任強，徐珂，樊志龍，殷文，范虹，何蔚，胡發(fā)龍，柴強

小麥玉米間作氮肥后移利于減少土壤蒸發(fā)提高水分利用效率

任強，徐珂，樊志龍，殷文，范虹，何蔚，胡發(fā)龍，柴強

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建干旱生境作物學(xué)國家重點實驗室，蘭州 730070

【目的】針對綠洲灌區(qū)小麥玉米間作水分高效利用潛力挖掘不足，制約多熟種植穩(wěn)定發(fā)展的問題，擬通過探明不同氮肥后移比例對小麥玉米間作耗水特性及水分利用的影響，為綠洲灌溉區(qū)水分高效利用麥玉間作模式創(chuàng)建提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭囼炗?020—2021年在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)綠洲農(nóng)業(yè)綜合試驗站開展，設(shè)小麥玉米間作、單作小麥和單作玉米3種種植模式，針對玉米設(shè)不施氮（N0）、氮肥后移20%（N1）、氮肥后移10%（N2）和傳統(tǒng)施氮氮肥不后移（N3）4個處理，間作玉米和單作玉米各施氮處理下總施氮量分別為210和360 kg·hm-2，研究不同種植制度及氮肥后移比例對小麥和玉米的土壤蒸發(fā)、耗水特性及水分利用的影響?！窘Y(jié)果】小麥、玉米獨立生長階段間作處理的棵間蒸發(fā)量大于單作，間作小麥棵間蒸發(fā)較單作小麥增大15.9%—16.7%，間作玉米棵間蒸發(fā)較單作玉米增大5.4%—14.7%，麥玉共生期間作棵間蒸發(fā)量較單作加權(quán)降低4.6%—6.1%；全生育期棵間蒸發(fā)總量表現(xiàn)為：小麥玉米間作最大、單作玉米次之、單作小麥最小，在間作模式中，氮肥后移20%處理棵間蒸發(fā)量較傳統(tǒng)施氮降低6.5%，且小麥帶棵間蒸發(fā)量較玉米帶增大12.6%—17.3%，是間作系統(tǒng)棵間蒸發(fā)的主要來源。間作系統(tǒng)中氮肥后移20%和后移10%處理全生育期耗水量較傳統(tǒng)施氮分別降低34.3和18.9 mm，E/ET與傳統(tǒng)施氮差異不顯著。間作系統(tǒng)籽粒產(chǎn)量較單作加權(quán)平均提高21.1%—39.0%，間作系統(tǒng)氮肥后移20%處理籽粒產(chǎn)量較傳統(tǒng)施氮提高28.8%，其中間作小麥、間作玉米氮肥后移20%處理較傳統(tǒng)施氮分別提高24.3%、30.8%。間作種植模式氮肥后移處理水分利用效率較單作加權(quán)平均顯著提高15.0%、12.3%，其中氮肥后移20%處理較傳統(tǒng)施氮提高35.9%，氮肥后移10%處理較之提高19.3%?！窘Y(jié)論】小麥玉米間作種植模式結(jié)合氮肥后移20%能減少土壤蒸發(fā)和全生育期耗水量，提高產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力，是綠洲灌區(qū)小麥玉米間作高產(chǎn)高效生產(chǎn)可采用的施氮制度。

