小麥玉米與苜蓿間作模式對(duì)鹽堿地土壤含鹽量及周年產(chǎn)量的影響

安振 張夢(mèng)坤 秦基皓 胡恒宇 寧堂原

摘要：鹽堿地是我國(guó)重要的后備耕作資源，構(gòu)建合理的耕作制度是其綠色開發(fā)的重要一環(huán)。為了有效利用及改良鹽堿地，本研究于2017—2018年以小麥復(fù)種玉米、苜蓿單作為對(duì)照，分別設(shè)置小麥玉米與5行、10行苜蓿間作處理，研究其對(duì)土壤含鹽量及各作物產(chǎn)量、土地當(dāng)量比的影響。結(jié)果表明，小麥玉米間作苜蓿可以降低0～40 cm土層含鹽量，提高小麥玉米的穗粒數(shù)、粒重和凈面積單產(chǎn)，提高苜蓿周年干物質(zhì)產(chǎn)量。對(duì)小麥玉米來說，兩種間作模式均表現(xiàn)出種間互補(bǔ)作用大于種間競(jìng)爭(zhēng)作用;對(duì)苜蓿而言，雖然不利于凈面積單產(chǎn)提高，但減產(chǎn)均不顯著。小麥季間作5行苜蓿的土地當(dāng)量比低于間作10行苜蓿，但其玉米季和周年土地當(dāng)量比較高。從周年來看，小麥玉米間作5行苜蓿是較佳的種植模式。

關(guān)鍵詞：鹽堿地;小麥玉米與苜蓿間作;土壤含鹽量;產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S344.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A ?文章編號(hào)：1001-4942（2019）06-0069-06

Abstract Saline-alkali lands are important reserved cultivation resources in China， and constructing a reasonable cropping system is very important for its development. In order to utilize and improve saline-alkali lands effectively， the effects of wheat-maize intercropped with 5 or 10 rows of alfalfa on soil salt content， crop yield and land equivalent ratio were studied using wheat-maize multiple cropping and alfalfa monoculture as the controls in 2017-2018. The results showed that wheat-maize intercropping with alfalfa could reduce the soil salinity in 0～40-cm layer， increase the grain number per ear， grain weight and single yield net area of wheat and maize and the annual dry matter output of alfalfa. For wheat and maize， the complementarity under intercropping modes was greater than the competition. For alfalfa， although it was not good for the increase of biomass yield net area， the yield reduction was not significant. The land equivalent ratio in wheat season was lower under intercropped with 5 rows of alfalfa than that under intercropped with 10 rows of alfalfa， while that increased in maize season and the annual value was higher. From the annual output， wheat-maize intercropping with 5 rows of alfalfa was better.

Keywords Saline-alkaline field; Wheat-maize intercropping with alfafa; Soil salinity; Yield

鹽堿土是土壤經(jīng)過鹽化和堿化過程形成的鹽化土和堿化土，因其含有較多的鹽堿成分，導(dǎo)致土壤的理化性狀發(fā)生顯著改變，表現(xiàn)為土壤板結(jié)、結(jié)構(gòu)差、土壤pH值增高和有效養(yǎng)分缺乏等現(xiàn)象。土壤鹽堿化嚴(yán)重影響土壤質(zhì)量、土壤生態(tài)以及動(dòng)植物的生長(zhǎng)[1，2]。我國(guó)耕作歷史悠久，農(nóng)田資源已被充分開發(fā)利用，隨著人口的增長(zhǎng)，耕地資源和糧食安全問題日益突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，山東省共有5 809.26 km2的鹽堿耕地和鹽堿荒地 [3]。改良利用鹽堿地、提高鹽堿地利用率進(jìn)而使其成為重要的耕地后備資源，是解決我國(guó)耕地銳減、保證糧食安全的重要途徑之一。

