摘要：為探究我國半干旱區(qū)紫花苜蓿（Medicago sativa）/豆科牧草適宜間作模式，本研究采用完全隨機設(shè)計，以紫花苜蓿單作為對照，研究紫花苜蓿/3種豆科牧草（毛苕子（Vicia villosa）、箭筈豌豆（Vicia sativa）和豌豆（Pisum sativum））間作對土壤水分、雜草、捕食性節(jié)肢動物、飼草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量的影響。與紫花苜蓿單作相比，紫花苜蓿/毛苕子、紫花苜蓿/箭筈豌豆和紫花苜蓿/豌豆間作的紫花苜蓿全生育期干草產(chǎn)量分別提高30.2%，45.2%和61.3%；水分利用效率分別提高6.1，8.8和12.1 kg·hm-2 ·mm-1，食物當(dāng)量分別提高26.74%，19.96%和53.28%。紫花苜蓿/豆科牧草間作顯著降低土壤貯水量（Plt;0.05）、雜草密度和生物量，顯著提高田間捕食性節(jié)肢動物密度、飼草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量，尤其紫花苜蓿/豌豆間作。紫花苜蓿/豌豆間作更有益于維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性和保持作物產(chǎn)量，可作為我國半干旱區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)1種可行有效間作模式。

關(guān)鍵詞：豆科間作；生物多樣性；食物當(dāng)量

中圖分類號：S963.22+3.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-0435（2023）03-0884-09

The Ecological Benefit Analysis on the Alfalfa/Legume Intercropping

SUN Yuan-wei1， LYU Long1， WANG Qi1*， ZHAO Xiao-le1， ZHANG Deng-kui1，

ZHOU Xu-jiao1， CUI Xun-zhen2

（1. College of Grassland Science， Gansu Agricultural University， Lanzhou， Gansu Province 730070， China;

2. Dingxi Hydraulic Science Research Institute， Dingxi， Gansu Province 743000， China）

Abstract：To find a suitable alfalfa/legume intercropping mode in the semiarid regions in China，a field experiment was conducted in a completely random design. The objective of the study was to explore the effects of alfalfa/legume intercropping models on soil moisture，weed，predatory arthropod，fodder yield，water use efficiency （WUE），and food equivalent unit （FEU） with alfalfa monoculture as a control. Compared to alfalfa monoculture，the fodder yield in alfalfa/hairy vetch，alfalfa/common vetch，and alfalfa/pea intercropping increased by 30.2%，45.2% and 61.3%，respectively，whereas water use efficiency increased by 6.1，8.8 and 12.1 kg·hm-2·mm-1，and FEU increased by 26.74%，19.96% and 53.28%. The results demonstrated that alfalfa/legume intercropping modes，especially alfalfa/pea intercropping model，significantly （Plt;0.05） reduced soil water storage，weed density and biomass，and increased predatory arthropod density，fodder yield，WUE，and FEU. Alfalfa/pea intercropping can be used as a feasible and effective cultivation method for sustainable agricultural production in semiarid regions in China.

Key words：Legume intercropping;Biodiversity;Food equivalent unit

我國半干旱黃土高原區(qū)屬于典型大陸性季風(fēng)氣侯雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，水土流失和土壤侵蝕較為嚴(yán)重［1-2］。干旱和水土流失降低上游區(qū)域土壤蓄水保墑能力、生物多樣性和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，導(dǎo)致土壤貧瘠化和次生鹽漬化，加劇下游區(qū)域河道堵塞、洪水災(zāi)害和河流水體污染，嚴(yán)重威脅該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展［3-4］。該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力較低和波動性較大，常年單作、連作和過量施肥造成嚴(yán)重土壤污染、干燥化和退化等［5］。研究表明，作物間作是保持農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)性發(fā)展有效途徑之一［6-7］。

