小麦玉米与苜蓿间作模式对盐碱地土壤含盐量及周年产量的影响

2019-08-16安振张梦坤秦基皓胡恒宇宁堂原

山东农业科学 2019年6期

安振张梦坤秦基皓胡恒宇宁堂原

摘要：盐碱地是我国重要的后备耕作资源，构建合理的耕作制度是其绿色开发的重要一环。为了有效利用及改良盐碱地，本研究于2017—2018年以小麦复种玉米、苜蓿单作为对照，分别设置小麦玉米与5行、10行苜蓿间作处理，研究其对土壤含盐量及各作物产量、土地当量比的影响。结果表明，小麦玉米间作苜蓿可以降低0～40 cm土层含盐量，提高小麦玉米的穗粒数、粒重和净面积单产，提高苜蓿周年干物质产量。对小麦玉米来说，两种间作模式均表现出种间互补作用大于种间竞争作用;对苜蓿而言，虽然不利于净面积单产提高，但减产均不显著。小麦季间作5行苜蓿的土地当量比低于间作10行苜蓿，但其玉米季和周年土地当量比较高。从周年来看，小麦玉米间作5行苜蓿是较佳的种植模式。

关键词：盐碱地;小麦玉米与苜蓿间作;土壤含盐量;产量

中图分类号：S344.2 文献标识号：A 文章编号：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

鹽碱土是土壤经过盐化和碱化过程形成的盐化土和碱化土，因其含有较多的盐碱成分，导致土壤的理化性状发生显著改变，表现为土壤板结、结构差、土壤pH值增高和有效养分缺乏等现象。土壤盐碱化严重影响土壤质量、土壤生态以及动植物的生长[1，2]。我国耕作历史悠久，农田资源已被充分开发利用，随着人口的增长，耕地资源和粮食安全问题日益突出。据统计，山东省共有5 809.26 km2的盐碱耕地和盐碱荒地 [3]。改良利用盐碱地、提高盐碱地利用率进而使其成为重要的耕地后备资源，是解决我国耕地锐减、保证粮食安全的重要途径之一。

利用耐盐植物改良盐碱地是其治理的一种有效途径。依据盐渍土水盐运动“盐随水来、盐随水去”的特点，控制土壤水分蒸发可减轻盐分的“浅集表聚”，从而达到改良的目的[4，5]。种植苜蓿对土壤表层盐分有明显的抑制作用，一方面是因为苜蓿的种植减少了地表蒸发，使盐分滞留在深层土壤;另一方面是因为一部分盐分被苜蓿吸收带出土壤。同时，耐盐植物根系残留有机物产生的各种有机酸，增加了土壤盐类的溶解度，并中和土壤的碱性，使土壤盐分下降，起到改良盐碱土壤的作用[6，7]。

豆科与禾本科间作是中国传统农业中的生产技术和土地利用方式，具有悠久的历史。这种间作系统可以充分利用土地资源和环境资源，提高资源利用效率，具有明显的生态和经济效益[8]。近年来，在国家加强供给侧结构改革的背景下，粮经饲作物复合种植已经成为重要的种植模式。但粮草间作的研究多集中在单季作物，而对周年多熟种植研究较少。因此，本试验以小麦玉米复种、苜蓿单作为对照，设置小麦玉米与苜蓿间作试验，旨在探明不同田间结构配置下小麦玉米与苜蓿间作对盐碱地土壤含盐量及作物周年产量的影响，以期为山东省盐碱地改良利用和农业可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在山东省滨州市无棣县黄河岛（108°36′52″E，37°55′19″N）。该地属华北湿润大陆性季风气候，年均气温12℃，极端最高气温41℃，极端最低气温-23℃，年降水量约450 mm，年蒸发量约1 800 mm，全年无霜期为202～210 d。试验田为壤土，中度盐碱，中等肥力（播前0～20 cm土层含有机质8.6 g/kg、全氮0.86 g/kg、速效氮69.5 mg/kg、速效磷46.2 mg/kg和速效钾42.4 mg/kg）。