間作；氮肥后移；棵間蒸發(fā)；產(chǎn)量；水分利用效率

0 引言

【研究意義】近年來，受氣候變化和水資源短缺影響，我國農(nóng)作物受旱、成災(zāi)和絕收面積不斷擴大，新旱區(qū)逐漸擴展，局部性、區(qū)域性干旱頻繁出現(xiàn)[1-2]，嚴(yán)重威脅國家糧食和生態(tài)安全[3]。在氣候干旱、水資源嚴(yán)重匱乏的西北地區(qū)，水分高效利用是作物生存的關(guān)鍵，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)攻克的難點[4]。間作通過時空生態(tài)位補償，可集約利用光照、養(yǎng)分資源，顯著提高水分利用效率[5]?！厩叭搜芯窟M展】研究表明，玉米大豆間作6﹕6行能提高組分作物水分當(dāng)量比，使系統(tǒng)水分生產(chǎn)力提高5%—21%[6]。玉米豌豆間作通過增大行比和種植密度能抑制地表蒸發(fā)，增加兩種作物帶內(nèi)土壤含水量，提升間作系統(tǒng)的水分利用優(yōu)勢[7-8]。玉米綠肥間作在氮肥減量25%時土壤水分含量明顯提高，水分生產(chǎn)力顯著提升[9]。分析發(fā)現(xiàn)，農(nóng)藝措施在改變間作系統(tǒng)對重疊生態(tài)位的協(xié)同利用上起著重要調(diào)節(jié)作用[10]，并通過緩解水分競爭，增強水分補償，使有限水分的利用效率得到最大化[11]。因此，利用農(nóng)藝措施促進間作系統(tǒng)水分協(xié)同利用可進一步提升水分利用效率。氮肥后移符合作物養(yǎng)分需求規(guī)律，能顯著提高資源利用效率[12]，集成到間作系統(tǒng)后表現(xiàn)出調(diào)控間作作物種間關(guān)系的明顯優(yōu)勢[13]，理論上能促進間作系統(tǒng)對有限資源的協(xié)同利用，進而提高水分利用效率。【本研究切入點】在河西綠洲灌區(qū)，小麥玉米間作曾是種植最為廣泛的高產(chǎn)間作模式，但因耗水量高在短時間內(nèi)嚴(yán)重萎縮，通過氮肥后移提升其水分利用效率將對該模式的恢復(fù)和發(fā)展起到重要影響，然而相關(guān)研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用田間定位試驗，針對間作玉米設(shè)置不同氮肥后移處理，通過測定不同種植模式地表蒸發(fā)、土壤貯水量、籽粒產(chǎn)量，明確氮肥后移對小麥玉米間作耗水特征、水分利用效率的影響，以期為綠洲灌區(qū)小麥玉米間作生產(chǎn)模式的改進和間作水分高效利用提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2020年3月至2021年10月在甘肅省武威市涼州區(qū)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)綠洲農(nóng)業(yè)綜合試驗站（102°53′32′′E，37°44′49′′N）進行。該基地位于河西走廊東端，屬北溫帶大陸性干旱氣候，常年干旱少雨、光照資源豐富、蒸發(fā)量大。多年平均降水量158 mm，年蒸發(fā)量高達2 400 mm，太陽輻射總量6 000 MJ·m-2，試驗地0—30 cm土層有機質(zhì)、全氮、全磷含量分別為12.6、0.67、1.42 g·kg-1，土壤容重為1.56 g·cm-3，pH 8.3。2020年—2021年逐日平均氣溫及降水量如圖1所示。該區(qū)是典型的一熟有余、兩熟不足干旱綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，小麥、玉米是主栽作物，播種面積占糧食作物總面積的一半以上，但種植結(jié)構(gòu)單一，連作普遍。

圖1 試區(qū)2020—2021年逐日平均氣溫及降水量

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共2個因素，10個處理，每處理3次重復(fù)。所設(shè)種植模式包括小麥玉米間作（W||M）、單作小麥（W）、單作玉米（M）；所設(shè)施氮制度包括不施氮（N0）、氮肥后移20%（N1）、氮肥后移10%（N2）、傳統(tǒng)施氮（N3）。氮肥后移只針對玉米進行，小麥對應(yīng)設(shè)置不施氮（N0）、傳統(tǒng)施氮（Nw）2個水平。玉米基肥是施氮總量的20%，第一次追肥在玉米拔節(jié)期進行，按N1、N2、N3施總量的10%、20%、30%；第二次追肥在玉米大喇叭口期進行，均施總量的40%；第三次追肥在玉米開花后10 d進行，按N1、N2、N3施總量的30%、20%、10%。施氮時，間作群體按2種作物的種植帶分別進行，以形成分帶管理模式，并利用膜下滴灌進行氮肥追施。所用氮肥為尿素（含N≥46.0%），磷肥為磷酸二銨（含P2O5≥46%），按照N﹕P為2﹕1的比例，各處理均施180 kg·hm-2，全作基肥施用，由于試驗地土壤富鉀，故不施鉀肥。具體施氮制度見表1。

