不同施氮水平下小麦/玉米套作群体产量和水氮利用

李孟浩 ，李倩倩 ，刘朋召，张鹏飞，陈小莉,任小龙

(1. 西北农林科技大学农学院，陕西 杨凌 712100；2.农业部西北黄土高原作物生理生态与耕作重点实验室，陕西 杨凌 712100)

陕西关中地区光热资源优越，但水资源不足，灌水资源更是有限，该区域典型的“冬小麦-夏玉米”一年两熟种植模式是以消耗大量资源为特征的灌溉农业，降水资源利用不充分，不仅不利于水资源可持续利用，还影响着农业系统的稳定性。因此，探究关中地区雨养条件下小麦/玉米套作系统的产量和水分利用，对雨养地区发展小麦/玉米套作种植具有重要意义。许多地区的灌溉农业由于气候变化和地下水过度消耗而面临着巨大的威胁[1-2]，雨养农业在农业生产中越来越重要，它以全世界80%左右的耕地总面积，生产了世界60%的粮食，对粮食安全有着举足轻重的影响。同时，为推进耕地永续利用和农业可持续发展，我国越来越重视对耕地资源的保护，2016年中央一号文件就提出实行农田休耕来应对耕地质量退化，世界上许多国家如美国[3]和澳大利亚[4]等实施土地休耕。有研究表明，休耕在保护耕地资源的同时造成了粮食减产13%[5]。因此，亟需寻找一个生态友好又能够集约高效利用降水资源的农业发展方式，在有效保护耕地资源的同时保障粮食安全，实现农业的持续发展和绿色发展。套作种植模式在世界范围内广泛应用。国内外科学研究和生产实践均表明，套作是一种可持续农业发展模式，具有增产稳产的优势[4,6-7]，能够充分利用光热和水分养分资源[8-9]，提高土地利用率[10-11]，套作正是一种基于生物多样性的可持续农业发展的有效途径[12]。已有的研究主要集中在充分或补充灌溉条件下，对雨养条件下套作群体的研究较少。本研究以小麦/玉米套作群体为试验对象，通过分析不同施氮水平下小麦/玉米套作群体产量、土地当量比与土壤水分利用的差异，旨在为探索雨养地区发展小麦/玉米套作种植的可行性研究提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018—2019年和2019—2020年在陕西省杨凌高新产业示范区中国旱区节水农业研究院(34°18′N，108°04′E)进行，试验地位于秦岭北麓、渭河平原西部的头道塬上，属暖温带半湿润偏旱型气候，海拔为467 m。近20年年均气温13.4℃，≥0℃积温4 800℃，≥10℃积温4 143℃，年均日照时数为2 196 h，无霜期220 d。冬、春季降水偏少，近30年平均降雨量为521 mm，60%～70%降雨集中在7—9月，年均蒸发量993.2 mm，干旱指数为1.30～1.59。土壤质地类型为粉质粘壤土，土壤颗粒组成为<0.01 mm粒级占51.9%，0.01～0.05 mm占42.3%，0.05～2 mm占5.8%。试验田0～30 cm耕层土壤化学性质如表1所示，耕层土壤容重1.35g·cm-3，田间持水量为24%，pH值为8.25。

表1 试验田耕层(0～30 cm)土壤化学性状Table 1 Chemical properties of plough layer (0～30 cm) soil in experimental field

试验期间的气温和降水量见图1。气象资料(气温和降水量)由田间农业气象站每半小时记录一次(Vantage Pro2, DavisInstruments, Hayward, CA, USA)，由图1可知，两年作物生育期内的月均气温和降水量差异显著。2018—2019年与2019—2020年生育期内总降水量分别为514.4、656.8 mm，2018—2019年降水量较少，2019—2020年月均气温比2018—2019年低4.17℃。

图1 试验期间月均气温和降水量Fig.1 Monthly average temperature and precipitation throughout the 2018-2019 and 2019-2020

