā)量Fig. 5　Evaporation at different crop strips of maize||pea intercropping system after pea harvest under different irrigation levels and mulching treatments

圖6　不同灌水及覆膜條件下豌豆收獲前后玉米||豌豆間作系統(tǒng)棵間蒸發(fā)總量Fig. 6　Evaporation of maize||pea intercropping system before and after pea harvest under different irrigation levels and mulching treatments

2.2.2 豌豆收獲前、后間作群體棵間蒸發(fā)總量

豌豆收獲前后間作棵間蒸發(fā)總量的差異如圖6所示。玉米間作豌豆群體的棵間蒸發(fā)主要發(fā)生在豌豆收獲以后， 豌豆收獲前的棵間蒸發(fā)僅占總蒸發(fā)量的26.98%。NTI3、NTI2、NTI1、RTI3、RTI2、RTI1、CTI3、CTI2和CTI1處理的棵間蒸發(fā)總量豌豆收獲后較收獲前增高174.34%、173.12%、169.82%、169.55%、168.43%、170.51%、159.37%、186.84% 和165.10， 增高顯著。在相同灌水量水平下， 不同覆膜方式在豌豆收獲前和收獲后對棵間蒸發(fā)總量的影響差異不明顯。但在同種覆膜條件下， 灌水水平對棵間蒸發(fā)量的影響顯著， 豌豆收獲前和收獲后都是中、高灌水水平的棵間蒸發(fā)總量顯著高于低灌水水平， 說明一膜兩年覆蓋可起到與傳統(tǒng)耕作覆膜方式相同的降低農(nóng)田棵間蒸發(fā)量的效果。

2.2.3 間作帶蒸發(fā)量占間作群體蒸發(fā)總量比例

間作群體中玉米帶及豌豆帶棵間蒸發(fā)量占間作群體農(nóng)田棵間蒸發(fā)總量的比例如圖7所示。玉米帶蒸發(fā)量占間作群體蒸發(fā)量的比例明顯低于豌豆帶；高灌水水平下， 3種覆膜處理NTI3、RTI3和CTI3玉米帶棵間蒸發(fā)量占總蒸發(fā)量的比例為42.62%、44.03%和43.40%， 而豌豆帶所占比例達(dá)57.38%、55.97%和56.60%； 中灌水水平下， 3種覆膜處理NTI2、RTI2和CTI2玉米帶棵間蒸發(fā)量占總蒸發(fā)量的比例為47.17%、47.01%和41.11%， 而豌豆帶所占比例達(dá)52.83%、52.99%和58.89%； 低灌水水平下， 3種覆膜處理NTI1、RTI1和CTI1玉米帶棵間蒸發(fā)量占總蒸發(fā)量的比例為47.56%、44.62%和42.68%， 而豌豆帶所占比例達(dá)52.44%、55.38%和57.32%。通過玉米帶與豌豆帶棵間蒸發(fā)總量與各自所占土地比例的計算得出， 占地60%的玉米帶棵間蒸發(fā)量只占農(nóng)田蒸發(fā)總量的44.47%， 而占地僅為40%的豌豆帶蒸發(fā)量卻占55.53%， 說明在間作群體中無地膜覆蓋的豌豆帶棵間蒸發(fā)量占主要比例， 且灌水量越大豌豆帶因棵間蒸發(fā)造成的無效損耗越大。

圖7　不同灌水及覆膜條件下玉米||豌豆間作系統(tǒng)不同作物間作帶棵間蒸發(fā)量占總蒸發(fā)量比例Fig. 7　Proportions of evaporation at maize and pea strips of maize||pea intercropping system under different irrigation levels and mulching treatments

2.3 一膜兩年覆蓋對間作農(nóng)田耗水結(jié)構(gòu)的影響

作物生產(chǎn)過程中， 通過地膜覆蓋等農(nóng)藝技術(shù)措施降低棵間蒸發(fā)在作物總耗水量中的比例（E/ET）是提高水分利用效率的重要手段。利用加權(quán)平均法計算間作農(nóng)田的耗水量并核算了耗水結(jié)構(gòu)（E/ET）， 不同灌水水平與覆膜條件下玉米間作豌豆全生育期耗水結(jié)構(gòu)（E/ET）如圖8所示。E/ET在不同覆膜方式間無顯著差異。不同灌水水平間E/ET值表現(xiàn)為隨灌水水平的降低而降低。說明過量灌水使田間蒸發(fā)損失增加， 適量灌水在保證作物產(chǎn)量的同時可有效降低農(nóng)田因蒸發(fā)而造成的水分無效損失。