作物間作是在有限時間內(nèi)利用有限土地面積收獲2種或2種以上經(jīng)濟作物產(chǎn)量的種植模式，作物間作能集約利用土地、光照、水分和養(yǎng)分等有限農(nóng)業(yè)資源，促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)循環(huán)，有效緩解連作障礙，減輕作物病害、蟲害和草害，保護土壤生物多樣性，提高土地利用效率和收獲指數(shù)，實現(xiàn)增產(chǎn)增效和可持續(xù)性發(fā)展［8-9］。然而，在傳統(tǒng)谷類/豆科間作系統(tǒng)中，谷類作物具有較快生長速率和較強資源競爭力，限制豆科植物生長，降低豆科植物產(chǎn)量和間作系統(tǒng)可持續(xù)性［10］。豆科/豆科作物間作是實現(xiàn)豆科作物高質(zhì)高產(chǎn)的1種環(huán)境友好型可持續(xù)性間作技術(shù)，Cupina等［11］研究表明，與紅三葉草（Trifolium pratense）單作相比，紅三葉草/豌豆（Pisum sativum） 間作的雜草率降低72.8%～73.5%，紅三葉草產(chǎn)量提高47.7%～51.4%。豆科/豆科作物間作模式主要包括1年生豆科植物（如豌豆（Pisum sativum）、鷹嘴豆（Cicerarietinum）、箭筈豌豆（Vicia sativa）等）/ 1年生豆科植物間作和多年生豆科植物（如紅三葉草、紅豆杉（Taxus chinensis）、紫花苜蓿（Medicago sativa）等）/1年生豆科植物間作［12］。在1年生豆科植物/ 1年生豆科植物間作系統(tǒng)中，不同類型1年生豆科植物具有相似播種時間、生育周期和收獲時間，有助于統(tǒng)一大田管理和提高蛋白質(zhì)產(chǎn)量，生育期短和冠層結(jié)構(gòu)稠密，對土地、光照、水分、養(yǎng)分等資源利用不充分［13］；在多年生豆科植物/1年生豆科植物間作系統(tǒng)中，多年生植物連續(xù)提供地表覆蓋、養(yǎng)分循環(huán)和長期碳儲存，減少播種和相應(yīng)田間管理活動，生育期長和冠層結(jié)構(gòu)稀疏，進(jìn)而節(jié)省生產(chǎn)成本，有效利用土地、光照、水分、養(yǎng)分等資源，提高間作系統(tǒng)干物質(zhì)產(chǎn)量和蛋白產(chǎn)量［14］。

紫花苜蓿是我國半干旱黃土高原區(qū)牧草種植和退耕還草的主要草種［15-16］。紫花苜蓿是多年生深根系豆科牧草，其蒸散量和耗水量高于其他1年生作物。降雨或灌溉無法補給深層土壤水分，長期連續(xù)紫花苜蓿單作導(dǎo)致土壤水分過度消耗，形成土壤干層，土壤干層阻斷上下層土壤水分流通，惡化土壤水分生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致牧草產(chǎn)量、質(zhì)量下降和土壤退化，嚴(yán)重威脅后茬植被生長［17］。已有研究表明，紫花苜蓿/豆科牧草間作增加植物根系時間和空間重疊量，提高光能、土壤水分和養(yǎng)分等利用效率［18-21］。在紫花苜蓿幼苗期，間作豆科牧草降低雜草生長和繁殖能力，提高紫花苜?？闺s草能力，促進(jìn)紫花苜蓿幼苗期生長發(fā)育［22］。同時，紫花苜蓿/豆科牧草間作充分利用時間和空間資源，調(diào)控作物地上生物量、品質(zhì)和再生能力，實現(xiàn)牧草產(chǎn)量與品質(zhì)之間有效平衡［23］。在紫花苜蓿/豆科牧草間作系統(tǒng)中，雜草抑制、昆蟲防治、牧草產(chǎn)量和品質(zhì)是該系統(tǒng)成功栽培關(guān)鍵［24］。

目前，關(guān)于紫花苜蓿/豆科牧草間作模式研究多集中于作物種植密度、間作比例、產(chǎn)量等方面，然而，關(guān)于紫花苜蓿/豆科牧草間作模式對雜草、捕食性節(jié)肢動物等生物多樣性研究較少［25-26］。鑒于此，本試驗研究紫花苜蓿/3種豆科牧草（毛苕子、箭筈豌豆和豌豆）間作對土壤水分、雜草、捕食性節(jié)肢動物、干草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量的影響，擬篩選出適宜紫花苜蓿/豆科牧草間作模式，為旱區(qū)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2020年4月10日—10月17日在甘肅省定西市水利科學(xué)研究所灌溉試驗站（35°17′～36°02′N，104°12′～105°01′E，海拔1 896.7 m） 進(jìn)行。試驗區(qū)光能和熱量資源豐富，雨熱同季，氣候干燥，是典型溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，平均多年降雨量是390.0 mm，紫花苜蓿生育期（4—10月）降雨量占全年降水量比例為93%，年平均溫度為7.2℃。試驗地地勢平坦，土壤為黃綿土，具有較差結(jié)構(gòu)性和較低有機質(zhì)含量（1.17%）。表層土壤（0～40 cm） 容重、田間持水量和作物凋萎系數(shù)分別為1.38 g·cm-3，25.1%和5.8%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機設(shè)計，以紫花苜蓿單作為對照，設(shè)紫花苜蓿/毛苕子（Vicia villosa）、紫花苜蓿/箭筈豌豆（Vicia sativa）和紫花苜蓿/豌豆（Pisum sativum） 3個間作模式，重復(fù)3次。紫花苜蓿、箭筈豌豆、毛苕子和豌豆選用品種分別為‘甘農(nóng)3號’‘蘇箭3號’‘土庫曼’和‘隴豌 1號’。紫花苜蓿單作、紫花苜蓿/毛苕子、紫花苜蓿/箭筈豌豆和紫花苜蓿/豌豆間作簡稱分別為AM （Alfalfa monoculture），AHI （Alfalfa/hairy vetch intercropping），ACI （Alfalfa/common vetch intercropping） 和API （Alfalfa/pea intercropping）。

