李澤坤 ，田德龍，徐 冰，任 杰

(水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，呼和浩特 010020)

0 引 言

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)作為我國(guó)三大灌區(qū)之一，是自治區(qū)重要的商品糧輸出基地，同時(shí)也是我國(guó)優(yōu)質(zhì)小麥產(chǎn)區(qū)。河套灌區(qū)光熱資源豐富，但該區(qū)域種植制度一季有余兩季不足，春小麥?zhǔn)斋@后多數(shù)土地閑置，造成了光、熱資源的浪費(fèi)。同時(shí)由于小麥?zhǔn)斋@后農(nóng)田閑置無植被覆蓋，也極易造成土壤鹽分表聚，加重土壤鹽漬化[1-3]。西蘭花營(yíng)養(yǎng)豐富，含蛋白質(zhì)、糖、脂肪、維生素和胡蘿卜素，營(yíng)養(yǎng)成分位居同類蔬菜之首，被譽(yù)為“蔬菜皇冠”[4,5]。由于其具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和食療價(jià)值，因而越來越受人們喜愛。同時(shí)其適應(yīng)性廣，容易栽培[6]。因而，可以充分利用麥?zhǔn)罩炼?～3個(gè)月的農(nóng)田空閑時(shí)間，種植生育期短的經(jīng)濟(jì)作物西蘭花。這不僅可充分利用光、熱資源，提高空閑農(nóng)田資源利用率，而且可減輕土壤鹽漬化，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)灌區(qū)作物種植模式由一年一熟向一年二熟轉(zhuǎn)變，提高總體收益。近年來，有學(xué)者對(duì)小麥、向日葵及西蘭花等作物進(jìn)行了單作[7-10]、間作套種[11,12]及復(fù)種模式[13-15]的研究，均得到了較好的效果。因此，本試驗(yàn)通過對(duì)不同灌水量下春小麥復(fù)種西蘭花產(chǎn)量、水分利用效率及氮肥偏生產(chǎn)力進(jìn)行研究，尋求復(fù)種模式最佳灌水量，以期為春小麥復(fù)種西蘭花提供依據(jù)，同時(shí)豐富河套灌區(qū)復(fù)種模式，為促進(jìn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)高效發(fā)展提供支撐。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古磴口縣三海子，該地多年平均降水量為142.7 mm，多年平均蒸發(fā)量為2 377.1 mm，多年平均氣溫7.7 ℃，干燥度16.51，日照時(shí)數(shù)3 209.5 h，無霜期139 d，2017年作物生育期降水量為56.85 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地0～20 cm為砂壤土，20～100 cm為粉壤土，0～100 cm土壤容重為1.52 g/cm3、田間持水率為22%，作物生育期地下水位埋深3 m以下。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年3-10月進(jìn)行，以傳統(tǒng)畦灌為對(duì)照，分別設(shè)置不同灌溉量春小麥復(fù)種不同灌溉量西蘭花的膜下滴灌試驗(yàn)(春小麥與西蘭花復(fù)種按灌溉水量大小依次對(duì)應(yīng))。春小麥、西蘭花膜下滴灌試驗(yàn)均設(shè)3個(gè)灌水水平，根據(jù)當(dāng)?shù)夭煌魑锬は碌喂嗯c傳統(tǒng)畦灌對(duì)比節(jié)水水平，春小麥分別取節(jié)水49%、36%、24% 3個(gè)水平作為試驗(yàn)設(shè)置灌水水平，分別為：2 175 m3/hm2(MZ1)、2 700 m3/hm2(MZ2)、3 225 m3/hm2(MZ3)；西蘭花分別取節(jié)水45%、35%、29%作為試驗(yàn)設(shè)置灌水水平，分別為2 325 m3/hm2(BZ1)、2 730 m3/hm2(BZ2)、3 000 m3/hm2(BZ3)。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為7.0 m×50.0 m，各小區(qū)均設(shè)有隔離帶。