圖8　不同灌水及覆膜條件下玉米||豌豆間作農(nóng)田耗水結(jié)構(gòu)(E/ET)Fig. 8　E/ET of maize||pea intercropping system under different irrigation levels and mulching treatments

2.4 一膜兩年覆蓋對作物籽粒產(chǎn)量及單方水效益的影響

如表3所示， 一膜兩年覆蓋模式（NT）可有效提高單方水效益， 一膜兩年覆蓋較秋免耕春覆膜（RT）和傳統(tǒng)耕作覆膜方式（CT）的單方水效益分別提高7.39%和31.33%； 同一覆膜方式下， 不同灌水處理間有顯著差異， 中灌水水平（I2）最高， 高灌水水平（I3）次之， 低灌水水平（I1）最低。一膜兩年覆蓋方式下中等灌水水平可獲得較高的單方水效益， 為2.51 Yuan·m-3， NTI2的單方水效益較NTI3和NTI1分別高8.86%和45.94%， 說明一膜兩年覆蓋玉米間作豌豆農(nóng)田在適量灌水水平下較傳統(tǒng)覆膜方式可降低資源性投入成本， 顯著提高單方水效益。

3　討論與結(jié)論

農(nóng)田棵間蒸發(fā)是田間土壤水分散失的純物理過程， 是農(nóng)田土壤水分消耗中的無效損耗； 農(nóng)田棵間蒸發(fā)量的大小與土壤含水量、太陽輻射、氣溫及地膜覆蓋條件等密切相關(guān)。西北綠洲灌區(qū)年蒸發(fā)量都在年平均降雨量的15倍以上， 因此， 綠洲灌區(qū)農(nóng)田節(jié)水的關(guān)鍵就是如何通過科學(xué)的農(nóng)業(yè)措施最大限度地減少棵間蒸發(fā)。地膜覆蓋可減少棵間土壤水分蒸發(fā)， 總體耗水量有所減少［18］。地膜覆蓋下不同灌水量對棵間土壤蒸發(fā)有一定的影響， 隨著灌水量的增加， 棵間土壤蒸發(fā)和蒸散量均有一定增加［19］。本研究表明， 玉米間作豌豆種植模式下， 農(nóng)田棵間蒸發(fā)量隨灌水水平的提高而增加， 而與覆膜方式無顯著相關(guān)性， 說明玉米帶一膜兩年覆蓋在抑制水分蒸發(fā)方面可以起到與傳統(tǒng)耕作覆膜方式相同的效果； 豌豆帶少免耕耕作對棵間蒸發(fā)的影響不明顯， 無地膜覆蓋的豌豆帶是造成間作農(nóng)田系統(tǒng)蒸發(fā)耗水大的主要因素， 占地60%的玉米帶棵間蒸發(fā)量只占農(nóng)田蒸發(fā)總量的44.47%， 而占地僅為40%的豌豆帶蒸發(fā)量卻占55.53%。進(jìn)一步對間作農(nóng)田豌豆收獲前后棵間蒸發(fā)量的研究表明， 豌豆收獲后農(nóng)田棵間蒸發(fā)量較豌豆收獲前顯著提高， 且豌豆收獲后間作群體豌豆帶棵間蒸發(fā)顯著高于玉米帶， 豌豆帶的棵間蒸發(fā)量較玉米帶高69.30%， 這可能是由于豌豆群體前期的遮陰面積小， 地表裸露面積大所引起， 而對應(yīng)的玉米帶則由于地膜覆蓋的作用［20］， 有效地阻隔了地表水分與空氣間的交換， 加之玉米群體生長后期葉面積指數(shù)增大， 蒸騰作用強(qiáng)， 使棵間蒸發(fā)作用減弱。由此可見， 在玉米帶一膜兩年覆蓋下如何降低無地膜覆蓋豌豆帶的棵間蒸發(fā)將是減少玉米間作豌豆農(nóng)田總蒸發(fā)量的關(guān)鍵所在。胡發(fā)龍等［21］的研究表明， 在小麥間作玉米群體中用秸稈覆蓋小麥帶蒸發(fā)量降低5.4%～10.0%， E/ET相比于無覆蓋處理小麥間作玉米群體降低2.9%～5.2%， 可減少水分的無效損失， 提高水分利用率； 張清濤等［2］的研究也表明， 優(yōu)化種植模式、灌溉方式、灌溉制度及覆蓋方式可有效減少作物棵間無效蒸發(fā)。因此， 玉米間作豌豆模式中玉米帶一膜兩年覆蓋技術(shù)和豌豆帶秸稈覆蓋技術(shù)有機(jī)結(jié)合有進(jìn)一步減少棵間無效蒸發(fā)的可行性， 但地膜、秸稈二元覆蓋技術(shù)在抑制間作農(nóng)田棵間蒸發(fā)，減少農(nóng)田水分的無效蒸發(fā)機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。