1.3種植管理

當(dāng)前茬作物（馬鈴薯） 收獲后（2019年10月），翻耕和平整試驗地。于2020年3月20日整地，劃分試驗小區(qū)，每個試驗小區(qū)面積為30 m2（6 m×5 m）。于2020年4月11日條播紫花苜蓿和其他豆科牧草，紫花苜蓿、箭筈豌豆、毛苕子和豌豆播種量分別為22，150，150和90 kg·hm-2，播種深度為2～3 cm，紫花苜蓿與其他豆科牧草交互行播種，紫花苜蓿和其他豆科牧草行距均為20 cm，紫花苜蓿與毛苕子、箭筈豌豆或豌豆的種植帶寬比例為1∶1。在整個試驗期間，不施肥、不灌溉、不使用殺蟲劑和除草劑，采用人工除草和手工刈割牧草。

1.4樣品采集和測定

1.4.1 土壤貯水量在紫花苜蓿播種前1 d和刈割后1 d，采用烘干法（105℃，10 h） 測定土壤含水量，測定深度為0～140 cm，按20 cm分層。土壤貯水量采用以下公式計算：

W=∑7i=1θi×BDi×H×10（1）

式中，W為土壤貯水量（mm），θ為土壤質(zhì)量含水率（%），BD為土壤容重（g·cm-3），H為土層深度（cm），10為系數(shù)。

1.4.2雜草種類和生物量在紫花苜蓿第1茬初花期（2020年6月10日）、第2茬初花期（2020年7月18日） 和第3茬停止生長期（2020年10月17日），每個小區(qū)隨機布設(shè)60 cm × 60 cm樣方框，抽樣調(diào)查雜草種類和地上生物量。避免不同時期取樣點重疊，記錄雜草種類及對應(yīng)個體數(shù)，在105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重，測定雜草生物量。為方便下次雜草調(diào)查，每次雜草測定結(jié)束后，人工除凈試驗地雜草。

1.4.3捕食性節(jié)肢動物種類和數(shù)量在紫花苜蓿第1茬初花期、第2茬初花期和第3茬停止生長期，采用陷阱法調(diào)查地表捕食性節(jié)肢動物種類和密度，每個小區(qū)埋設(shè)3個誘捕器（圓柱形PVC硬管直徑為15 cm，高度為10 cm），誘捕器管頂與土壤表面齊平，誘捕器管頂放置1個塑料漏斗，以防止意外誘捕較大動物；用孔徑1 mm紗網(wǎng)紗布封閉誘捕器管底，以防止地表捕食性節(jié)肢動物逃跑，誘捕器埋設(shè)72 h后，取出誘捕器內(nèi)節(jié)肢動物，節(jié)肢動物儲存于50 mL塑料瓶（80%乙醇+1 mL甘油），在實驗室采用顯微鏡進(jìn)行鑒定和分類，記錄節(jié)肢動物種類和數(shù)量。

1.4.4飼草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量在紫花苜蓿第1茬初花期、第2茬初花期和第3茬停止生長期，采用樣方法測定飼草產(chǎn)量［27］。試驗區(qū)邊圍1 m設(shè)為保護行，以消除邊際效應(yīng)影響，為避免測產(chǎn)樣方面積重疊，測產(chǎn)樣方面積設(shè)為1 m × 1 m，根據(jù)種植帶寬比例，樣方1 m × 1 m包含3行紫花苜蓿和3行豌豆（3行箭筈豌豆或3行毛苕子），齊地刈割地上植株，稱取3～4 kg鮮樣，在105℃殺青30 min，風(fēng)干3～5 d，測定牧草干重，根據(jù)干鮮比和測產(chǎn)面積計算干草產(chǎn)量。

水分利用效率采用以下公式計算：

WUE=FYET=FYP+W1－W2（2）

式中，F(xiàn)Y為紫花苜蓿單作或紫花苜蓿/豆科牧草間作的總干草產(chǎn)量（kg·hm-2）；P為生育期降水量（mm）；W1和W2分別為播種前1 d和最后1次刈割后1 d測定0～140 cm土層土壤貯水量（mm）。

為統(tǒng)一紫花苜蓿和毛苕子、箭筈豌豆或豌豆的食物量綱，采用食物當(dāng)量（Food equivalent unit，F(xiàn)EU） 衡量間作不同作物食用價值，食物當(dāng)量比采用以下公式計算［28］：