利用耐鹽植物改良鹽堿地是其治理的一種有效途徑。依據(jù)鹽漬土水鹽運(yùn)動(dòng)“鹽隨水來、鹽隨水去”的特點(diǎn)，控制土壤水分蒸發(fā)可減輕鹽分的“淺集表聚”，從而達(dá)到改良的目的[4，5]。種植苜蓿對(duì)土壤表層鹽分有明顯的抑制作用，一方面是因?yàn)檐俎５姆N植減少了地表蒸發(fā)，使鹽分滯留在深層土壤;另一方面是因?yàn)橐徊糠蛀}分被苜蓿吸收帶出土壤。同時(shí)，耐鹽植物根系殘留有機(jī)物產(chǎn)生的各種有機(jī)酸，增加了土壤鹽類的溶解度，并中和土壤的堿性，使土壤鹽分下降，起到改良鹽堿土壤的作用[6，7]。

豆科與禾本科間作是中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的生產(chǎn)技術(shù)和土地利用方式，具有悠久的歷史。這種間作系統(tǒng)可以充分利用土地資源和環(huán)境資源，提高資源利用效率，具有明顯的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益[8]。近年來，在國(guó)家加強(qiáng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的背景下，糧經(jīng)飼作物復(fù)合種植已經(jīng)成為重要的種植模式。但糧草間作的研究多集中在單季作物，而對(duì)周年多熟種植研究較少。因此，本試驗(yàn)以小麥玉米復(fù)種、苜蓿單作為對(duì)照，設(shè)置小麥玉米與苜蓿間作試驗(yàn)，旨在探明不同田間結(jié)構(gòu)配置下小麥玉米與苜蓿間作對(duì)鹽堿地土壤含鹽量及作物周年產(chǎn)量的影響，以期為山東省鹽堿地改良利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在山東省濱州市無棣縣黃河島（108°36′52″E，37°55′19″N）。該地屬華北濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12℃，極端最高氣溫41℃，極端最低氣溫-23℃，年降水量約450 mm，年蒸發(fā)量約1 800 mm，全年無霜期為202～210 d。試驗(yàn)田為壤土，中度鹽堿，中等肥力（播前0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)8.6 g/kg、全氮0.86 g/kg、速效氮69.5 mg/kg、速效磷46.2 mg/kg和速效鉀42.4 mg/kg）。

1.2 供試品種與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試小麥品種為濟(jì)麥22，玉米為魯單9066，苜蓿為紫花苜蓿WL354。

試驗(yàn)按不同種植模式和糧草作物幅寬設(shè)置4個(gè)處理，其中對(duì)照為：冬小麥夏玉米復(fù)種（CKWM）、苜蓿單作（CKA）;間作處理為：小麥玉米間作5行苜蓿（W15M5A5），見圖1;小麥玉米間作10行苜蓿（W15M5A10），見圖2。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。

小麥播量：262.5 kg/hm2。玉米密度為：CKWM處理為每公頃67 500株，兩個(gè)間作處理均為81 000株。CKA處理為苜蓿單作，共16行，行長(zhǎng)20 m，行距40 cm。WMA5處理帶寬4.1 m，長(zhǎng)20 m，面積82 m2。WMA10處理帶寬6.1 m，長(zhǎng)20 m，面積122 m2。

1.3 試驗(yàn)管理

2017 年10月16日結(jié)合整地基施有機(jī)肥45 000 kg/hm2，10月17日播種小麥和苜蓿。2018年3月11日灌水同時(shí)追施尿素225 kg/hm2，6月17日小麥?zhǔn)斋@后在麥茬帶內(nèi)播種玉米，10月4日收獲玉米。苜蓿分別在5月22日、7月15日和9月20日刈割，共計(jì)3次。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤含鹽量 在25℃、水土比5∶ 1條件下，用電導(dǎo)率測(cè)定儀測(cè)定土壤含鹽量。