不同種植模式的田間結(jié)構(gòu)、總施氮量與地方習(xí)慣相同，其中小麥玉米間作帶型為80 cm﹕110 cm，小麥帶種6行，行距12 cm，播種密度284萬株/hm2，玉米帶種3行，行距40 cm，株距27 cm，播種密度5.2萬株/hm2，小區(qū)面積5.7 m×6 m。單作與間作模式作物種植密度在凈占地面積上保持一致。單作小麥種植密度675萬株/hm2，單作玉米行距40 cm，株距27 cm，播種密度9萬株/hm2，小區(qū)面積6 m×6 m。玉米采用傳統(tǒng)覆膜（寬120 cm，厚0.01 mm的白色農(nóng)用地膜）栽培，膜下滴灌，小麥為裸地滴灌。

供試小麥（L.）品種為寧春4號，玉米（L.）品種為先玉335。小麥分別于2020年3月20日、2021年3月18日播種，于2020年7月20日、2021年7月22日收獲；玉米分別于2020年4月20日、2021年4月22日播種，于2020年9月25日、2021年9月21日收獲。

表1 不同處理的施氮制度

N0在表中忽略，N3為傳統(tǒng)施氮，將傳統(tǒng)施氮拔節(jié)期部分氮肥分配至花后10 d施用形成氮肥后移

N0 was ignored in the table, N3 was the traditional nitrogen fertilization, and the part of the nitrogen fertilizer at the jointing stage of the traditional nitrogen fertilization was allocated to 10 days after flowering to form nitrogen fertilizer and then postponed

1.3 測定項目與方法

棵間蒸發(fā)量（E）：使用微型蒸滲儀測定棵間蒸發(fā)量，由高度為14 cm、內(nèi)口徑為10 cm的PVC管自制，底部用紗網(wǎng)封堵，埋設(shè)在各小區(qū)中心，取小區(qū)內(nèi)原狀土進行測定。間作系統(tǒng)每小區(qū)不同作物帶各安裝1個，單作每小區(qū)安裝1個，每3—5 d進行測定一次，在2—3 d后及時更換容器中的原狀土，使之與大田中的土壤含水量一致，在連續(xù)下雨或者灌水后進行加測并做好記錄。測定時間為每日7：00使用精度為0.01 g的電子天平進行稱重，用相鄰2 d的重量差計算每天棵間蒸發(fā)量。微型蒸滲儀中每減少1 g重量相當(dāng)于0.1053 mm的棵間蒸發(fā)量。

土壤含水量：每20 d測定一次，采用烘干法，在0—30 cm土層間以10 cm為間隔，在30—120 cm土層間以30 cm為間隔。單作處理中，每小區(qū)設(shè)1個測定點，3個重復(fù)的平均值作為該處理土壤含水量測定值；間作處理中，每小區(qū)分別在小麥和玉米種植帶各設(shè)1個測定點，2點平均值為小區(qū)土壤含水量測定值。

土壤貯水量（SWS）：SWSi＝Wi×Di×Hi×10/100[14]

式中，SWS為土壤貯水量（mm），i為土層，W為土壤質(zhì)量含水率（%），D為土壤容重（g·cm-3），H為土層厚度（cm）。

作物耗水量（ET）：ET＝P＋I＋ΔS[15]

式中，ET為作物耗水量（mm），P為作物全生育期的降水量（mm），I為作物全生育期灌水總量（mm），ΔS為作物播前和收后土壤貯水量之差（mm）。

蒸散比（ER）：ER＝E/ET[16]。

籽粒產(chǎn)量（Y）：作物成熟后每個小區(qū)選取2 m2樣方進行收獲，采用單打單收的方式進行脫粒測產(chǎn)，統(tǒng)計籽粒產(chǎn)量。

水分利用效率（WUE）：WUE＝Y(jié)/ET[17]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2016軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理、匯總，使用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析，不同因素的方差統(tǒng)計分析采用一般線性模型單變量ANOVA，多重比較采用Duncan法。文中圖片用Origin 2021軟件進行繪制。