FEU=H×CH+P×CP（3）

式中，H為單位重量食物中熱量（kJ·g-1）；P為單位重量食物中蛋白質(zhì)含量（g·kg-1）；CH為食物能量系數(shù)；CP為蛋白質(zhì)系數(shù)。紫花苜蓿、毛苕子、箭筈豌豆和豌豆的參照H值分別為18.4，17.2，17.7和21.5 kJ·g-1，紫花苜蓿、毛苕子、箭筈豌豆和豌豆實際測定P值分別為229，231，165和167 g·kg-1［29-30］。將飼草食物當(dāng)量中能量和蛋白質(zhì)權(quán)重調(diào)整為1∶1，規(guī)定初花期紫花苜蓿標(biāo)準(zhǔn)食部1 kg干草為1個食物當(dāng)量，求得CH和CP分別為0.0544和0.0437，毛苕子、箭筈豌豆和豌豆的食物當(dāng)量分別為0.974，0.841和0.950。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計分析和圖表繪制，采用SPSS19.0單因素方差分析Duncan法（P lt; 0.05） 檢驗不同處理間差異顯著性。

2結(jié)果與分析

2.1間作模式對土壤貯水量的影響

不同間作模式土壤貯水量變化見圖1。就紫花苜蓿全生育期平均值而言，AHI，ACI和API的土壤貯水量顯著（P lt; 0.05）低于AM，AHI與ACI和API之間差異不顯著。AM，AHI，ACI和API紫花苜蓿全生育期平均土壤貯水量分別為264，202，209和216 mm。與AM相比，AHI，ACI和API的全生育期平均土壤貯水量分別降低62，55和48 mm。

2.2間作模式對雜草密度和生物量的影響

不同間作模式主要雜草密度和生物量分別見表1和表2。在第1茬紫花苜蓿初花期，菊葉香藜（Chenopodium foetidum）、藜（Chenopodium album）和早熟禾（Poa annua）是主要雜草物種（雜草相對密度gt; 20%）［31］，雜草密度分別為2.4，1.7和1.6 株·m-2，雜草生物量分別為10.6，9.7和8.8 g·m-2；在第2茬紫花苜蓿初花期，菊葉香藜、藜、早熟禾和打碗花是主要雜草物種，雜草密度分別為2.7，2.4，2.4和2.0 株·m-2，雜草生物量分別為16.8，11.7，11.6和9.9 g·m-2；在第3茬紫花苜蓿停止生長期，菊葉香藜是優(yōu)勢雜草物種，雜草密度和生物量分別為2.4 株·m-2和5.3 g·m-2。

就紫花苜蓿全生育期平均值而言，API的雜草總密度和總生物量顯著低于ACI，ACI的雜草總密度和總生物量顯著低于AHI，AHI的雜草總密度和總生物量顯著低于AM。AM，AHI，ACI和API的雜草總密度分別為11.5，9.0，7.9和6.3株·m-2，雜草總生物量分別為49.4，37.9，33.2和25.8 g·m-2，與AM相比，AHI，ACI和API的平均雜草總密度分別降低22.0%，40.2%和65.9%，雜草總生物量分別降低23.2%，32.8%和47.8%。

2.3間作模式對捕食性節(jié)肢動物的影響

在紫花苜蓿生育期，共發(fā)現(xiàn)3目5科主要捕食性節(jié)肢動物，鞘翅目（Coleoptera）2科（（虎甲科（Cicindelidae）和隱翅蟲科（Staphylinidae））、蜘蛛目（Araneae）2科（（平腹蛛科（Gnaphosidae）和長腳蛛科（Tetragnathidae））和蜈蚣目（Centipede）1科（蜈蚣科（Scolopendridae））。

在第1茬紫花苜蓿初花期，AM，AHI，ACI和API的捕食性節(jié)肢動物密度分別為4，6，7和9個/陷阱；在第2茬紫花苜蓿初花期，AM，AHI，ACI和API的捕食性節(jié)肢動物密度分別為2，7，6和14個·陷阱-1；在第3茬紫花苜蓿停止生長期，AM，AHI，ACI和API的捕食性節(jié)肢動物密度分別為4，8，4和10個/陷阱。就3茬刈割紫花苜蓿平均值而言，API的捕食性節(jié)肢動物密度顯著高于AHI，AHI的捕食性節(jié)肢動物密度顯著高于ACI，ACI的捕食性節(jié)肢動物密度顯著高于AM。AM，AHI，ACI和API的捕食性節(jié)肢動物密度分別為3.3，7.3，5.3和11個·陷阱-1；與AM相比，AHI，ACI和API的捕食性節(jié)肢動物密度分別提高120%，60%和230%。

2.4間作模式對干草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量的影響

不同間作模式干草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量見表3。就紫花苜蓿全生育期而言，API的紫花苜蓿全生育期干草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量顯著高于AHI，AHI和ACI的紫花苜蓿全生育期干草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量顯著高于AM，AHI與ACI之間差異不顯著。與AM相比，AHI，ACI和API的紫花苜蓿全生育期干草產(chǎn)量分別提高30.2%，45.2%和61.3%，水分利用效率分別提高6.1，8.8和12.1 kg·hm-2·mm-1，食物當(dāng)量分別提高26.74%，19.96%和53.28%。