1.2 试验设计

供试材料为当地主栽冬小麦品种小偃22号，春玉米品种为郑单958。试验设种植模式(P)和施氮水平(N)2个试验因素，其中种植模式设单作小麦、单作玉米和小麦/玉米套作3种模式，施氮量分为N0、N1、N2 3个水平(分别对应于小麦 0、120、240 kg·hm-2，玉米 0，180，360 kg·hm-2)，每个处理设置3次重复，田间随机排列。在小麦播前对该地进行耕作并划分小区，每个小区的面积为52.5 m2(10.5 m×5 m)，相邻小区之间留50 cm宽的隔离区并起垄，以防止水分养分发生侧向运移。

小麦行距20 cm，播种密度360万粒·hm-2。玉米行距50 cm，株距30 cm，播种密度为66 667株·hm-2。在套作小区中相邻的小麦和玉米行距为30 cm，由3条完整的小麦/玉米套作条带组成，带向南北，每个条带由8行小麦(条带1.6m宽)和4行玉米(条带1.9 m宽)组成(图2)，小麦和玉米分别占套作小区面积的46%和54%。试验中氮、磷、钾肥料分别用尿素(N：46%)、过磷酸钙(P2O5：16%)和水溶硫酸钾(K2O：52%)。小麦、玉米施磷量均为180 kg·hm-2、施钾量为39 kg·hm-2，均作为基肥一次性施入。小麦氮肥作为基肥一次性施入，玉米氮肥作基肥施50%，追肥50%。小麦于2018年10月11日人工开沟条播，2019年6月7日收获；春玉米于2019年4月9日播种，2019年8月18日收获，两种作物共生期长58 d。2019年小麦为10月11日播种，2020年6月2日收获；玉米于2020年4月6日播种，2020年8月13日收获，两种作物共生期长57 d。除草、施肥和其他的田间管理依照当地习惯进行。

图2 套作处理田间示意图/cmFig.2 Layout of wheat-maize intercropping treatment in field

由于套作小区中小麦条带和玉米条带的东西两侧位置对称，因此，套作小麦条带分为边1行(R1)、边2行(R2)、边3行(R3)和边4行(R4)，其中边1行统计为边行，其余统计为内行；套作玉米条带则分为边行(Row1)和内行(Row2)。

1.3 测定指标

1.3.1 产量 小麦在收获期单作和套作的收获面积均为4.8 m2(相邻的8行3 m长的小麦样段)，分行进行人工收割，风干后装袋脱粒测产，计算单位面积产量时籽粒含水率为13%。玉米在收获期单作和套作的收获面积均为6 m2(相邻的4行2 m长的玉米样段)，分行单独收割装袋，风干后脱粒测产，计算单位面积产量时籽粒含水率为13%。

1.3.2 作物耗水量(ET) 采用土壤水分平衡法计算。可根据式(1)计算。

ET=ΔW+P+I-R

(1)

式中,ET为耗水量(mm)，ΔW为计算时段初和时段末土壤储水量之差(mm)，P为降水量(mm)，I为灌溉量，R为地表径流量。在本试验条件下无灌溉，地块很少发生地表径流，因此忽略不计。

土壤储水量采用式(2)计算。

W=ρ×h×w×10

(2)

式中，W为土壤贮水量(mm),ρ为土壤容重(g·cm-3),h为土层厚度(cm),w为土壤水分含量(%)。

土壤水分含量采用烘干法进行测定，测定深度为0～200 cm土层，每10 cm一个土层。单作处理，在各小区单作作物的中间选取2个点进行测定，套作系统分别在小麦带中间、玉米带中间和小麦玉米之间布设3点测定，三点保持在同一线上，每个点重复取土样两次。土样在105℃温度下烘干至恒重后测定干重，然后计算土壤含水量，并根据土壤容重换算为体积含水量。

土壤含水量根据式(3)计算。

(3)