2 結(jié)果

2.1 種植模式和施氮制度對棵間蒸發(fā)量的影響

2.1.1 各階段棵間蒸發(fā)量 種植模式和施氮制度對小麥獨立生長期（施氮制度除外）、麥玉共生期、玉米獨立生長期棵間蒸發(fā)量均有顯著影響，但二者交互作用影響不顯著。由表2可知，在小麥獨立生長期，間作小麥各施氮處理棵間蒸發(fā)量較單作小麥分別增大15.9%、15.7%、15.5%和16.7%；間作中，施氮處理間差異不顯著，但均低于不施氮處理。在麥玉共生期，間作各施氮處理棵間蒸發(fā)量較單作加權(quán)平均分別降低6.1%、5.8%、4.6%和5.8%，且間作N1和N2處理棵間蒸發(fā)量較N3分別降低7.9%和3.9%；單作玉米中，N1和N2處理棵間蒸發(fā)量較N3分別降低7.6%和4.0%。在玉米獨立生長期，間作棵間蒸發(fā)量高于單作玉米，較之分別增大5.4%、14.7%、8.1%和7.7%；間作N1和N2棵間蒸發(fā)量較N3分別降低9.1%和6.0%；單作玉米N1和N2棵間蒸發(fā)量較N3分別降低14.6%和6.3%。

種植模式和施氮制度對全生育期棵間蒸發(fā)總量影響顯著，二者交互效應(yīng)對2020年全生育期棵間蒸發(fā)總量影響顯著，但對2021年全生育期棵間蒸發(fā)總量影響不顯著?？傮w上，間作棵間蒸發(fā)總量大于單作玉米，單作小麥最?。ū?）。以單作小麥和單作玉米全生育期棵間蒸發(fā)總量加權(quán)平均為對照，IN0、IN1、IN2和IN3全生育期棵間蒸發(fā)總量比單作加權(quán)平均增大30.4%、31.7%、31.9%和33.0%，間作明顯增加了棵間蒸發(fā)。小麥玉米間作和單作玉米在不同施氮水平下全生育期棵間蒸發(fā)量表現(xiàn)出N0＞N3＞N2＞N1，且間作N1和N2處理棵間蒸發(fā)量較N3降低6.5%和3.7%，單作玉米N1和N2處理棵間蒸發(fā)量較N3降低8.3%和4.6%。因此，氮肥后移是降低小麥玉米間作棵間蒸發(fā)的有效措施。

表2 不同處理下各階段及全生育期的棵間蒸發(fā)量

表中同列不同小寫字母表示同一年份不同處理間在0.05水平差異顯著。下同

Different lowercase letters in a column in the same year represented significant differences among treatments at 0.05 level. The same as below

2.1.2 間作不同作物帶的棵間蒸發(fā)量 間作各處理全生育期棵間蒸發(fā)總量表現(xiàn)為玉米帶明顯低于小麥帶（圖2），說明在麥玉間作的棵間蒸發(fā)以小麥帶為主。在N0、N1、N2和N3處理下，小麥帶兩年平均棵間蒸發(fā)總量分別為304.4、282.7、288.9和295.3 mm，與同一處理下玉米帶相比（269.2、233.85、244.9和257.9 mm）分別高11.6%、17.3%、15.2%和12.6%。不同施氮水平對玉米帶棵間蒸發(fā)量有顯著降低作用，與N3相比，N1和N2處理玉米帶棵間蒸發(fā)量分別降低9.3%和5.0%；氮肥后移處理對小麥帶棵間蒸發(fā)量降低作用不顯著。因此，氮肥后移可顯著降低間作玉米帶棵間蒸發(fā)量，其中氮肥后移20%處理降低玉米帶棵間蒸發(fā)量效果最為顯著。

2.2 種植模式和施氮制度對作物耗水特性的影響

2.2.1 土壤貯水量和作物耗水量 種植模式對播前和收后貯水量影響顯著，且二者交互效應(yīng)對收后貯水量影響顯著，對播前貯水量影響不顯著。兩個試驗?zāi)甓戎?，間作和單作玉米均表現(xiàn)出N1處理下收后貯水量最高，N3處理下收后貯水量最低（表3）。間作N1和N2收后貯水量較N3分別提高11.4%和6.1%，單作玉米N1和N2收后貯水量較N3分別提高9.5%和4.6%。因此，與傳統(tǒng)施氮相比，氮肥后移可有效提高土壤蓄水能力，從而補償作物生長對水分的需求。

