全 文 ：ISSN 1000-0933
CN 11-2031/Q
中国生态学学会 主办
出版
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ica.cn
生
态
学
报
中国科学院生态环境研究中心
第 31卷 第 14期 Vol.31 No.14 2011
生态学报
Acta Ecologica Sinica第三
十
一
卷
第
十
四
期
二
○
一
一
年
七
月
2011-14 2011.7.6, 4:58 PM1
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 14 期摇 摇 2011 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
厦门市三个产业土地利用变化的敏感性 黄摇 静,崔胜辉,李方一,等 (3863)……………………………………
黄河源区沙漠化及其景观格局的变化 胡光印,董治宝,逯军峰,等 (3872)………………………………………
岩溶山区景观多样性变化的生态学意义对比———以贵州四个典型地区为例
罗光杰,李阳兵,王世杰,等 (3882)
……………………………………
……………………………………………………………………………
基于城市地表参数变化的城市热岛效应分析 徐涵秋 (3890)……………………………………………………
北京市土地利用生态分类方法 唐秀美,陈百明,路庆斌,等 (3902)………………………………………………
长白山红松臭冷杉光谱反射随海拔的变化 范秀华,刘伟国,卢文敏,等 (3910)…………………………………
臭冷杉生物量分配格局及异速生长模型 汪金松,张春雨,范秀华,等 (3918)……………………………………
渔山岛岩礁基质潮间带大型底栖动物优势种生态位 焦海峰,施慧雄,尤仲杰,等 (3928)………………………
食物质量差异对树麻雀能量预算和消化道形态特征的影响 杨志宏,邵淑丽 (3937)……………………………
桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征 张明阳,王克林,刘会玉,等 (3947)………
隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布 李彩霞,孙景生,周新国,等 (3956)………………………
不同抗病性茄子根系分泌物对黄萎菌的化感作用 周宝利,陈志霞,杜摇 亮,等 (3964)…………………………
镧在草鄄菇鄄土系统中的循环与生物富集效应 翁伯琦,姜照伟,王义祥,等 (3973)………………………………
鄱阳湖流域泥沙流失及吸附态氮磷输出负荷评估 余进祥,郑博福, 刘娅菲,等 (3980)………………………
柠条细根的分布和动态及其与土壤资源有效性的关系 史建伟,王孟本,陈建文,等 (3990)……………………
土壤盐渍化对尿素与磷酸脲氨挥发的影响 梁摇 飞,田长彦 (3999)………………………………………………
象山港海域细菌的分布特征及其环境影响因素 杨季芳,王海丽,陈福生,等 (4007)……………………………
近地层臭氧对小麦抗氧化酶活性变化动态的影响 吴芳芳,郑有飞,吴荣军,等 (4019)…………………………
抑制剂和安全剂对高羊茅根中酶活性和菲代谢的影响 龚帅帅,韩摇 进,高彦征,等 (4027)……………………
南苜蓿高效共生根瘤菌土壤的筛选 刘晓云,郭振国,李乔仙,等 (4034)…………………………………………
汉江上游金水河流域土壤常量元素迁移模式 何文鸣,周摇 杰,张昌盛,等 (4042)………………………………
基于地理和气象要素的春玉米生育期栅格化方法 刘摇 勤,严昌荣,梅旭荣,等 (4056)………………………
日光温室切花郁金香花期与外观品质预测模型 李摇 刚,陈亚茹,戴剑锋,等 (4062)……………………………
冀西北坝上半干旱区南瓜油葵间作的水分效应 黄摇 伟,张俊花,李文红,等 (4072)……………………………
专论与综述
鸟类分子系统地理学研究进展 董摇 路,张雁云 (4082)…………………………………………………………
自然保护区空间特征和地块最优化选择方法 王宜成 (4094)……………………………………………………
人类活动是导致生物均质化的主要因素 陈国奇,强摇 胜 (4107)…………………………………………………
冬虫夏草发生的影响因子 张古忍,余俊锋,吴光国,等 (4117)……………………………………………………
自然湿地土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌多样性的分子检测 佘晨兴,仝摇 川 (4126)………………………………
研究简报
塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价 贡摇 璐,张海峰,吕光辉,等 (4136)………………
高山森林凋落物分解过程中的微生物生物量动态 周晓庆,吴福忠,杨万勤,等 (4144)…………………………
生物结皮粗糙特征———以古尔班通古特沙漠为例 王雪芹,张元明,张伟民,等 (4153)…………………………
不同海拔茶园害虫、天敌种群及其群落结构差异 柯胜兵,党凤花,毕守东,等 (4161)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*306*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄07
封面图说: 内地多呈灌木状的沙棘,在青藏高原就表现为高大的乔木,在拉萨河以及雅鲁藏布江沿岸常常可以看到高大的沙棘
林和沼泽塔头湿地相映成趣的美丽景观。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 14 期
2011 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 14
Jul. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家科技支撑计划(2006BAD15B05); 河北省科技支撑计划(06220901D)
收稿日期:2011鄄03鄄08; 摇 摇 修订日期:2011鄄06鄄13
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: huangwei197025@ yahoo. com. cn
黄伟,张俊花,李文红,张立峰.冀西北坝上半干旱区南瓜油葵间作的水分效应.生态学报,2011,31(14):4072鄄4081.