3討論

作物類型、間作帶寬比例、播種密度、施肥、灌溉、耕作、覆蓋等措施決定間作土壤水分分布模式，間作土壤耗水不是不同間作作物土壤耗水的簡單疊加，而是不同間作作物水分競爭和互補利用效應(yīng)，種間競爭和互補性是決定間作系統(tǒng)土壤水分的主要因素［32］。受環(huán)境條件和作物類型影響，不同間作系統(tǒng)土壤水分消耗特征存在較大差異。在共生期，間作作物共同競爭同1時空土壤水分資源，增加土壤水分消耗。本研究中，與AM相比，AHI，ACI和API的全生育期平均土壤貯水量分別降低62，55和48 mm。毛苕子、箭筈豌豆和豌豆是淺根系作物，根系主要集中分布在0～30 cm土層，淺根系作物蒸散量大于裸地蒸發(fā)量，淺根系豆科作物與紫花苜蓿間作爭奪表層土壤水分，促進(jìn)土壤水分消耗［33］。Yin等［34］研究表明間作土壤水分蒸散量高于單作，間作土壤水分蒸發(fā)量低于單作，間作提高水分利用效率。種間競爭和互補性調(diào)控間作土壤水分生產(chǎn)力，決定間作土壤水分利用模式［35-37］。

間作是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作模式，間作作物具有較大覆蓋層和較長覆蓋期，有效控制水土流失，改善土壤結(jié)構(gòu)，抑制雜草滋生和病蟲害繁衍，提高土壤肥力和經(jīng)濟效益［38-42］。多年生豆科牧草/1年生豆科作物間作增加土壤氮供應(yīng)和土壤節(jié)肢動物，降低雜草種類和密度，保持土壤質(zhì)量和提高凈盈利能力［43-45］。合理間作顯著降低農(nóng)田雜草多樣性和密度，Craig等［46］研究表明，與紫花苜蓿單作相比，紫花苜蓿/豆科間作的田間雜草生物量降低28.0%～91.2%。間作增加地上覆蓋度、冠層閉合度和光截留量，減少水、光和養(yǎng)分資源，有效防除雜草［39］。本研究中，與AM相比，AHI，ACI和API的雜草密度分別降低22.0%，40.2%和65.9%，雜草生物量分別降低23.2%，32.8%和47.8%。多年生豆科牧草/1年生豆科作物間作和定期刈割相結(jié)合有效抑制1年生和多年生雜草繁衍，減少種子床面積和增加鳥類等捕食種子概率，有效抑制雜草滋生和蔓延［47］。紫花苜蓿/豆科作物間作降低土壤水分，同時，紫花苜蓿和間作作物代謝產(chǎn)生根系分泌物，根系分泌物抑制雜草種子萌發(fā)和幼苗生長［46］。

多數(shù)捕食性節(jié)肢動物是農(nóng)作物害蟲天敵，豐富捕食性節(jié)肢動物能有效抑制農(nóng)作物害蟲數(shù)量和降低作物蟲害風(fēng)險，大幅減少農(nóng)藥投入，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境［48］。耕作措施和作物種類等決定捕食性節(jié)肢動物多樣性，紫花苜蓿/豆科作物間作為植食性動物提供充足食物，提高植食性動物多樣性，植食性動物為捕食性節(jié)肢動物提供食物來源，同時，間作為捕食性節(jié)肢動物提供活動、棲息和繁衍等場所［49-50］。本研究中，與AM相比，AHI，ACI和API的捕食性節(jié)肢動物密度分別增加120%，60%和230%。紫花苜蓿/豆科作物間作減小農(nóng)田系統(tǒng)干擾，增加生境結(jié)構(gòu)多樣性和植物群落多樣性，提高捕食性節(jié)肢動物種群數(shù)量和種類［51］。合理間作系統(tǒng)有助于發(fā)揮捕食性節(jié)肢動物的捕食效果，在選擇間作作物種類時，應(yīng)避免間作植物病蟲害種類相似性，降低受害風(fēng)險，實現(xiàn)生態(tài)調(diào)控目標(biāo)［52］。