1.2 供试品种与试验设计

供试小麦品种为济麦22，玉米为鲁单9066，苜蓿为紫花苜蓿WL354。

试验按不同种植模式和粮草作物幅宽设置4个处理，其中对照为：冬小麦夏玉米复种（CKWM）、苜蓿单作（CKA）;间作处理为：小麦玉米间作5行苜蓿（W15M5A5），见图1;小麦玉米间作10行苜蓿（W15M5A10），见图2。随机区组排列，重复3次。

小麦播量：262.5 kg/hm2。玉米密度为：CKWM处理为每公顷67 500株，两个间作处理均为81 000株。CKA处理为苜蓿单作，共16行，行长20 m，行距40 cm。WMA5处理带宽4.1 m，长20 m，面积82 m2。WMA10处理带宽6.1 m，长20 m，面积122 m2。

1.3 试验管理

2017 年10月16日结合整地基施有机肥45 000 kg/hm2，10月17日播种小麦和苜蓿。2018年3月11日灌水同时追施尿素225 kg/hm2，6月17日小麦收获后在麦茬带内播种玉米，10月4日收获玉米。苜蓿分别在5月22日、7月15日和9月20日刈割，共计3次。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤含盐量在25℃、水土比5∶ 1条件下，用电导率测定仪测定土壤含盐量。

1.4.2 小麦产量及产量性状间作小麦，成熟后随机取3个長为1 m、全部幅宽的小麦样方，收获麦穗，计算净面积穗数。随机选取20个麦穗，计算平均穗粒数。晒干后脱粒，随机选取1 000粒小麦称量千粒重，重复3次。单作小麦，成熟后随机量取3个1 m2样方，收获麦穗，产量性状测定同间作小麦。

1.4.3 玉米产量及产量性状间作玉米，成熟后收获3个长5 m、全部幅宽内的玉米雌穗，计算净面积穗数。测定雌穗粒行数和行粒数，计算穗粒数。籽粒含水量降至15%时脱粒，称量500粒，测粒重，重复3次。单作玉米，成熟后采用10 m双行法收获。考种测产方法同间作玉米。

1.4.4 苜蓿干物质量分别在5月20日、7月21日、9月22日取样。间作处理随机选取3个长1 m、全部幅宽的样方;单作处理随机选取3个1 m2样方，齐地刈割。鲜样取回后在烘箱内105℃下杀青30 min后75℃烘干至恒重，测干物质量。

1.4.5 土地当量比小麦季土地当量比（LER）计算公式为：LER1=YIW/YCKW+YIA1/YCKA1，式中YIW代表间作小麦实际产量，YCKW代表单作小麦实际产量， YIA1代表间作苜蓿小麦季（5月）实际干物质产量， YCKA1代表单作苜蓿小麦季（5月）实际干物质产量。

玉米季土地当量比计算公式为：LER2=YIM/YCKM+YIA2/YCKA2，式中YIM代表间作玉米实际产量，YCKM代表单作玉米实际产量，YIA2代表间作苜蓿玉米季（7月、9月）实际干物质产量，YCKA2代表单作苜蓿玉米季实际干物质产量。

周年土地当量比计算公式为：LER=YIW/YCKW+YIM/YCKM+YIA/YCKA，式中 YIA代表间作苜蓿周年实际干物质产量， YCKA代表单作苜蓿周年实际干物质产量。

1.5 数据统计分析

用Microsoft Excel 2003、DPS 7.05进行数据处理和分析，用SigmaPlot 12.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同间作模式对盐碱地土壤含盐量的影响

2.1.1 对小麦季盐碱地土壤含盐量的影响由图3可以看出，各处理小麦季土壤含盐量随土层深度增加变化趋势不同，W15A10-W、W15A5-W、CKW土壤含盐量0～40 cm土层表现出随土层加深逐渐降低的趋势，40～100 cm土层变化不大，整体呈现出表聚型特征。小麦带，0～40 cm土层含盐量表现为CKW﹥W15A5-W﹥W15A10-W。苜蓿带，W15A10-A、W15A5-A、CKA土壤含盐量0～100 cm土层变化不大，呈现出震荡平均型特征，但0～40 cm土层含盐量表现为CKA﹤W15A10-A﹤W15A5-A。