其中，w为土壤含水量(%)，W1为烘干前土壤质量(g),W2为烘干后土壤质量(g)。

1.3.3 相对竞争力 套作群体中作物之间的竞争能力用作物竞争力(Aggressivity)[13]表示，采用式(4)计算。

(4)

式中，AWM表示套作小麦相对于套作玉米的竞争力;YIW和YSW分别为套作小麦和单作小麦的产量(t·hm-2)，YIM和YSM分别为套作玉米和单作玉米的产量(t·hm-2)。PM和PW分别为小麦和玉米在套作群体中所占的种植比例，本试验中PM=0.543,PW=0.457。AWM>0时表示小麦在套作群体中相对于玉米处于竞争优势，反之则处于竞争劣势。

1.3.4 水分利用效率(WUE) 采用式(5)计算。

(5)

式中，WUE为水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)，Y为单位面积的籽粒产量(kg·hm-2)，WU为耗水量(mm)。

Morris等[14]提出用ΔWU、ΔWUE来评估间(套)作系统相对于单作系统的耗水量及水分利用效率优势。

(6)

(7)

式中，WUIC、WUSW及WUSM分别为套作群体、单作小麦及单作玉米的耗水量，WUEIC、WUESW及WUESM分别为套作群体、单作小麦及单作玉米的水分利用效率，其余符号意义同公式(4)。ΔWU<0表明套作系统耗水量小于单作系统的加权平均值，反之则大于单作系统的加权平均值；ΔWUE<0，表明套作系统的水分利用效率小于单作系统的加权平均值，反之则大于单作系统的加权平均值。

1.3.5 土地当量比 套作群体的产量优势通常采用土地当量比(LER)表示。

(8)

式中，YIW和YSW分别为套作小麦和单作小麦的产量(t·hm-2)；YIM和YSM分别为套作玉米和单作玉米的产量(t·hm-2)。当LER>1时表示套作具有产量优势，反之则说明套作相对于单作没有产量优势。

1.3.6 氮肥偏生产力(NPFP) 采用式(9)计算。

(9)

式中，YN为施氮区籽粒产量(kg)，N为施氮区施氮量(kg)。

1.3.7 氮肥农学利用率(NAE) 采用式(10)计算。

(10)

式中，YN为施氮区籽粒产量(kg)，Y0为不施氮区籽粒产量(kg)，N为施氮区施氮量(kg)。

1.4 数据分析

本试验采用Excel 2016对原始数据进行初步整理，采用SPSS 20软件对数据进行方差分析、相关性分析和显著性检验，采用Origin 2016 软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮水平下小麦/玉米套作群体产量与土地当量比

2.1.1 产量 表2显示不同施氮水平下单作和套作作物的产量，2018—2019年小麦产量相比2019—2020年显著增加(P<0.05)，而玉米的产量降低(P<0.01)，在两年试验期内表现出显著的年际差异。各施氮水平下套作小麦的产量均显著高于单作小麦，具体表现为套作小麦的产量与单作小麦相比，2018—2019年N0、N1及N2水平下分别提高25.69%、24.80%及25.40%，在2019—2020年分别提高21.34%、24.69%及27.80%。就玉米而言，其产量表现受到氮肥供应的影响，在N0与N1水平下，套作玉米的产量表现出减产劣势，其产量较单作玉米在 2018—2019年分别降低6.34%与3.02%，在2019—2020年分别降低11.43%与3.59%，差异均达到显著水平(P<0.05)，而在N2水平下套作玉米产量高于单作玉米，在两年内分别提高4.71%和6.24%。在相同种植模式下，施氮显著提高小麦产量(P<0.001)，与N0相比，单作小麦在N2水平下两年分别提高35.38%和47.48%，套作小麦在N2水平下两年分别提高35.06%和55.36%。施氮对玉米产量具有明显促进作用(P<0.05)，单作玉米在N2水平下与N0相比两年分别提高11.84%和18.36%，与N0相比，套作玉米在N2水平下两年分别提高25.03%和41.98%。