紫花苜蓿/多年生豆科作物間作是1種有效減少雜草競爭和實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高蛋白產(chǎn)量和土地利用效率的耕作模式。在長根系/短根系間作系統(tǒng)中，不同間作作物根系吸水性在空間和時間存在生態(tài)位差異，提高土壤水分利用效率和養(yǎng)分互補性，刺激有益土壤微生物群落繁殖，促進(jìn)水分和養(yǎng)分吸收，提高光、溫、水、土地、養(yǎng)分等資源利用效率［53，56-57］。本研究中，第1茬紫花苜蓿刈割期，與紫花苜蓿單作相比，AHI和API的干草產(chǎn)量分別降低10.18%和4.52%。第1茬紫花苜蓿刈割期，紫花苜蓿長勢較弱，根系較細(xì)，豆科作物與紫花苜蓿競爭作用較大，減緩紫花苜蓿生長發(fā)育，同時，較高冠層豆科作物增加地表覆蓋度和光截留量，影響紫花苜蓿幼苗生長。就紫花苜蓿全生育期而言，與AM相比，AHI，ACI和API的干草產(chǎn)量分別提高30.2%，45.2%和61.3%，水分利用效率分別提高6.1，8.8和12.1 kg·hm-2·mm-1，食物當(dāng)量分別提高26.74%，19.96%和53.28%。Mikic［58］研究結(jié)果表明紫花苜蓿/豆科牧草間作的互補效應(yīng)大于競爭效應(yīng)，促進(jìn)豆科互作作物共同生長，同時，紫花苜蓿/豆科牧草間作加強作物結(jié)瘤和共生固氮作用，促進(jìn)植株葉片生長、養(yǎng)分吸收和蛋白合成，提高間作系統(tǒng)產(chǎn)量和質(zhì)量。

在不同紫花苜蓿/豆科牧草間作模式下，本研究對雜草、捕食性節(jié)肢動物、草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量進(jìn)行綜合評價，只分析1年生紫花苜蓿/1年生豆科作物間作的試驗數(shù)據(jù)，同時，小區(qū)測產(chǎn)采用樣方法1 m×1 m，該樣方法基本完整反映間作植物群落結(jié)構(gòu)特征，但該樣方較小取樣面積可能遺漏邊界個體，降低間作植物群落結(jié)構(gòu)估算代表性和取樣精度［59］。此外，多年生紫花苜蓿/1年生豆科作物間作存在著殘茬處理、過度競爭和資源限制等問題，這些問題解決仍需要今后進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

與紫花苜蓿單作相比，紫花苜蓿/毛苕子、箭筈豌豆和豌豆3種豆科牧草間作均顯著降低田間土壤貯水量、雜草密度和生物量，顯著提高田間捕食性節(jié)肢動物數(shù)量、飼草產(chǎn)量、水分利用效率和食物當(dāng)量，尤其紫花苜蓿/豌豆間作，顯著提高紫花苜蓿建植年產(chǎn)量和水分利用效率，更有益于維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性和保持作物產(chǎn)量，可作為我國半干旱區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)1種可行有效間作模式。

參考文獻(xiàn)

［1］趙安周，朱秀芳，潘耀忠. 1965—2013年黃土高原地區(qū)極端降水事件時空變化特征［J］. 北京師范大學(xué)學(xué)報，自然科學(xué)版，2017，53（1）：43-50

［2］FU B J，YU L，LV Y H，et al. Assessing the soil erosion control service of ecosystems change in the Loess Plateau of China［J］. Ecological Complexity，2011，8（4）：284-293

［3］王小赟，王琦，張登奎，等. 生物炭土壤結(jié)皮覆蓋壟溝集雨種植對紅豆草根系和根瘤特征的影響［J］. 草地學(xué)報，2019，27（5）：1328-1338

［4］朱青，周自翔，劉婷，等. 黃土高原植被恢復(fù)與生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務(wù)價值增益研究——以延河流域為例［J］. 生態(tài)學(xué)報，2021，41（7）：2557-2570

［5］謝軍紅，柴強，李玲玲，等. 黃土高原半干旱區(qū)不同覆膜連作玉米產(chǎn)量的水分承載時限研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48（8）：1558-1568

［6］祁小平，李廣，袁建鈺，等. 保護性耕作對隴中旱作麥田蓄水保墑效果和產(chǎn)量的影響［J］. 干旱區(qū)研究，2022，39（1）：312-321

［7］馬濤，呂文強，李澤霞，等. 黃土高原丘陵溝壑區(qū)輪作休耕模式下5種土地利用方式土壤剖面水分分布特征［J］. 草業(yè)學(xué)報，2020，29（7）：30-39

［8］趙雅姣，劉曉靜，吳勇，等. 西北半干旱區(qū)紫花苜蓿-小黑麥間作對根際土壤養(yǎng)分和細(xì)菌群落的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2020，31（5）：1645-1652

［9］GONG X W，LIU C J，LI J，et al. Responses of rhizosphere soil properties，enzyme activities and microbial diversity to intercropping patterns on the Loess Plateau of China-Science Direct［J］. Soil and Tillage Research，2019（195）：104355-104365

［10］陳桂平，柴強，?？×x. 不同禾豆間作復(fù)合群體根系的時空分布特征［J］. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007（5）：113-117

［11］CUPINA B，KRSTIC D，MIKIC A，et al. The effect of field pea （Pisum sativum L.） companion crop management on red clover （Trifolium pratense L.） establishment and productivity ［J］. Turkish Journal of Agriculture and Forestry，2010，34（4）：275-283