2.1.2 对玉米季盐碱地土壤含盐量的影响由图4可以看出，玉米季各处理间含盐量差异不显著。玉米带，CKM、M5A5-M、M5A10-M土壤含盐量随深度增加变化趋势相同，0～100 cm土层各处理土壤含盐量均表现出随土层加深先降低后升高的趋势，10～20 cm土层含盐量最低，0～10 cm土层盐分含量高于10～20 cm土层，整体呈现出底聚型特征。苜蓿带40～50 cm土层含盐量高于玉米带，盐分在此处累积较多。

2.2 不同间作模式对盐碱地作物净面积单产及产量性状的影响

2.2.1 对小麦净面积单产及产量性状的影响由表1可以看出，W15A10和W15A5小麦净面积单产与CKW差异极显著（P﹤0.01），二者比CKW分别提高9.01%和6.71%，而W15A10和W15A5之间净面积单产差异不显著。与CKW相比，W15A5和W15A10小麦的净面积公顷穗数、千粒重均显著提高（P﹤0.01），其中W15A10分别提高6.82%、0.81%，W15A5分别提高5.35%、0.63%，而穗粒数差异不显著。虽然W15A10小麦净面积穗数显著高于W15A5（P﹤0.05），但穗粒数、千粒重差异并不显著，二者净面积单产差异也不显著。

2.2.2 对玉米净面积单产及产量性状的影响由表2可知，M5A10、M5A5两间作处理玉米的净面积单产与CKM相比差异极显著（P﹤0.01），分别高出CKM 35.92%、30.85%。M5A10穗长、五百粒重、穗粒数均高于CKM，差异达极显著水平（P﹤0.01），穗粗显著高于CKM（P﹤0.05）。M5A5五百粒重、穗粒数高于CKM，差异达极显著水平（P﹤0.01），但穗长、穗粗差异并不显著。M5A10玉米产量、五百粒重、穗粒数、穗长与M5A5相比差异达极显著水平（P﹤0.01），穗粗差异不显著，均为M5A10﹥M5A5。

2.2.3 对苜蓿净面积单产及产量性状的影响由表3可以看出，CKA苜蓿一年干物质净面积单产为7 809.31 kg/hm2，WMA10、WMA5苜蓿分别为7 733.37、7 658.70 kg/hm2，均低于CKA，但三者之间差异不显著。各处理间第一茬苜蓿干物质产量差异不显著，第二茬与第三茬处理间存在显著差异，且不同处理产量高低有所变化。第二茬WMA5产量显著低于CKA，WMA10虽然也低于对照但二者差异不显著。第三茬WMA5、WMA10干物质产量分别极显著、显著高于对照，且WMA5产量高于WMA10。一年内各处理干物质产量均表现为第一次刈割时最高，随着刈割次数的增加呈现出逐渐降低趋势。与第一次相比，第二次刈割WMA10、WMA5、CKA干物质产量分别降低25.82%、28.57%、24.27%，第三次刈割比第二次WMA10、WMA5、CKA干物质产量分别降低33.0%、25.22%、39.26%。

2.2.4 对各模式土地当量比的影响由表4可以看出，小麦季，W15A5小麦产量是CKW的60.36%，苜蓿产量是CKA的37.74%，土地当量比为0.98;W15A10小麦产量是CKW的41.44%，苜蓿产量是CKA的57.88%，土地当量比为 0.99;二者土地当量比均小于1，W15A10高于W15A5。玉米季M5A5玉米产量是CKM的 71.81%，苜蓿产量是CKA的34.38%，土地当量比为1.06;M5A10玉米产量是CKM的50.14%，苜蓿产量是CKA的52.31%，土地当量比为1.02;二者土地当量比均大于1，M5A5高于M5A10。WMA5、WMA10周年土地当量比分别为1.70、1.50，WMA5高于WMA10，土地周年产出最高。

3 讨论与结论

大量研究表明，种植苜蓿可以有效降低土壤表层盐分含量[9]。本研究发现，小麦季0～40 cm土层含盐量对照最高，其次是小麦间作5行苜蓿，最低的是小麦间作10行苜蓿，即随着苜蓿间作行数的增加小麦带土壤含盐量逐渐降低。这说明苜蓿吸收了0～40 cm土层中小麦根系附近的盐分，降低了小麦盐胁迫程度。