表2 不同施氮水平下作物单作和套作种植的产量Table 2 Yields of sole and intercropping under different nitrogen treatments/(t·hm-2)

2.1.2 土地当量比 由图3可以看出两年试验期内，在雨养条件下小麦/玉米套作系统土地当量比(LER)为 1.04～1.16，即生产相同产量，单作比套作模式要多占用4%～16%的耕地。在3种施氮水平下土地当量比均大于1，说明8∶4 这种小麦/玉米带状套作均具有土地利用优势。同时，施氮处理下的土地当量比均大于N0处理，表明适当增施氮肥可以促使套作群体发挥更大的土地利用优势。此外，两年内套作小麦的偏土地当量比PLERW(0.55～0.58)均大于小麦条带在套作群体中的比例(45.7%)；而套作玉米的偏土地当量比PLERM与其在套作群体中所占条带(54.3%)相比，两年内均在N0与N1水平下表现出劣势，为0.48～0.53，而在N2水平下表现出土地利用优势，两年内分别为0.57和0.58，两年内PLERM≤PLERW。这说明在小麦/玉米套作种植模式下，套作小麦增产是套作群体具有土地利用优势的主要贡献来源，在N2水平下土地利用优势共同来源于套作小麦和套作玉米。

图3 两年内不同施氮水平下小麦/玉米套作群体的土地当量比(LER)Fig.3 LER of wheat/maize intercropping system under different nitrogen levels in two years

2.1.3 小麦/玉米套作群体产量边行表现 通过比较两年内套作各行小麦和单作小麦行中1 m行长的籽粒产量(图4)，发现套作小麦边行显著高于内行和单作行，具体表现为边1行和边2行增产优势明显，显著高于单作行；而边3行和边4行之间的差异不显著，同时相较单作行增产也不显著。在N0、N1及N2 3个施氮水平下，2018—2019年，边1行比单作行分别增产143.56%、130.09%、125.00%，边2行比单作行分别增产56.43%、50.44%、48.33%;2019—2020年，在N0、N1及N2 3个施氮水平下，边1行比单作行分别增产128.57%、115.45%、113.04%,边2行比单作行分别增产74.49%、67.27%、65.21%，两年的差异均达到显著水平(P<0.05),表明随着施氮水平升高，边行小麦的产量与单作小麦差距减小。

图4 不同施氮水平下套作小麦不同行与单作小麦籽粒产量的对比(每米植株产量)Fig.4 Grain yield at different rows in intercropped wheat and sole wheat under different nitrogen treatments (grain yield per meter)

两年内套作边行、内行玉米和单作玉米行中1 m行长的籽粒产量比较如图5所示，套作边行玉米相较于单作玉米行显著降低，2019—2020年，在N0、N1及N2 3个施氮水平下，套作边行玉米1 m行长籽粒产量比单作玉米分别降低16.86%、18.38%和12.67%(P<0.05)；而套作内行玉米1 m长籽粒产量与单作相比有所提高，在N0、N1及N2 3个施氮水平下比单作玉米分别增加6.27%、7.72%和12.68%(P<0.05)，说明了玉米在套作系统中劣势主要来源于边行的减产，内行产量的增加减轻了套作对玉米产量造成的不利影响。

图5 不同施氮水平下套作玉米不同行与单作玉米产量的对比(每米植株产量)Fig.5 Grain yield at different rows in intercropped maize and sole maize under different nitrogen treatments (grain yield per meter)

氮肥对套作玉米边行、内行和单作行的籽粒产量表现各有不同，两年平均值显示，N1、N2相较于N0，使套作边行玉米籽粒产量分别增加9.61%和21.56%，使套作内行玉米籽粒产量分别增加了9.75%和18.55%，使单作行玉米籽粒产量分别增加6.67%和12.08%。由此可见氮肥对套作边行玉米籽粒产量的增加促进作用更大，其次是套作内行玉米，对单作玉米的促进作用最小，且在N2水平下促进作用最为明显，这为合理构建套作群体，提高套作体系产量效益提供了可行性。