圖2 間作各處理不同作物帶的棵間蒸發(fā)總量

表3 不同處理下播前、收后貯水量及全生育期總耗水量

種植模式、施氮制度和二者互作對總耗水量的影響顯著。全生育期耗水量在不同種植模式下表現(xiàn)出小麥玉米間作＞單作玉米＞單作小麥，在不同施氮水平下表現(xiàn)出N3＞N0＞N2＞N1的趨勢（表3）。以各處理單作耗水量加權(quán)平均為對照，間作耗水量增加了30.0%、25.3%、26.6%和28.0%。間作N1和N2處理作物耗水量較N3降低34.3、18.9 mm，單作玉米N1和N2處理作物耗水量較N3降低27.4、16.1 mm，兩種種植模式均以氮肥后移20%處理降幅最大。結(jié)果表明，小麥玉米間作集成氮肥后移20%可有效降低作物全生育期耗水量，具有較高的節(jié)水潛力。

2.2.2 全生育期E/ET 種植模式、施氮制度對E/ET影響顯著（＜0.05），但二者交互作用影響不顯著（＞0.05）。兩個試驗?zāi)甓戎校珽/ET均表現(xiàn)為單作玉米＜小麥玉米間作＜單作小麥（圖3），且間作E/ET與單作加權(quán)平均差異不顯著。在間作和單作玉米模式下，各施氮處理間E/ET差異不顯著，但均低于不施氮。表明無效蒸發(fā)量占全生育期耗水量的比值沒有因種植模式和氮肥后移的改變而明顯增大。

圖3 不同處理作物棵間蒸發(fā)量與耗水量的比值

2.3 種植模式和施氮制度對作物產(chǎn)量及水分利用效率的影響

2.3.1 籽粒產(chǎn)量 種植模式、施氮水平對小麥、玉米和系統(tǒng)產(chǎn)量的影響顯著，二者交互作用僅對系統(tǒng)產(chǎn)量影響顯著（表4）。兩個試驗?zāi)甓葍?nèi)，間作各處理小麥籽粒產(chǎn)量較單作分別提高37.2%、66.4%、52.1%和33.9%，玉米籽粒產(chǎn)量較單作分別提高16.8%、29.8%、34.3%和24.3%，同時，系統(tǒng)籽粒產(chǎn)量較單作加權(quán)平均分別提高21.1%、38.7%、39.0%和26.9%。間作N1和N2處理小麥籽粒產(chǎn)量較N3分別提高24.3%和13.6%，玉米籽粒產(chǎn)量分別提高30.8%和16.6%，系統(tǒng)籽粒產(chǎn)量分別提高28.8%和15.7%。單作玉米N1和N2處理籽粒產(chǎn)量較N3分別提高25.2%和8.0%。因此，間作較單作顯著提高籽粒產(chǎn)量，且氮肥后移20%處理增產(chǎn)效果最好。

2.3.2 水分利用效率 種植模式、施氮水平及二者互作效應(yīng)對水分利用效率影響顯著（＜0.005）。兩年試驗?zāi)甓葍?nèi)，間作N1和N2處理水分利用效率較單作加權(quán)平均提高15.0%和12.3%（圖4）。在間作中，N1和N2處理水分利用效率較N3分別提高35.9%和19.3%；在單作玉米中，N1和N2處理水分利用效率較N3分別提高30.9%和10.8%。說明間作種植模式可有效提高作物水分利用效率，且結(jié)合氮肥后移20%使水分利用效率進一步提高。

3 討論

3.1 間作系統(tǒng)的棵間蒸發(fā)量

土壤蒸發(fā)是作物生產(chǎn)性耗水的重要組成部分，其總量的大小決定著土壤水分無效損失的高低[17]。研究表明，小麥玉米間作全生育期土壤蒸發(fā)量大于單作小麥、單作玉米蒸發(fā)量加權(quán)平均[18]。本研究中，在小麥獨立生長期，間作小麥棵間蒸發(fā)量大于單作小麥，主要原因是此階段玉米帶覆膜，可能引起小麥帶地溫升高，導(dǎo)致間作小麥棵間蒸發(fā)增大。麥玉共生期，間作棵間蒸發(fā)量小于單作加權(quán)平均，與此階段小麥、玉米生長旺盛，葉面積指數(shù)大、作物蒸騰和地表覆蓋度高有關(guān)；此外，玉米采用地膜覆蓋，起到一定保水作用[19]。在玉米獨立生長期，由于小麥?zhǔn)斋@后地表裸露，太陽對地面的直接輻射增強，使地表蒸發(fā)進一步增大。就間作而言，麥玉共生期降低的棵間蒸發(fā)量并未抵消小麥和玉米獨立生長期增加的棵間蒸發(fā)量，因而，間作全生育期棵間蒸發(fā)較單作加權(quán)平均高30.4%—33.0%，與WANG等研究結(jié)果相似[20]。在小麥玉米間作中，小麥帶棵間蒸發(fā)量較玉米帶高11.6% —17.3%，是間作棵間蒸發(fā)的主要來源，而玉米采用覆膜種植，抑制了土壤蒸發(fā)[21]。