1.3 農(nóng)藝措施

春小麥品種為永良4號(hào)，采用機(jī)械穴播，穴、行距均為12.5 cm，每穴播種8～12 粒，播種量為300 kg/hm2。地膜膜寬為170 cm，每膜播種12行。滴灌帶選用單翼迷宮式，每膜設(shè)置2條滴灌帶，每條滴灌帶控制6行。播種前種肥施用磷酸二銨375 kg/hm2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為N：18%；P2O5：46%)，尿素75 kg/hm2(N：46%)，追肥施用尿素420 kg/hm2(分別在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期5次隨水滴施)。生育期灌水7次，每次灌水定額為225～555 m3/hm2。2017年3月12日播種，7月5日收獲。

春小麥對(duì)照(MCK)播種前種肥施用磷酸二銨525 kg/hm2，尿素75 kg/hm2，追肥施用尿素600 kg/hm2(分別在分蘗～拔節(jié)期、抽穗～花期2次等量撒施)。生育期灌水4次(分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期)，每次灌水定額為1 050 m3/hm2。2017年3月12日播種，7月15日收獲。

復(fù)種西蘭花品種為綠洲1號(hào)，2017年6月1日在日光溫室內(nèi)進(jìn)行基質(zhì)育苗，于小麥?zhǔn)斋@后進(jìn)行移栽(膜下滴灌7月5日，對(duì)照地面畦灌7月15日)，于10月15日完成采收。西蘭花行、株距均為50 cm，密度為30 000株/hm2。追肥施用尿素300 kg/hm2，在苗期、蓮座期分兩次等量施入。膜下滴灌西蘭花生育期灌水10次，每次灌水定額為225～300 m3/hm2，西蘭花對(duì)照(BCK)生育期灌水5次，每次灌水定額為1 050 m3/hm2。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

(1)作物產(chǎn)量測(cè)定。春小麥?zhǔn)斋@時(shí)，在每個(gè)處理內(nèi)具有代表性的區(qū)域內(nèi)選定樣方面積1 m2，重復(fù)3次，將樣方內(nèi)的所有小麥人工收割、風(fēng)干、脫粒，統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量，最后折算為每公頃產(chǎn)量。西蘭花收獲時(shí)，在每個(gè)處理內(nèi)都選取具有代表性的5株進(jìn)行花球產(chǎn)量測(cè)定，重復(fù)3次，折算為每公頃產(chǎn)量。

(2)土壤水分測(cè)定。采用取土烘干法測(cè)定。用直徑為40 mm土鉆于各作物播種期及收獲期采集0～100 cm土層土樣，每20 cm為一層，每個(gè)小區(qū)取3個(gè)樣點(diǎn)，同層均勻混合，在105 ℃下烘干8 h至質(zhì)量恒定不變后測(cè)定土壤質(zhì)量含水率。

土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定。在作物播種前，用體積為100 cm3的環(huán)刀采集0～100 cm的原狀土樣，每20 cm為1層，重復(fù)3次，密封帶回實(shí)驗(yàn)室，烘干稱重，測(cè)定土壤容重。

不同土層土壤貯水量及水分利用效率計(jì)算方法為[16]：

SWS=10WShr

(1)

式中：SWS為土壤貯水量，mm；WS為土壤質(zhì)量含水率，%；h為土層深度，cm；r為土壤容重，g/cm3。

ET=SWSb-SWSh+P+M+K+S

(2)

WUE=Y/ET

(3)

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為作物產(chǎn)量，kg/hm2；ET為作物生育期耗水量，mm；SWSb為播前土壤貯水量，mm；SWSh為收獲后土壤貯水量，mm；P為生育期降水量，mm；M為生育期灌溉水量，mm；K為生育期地下水補(bǔ)給量，mm(生育期地下水位埋深3 m以下，地下水補(bǔ)給量忽略不計(jì)[17])；S為生育期深層滲漏量，mm(根據(jù)田間持水率結(jié)合灌溉前取土測(cè)定含水率計(jì)算，灌溉不會(huì)造成水分深層滲漏，因而忽略不計(jì))。

(3)作物氮素利用率。使用氮肥偏生產(chǎn)力來說明氮素利用情況[18]，計(jì)算公式如下：

PFPN=Y/N

(4)

式中：PFPN為氮肥偏生產(chǎn)力，kg/kg；Y為作物產(chǎn)量，kg/hm2；N為純施氮量，kg/hm2。

(4)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用EXCEL2007進(jìn)行制圖、制表，SPSS17.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)春小麥、西蘭花產(chǎn)量的影響