2.2 套作小麦相对于玉米的种间竞争力

共生期内小麦相对于玉米的竞争能力(AWM)根据套作小麦和套作玉米地上部干物质积累量计算得出。由图6可知，两年试验中不同施氮处理下小麦相对于玉米种间竞争力变化趋势相似，同时套作小麦相对于套作玉米的竞争强度AWM随着时间的推进而发生变化，AWM值在共生期呈现为单峰曲线，至玉米播种后45～50 d达到峰值。两年内3个施氮水平下的种间竞争力均大于0，表明了共生期内小麦的竞争力强于玉米，在小麦/玉米套作系统中，小麦是优势作物，玉米在与小麦共生期内处于不利地位，施氮对这种竞争力有一定的缓解作用，施氮处理(N1、N2)的AWM始终低于不施氮(N0)处理。

图6 不同施氮水平下小麦/玉米套作共生期内小麦相对于玉米的种间竞争力(AWM)的动态变化Fig.6 Dynamic aggressivity of wheat relative to maize during the co-growth stage (AWM) under different nitrogen treatments

2.3 不同施氮水平下小麦/玉米套作系统耗水量与水分利用效率

表3显示了两年试验期内从小麦播种至玉米收获后单作系统和套作系统在不同施氮水平下的耗水量(WU)及套作相对于单作耗水量的变化(ΔWU)。同一种植模式中N2水平下作物的耗水量显著高于N1与N0，与N0相比，两年内单作小麦耗水量分别增加了14.72%和16.78%(P<0.05)，单作玉米耗水量分别增加13.01%和13.55%(P<0.05)，小麦/玉米套作系统的耗水量分别增加10.14%和13.05%(P<0.05)，达479.85 mm和497.90 mm。两年试验期内小麦/玉米套作系统相对于单作系统的耗水量的变化(ΔWU)均小于0，说明小麦/玉米套作系统的耗水量均低于单作系统，两年内在3个施氮水平下小麦/玉米套作系统的耗水量相比单作系统减少0.04%～4.95%。其中在N1水平下耗水量减少的最为明显，两年分别减少4.95%和4.82%，这意味着在N1水平下两年内套作系统比单作系统平均少消耗水分47.30 mm。在N0水平下节水优势不明显，小麦/玉米套作系统的耗水量相比单作系统分别在两年内减少0.04%和1.26%，少消耗水分0.38 mm和11.99 mm，在N2水平下耗水量两年内分别减少41.41 mm和33.47 mm。

表3 不同施氮水平下单作和套作系统的耗水量(WU) 及套作系统相对于单作耗水量的变化(ΔWU) Table 3 Water use and changes in water use of intercropping relative to sole crops under different nitrogen treatments

两年试验期内从小麦播种至玉米收获后单作系统和套作系统在不同施氮水平下的水分利用效率(WUE)及套作相对于单作水分利用效率的变化(ΔWUE)见表4。同一种植模式中施氮提高了水分利用效率，但在不同施氮水平下差异的显著性表现不一，但均在N2水平下作物的水分利用效率达到最高。两年内单作玉米的水分利用效率最高，套作系统的水分利用效率介于单作小麦和单作玉米之间，两年内小麦/玉米套作系统相对于单作系统的水分利用效率的变化(ΔWUE)均大于0，说明了小麦/玉米套作系统的水分利用效率均高于单作系统，小麦/玉米套作系统与单作系统相比具有水分利用优势。两年内在3个施氮水平下小麦/玉米套作系统与单作系统相比，其水分利用效率提高了2.77%～6.46%。在N1水平下小麦/玉米套作系统相对于单作系统ΔWUE最大，两年内均值达到6.27%，而在N0水平下水分利用优势最小。