前人研究发现，苜蓿、玉米、小黑麦比例为5∶ 2∶ 4时三种作物的时空搭配最合理，作物之间的种间促进作用降低了种间竞争作用带来的损失，从而使产量和经济效益均达到最高[10]。小麦与苜蓿间作会降低小麦与苜蓿的产量，但是从整体来看作物的地上部分生长还是占优[11]。本研究显示，小麦季间作处理各作物产量均低于单作，但是从净单位面积角度分析，间作能显著提高小麦的净面积单产。通过对0～100 cm土层含盐量分析发现，苜蓿能够降低小麦0～40 cm土层含盐量，有利于小麦根系生长。王帅等[12]研究表明，与玉米单作相比，玉米与紫花苜蓿间作可以显著提高玉米的净面积单产。从本研究结果看出，玉米与紫花苜蓿间作可以使间作玉米的净面积单产显著高于单作玉米。与小麦不同，玉米间作10行苜蓿比间作5行苜蓿净面积单产更高，且差异极显著。紫花苜蓿耐低温能力强，夏季高温会抑制其生长[13]。本研究发现，间作10行苜蓿其产量显著高于间作5行苜蓿。可能是由于与单作相比间作玉米造成苜蓿光照条件变差，间作产量降低，但行数增加后内行因光温环境较适宜可在一定程度上弥补边行劣势造成的产量下降。

本试验表明，小麦玉米间作苜蓿可以降低0～40 cm土层含盐量，提高小麦、玉米穗粒数、粒重和净面积单产，提高苜蓿周年干物质产量。对小麦玉米来说，两种间作模式均表现出种间互补作用大于种间竞争作用;虽然不利于苜蓿净面积单产提高，但减产均不显著。小麦季间作5行苜蓿的土地当量比低于间作10行苜蓿，但其玉米季和周年土地当量比较高。从周年来看，小麦玉米间作5行苜蓿是较佳的种植模式。参考文献：

[1] 李新，焦燕，杨铭德. 用磷脂脂肪酸（PLFA）谱图技术分析内蒙古河套灌区不同盐碱程度土壤微生物群落多样性[J]. 生态科学，2014，33（3）：488-494.

[2] 牛世全，杨婷婷，李君锋，等. 盐碱土微生物功能群季节动态与土壤理化因子的关系[J]. 干旱区研究，2011，28（2）：328-334.

[3] 董红云，朱振林，李新华，等. 山东省盐碱地分布、改良利用现状与治理成效潜力分析[J]. 山东农业科学，2017，49（5）：134-139.

[4] 胡田田，康绍忠，李志军，等. 局部供应水氮条件下玉米不同根区的耗水特点[J]. 农业工程学报，2005，21（5）：34-37.

[5] Matson P A. Integration of environmental，agronomic，and economic aspects offertilizer management[J]. Science，1998，280（5360）：112-115.

[6] 朱虹，祖元刚，王文杰，等. 盐碱地的植被恢复与盐碱地改良方法的评述[J]. 吉林林业科技，2007，36（5）：14-21，27.

[7] 张永宏. 盐碱地种植耐盐植物的脱盐效果[J]. 甘肃农业科技，2005（3）：48-49.

[8] 李冬梅. 小麦/苜蓿间作的土壤微生物多样性和种间促进作用研究[D]. 哈尔滨：东北林业大学，2015.

[9] 李勇，何秀珍，宋乃平，等. 灌溉紫花苜蓿对灰钙土水盐动态的影响[J]. 节水灌溉， 2011（5）：20-22，26.

[10] 肖宇，刘希锋，刘青松，等. 河北省10个小麦主栽品种耐盐性鉴定[J]. 天津农业科学，2018，24（2）：56-59.

[11] 何亚男. 间套作苜蓿对冬小麦土壤养分、水分和土地经济效益的影响[D]. 临汾：山西师范大学，2017.

[12] 王帅，王立波，李玉玺，等. 不同施氮水平下玉米单作及间作紫花苜蓿对玉米产量及白浆土养分含量的影响[J]. 河南农业科学，2018，47（2）：22-28.