交替灌溉对间作群体水分利用特征的影响及其机理
间作种植具有充分利用多种资源、提高单位面积作物产量的优点,在我国西北地区广泛应用。近年来,受水资源紧缺的严重制约,间作应用面临重大挑战,间作节水灌溉技术亟待深入研究。
交替灌溉具有提高作物水分利用效率,创造提高作物水分利用效率的根系系统,有利于提高水分补偿效应、降低无效蒸发和渗漏。本研究通过大田试验和根箱试验,研究了交替灌溉对西北主导间作模式小麦/玉米、小麦/蚕豆的水分利用特征,并对影响间作群体水分利用效率的机理进行了探讨。
主要结论如下:1、交替灌溉小麦间作玉米可显著提高土地利用率和作物产量,交替灌间作比之传统灌间作具有更大的提高土地利用率的潜力。连续四年的大田试验表明,交替灌溉小麦间作玉米的土地当量比(LER)变化在1.22~1.52,且除2008年外,其它年度的交替灌溉间作LER比同等灌水水平下的常规灌溉提高了2.33%~17.83%。
交替灌溉间作有利于提高小麦、玉米的经济产量,间作小麦产量达到了单作的55.37%~74.88%、间作玉米产量达到了单作的66.63%~78.87%。2、交替灌溉间作并未显著增加复合群体的耗水量。
2006-2009年度,与单作耗水量的加权平均相比,交替灌间作耗水量分别增加了0.28%~0.92%、4.29%~5.94%、14.36%~19.19%、12.72%~18.13%;交替灌间作耗水量较同等灌水水平下常规灌间作的增幅分别为0.44%、4.43%、3.59%、-19.28%。交替灌溉可显著提高间作作物的水分利用效率,各年度交替灌溉间作水分利用效率分别较单作水分利用效率的加权平均提高了32.70%~47.10%、31.16%~34.39%、7.84%~20.30%、14.42%~22.52%;与常规灌溉间作水分利用效率相比,中灌水水平交替灌溉间作水分利用效率分别增加了17.55%、0.09%、0.53%、27.10%。
3、影响交替灌溉间作作物水分利用效率变化的因子主要包括土壤棵间蒸发量占总耗水量比重、叶日积和根密度。2008年交替灌溉间作在低、中、高三个灌水水平下的棵间蒸发量占总耗水量比重分别较单作小麦提高了11.71%、9.55%、6.00%,较单作玉米分别提高了5.72%、6.19%、6.18%。
2009年中、低灌水水平交替灌溉间作棵间蒸发量占总耗水量比重较单作小麦增加了7.17%、4.13%,较单作玉米增加了2.01%、3.50%。2007和2008年度,交替灌溉间作叶日积(LAID)在低、中、高三个灌水水平下分别较单作小麦提高了102.79%、105.83%、109.14%和60.04%、54.49%、54.18%。
2009年度交替灌溉间作LAID在低、中两个灌水水平下分别较单作小麦提高了76.16%、61.31%。交替灌溉间作影响作物根系的时空分布,并在不同时期形成了对土壤空间的叠加利用。
小麦灌浆期,间作小麦根系遍布两作物根区地下部的整个剖面,纵向分布已达80 cm以下,横向分布已进入玉米根区整个地下部空间,表现为根重密度为0.07的等值线深达50 cm以下,根重密度为0.01的等值线最大深度达到80 cm以下,根重密度为0.04的根系侧向进入玉米根区20-40 cm。4、交替灌溉影响间作群体产量和水分利用效率的主要生理生化机制是提高了脯氨酸含量、增强了SOD活性、POD活性和根系活力。
交替灌溉间作小麦的脯氨酸含量较常规灌溉平均提高了38.26%,交替灌溉单作小麦和蚕豆分别平均增加了35.31%和24.07%。生育期内交替灌溉单作小麦、单作蚕豆、间作小麦、间作蚕豆SOD活性分别较常规灌溉增加了17.24%~22.62%、21.53%~41.35%、7.86%~25.11%、7.92%~16.14%;POD活性分别较常规灌增加了3.88%~24.53%、0.44%~29.76%、13.73%~35.36%、8.79%~22.74%;根系活力分别较常规灌溉提高了6.41%~29.98%、5.71%~11.39%、6.09%~22.65%、7.62%~20.08%。
