交替灌溉對間作群體水分利用特征的影響及其機理
間作種植具有充分利用多種資源、提高單位面積作物產(chǎn)量的優(yōu)點,在我國西北地區(qū)廣泛應用。近年來,受水資源緊缺的嚴重制約,間作應用面臨重大挑戰(zhàn),間作節(jié)水灌溉技術(shù)亟待深入研究。
交替灌溉具有提高作物水分利用效率,創(chuàng)造提高作物水分利用效率的根系系統(tǒng),有利于提高水分補償效應、降低無效蒸發(fā)和滲漏。本研究通過大田試驗和根箱試驗,研究了交替灌溉對西北主導間作模式小麥/玉米、小麥/蠶豆的水分利用特征,并對影響間作群體水分利用效率的機理進行了探討。
主要結(jié)論如下:1、交替灌溉小麥間作玉米可顯著提高土地利用率和作物產(chǎn)量,交替灌間作比之傳統(tǒng)灌間作具有更大的提高土地利用率的潛力。連續(xù)四年的大田試驗表明,交替灌溉小麥間作玉米的土地當量比(LER)變化在1.22~1.52,且除2008年外,其它年度的交替灌溉間作LER比同等灌水水平下的常規(guī)灌溉提高了2.33%~17.83%。
交替灌溉間作有利于提高小麥、玉米的經(jīng)濟產(chǎn)量,間作小麥產(chǎn)量達到了單作的55.37%~74.88%、間作玉米產(chǎn)量達到了單作的66.63%~78.87%。2、交替灌溉間作并未顯著增加復合群體的耗水量。
2006-2009年度,與單作耗水量的加權(quán)平均相比,交替灌間作耗水量分別增加了0.28%~0.92%、4.29%~5.94%、14.36%~19.19%、12.72%~18.13%;交替灌間作耗水量較同等灌水水平下常規(guī)灌間作的增幅分別為0.44%、4.43%、3.59%、-19.28%。交替灌溉可顯著提高間作作物的水分利用效率,各年度交替灌溉間作水分利用效率分別較單作水分利用效率的加權(quán)平均提高了32.70%~47.10%、31.16%~34.39%、7.84%~20.30%、14.42%~22.52%;與常規(guī)灌溉間作水分利用效率相比,中灌水水平交替灌溉間作水分利用效率分別增加了17.55%、0.09%、0.53%、27.10%。
3、影響交替灌溉間作作物水分利用效率變化的因子主要包括土壤棵間蒸發(fā)量占總耗水量比重、葉日積和根密度。2008年交替灌溉間作在低、中、高三個灌水水平下的棵間蒸發(fā)量占總耗水量比重分別較單作小麥提高了11.71%、9.55%、6.00%,較單作玉米分別提高了5.72%、6.19%、6.18%。
2009年中、低灌水水平交替灌溉間作棵間蒸發(fā)量占總耗水量比重較單作小麥增加了7.17%、4.13%,較單作玉米增加了2.01%、3.50%。2007和2008年度,交替灌溉間作葉日積(LAID)在低、中、高三個灌水水平下分別較單作小麥提高了102.79%、105.83%、109.14%和60.04%、54.49%、54.18%。
2009年度交替灌溉間作LAID在低、中兩個灌水水平下分別較單作小麥提高了76.16%、61.31%。交替灌溉間作影響作物根系的時空分布,并在不同時期形成了對土壤空間的疊加利用。
小麥灌漿期,間作小麥根系遍布兩作物根區(qū)地下部的整個剖面,縱向分布已達80 cm以下,橫向分布已進入玉米根區(qū)整個地下部空間,表現(xiàn)為根重密度為0.07的等值線深達50 cm以下,根重密度為0.01的等值線最大深度達到80 cm以下,根重密度為0.04的根系側(cè)向進入玉米根區(qū)20-40 cm。4、交替灌溉影響間作群體產(chǎn)量和水分利用效率的主要生理生化機制是提高了脯氨酸含量、增強了SOD活性、POD活性和根系活力。
交替灌溉間作小麥的脯氨酸含量較常規(guī)灌溉平均提高了38.26%,交替灌溉單作小麥和蠶豆分別平均增加了35.31%和24.07%。生育期內(nèi)交替灌溉單作小麥、單作蠶豆、間作小麥、間作蠶豆SOD活性分別較常規(guī)灌溉增加了17.24%~22.62%、21.53%~41.35%、7.86%~25.11%、7.92%~16.14%;POD活性分別較常規(guī)灌增加了3.88%~24.53%、0.44%~29.76%、13.73%~35.36%、8.79%~22.74%;根系活力分別較常規(guī)灌溉提高了6.41%~29.98%、5.71%~11.39%、6.09%~22.65%、7.62%~20.08%。