表4 不同施氮水平下单作和套作系统的水分利用效率(WUE) 及套作系统相对于单作水分利用效率的变化(ΔWUE) Table 4 Water use efficiency and changes in water use efficiency of intercropping relative to sole crops under different nitrogen treatments

2.4 不同施氮水平下小麦/玉米套作系统的氮肥偏生产力和氮肥农学利用率

两年试验期内小麦/玉米套作系统在不同施氮水平下的氮肥偏生产力(NPFP)和氮肥农学利用率(NAE)如表5所示。从表中得知，套作种植可以显著提高小麦的氮肥偏生产力(P<0.05)，而套作玉米的氮肥偏生产力仅在N2处理下高于单作玉米。两年内，随着施氮量的增加小麦和玉米的氮肥偏生产力均显著降低，小麦氮肥偏生产力在套作种植模式的N1处理下最高，两年分别为64.17 kg·kg-1和59.33 kg·kg-1，而玉米在单作种植模式的N1处理下最高，两年分别为49.72 kg·kg-1和51.00 kg·kg-1。套作小麦和套作玉米的氮肥农学利用率均高于相应单作，这表明套作种植可以提高作物的氮肥农学利用率，且两年内套作和单作小麦的氮肥农学利用率的差异均达到显著水平(P<0.05)。2019—2020年套作玉米的氮肥农学利用率显著高于单作玉米，而在2018—2019年两者并无显著差异。小麦的氮肥农学利用率随着施氮量的增加显著降低，且在套作种植模式的N1处理下达到最高，分别为11.17 kg·kg-1和17.17 kg·kg-1；而玉米的氮肥农学利用率仅在2018—2019年的单作处理中呈现降低趋势，其余处理中玉米氮肥农学利用率随着施氮量的增加而增加，两年内均在套作种植模式的N2处理下达到最高，两年分别为5.44 kg·kg-1和8.94 kg·kg-1。

表5 不同施氮水平下小麦/玉米套作系统的氮肥偏生产力(NPFP)和氮肥农学利用率(NAE)Table 5 Nitrogen partial productivity (NPFP) and nitrogen agronomic utilization efficiency (NAE) of wheat/ maize intercropping system under different nitrogen application levels

3 讨 论

3.1 不同施氮水平下小麦/玉米套作的产量

套作能够提高作物产量已经得到国内外研究者的广泛证实[10,15-18]。Gou 等[19]通过在荷兰的小麦/玉米套作研究发现，小麦和玉米在套作种植模式下的产量均高于单作。而本试验结果表明，两年内套作种植提高小麦产量21.3%～27.8%，而套作玉米产量表现受氮肥调控，仅在N2水平下高于单作玉米。这可能是由于充足的氮能够促进玉米对水分吸收利用，有利于小麦收获后边行玉米的恢复生长，缓解边行减产带来的不良影响。两年试验期内小麦和玉米的产量表现出明显年际差异，2019—2020年小麦产量较2018—2019年产量低，而玉米较2018—2019年高，这是由于2019—2020年的玉米生育期降水量较2018—2019年显著增加，充足的降水和氮肥供应可以充分发挥水氮协同效应，促进玉米更好地生长发育[20]。

