秸秆地膜带状覆盖小麦间作玉米的水分竞争互补利用机制

【作者】 殷文； 柴强； 郭瑶； 于爱忠； 冯福学； 赵财； 胡发龙； 樊志龙； 刘畅；

【机构】 甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学农学院； 甘肃农业大学工学院；

【摘要】 【研究背景】间作因高产、稳产、资源高效利用等优势广泛应用于干旱与半干旱地区。种间关系是决定间作群体水分高效利用的重要基础,如何通过优化耕作措施调控种间竞争与互补关系,充分发挥间作时空生态位分离对提高水分利用效率的贡献,是目前间作研究急需解决的科学问题。【材料与方法】本研究以小麦间作玉米为参试对象,集成应用免耕、秸秆及地膜覆盖技术,进行田间定位试验,探讨不同耕作及覆盖措施对间作土壤水分竞争互补利用的影响,揭示集成措施调控间作产量及水分利用效率的基本机制,以期为间作水分高效利用提供理论和技术依据。【结果与分析】秸秆地膜交替带状覆盖通过减小共生期、增大麦收后带间土壤水势差,形成了间作小麦、玉米在时间与空间上竞争互补利用土壤水分的动力学基础。小麦独立生长期与小麦-玉米共生期,间作玉米比小麦带土壤水势分别高11.7%¹7.5%与18.0%²0.7%,以小麦带免耕秸秆覆盖、玉米带地膜两年用（NTSl2）处理玉米带土壤水势比小麦带分别高9.2%¹3.6%与15.7%¹9.8%,传统间作（CTI）处理玉米带土壤水势比小麦带分别高14.1%²2.7%与18.9%²2.1%,土壤水分呈由玉米带向小麦带流动的趋势,NTSI2较CTI水分流动趋势分别降低25.8%⁴3.3%与37.3%⁵8.9%。玉米独立生长期,间作小麦带土壤水势比玉米带高24.3%³1.3%,NTSl2与CTI小麦带比玉米带土壤水势分别高30.3%³2.3%与19.7%²7.6%,土壤水分呈由小麦带向玉米带流动的趋势,NTSI2和CTI水分流动潜势提高42.2%⁶0.8%。NTSI2处理具有弱化水分竞争强化水分补偿利用的调控效应。NTSI2比CTI全生育期土壤蒸发量降低9.0%¹7.3%,土壤蒸发占耗水比重降低8.6%¹7.5%,NTSI2可提高水分利用的有效性。NTSl2较CTI可提高小麦、玉米生殖生长期的叶片水分利用效率（WUE₁）,分别高4.9%⁸.8%与4.7%¹4.8%,呈现水分高效利用的潜势。秸秆地膜交替带状覆盖措施具有弱化间作共生期小麦相对玉米种间竞争力,强化麦收后玉米补偿与超补偿效应的作用。NTSl2较CTI的种间竞争力降低27.1%³4.8%;麦收后,间作玉米表现出显著的恢复生长效应,其中NTSI2较CTI玉米生长速率提高22.3%²5.3%,叶、茎、鞘、苞叶对籽粒的贡献率分别增大9.6%²2.2%、11.3%²4.8%、25.7%³0.2%、24.8%³4.8%,NTSI2呈现较强的补偿与超补偿生长效应,为作物高产奠定基础。间作较单作具有明显的增产与水分高效利用优势,以NTSI2优势较大,比CTI增产13.8%¹7.1%,水分利用效率提高12.4%¹7.2%。【结论】小麦带免耕秸秆覆盖及玉米带地膜两年覆盖措施通过优化土壤水分环境,增大作物叶片光合速率,降低共生期小麦对玉米带的水分竞争,增加麦收后小麦向玉米带的水分补偿,加强麦收后玉米的补偿与超补偿效应,是获得较高产量及水分利用效率的主要机制。更多还原