［12］DUCHENE O，VIAN J F，CELETTE F. Intercropping with legume for agroecological cropping systems：Complementarity and facilitation processes and the importance of soil microorganisms. A review［J］. Agriculture，Ecosystems amp; Environment，2017（240）：148-161

［13］MIKIC A，CUPINA B，RUBIALES D，et al. Models，developments，and perspectives of mutual legume intercropping［J］. Advances in Agronomy，2015（130）：337-419

［14］ACAR Z，ASCI O O，BASARAN U，et al. Pea companion crop for red clover establishment［J］. Turkish Journal of Field Crops，2010，15（2）：114-122

［15］初建香，張立中. 紫花苜蓿的品質(zhì)特性及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］. 中國飼料，2022（11）：91-95

［16］黃澤，崔增，劉一帆，等. 黃土高原半干旱區(qū)幾種飼用植物生產(chǎn)與飼用價值比較［J］. 草業(yè)科學(xué)，2020，37（4）：770-776

［17］孫劍，李軍，王美艷，等. 黃土高原半干旱偏旱區(qū)苜蓿-糧食輪作土壤水分恢復(fù)效應(yīng)［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25（6）：33-39

［18］STREIT J，MEINEN C，RAUBER R. Intercropping effects on root distribution of eight novel winter faba bean genotypes mixed with winter wheat［J］. Field Crops Research，2019（235）：1-10

［19］任媛媛，李朝怡，閆敏飛，等. 黃土塬區(qū)玉米||大豆間作對根系形態(tài)的影響［J］. 草業(yè)科學(xué)，2021，38（12）：2449-2459

［20］楊濤，魯為華，李斌，等. 新疆楊樹-紫花苜蓿林草復(fù)合系統(tǒng)中根系分布特征及生產(chǎn)力［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2020，38（2）：116-124

［21］馬曉燕，王志鑫，郝康偉，等. 極端干旱區(qū)棗園人工生草對土壤理化性質(zhì)的影響［J］. 果樹學(xué)報，2020，37（8）：1184-1195

［22］XU R，ZHAO H，LIU G，et al. Effects of nitrogen and maize plant density on forage yield and nitrogen uptake in an alfalfa-silage maize relay intercropping system in the North China Plain［J］. Field Crops Research，2021（263）：256-248

［23］趙魯，史冬燕，高小葉，等. 紫花苜蓿綠肥對水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響［J］. 草業(yè)科學(xué)，2012，29（7）：1142-1147

［24］王大勇，劉濤，郭慕萍，等. 豆科植物對不同深度土壤水分及養(yǎng)分含量的影響［J］. 土壤通報，2013，44（3）：551-555

［25］JACOBSEN S K，MORAES G J，SORENSEN H，et al. Organic cropping practice decreases pest abundance and positively influences predator-prey interactions ［J］. Agriculture，Ecosystems amp; Environment，2019（272）：1-9

［26］朱林，王甜甜，趙學(xué)琳，等. 紫花苜蓿和斜莖黃耆水力提升作用及其對伴生植物的效應(yīng)［J］. 植物生態(tài)學(xué)報，2020（7）：11-19

［27］國家市場監(jiān)督管理總局. GB/T 30395-2013 草品種審定技術(shù)流程［S］. 北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2013：25

［28］任繼周，侯扶江. 改變傳統(tǒng)糧食觀，試行食物當(dāng)量［J］. 草業(yè)學(xué)報，1999（S1）：55-75

［29］婁珊寧，侯扶江，任繼周. 用食物當(dāng)量評價草地農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力［J］. 草業(yè)學(xué)報，2019，28（12）：1-16

［30］郭常英，王偉，德科加，等. 播種方式對燕麥和飼用豌豆飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］. 草地學(xué)報，2022，30（7）：1882-1890

［31］李娟，張昱. 燕山北部板栗林下雜草群落動態(tài)及生態(tài)位研究［J］. 水土保持學(xué)報，2022，36（3）：201-206

［32］YIN W，CAI Q，ZHAO C，et al. Water utilization in intercropping：A review［J］. Agricultural Water Management，2020（241）：106335

［33］OCHSNER T E，ALBRECHT K A，SCHUMACHER T W，et al. Water Balance and Nitrate Leaching under Corn in Kura Clover Living Mulch［J］. Agronomy Journal，2010，102（4）：1169-1178

［34］YIN W，F(xiàn)AN Z L，HU F L，et al. Innovation in alternate mulch with straw and plastic management bolsters yield and water use efficiency in wheat-maize intercropping in arid conditions［J］. Scientific Reports，2019，9（1）：1922-1937

［35］蔡倩，孫占祥，王文斌，等. 遼西半干旱區(qū)玉米大豆間作對作物產(chǎn)量及水分利用的影響［J］. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2022，43（7）：551-562

［36］任媛媛，張莉，郁耀闖，等. 大豆種植密度對玉米/大豆間作系統(tǒng)產(chǎn)量形成的競爭效應(yīng)分析［J］. 作物學(xué)報，2021，47（10）：1978-1987