1.4.2 小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀 間作小麥，成熟后隨機(jī)取3個(gè)長(zhǎng)為1 m、全部幅寬的小麥樣方，收獲麥穗，計(jì)算凈面積穗數(shù)。隨機(jī)選取20個(gè)麥穗，計(jì)算平均穗粒數(shù)。曬干后脫粒，隨機(jī)選取1 000粒小麥稱量千粒重，重復(fù)3次。單作小麥，成熟后隨機(jī)量取3個(gè)1 m2樣方，收獲麥穗，產(chǎn)量性狀測(cè)定同間作小麥。

1.4.3 玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀 間作玉米，成熟后收獲3個(gè)長(zhǎng)5 m、全部幅寬內(nèi)的玉米雌穗，計(jì)算凈面積穗數(shù)。測(cè)定雌穗粒行數(shù)和行粒數(shù)，計(jì)算穗粒數(shù)。籽粒含水量降至15%時(shí)脫粒，稱量500粒，測(cè)粒重，重復(fù)3次。單作玉米，成熟后采用10 m雙行法收獲。考種測(cè)產(chǎn)方法同間作玉米。

1.4.4 苜蓿干物質(zhì)量 分別在5月20日、7月21日、9月22日取樣。間作處理隨機(jī)選取3個(gè)長(zhǎng)1 m、全部幅寬的樣方;單作處理隨機(jī)選取3個(gè)1 m2樣方，齊地刈割。鮮樣取回后在烘箱內(nèi)105℃下殺青30 min后75℃烘干至恒重，測(cè)干物質(zhì)量。

1.4.5 土地當(dāng)量比 小麥季土地當(dāng)量比（LER）計(jì)算公式為：LER1=YIW/YCKW+YIA1/YCKA1，式中YIW代表間作小麥實(shí)際產(chǎn)量，YCKW代表單作小麥實(shí)際產(chǎn)量， YIA1代表間作苜蓿小麥季（5月）實(shí)際干物質(zhì)產(chǎn)量， YCKA1代表單作苜蓿小麥季（5月）實(shí)際干物質(zhì)產(chǎn)量。

玉米季土地當(dāng)量比計(jì)算公式為：LER2=YIM/YCKM+YIA2/YCKA2，式中YIM代表間作玉米實(shí)際產(chǎn)量，YCKM代表單作玉米實(shí)際產(chǎn)量，YIA2代表間作苜蓿玉米季（7月、9月）實(shí)際干物質(zhì)產(chǎn)量，YCKA2代表單作苜蓿玉米季實(shí)際干物質(zhì)產(chǎn)量。

周年土地當(dāng)量比計(jì)算公式為：LER=YIW/YCKW+YIM/YCKM+YIA/YCKA，式中 YIA代表間作苜蓿周年實(shí)際干物質(zhì)產(chǎn)量， YCKA代表單作苜蓿周年實(shí)際干物質(zhì)產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2003、DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，用SigmaPlot 12.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間作模式對(duì)鹽堿地土壤含鹽量的影響

2.1.1 對(duì)小麥季鹽堿地土壤含鹽量的影響 由圖3可以看出，各處理小麥季土壤含鹽量隨土層深度增加變化趨勢(shì)不同，W15A10-W、W15A5-W、CKW土壤含鹽量0～40 cm土層表現(xiàn)出隨土層加深逐漸降低的趨勢(shì)，40～100 cm土層變化不大，整體呈現(xiàn)出表聚型特征。小麥帶，0～40 cm土層含鹽量表現(xiàn)為CKW﹥W15A5-W﹥W15A10-W。苜蓿帶，W15A10-A、W15A5-A、CKA土壤含鹽量0～100 cm土層變化不大，呈現(xiàn)出震蕩平均型特征，但0～40 cm土層含鹽量表現(xiàn)為CKA﹤W15A10-A﹤W15A5-A。