表4 不同處理下作物籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)

圖4 不同處理下作物水分利用效率

本研究中，小麥獨立生長期，間作氮肥后移處理棵間蒸發(fā)量與傳統(tǒng)施氮差異不顯著，而玉米獨立生長期和麥玉共生期，間作氮肥后移處理棵間蒸發(fā)較傳統(tǒng)施氮均降低，與滕圓圓等[16]研究發(fā)現(xiàn)玉米間作豌豆中氮肥后移處理的棵間蒸發(fā)量較傳統(tǒng)施氮顯著降低的結(jié)果相似。其主要原因是小麥獨立生長期未進行氮肥后移處理，不同種植模式基肥施用量相同，并未對棵間蒸發(fā)量產(chǎn)生影響；玉米生長前期需肥量較少，而后期需肥量大，將拔節(jié)期部分氮肥后移至開花后15 d并不會對玉米生長前期產(chǎn)生較大影響[22]，但利于后期氮素供應(yīng)，有效避免葉片早衰[23]，并抑制地表蒸發(fā)。不同后移處理中，氮肥后移20%棵間蒸發(fā)量降低效果最好，是適宜的后移比例。這與后期氮肥追施量增大促使玉米葉面積指數(shù)增大，增加地表覆蓋度有直接關(guān)系[16]；另外，前期氮肥供應(yīng)減少可促進玉米根系縱向生長，擴大根系吸水范圍[24]，而后期氮素補充后，可迅速增大蒸騰作用，避免土壤水分過多蒸發(fā)[25]。在麥玉間作種中，后移20%處理玉米帶和小麥帶棵間蒸發(fā)較傳統(tǒng)施氮分別降低9.3%和4.3%，與氮肥后移促進玉米生長，同時增大玉米帶及小麥帶遮陰、減小地表太陽輻射直接相關(guān)。因此，間作結(jié)合氮肥后移20%具有減少土壤蒸發(fā)的優(yōu)勢。

3.2 間作系統(tǒng)的耗水特性

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理的管理措施可提升水肥耦合效應(yīng)[23]，通過施氮優(yōu)化是改善農(nóng)田土壤水分狀況的可行途徑[26]。本研究中，間作結(jié)合氮肥后移增加了玉米和小麥吸收更多水分的可能性。主要原因是玉米生長前期需肥少，增加施氮并不能提高地表覆蓋度，相反，根系橫向分布在表層[27]，不利于縱向水分吸收利用；而玉米生長后期需肥量增大，將拔節(jié)期氮肥后移到開花后10 d，可降低生育后期土壤水分無效損失，并促進水肥資源吸收利用[28]。馮福學(xué)等[29]研究發(fā)現(xiàn)，間作各處理全生育期總耗水量明顯大于單作總耗水量加權(quán)平均，與本研究結(jié)果相似。另外，間作結(jié)合氮肥后移降低了總耗水量，且以后移20%效果最好。一方面，間作系統(tǒng)利于灌溉水和降雨向土壤深層的入滲，而氮肥后移可促進玉米細根的產(chǎn)生和增大根表面積，進而增加深層土壤水分的吸收和利用[30]；另一方面，氮肥后移能有效協(xié)調(diào)玉米需氮特性，促進玉米生育后期葉片對光資源的捕獲，利于延緩葉片衰老[31]，減少土壤水分無效損失，降低耗水總量。因此，氮肥后移20%可有效緩解小麥玉米間作對耗水量的增大作用。