有关套作小麦产量边行表现的相关研究较多[21-22]，均表明边行的产量优势是套作小麦增产的重要因素。胡新元等[23]等通过在河西绿洲灌区进行不同带型的小麦/玉米套作研究发现，套作小麦的边行效应在3行内表现明显，而第4行之后基本上无边行优势。这与本试验研究结果略有不同，本试验结果表明套作小麦的边行主要体现在边1行和边2行，第3行之后无显著差异。本试验结果表明玉米在套作群体中表现为产量劣势，主要是由边行减产造成的，而胡新元等[23]等认为边行玉米较内行玉米增产1.8%～5.6%，这与本试验结果相反，可能是由于绿洲灌区年降水较少，当地农业生产需补充灌溉以满足植株生长发育，也有研究表明灌溉能够缓解甚至消除套作玉米的边行劣势，并且增强内行优势。在小麦/玉米套作体系中，共生期结束后边行玉米表现出明显劣势，其产量显著低于单作玉米[24]，这与本试验结果相似，小麦/玉米套作群体中玉米在共生期内竞争力弱于小麦，导致前期的生长发育受到限制，直至小麦收获后玉米也未能完全地恢复生长。之前许多研究已经证明套作群体具有产量优势，例如小麦/玉米套作[10]、糜子/绿豆套作[15]、玉米/苜蓿[16]、玉米/大豆[17]等，然而这些研究大多数是充分灌溉或补充性灌溉条件下进行，本研究中在雨养条件下的套作群体具有产量与土地优势，这对于具有相似降水量地区的农业发展有一定的参考价值。

3.2 不同施氮水平下小麦/玉米套作的土地利用和水分利用

套作种植能够提高土地利用率[9-10]，Zhang等[25]在小麦棉花复合系统研究中表明其当地土地当量比(LER)为1.28～1.39，LER均大于1，说明具有土地利用优势，这与本试验结果一致，在半湿润区雨养条件下小麦/玉米套作的土地当量比为1.04～1.16，这表明半湿润区雨养条件下小麦/玉米套作群体仍可稳定发挥套作优势。也有研究表明，套作种植水分利用效率比相应单作高，但耗水量没有显著差异[26-27]。与该结果不同，套作系统具有通过增产来提高水分利用的优势，生产相同产量套作群体的耗水量比单作更少，说明套作种植具有水分利用优势[10,28-30]。套作种植增加了地表覆盖度，可以减少土壤蒸发，增加水分入渗，能改善作物生长环境中的水分状况，进而提升了套作的水分利用优势。王仰仁等[31]通过30余种间套作作物需水量的研究结果表明，在同等条件下，间套作作物田间耗水量较单作种植减少7%，大大提高水分利用效率。这与本试验研究结果一致，套作群体具有节水优势和更高的水分利用效率，小麦/玉米套作群体的耗水量与单作种植相比耗水量减少0.04%～4.95%，同时水分利用效率也提高了2.77%～6.46%。在雨养农业中，有限的降水常常是制约产量的主要因素，复合群体具有节水和水分利用优势，对促进区域水资源高效持续利用具有一定的理论参考。

4 结 论

1)小麦/玉米套作具有明显的产量优势和土地利用优势。与单作相比，套作小麦的产量提高了21.34%～27.80%(P<0.05)，其产量优势主要来源于边1行与边2行的增产；而套作玉米表现受氮肥供应的调控，在N0与N1水平下套作产量减少了3.02%～11.43%，仅在N2水平下高于单作玉米。两年内小麦/玉米套作群体的土地当量比LER介于1.04～1.16，具有土地利用优势。

2)小麦/玉米套作具有水分利用和养分利用优势。在相同产量下小麦/玉米套作群体比单作群体的耗水量更少而水分利用效率更高，其中在N1水平下耗水量减少最为明显，两年内平均少消耗水分47.30 mm；而水分利用效率比单作系统提高2.77%～6.46%，小麦/玉米套作群体在3个施氮水平下均表现出节水与水分利用优势。此外，套作种植还可以提高小麦和玉米的氮肥农学利用率以及小麦的氮肥偏生产力，两年内套作小麦的氮肥偏生产力和氮肥农学利用率最高可达64.17 kg·kg-1和11.17 kg·kg-1。而玉米的氮肥偏生产力以单作最高，故如何提高小麦/玉米套作系统中玉米的产量和氮肥利用，成为进一步提高小麦/玉米套作系统产量的关键。

3)8∶4小麦/玉米套作种植模式适用于小型播种机的机械化作业。因此，在半湿润区可适当发展施氮处理的套作种植模式，在确保增产稳产的同时实现对土壤、降水及肥料等资源的集约高效利用。