同時， 一膜兩年覆蓋技術(shù)可減少生產(chǎn)投入， 顯著提高經(jīng)濟(jì)效益［22］。本研究中一膜兩年覆蓋由于減少了機(jī)械投入、人工投入和地膜投入， 有效地降低了投入成本， 顯著提高了單方水效益， 較秋免耕春覆膜和傳統(tǒng)耕作覆膜方式分別提高7.39%和31.33%，且在中等灌水條件下一膜兩年覆蓋的單方水效益最高， 達(dá)2.51元·m-3。因此， 玉米間作豌豆模式中玉米帶一膜兩年覆蓋技術(shù)可作為旱區(qū)發(fā)展節(jié)本高效間作模式的研發(fā)重點。

表3　不同灌水及覆膜處理的玉米||豌豆間作系統(tǒng)籽粒產(chǎn)量及單方水效益Table 3　Yield and water benefit of maize||pea intercropping system under different irrigation levels and mulching treatments

參考文獻(xiàn)References

［1］ 劉昌明， 張喜英， 由懋正， 等. 大型蒸滲儀與小型棵間蒸發(fā)器結(jié)合測定冬小麥蒸散的研究［J］. 水利學(xué)報， 1998（10）：36-39 Liu C M， Zhang X Y， You M Z， et al. Determination of daily evaporation and evapotranspiration of winter wheat field by large-scale weighing lysimeter and micro lysimeter［J］. Journal of Hydraulic Engineering， 1998（10）： 36-39

［2］ 張清濤， 邱國玉， 李莉， 等. 抑制農(nóng)田土壤蒸發(fā)的研究進(jìn)展［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2006， 14（1）： 87-89 Zhang Q T， Qiu G Y， Li L， et al. Advances in the inhibition of soil evaporation in farmland［J］. Chinese Journal of Eco- Agriculture， 2006， 14（1）： 87-89

［3］ 翟治芬， 趙元忠， 景明， 等. 秸稈和地膜覆蓋下春玉米農(nóng)田騰發(fā)特征研究［J］. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2010， 18（1）： 62-66 Zhai Z F， Zhao Y Z， Jing M， et al. Evapotranspiration characteristics of spring maize under film and straw mulch［J］. Chinese Journal of Eco-Agriculture， 2010， 18（1）： 62-66

［4］ 張軍錢. 旱地全膜雙壟溝播玉米適宜覆膜時間研究［J］. 水土保持通報， 2009， 29（4）： 220-223Zhang J Q. Best covering time of whole plastic-film mulching in corn planting with double ridges and furrows on dryland［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2009， 29（4）： 220-223

［5］ 楊海迪， 海江波， 賈志寬， 等. 不同地膜周年覆蓋對冬小麥土壤水分及利用效率的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2011，29（2）： 27-34 Yang H D， Hai J B， Jia Z K， et al. Effect of different plastic-film mulching in the whole growth period on soil moisture and water use efficiency of winter wheat［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2011， 29（2）： 27-34

［6］ 黃有總， 徐世宏， 江立庚. 玉米免耕機(jī)理研究進(jìn)展［J］. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 39（12）： 115-118 Huang Y Z， Xu S H， Jiang L G. Research progress in no- tillage mechanism of maize［J］. Guizhou Agricultural Sciences，2011， 39（12）： 115-118

［7］ 李玲玲， 黃高寶， 張仁陟， 等. 不同保護(hù)性耕作措施對旱作農(nóng)田土壤水分的影響［J］. 生態(tài)學(xué)報， 2005， 25（9）： 2326-2332 Li L L， Huang G B， Zhang R Z， et al. Effects of conservation tillage on soil water regimes in rainfed areas［J］. Acta Ecologica Sinica， 2005， 25（9）： 2326-2332