作物耗水量受作物蒸騰耗水與棵間蒸發(fā)耗水共同影響，其中棵間蒸發(fā)量占有較高比重，因此降低作物耗水量要從提高作物蒸騰，降低無效棵間蒸發(fā)入手[32]。作物生育期內(nèi)棵間蒸發(fā)量與耗水量的比值大小是反映農(nóng)藝措施能否將無效耗水轉(zhuǎn)化為有效耗水的重要指標(biāo)[33]。本研究中，間作棵間蒸發(fā)量與耗水量比值與單作加權(quán)平均差異不顯著，說明間作盡管增大了棵間蒸發(fā)量和總耗水量，但并未造成總耗水中無效水分損失量隨之增大。在不同種植模式下，各施氮處理的棵間蒸發(fā)量與耗水量比值均低于不施氮，說明施用氮肥是促進無效耗水轉(zhuǎn)化為有效耗水的關(guān)鍵。此外，小麥玉米間作和單作玉米下，氮肥后移的棵間蒸發(fā)量與耗水量比值與傳統(tǒng)施氮無顯著差異，說明氮肥后移未造成總耗水中無效耗水增加。

3.3 間作系統(tǒng)水分生產(chǎn)力

大量研究發(fā)現(xiàn)，間作較單作有明顯的高產(chǎn)優(yōu)勢[9]，科學(xué)合理的施氮措施能促進作物對氮素的吸收和利用，從而提高作物產(chǎn)量[34]，本研究中，麥玉間作復(fù)合籽粒產(chǎn)量較單作加權(quán)平均顯著提高，這與陳國棟等[35]研究結(jié)果相似。其主要原因是小麥、玉米在間作中存在資源競爭優(yōu)先序，小麥前期通過競爭獲得較多水分、光能等資源，進而提高產(chǎn)量，而玉米更趨向于在后期增大水分、光能等資源的補償利用，利于增加營養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運量，通過恢復(fù)生長實現(xiàn)增產(chǎn)[36-37]；另外，麥玉間作可充分利用自然資源，增強作物抗逆性，減輕病蟲危害，表現(xiàn)出較高的間作優(yōu)勢[28]。不同后移處理中，氮肥后移20%的產(chǎn)量均最高，在小麥玉米間作和單作玉米下較傳統(tǒng)施氮分別提高28.8%和25.2%。這與氮肥后移有效協(xié)調(diào)玉米生長前后期氮素需求、增強葉片光合速率、加快干物質(zhì)從營養(yǎng)體向籽粒的轉(zhuǎn)移關(guān)系密切[38]。

施氮對水分利用效率的影響不僅與施用量有關(guān)，更與施用時期有很大關(guān)系[39]，適時適量施氮可提高作物對土壤水分的吸收，從而提高作物水分利用效率[15]。本研究中，小麥玉米間作和單作玉米氮肥后移20%處理下水分利用效率最高，較傳統(tǒng)施氮分別提高35.9%和30.9%。一方面，氮肥后移擴大了土壤深層水分的可吸收范圍，同時減少了地表蒸發(fā)，使得有限水分更多用于蒸騰作用[20]；另一方面，氮肥后移促進了玉米干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移，增大收獲指數(shù)，最終提高水分生產(chǎn)力[38]。因此，麥玉間作種植模式集成氮肥后移20%利于發(fā)揮間作群體增產(chǎn)潛力，是提高籽粒產(chǎn)量和水分利用效率的有效措施。然而，本研究中氮肥后移比例的上限為20%，制約了小麥玉米間作最佳后移比例的準(zhǔn)確提出，因為繼續(xù)增大后移比例可能會持續(xù)增加產(chǎn)量、提高水分利用效率。因此，基于本研究繼續(xù)設(shè)置更為系統(tǒng)的后移比例，并從水分利用、氮素利用等多角度進行探究，最終明確小麥玉米間作最佳后移比例將是未來研究的重點。

4 結(jié)論

小麥玉米間作較兩種作物單作種植顯著增加了棵間蒸發(fā)量和總耗水量，但結(jié)合氮肥后移20%使棵間蒸發(fā)量較傳統(tǒng)施氮降低6.5%、耗水量降低34.3 mm。此外，小麥玉米間作結(jié)合氮肥后移20%提高了籽粒產(chǎn)量和水分利用效率，較單作小麥和單作玉米加權(quán)平均提高38.7%和15.0%。因此，氮肥后移20%可降低小麥玉米間作土壤水分蒸發(fā)和全生育期耗水量，提高產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力，是綠洲灌區(qū)小麥玉米間作高產(chǎn)高效生產(chǎn)可采用的施氮制度。