2.1.2 對(duì)玉米季鹽堿地土壤含鹽量的影響 由圖4可以看出，玉米季各處理間含鹽量差異不顯著。玉米帶，CKM、M5A5-M、M5A10-M土壤含鹽量隨深度增加變化趨勢(shì)相同，0～100 cm土層各處理土壤含鹽量均表現(xiàn)出隨土層加深先降低后升高的趨勢(shì)，10～20 cm土層含鹽量最低，0～10 cm土層鹽分含量高于10～20 cm土層，整體呈現(xiàn)出底聚型特征。苜蓿帶40～50 cm土層含鹽量高于玉米帶，鹽分在此處累積較多。

2.2 不同間作模式對(duì)鹽堿地作物凈面積單產(chǎn)及產(chǎn)量性狀的影響

2.2.1 對(duì)小麥凈面積單產(chǎn)及產(chǎn)量性狀的影響 由表1可以看出，W15A10和W15A5小麥凈面積單產(chǎn)與CKW差異極顯著（P﹤0.01），二者比CKW分別提高9.01%和6.71%，而W15A10和W15A5之間凈面積單產(chǎn)差異不顯著。與CKW相比，W15A5和W15A10小麥的凈面積公頃穗數(shù)、千粒重均顯著提高（P﹤0.01），其中W15A10分別提高6.82%、0.81%，W15A5分別提高5.35%、0.63%，而穗粒數(shù)差異不顯著。雖然W15A10小麥凈面積穗數(shù)顯著高于W15A5（P﹤0.05），但穗粒數(shù)、千粒重差異并不顯著，二者凈面積單產(chǎn)差異也不顯著。

2.2.2 對(duì)玉米凈面積單產(chǎn)及產(chǎn)量性狀的影響 由表2可知，M5A10、M5A5兩間作處理玉米的凈面積單產(chǎn)與CKM相比差異極顯著（P﹤0.01），分別高出CKM 35.92%、30.85%。M5A10穗長(zhǎng)、五百粒重、穗粒數(shù)均高于CKM，差異達(dá)極顯著水平（P﹤0.01），穗粗顯著高于CKM（P﹤0.05）。M5A5五百粒重、穗粒數(shù)高于CKM，差異達(dá)極顯著水平（P﹤0.01），但穗長(zhǎng)、穗粗差異并不顯著。M5A10玉米產(chǎn)量、五百粒重、穗粒數(shù)、穗長(zhǎng)與M5A5相比差異達(dá)極顯著水平（P﹤0.01），穗粗差異不顯著，均為M5A10﹥M5A5。

2.2.3 對(duì)苜蓿凈面積單產(chǎn)及產(chǎn)量性狀的影響 由表3可以看出，CKA苜蓿一年干物質(zhì)凈面積單產(chǎn)為7 809.31 kg/hm2，WMA10、WMA5苜蓿分別為7 733.37、7 658.70 kg/hm2，均低于CKA，但三者之間差異不顯著。各處理間第一茬苜蓿干物質(zhì)產(chǎn)量差異不顯著，第二茬與第三茬處理間存在顯著差異，且不同處理產(chǎn)量高低有所變化。第二茬WMA5產(chǎn)量顯著低于CKA，WMA10雖然也低于對(duì)照但二者差異不顯著。第三茬WMA5、WMA10干物質(zhì)產(chǎn)量分別極顯著、顯著高于對(duì)照，且WMA5產(chǎn)量高于WMA10。一年內(nèi)各處理干物質(zhì)產(chǎn)量均表現(xiàn)為第一次刈割時(shí)最高，隨著刈割次數(shù)的增加呈現(xiàn)出逐漸降低趨勢(shì)。與第一次相比，第二次刈割WMA10、WMA5、CKA干物質(zhì)產(chǎn)量分別降低25.82%、28.57%、24.27%，第三次刈割比第二次WMA10、WMA5、CKA干物質(zhì)產(chǎn)量分別降低33.0%、25.22%、39.26%。