［8］ 黃高寶， 李玲玲， 張仁陟， 等. 免耕秸稈覆蓋對旱作麥田土壤溫度的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2006， 24（5）： 1-4 Huang G B， Li L L， Zhang R Z， et al. Effects of no-tillage with stubble retention on soil temperature of rainfed spring wheat field［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2006，24（5）： 1-4

［9］ 鞏杰， 黃高寶， 李延梅， 等. 少免耕耕作法的農(nóng)田效應(yīng)［J］.耕作與栽培， 2002（4）： 13-14 Gong J， Huang G B， Li Y M， et al. Field ecological effect of no-tillage［J］. Tillage and Cultivation， 2002（4）： 13-14

［10］ Gao Y， Duan A W， Sun J S， et al. Crop coefficient and water-use efficiency of winter wheat/spring maize strip intercropping［J］. Field Crops Research， 2009， 111（1/2）： 65-73

［11］ Yang C H， Huang G B， Chai Q， et al. Water use and yield of wheat/maize intercropping under alternate irrigation in the oasis field of Northwest China［J］. Field Crops Research， 2011，124（3）： 426-432

［12］ Iijima M， Asai T， Zegada-Lizarazu W， et al. Productivity and water source of intercropped wheat and rice in a direct-sown sequential cropping system： The effects of no-tillage and drought［J］. Plant Production Science， 2005， 8（4）： 368-374

［13］ Fan Z L， Chai Q， Huang G B， et al. Yield and water consumption characteristics of wheat/maize intercropping with reduced tillage in an Oasis region［J］. European Journal of Agronomy， 2013， 45： 52-58

［14］ 王小紅. 全膜覆土穴播一膜兩年用冬小麥抗旱增產(chǎn)效果試驗［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)科技， 2014（3）： 19-20 Wang X H. Effect test of yield increase and drought resistance of one film be twice used to winter wheat of hold sowing covering soil mulched with film［J］. Gansu Agricultural Science and Technology， 2014（3）： 19-20

［15］ 吳兵， 高玉紅， 謝亞萍， 等. 種植密度對一膜兩年用胡麻灌漿速率、水分利用效率及產(chǎn)量的影響［J］. 核農(nóng)學(xué)報， 2013，27（12）： 1912-1919 Wu B， Gao Y H， Xie Y P， et al. Effects of planting density on filling rate， water use efficiency and yield for one film used two years of oil flax［J］. Journal of Nuclear Agricultural Sciences， 2013， 27（12）： 1912-1919

［16］ 史中欣， 柴強(qiáng)， 楊彩虹， 等. 帶型配置及施氮量對玉米間作豌豆產(chǎn)量和水分利用效率的影響［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011， 46（1）： 39-43 Shi Z X， Chai Q， Yang C H， et al. Effects of different nitrogen applications and intercropping stripe compound on yield and WUE under maize/pea intercropping［J］. Journal of Gansu Agricultural University， 2011， 46（1）： 39-43

［17］ 陳國棟， 柴強(qiáng). 根系分隔和供水水平對玉米間作豌豆產(chǎn)量和耗水特征的影響［J］. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2013， 22（12）： 25-30 Chen G D， Chai Q. Effects of root separation and irrigation on yields and water use characteristics of maize pea intercropping systems［J］. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica，2013， 22（12）： 25-30

［18］ 樊向陽， 齊學(xué)斌， 郎旭東， 等. 不同覆蓋條件下春玉米田耗水特征及提高水分利用率研究［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2002， 20（2）： 60-64 Fan X Y， Qi X B， Lang X D， et al. A study on characteristics of water consumption and ways of raising water use efficiency for spring maize under different mulching［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2002， 20（2）： 60-64

［19］ 于愛忠. 供水與地膜覆蓋對玉米農(nóng)田土壤水熱特征及水分利用效率的影響［D］. 蘭州： 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2013： 2-3 Yu A Z. Effects of plastic mulching and irrigation on soil thermal characteristics and WUE of corn［D］. Lanzhou： Gansu Agricultural University， 2013： 2-3

［20］ 景明， 姜丙州， 張會敏， 等. 不同覆蓋材料對干旱區(qū)春小麥棵間蒸發(fā)的影響［J］. 水資源與水工程學(xué)報， 2010， 21（2）：92-95 Jing M， Jiang B Z， Zhang H M， et al. Effect of different mulching materials to soil evaporation of spring wheat in aid region［J］. Journal of Water Resources & Water Engineering，2010， 21（2）： 92-95