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Nitrogen Fertilizer Postponing Application Benefits Wheat-Maize Intercropping by Reducing Soil Evaporation and Improving Water Use Efficiency

REN Qiang, XU Ke, FAN ZhiLong, YIN Wen, FAN Hong, HE Wei, HU FaLong, CHAI Qiang

College of Agronnmy, Gansu Agricultural University/Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070

【Objective】Aiming at the problem of insufficient excavation of the potential of efficient water utilization of wheat-maize intercropping in the oasis irrigation area, which restricted the stable development of multi-maturing cultivation, this study was intended to provide the theoretical basis for the creation of a model of efficient water utilization of wheat-maize intercropping in the oasis irrigation area by investigating the effects of different nitrogen fertilizer postponing application on water consumption characteristics and water utilization of wheat-maize intercropping.【Method】The experiment was carried out in the oasis agricultural comprehensive experimental station of Gansu Agricultural University from 2020 to 2021. Three planting patterns of wheat-maize intercropping, monocropping wheat and monocropping maize were set up. Four treatments application systems were set up formaize: no nitrogen application (N0), 20% nitrogen fertilizer postponing (N1), 10% nitrogen fertilizer postponing (N2), and traditional nitrogen fertilizer without postponing (N3). The total nitrogen application rates of intercropping maize and monocropping maize were 210 and 360 kg·hm-2, respectively. The effects of different planting systems and nitrogen fertilizer postponing ratios on soil evaporation, water consumption characteristics and water use of wheat and maize were studied.【Result】During wheat and maize independent growth stage, the intercropping tree evaporation was greater than that of monocropping, the intercropping wheat tree evaporation increased 15.9%-16.7% than that of monocropping wheat, and the intercropping maize tree evaporation increased 5.4%-14.7% than that of monocropping maize, while wheat and maize symbiosis of intercropping tree evaporation compared with the monocropping weighted reduction of 4.6%-6.1%; the total amount of evaporation during the whole life cycle tree performance: wheat maize in the intercropping mode, intertree evaporation was reduced by 6.5% in the 20% N fertilization setback treatment compared with N3, and intertree evaporation in the wheat belt increased by 12.6%-17.3% compared with that in the maize belt, which was the main source of intertree evaporation in the intercropping system. In the intercropping system, water consumption was 34.3 and 18.9 mm lower than that of traditional N application under the 20% and 10% N fertilizer setback treatments, respectively, but the difference between E/ET and traditional N application was not significant. The seed yield of intercropping system was increased by 21.1%-39.0% compared with the weighted average of monocrop, and the seed yield of intercropping system with 20% N fertilizer setback treatment was increased by 28.8% compared with the traditional N application, among which the intercropped wheat and intercropped maize with 20% N fertilizer setback treatments were increased by 24.3% and 30.8%, respectively, compared with the traditional application of N. The water consumption during the whole growth period under intercropping system with 20% and 10% N fertilizer setback treatment was decreased by 34.3 and 18.9 mm that under traditional application of N, respectively. The E/ET of intercropping system with 20% N fertilization was increased by 20% than that under the traditional N application. The water use efficiency of intercropping planting pattern nitrogen fertilizer setback treatment was significantly increased by 15.0% and 12.3% than that under the weighted average of monocrops; among which the nitrogen fertilizer setback 20% treatment was increased by 35.9% compared with the traditional nitrogen application, and the nitrogen fertilizer setback 10% treatment was increased by 19.3% compared with the traditional nitrogen application.【Conclusion】The wheat-maize intercropping pattern combined with 20% nitrogen fertilizer postponing could reduce soil evaporation and water consumption during the whole growth period, and increase yield and water productivity, which was a nitrogen application system that could be used for high-yield and high-efficiency production of wheat-maize intercropping in oasis irrigation areas.

intercropping; nitrogen fertilizer postponing application; soil evaporation; yield; water use efficiency

10.3864/j.issn.0578-1752.2024.07.007

2023-12-29；

2024-01-30

國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1900200）、國家自然科學(xué)基金（32201925，U21A20218）、甘肅省“雙一流”科研重點項目（GSSYLXM-02）

任強，E-mail：r17393130381@163.com。通信作者胡發(fā)龍，E-mail：hufl@gsau.edu.cn

（責(zé)任編輯 李秋雨）