［37］高飛，王若水，許華森. 晉西黃土區(qū)水肥調(diào)控對蘋果玉米間作系統(tǒng)土壤含水量及分布的影響［J］. 中國水土保持科學(xué)，2016，14（4）：94-104

［38］牛清清，張琳，陳云峰，等. 生態(tài)栽培對果園水土及養(yǎng)分流失影響的Meta分析［J］. 生態(tài)學(xué)雜志，2021，40（10）：3175-3183

［39］范祎瑋，信秀麗，鐘新月，等. 玉米豆科覆蓋作物間作對潮土酶活性和真菌群落特征的影響［J］. 土壤，2021，53（6）：1236-1243

［40］張久東，包興國，曹衛(wèi)東，等. 間作綠肥作物對玉米產(chǎn)量和土壤肥力的影響［J］. 中國土壤與肥料，2013（4）：43-47

［41］常玉明，張正坤，趙宇，等. 玉米大豆間作對玉米主要病蟲害發(fā)生及其產(chǎn)量的影響［J］. 植物保護學(xué)報，2021，48（2）：332-339

［42］俞霞，肖世豪，李淑娟，等. 禾本科-豆科間作模式中作物產(chǎn)量和氮素利用的研究進(jìn)展［J］. 生態(tài)學(xué)雜志，2021，40（8）：2601-2609

［43］胡競輝，王美超，孔云，等. 梨園芳香植物間作區(qū)節(jié)肢動物群落多樣性時序特征［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（5）：1007-1016

［44］肖宇，李靖宇，劉青松，等. 苜?！衩撞菁Z兼顧型種植模式田間雜草調(diào)查及除草劑篩選［J］.作物研究，2018，32（2）：127-130

［45］趙雅姣，劉曉靜，童長春，等. 紫花苜蓿/玉米間作對紫花苜蓿結(jié)瘤固氮特性的影響［J］. 草業(yè)學(xué)報，2020，29（1）：95-105

［46］SHEAFFER C C，MARTINSON K M，WYSE D L，et al. Companion Crops for Organic Alfalfa Establishment［J］. Agronomy Journal，2014，106（1）：309-320

［47］陳明，周昭旭，羅進(jìn)倉. 間作苜蓿棉田節(jié)肢動物群落生態(tài)位及時間格局［J］. 草業(yè)學(xué)報，2008（4）：132-140

［48］PRASIFKA J R，SCHMIDT N P，KOHLER K A，et al. Effects of living mulches on predator abundance and sentinel prey in a maize-soybean-forage rotation［J］. Environmental Entomology，2006，35（5）：1423-1431

［49］孫濤，陳強，張興義. 東北黑土區(qū)耕作措施對地表節(jié)肢動物多樣性的影響［J］. 昆蟲學(xué)報，2014，57（1）：74-80

［50］李海強，張建萍，陸宴輝. 果棉間作對棉田節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)的影響［J］. 植物保護，2021，47（2）：233-238

［51］HOUSE G J，STINNER B R. Arthropods in no-tillage soybean agroecosystems：community composition and ecosystem interactions［J］. Environmental Management，1983，7（1）：23-28

［52］劉任濤，朱凡，賀達(dá)漢，等. 草地開墾對土壤動物多樣性與功能群結(jié)構(gòu)的影響［J］. 中國草地學(xué)報，2014，36（6）：34-40

［53］ROSS S M，KING J R，O’DONOVAN J T，et al. Forage potential of intercropping berseem clover with barley，oat，or triticale［J］. Agronomy Journal，2004，96（4）：1013-1020

［54］BANIK P，MIDYA A，SARKAR B K，et al. Wheat and chickpea intercropping systems in an additive series experiment：advantages and weed smothering［J］. European Journal of Agronomy，2006，24（4）：325-332

［55］GHOSH P K，MANNA M C，BANDYOPADHYAY K K，et al. Interspecific interaction and nutrient use in soybean/sorghum intercropping system［J］. Agronomy Journal，2006，98（4）：1097-1108

［56］STRYDHORST S M，KING J R，LOPETINSKY K J，et al. Forage potential of intercropping barley with faba bean，lupin，or field pea［J］. Agronomy Journal，2008，100（1）：182-190

［57］梁曉紅，曹雄，張瑞棟，等. 不同高粱大豆間作模式對產(chǎn)量及水分養(yǎng)分利用的影響［J］. 華北農(nóng)學(xué)報，2021，36（3）：174-184

［58］ALEKSANDAR M，BRANKO C，DIEGO R，et al. Models，developments，and perspectives of mutual legume intercropping［J］. Advances in Agronomy，2015（130）：337-419

［59］佘延娣，楊曉淵，馬麗，等. 退化高寒草甸植物群落和土壤特征及其相互關(guān)系研究［J］. 草地學(xué)報，2021，29（1）：62-71

（責(zé)任編輯劉婷婷）