［21］ 胡發(fā)龍， 柴強(qiáng)， 殷文. 少耕秸稈覆蓋對小麥間作玉米棵間蒸發(fā)的影響研究［J］. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2013， 34（6）： 754-757 Hu F L， Chai Q， Yin W. Effect of stubble mulching and reduced tillage on soil evaporation in wheat-maize intercropping［J］. Research of Agricultural Modernization， 2013， 34（6）： 754-757

［22］ 張雷， 牛建彪， 張成榮， 等. 旱地玉米雙壟全膜覆蓋“一膜用兩年”免耕栽培模式研究［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2007，25（2）： 8-11 Zhang L， Niu J B， Zhang C R， et al. Study on corn no-till planting mode of double ridge mulching “one film used for two years” on dryland［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2007， 25（2）： 8-11

* 國家自然科學(xué)基金項目（31360323）、國家公益性行業(yè)項目（201503125）和國家科技支撐計劃項目（2012BAD14B10）資助

** 通訊作者： 柴強(qiáng)， 主要研究方向為多熟種植、循環(huán)農(nóng)業(yè)和節(jié)水農(nóng)業(yè)。E-mail： chaiq@gsau.edu.cn趙財， 主要從事多熟種植和節(jié)水農(nóng)業(yè)研究。E-mail： zhaoc@gsau.edu.cn收稿日期： 2015-09-23 接受日期： 2016-01-26

* The study was supported by the National Natural Science Foundation of China （No. 31360323）， the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest （No. 201503125）， and the National Key Technology R&D Program of China （2012BAD14B10）.

** Corresponding author， E-mail： chaiq@gsau.edu.cn Received Sep. 23， 2015； accepted Jan. 26， 2016

中圖分類號:S344.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1671-3990（2016）06-0744-09

DOI:10.13930/j.cnki.cjea.151041

Characteristics and economic benefits of water consumption in intercropping fields with one plastic film mulching for 2 years and different irrigation levels*

ZHAO Cai1， CHAI Qiang1**， FENG Fuxue1，2， YIN Wen1， HU Falong1， ZHOU Wenbin1
（1. Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science / Agronomy College， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China； 2. College of Engineering， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China）

AbstractIn order to optimize farming practice， plastic film recycling and water use efficiency of intercropping farming systems， a field experiment was conducted on maize-pea intercropping field at Hexi Corridor in Gansu Province. The experiment investigated the effect of three mulching patterns （NT： single plastic mulching for 2 years； CT： no tillage in fall with mulching and tillage in the next spring； CT： traditional mulching and tillage） on crop total water consumption and soil evaporation under high （7 200 m3·hm-2）， intermediate （6 450 m3·hm-2） and low （5 700 m3·hm-2） irrigation levels. The results showed that the level of water supply had a significant effect on the soil evaporation. The soil evaporation increased with increasing irrigation level， but there was no significant difference among different mulching patterns under the same irrigation level. There was asignificant difference in soil evaporation between maize strip and pea strip during harvest period of pea in all the treatments. Soil evaporation in pea strip was 68.51% and 69.30% higher than in maize strip before and after pea harvest， respectively. In addition， pea strip was an important factor driving water consumption in the intercropping farming system. The maize strip，which occupied some 60% of the farmland， only accounted for 44.47% of soil evaporation. Then the pea strip， which occupied some 40% of the farmland accounted for 55.53% of the total soil evaporation. Moreover， the evaporation in maize-pea intercropping field was mainly occurred after pea harvest， as only 26.98% of the soil evaporation occurred before pea harvest. NT treatment significantly increased the benefits of cubic meter water. The mean of water benefit per cubic meter under different irrigation levels were 7.39% and 31.33% higher for NT than for RT and CT， respectively. In addition， the highest water benefit per cubic meter reached 2.51 Yuan·m-3， which was observed under NT plus medium irrigation. In conclusion， NT reduced soil evaporation and non-productive water loss common under traditional mulching. Soil evaporation and total water consumption were positive correlated with irrigation level， with the highest water benefit per cubic meter under NT at moderate irrigation. Keywords Single plastic mulching in 2 years； Maize-pea intercropping； Per cubic meter water benefit； Soil evaporation；Water consumption pattern