2.2.4 對(duì)各模式土地當(dāng)量比的影響 由表4可以看出，小麥季，W15A5小麥產(chǎn)量是CKW的60.36%，苜蓿產(chǎn)量是CKA的37.74%，土地當(dāng)量比為0.98;W15A10小麥產(chǎn)量是CKW的41.44%，苜蓿產(chǎn)量是CKA的57.88%，土地當(dāng)量比為 0.99;二者土地當(dāng)量比均小于1，W15A10高于W15A5。玉米季M5A5玉米產(chǎn)量是CKM的 71.81%，苜蓿產(chǎn)量是CKA的34.38%，土地當(dāng)量比為1.06;M5A10玉米產(chǎn)量是CKM的50.14%，苜蓿產(chǎn)量是CKA的52.31%，土地當(dāng)量比為1.02;二者土地當(dāng)量比均大于1，M5A5高于M5A10。WMA5、WMA10周年土地當(dāng)量比分別為1.70、1.50，WMA5高于WMA10，土地周年產(chǎn)出最高。

3 討論與結(jié)論

大量研究表明，種植苜蓿可以有效降低土壤表層鹽分含量[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，小麥季0～40 cm土層含鹽量對(duì)照最高，其次是小麥間作5行苜蓿，最低的是小麥間作10行苜蓿，即隨著苜蓿間作行數(shù)的增加小麥帶土壤含鹽量逐漸降低。這說明苜蓿吸收了0～40 cm土層中小麥根系附近的鹽分，降低了小麥鹽脅迫程度。

前人研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿、玉米、小黑麥比例為5∶ 2∶ 4時(shí)三種作物的時(shí)空搭配最合理，作物之間的種間促進(jìn)作用降低了種間競(jìng)爭(zhēng)作用帶來的損失，從而使產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均達(dá)到最高[10]。小麥與苜蓿間作會(huì)降低小麥與苜蓿的產(chǎn)量，但是從整體來看作物的地上部分生長(zhǎng)還是占優(yōu)[11]。本研究顯示，小麥季間作處理各作物產(chǎn)量均低于單作，但是從凈單位面積角度分析，間作能顯著提高小麥的凈面積單產(chǎn)。通過對(duì)0～100 cm土層含鹽量分析發(fā)現(xiàn)，苜蓿能夠降低小麥0～40 cm土層含鹽量，有利于小麥根系生長(zhǎng)。王帥等[12]研究表明，與玉米單作相比，玉米與紫花苜蓿間作可以顯著提高玉米的凈面積單產(chǎn)。從本研究結(jié)果看出，玉米與紫花苜蓿間作可以使間作玉米的凈面積單產(chǎn)顯著高于單作玉米。與小麥不同，玉米間作10行苜蓿比間作5行苜蓿凈面積單產(chǎn)更高，且差異極顯著。紫花苜蓿耐低溫能力強(qiáng)，夏季高溫會(huì)抑制其生長(zhǎng)[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，間作10行苜蓿其產(chǎn)量顯著高于間作5行苜蓿。可能是由于與單作相比間作玉米造成苜蓿光照條件變差，間作產(chǎn)量降低，但行數(shù)增加后內(nèi)行因光溫環(huán)境較適宜可在一定程度上彌補(bǔ)邊行劣勢(shì)造成的產(chǎn)量下降。

本試驗(yàn)表明，小麥玉米間作苜蓿可以降低0～40 cm土層含鹽量，提高小麥、玉米穗粒數(shù)、粒重和凈面積單產(chǎn)，提高苜蓿周年干物質(zhì)產(chǎn)量。對(duì)小麥玉米來說，兩種間作模式均表現(xiàn)出種間互補(bǔ)作用大于種間競(jìng)爭(zhēng)作用;雖然不利于苜蓿凈面積單產(chǎn)提高，但減產(chǎn)均不顯著。小麥季間作5行苜蓿的土地當(dāng)量比低于間作10行苜蓿，但其玉米季和周年土地當(dāng)量比較高。從周年來看，小麥玉米間作5行苜蓿是較佳的種植模式。參 考 文 獻(xiàn)：

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