不同處理下春小麥、西蘭花產(chǎn)量變化如圖1(a)、圖1(b)所示。從圖1(a)中可看出，春小麥各處理隨著灌溉水量的增加，其產(chǎn)量同樣呈增大趨勢(shì)。與MCK相比，MZ1～MZ3處理增產(chǎn)率分別為21.31%、28.72%、29.32%，差異較MCK均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。因此，MZ3處理春小麥增產(chǎn)效果較佳。由圖1(b)可知，西蘭花各處理產(chǎn)量變化不同于小麥?？傮w上隨著灌溉水量的增加，西蘭花產(chǎn)量呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)。與BCK相比，MZ1～MZ3處理增產(chǎn)率分別為7.03%、32.83%、29.03%，差異較BCK均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。因此，BZ2處理西蘭花增產(chǎn)效果較佳。

圖1 不同處理春小麥、西蘭花產(chǎn)量變化

作物(春小麥、西蘭花)產(chǎn)量的增加，是適宜灌溉水量與肥料共同作用的結(jié)果。作物產(chǎn)量隨著灌溉水量的增加呈增大趨勢(shì)，但當(dāng)灌溉水量達(dá)到某一值時(shí)，若繼續(xù)增加灌溉水量，其產(chǎn)量增加幅度降低，甚至出現(xiàn)減產(chǎn)。主要由于一方面當(dāng)灌溉水量達(dá)到作物生長(zhǎng)最適宜水分環(huán)境之前，增加灌溉水量能夠很好地促進(jìn)作物生長(zhǎng)，但當(dāng)超過極限值時(shí)，繼續(xù)增大灌溉量會(huì)使得土壤中水、氣比例失調(diào)，進(jìn)而影響植物呼吸作用，不利于其生長(zhǎng)；另一方面，土壤水分是肥料最好的溶劑，當(dāng)灌溉水量增加，能夠?qū)⑹┤胪寥乐械姆柿细玫厝芙?，以利于作物吸收利用。但?dāng)超過某一極限值時(shí)，繼續(xù)增大灌溉量，溶解于水中的養(yǎng)分會(huì)隨水分向下遷移，進(jìn)而影響作物對(duì)其吸收利用。

2.2 不同處理對(duì)春小麥、西蘭花水分利用效率的影響

水分利用效率為產(chǎn)量和耗水量比值。不同處理春小麥、西蘭花水分利用效率如圖2(a)、圖2(b)所示。從圖2(a)可看出，總體上，春小麥各處理水分利用效率隨著灌溉水量的增加呈下降趨勢(shì)。與MCK相比，MZ1～MZ3處理水分利用效率分別提高45.61%、38.40%、36.43%，差異較MCK均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。因此，MZ1處理春小麥水分利用效率提高效果較佳。由圖2(b)可知，西蘭花各處理水分利用效率變化趨勢(shì)同其產(chǎn)量變化相同。與MCK相比，MZ1～MZ3處理水分利用效率分別提高29.59%、42.56%、35.47%，差異均達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。因此，BZ2處理西蘭花水分利用效率提高效果較佳。

圖2 不同處理春小麥、西蘭花水分利用效率變化

春小麥各處理產(chǎn)量隨灌溉水量的增加呈單調(diào)增加趨勢(shì)，而水分利用效率變化則相反。主要由于盡管春小麥產(chǎn)量隨著灌溉水量的增加而增大，耗水量同樣增加，但由于耗水量增加幅度大于對(duì)應(yīng)產(chǎn)量增加幅度，因而水分利用效率呈降低趨勢(shì)。盡管MZ3處理產(chǎn)量大于MZ2處理，但差異不顯著，同時(shí)MZ3處理耗水量大于MZ2處理耗水量，由于MZ3處理產(chǎn)量增加幅度低于耗水量增加幅度，因此其水分利用效率低于MZ2處理。西蘭花各處理產(chǎn)量與水分利用效率變化趨勢(shì)相同。主要由于隨著灌溉水量的變化，西蘭花產(chǎn)量變化較為顯著，盡管各處理耗水量隨著灌溉水量增加呈增大趨勢(shì)，但由于產(chǎn)量增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耗水量增加幅度，因而其水分利用效率變化與產(chǎn)量變化趨勢(shì)相同。

2.3 不同處理對(duì)春小麥、西蘭花氮肥偏生產(chǎn)力的影響

肥料偏生產(chǎn)力是指施用某一特定肥料下的作物產(chǎn)量與施肥量的比值。它是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)。由于春小麥、西蘭花施用磷酸二銨與尿素中均含有氮元素，因而采用氮肥偏生產(chǎn)力來表征作物氮素的利用情況。不同處理下春小麥、西蘭花氮肥偏生產(chǎn)力如圖3(a)、圖3(b)所示。從圖3(a)中可看出，隨著灌溉水量的增加，春小麥氮肥偏生產(chǎn)力呈逐漸增大的變化趨勢(shì)。其中MZ3處理氮肥偏生產(chǎn)力最大，增長(zhǎng)率為95.72%；MZ1處理氮肥偏生產(chǎn)力最小，增長(zhǎng)率為83.60%。各處理差異較MCK均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。因此，MZ3處理對(duì)氮肥的利用效果較佳。

圖3 不同處理春小麥、西蘭花氮肥偏生產(chǎn)力變化

圖3(b)為不同處理下西蘭花氮肥偏生產(chǎn)力變化。由于西蘭花為復(fù)種于前茬小麥上，因而其肥料施用量為小麥?zhǔn)┓柿颗c西蘭花施肥量之和，但由于施于小麥的肥料部分為小麥所吸收利用，因而西蘭花氮肥偏生產(chǎn)力為相對(duì)于前茬小麥的相對(duì)值。因此，西蘭花氮肥偏生產(chǎn)力表示復(fù)種于前茬小麥的相對(duì)值。從圖3(b)中可看出，隨著灌溉水量的增加，西蘭花氮肥偏生產(chǎn)力同其產(chǎn)量變化趨勢(shì)相同。其中BZ2處理氮肥偏生產(chǎn)力最大，增長(zhǎng)率為77.82%；BZ1處理氮肥偏生產(chǎn)力最小，增長(zhǎng)率為43.29%。各處理差異較BCK均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。因此，BZ2處理對(duì)氮肥的利用效果較佳。

綜上可知，隨著灌溉水量的增加，春小麥、西蘭花氮肥偏生產(chǎn)力隨之變化，變化趨勢(shì)同其相應(yīng)產(chǎn)量相同。說明灌溉水量的增加，一方面改善了土壤水分狀況，另一方面使得施入土壤中的肥料能夠更好的溶解，有利于作物吸收利用。作物對(duì)肥料利用程度的增加，更好的促進(jìn)了作物生長(zhǎng)，從而使得產(chǎn)量相應(yīng)增加。

3 結(jié) 論

(1)不同灌溉水量下春小麥復(fù)種西蘭花提高了相應(yīng)產(chǎn)量、水分利用效率及氮肥偏生產(chǎn)力。其中，當(dāng)春小麥灌溉水量為2 175、2 700、3 225 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量分別提高21.31%、28.72%、29.32%；水分利用效率分別提高45.61%、38.40%、36.43%；氮肥偏生產(chǎn)力分別提高83.60%、94.81%、95.72%。當(dāng)西蘭花灌溉水量為2 325、2 730、3 000 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量分別提高7.03%、32.83%、29.03%；水分利用效率分別提高29.59%、42.56%、35.47%；氮肥偏生產(chǎn)力分別提高43.29%、77.82%、72.75%。

(2)對(duì)于春小麥而言，隨著灌溉水量增加，產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力均呈增大趨勢(shì)，而水分利用效率呈減小趨勢(shì)。但當(dāng)灌溉水量由2 700 m3/hm2增加到3 235 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量、氮肥偏生產(chǎn)力增幅較小，差異不顯著。而水分利用效率降幅較小，差異同樣不顯著；對(duì)于西蘭花而言，當(dāng)灌溉水量為2 730 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量、水分利用效率及氮肥偏生產(chǎn)力增幅效果較佳。通過對(duì)小麥復(fù)種西蘭花產(chǎn)量、水分利用效率等因素綜合考慮，建議小麥復(fù)種西蘭花模式下各自最佳灌溉水量為2 700～2 730 m3/hm2。

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