Huang W,Zhang J H,Li W H,Zhang L F. Moisture effect analysis of pumpkin and oil sunflower intercropping in semi鄄arid area of northwest Hebei Province.
Acta Ecologica Sinica,2011,31(14):4072鄄4081.
冀西北坝上半干旱区南瓜油葵间作的水分效应
黄摇 伟1,*,张俊花1,李文红1,张立峰2
(1.河北北方学院农林科技学院, 宣化摇 075131; 2.河北农业大学农学院,保定摇 071001)
摘要:针对冀西北高原水源匮乏、利用低效问题,于 2009—2010 年在农业部张北农业资源与生态环境重点野外观测试验站通过
南瓜 / /油葵不同间作群体结构试验,探讨了该区南瓜水分高效的种植方式。 试验设南瓜单作( Sp),南瓜行间作 1 行油葵
(IC1),南瓜行间作 2 行油葵(IC2)和油葵单作(So)4 个处理。 结果表明,南瓜行间种植两行油葵(IC2)在南瓜生长中后期出现
了油葵与南瓜争夺水分的现象,而南瓜行间种植一行油葵(IC1)无此现象。 各处理间水量平衡各分量有较大的差异,在整个生
育时期降雨量为 201. 6mm的情况下,渗漏量占的比重非常小,并且土壤蓄水量变化均为负值,绝大部分水分都是以气态水蒸散
掉,但不同间作方式蒸散失水量不同,其中 IC1较 So、Sp和 IC2分别少散失土壤水分 36. 33% 、19. 00%和 34. 87% 。 得益于油葵
的偏利效应使南瓜经济产量下降 30. 00% —71. 42% ,而间种油葵单株产量相对单作田提高 190. 71%—241. 26% ,虽其土地当
量比 LER和水分当量比 WER分别达 1. 08—1. 22 和 1郾 07—1. 26,但 IC1复合群体的经济效益只能与南瓜单作田持平,其他处理
明显低于单作南瓜。 在冀西北高原雨养背景下,稀植高效的南瓜单作生产能够实现对区域水资源的高效利用。
关键词:南瓜;油葵;间作;土壤水分;水分利用
Moisture effect analysis of pumpkin and oil sunflower intercropping in semi鄄arid
area of northwest Hebei Province
HUANG Wei1,*,ZHANG Junhua1,LI Wenhong1,ZHANG Lifeng2
1 College of Agriculture and Forestry,Hebei North University,Xuanhua 075131,China
2 College of Agronomy,Agricultural University of Hebei,Baoding 071001,China
Abstract: In the recent years, the environment has deteriorated in the plateau in northwest Hebei Province. Farmland has
been converted to forestland and grassland following national policy. As the area of cultivated land has decreased, the
income of the rural population has reduced. In the past decade, out鄄of鄄season vegetables have been cultivated in meadow
chestnut soil, which accounts for 10%—15% of the total cultivated area. This has led to an increase in income of the rural
population. The area of sand chestnut soil, which accounts for 60%—70% of the total cultivated area, is not effectively
used. Improving the use of local resources, particularly sand chestnut soil, has become an important challenge. Pumpkin
can be used as both a vegetable and food crop and its economic value is 7—8 times more than that of naked oats. Because it
is drought tolerant and suitable for larger spaced planting, it is usually the first candidate crop used to improve the local
economy of arid areas. Experiments were conducted during 2009—2010 at the Zhangbei Agricultural Resource and
Ecological Environment Key Field Research Station, Hebei Province, China to study the water efficiency of the pumpkin鄄
planting patterns used in this area. Four patterns of pumpkin and oil sunflower intercropping were compared to determine
whether a stereo鄄planting pattern of pumpkin and oil sunflower can increase the efficiency of use of water and soil resources
and increase the economic value of crops in the plateau of northwest Hebei Province. The four planting patterns included
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sole cropping of pumpkin (Sp) and oil鄄sunflower (So), as well as intercropping with one row of oil sunflower (IC1), and
intercropping with two rows of oil sunflower (IC2) between pumpkin rows. Water balance, water use efficiency, variation of
water use among different stages and sites and yield were studied by monitoring soil water in each planting pattern. The
results showed that oil sunflower competed with pumpkin for soil water during the late growth stage of pumpkin in IC2 but
there was no water competition in IC1 . Total rainfall during the growing season was 201. 6 mm, and soil water balance
differed among treatments. In all cases, water percolation was low, and soil moisture storage was always negative. Nearly
all water loss occurred through evapotranspiration, which varied according to the soil treatment. The seasonal
evapotranspiration of plants in IC1was less than those of plants in So, Sp, and IC2, which measured 46. 57% , 41. 22% ,
and 46. 73% , respectively. The economic yield of pumpkin decreased from 30. 00% with IC1 to 71. 42% with IC2 .
Compared with So, oil sunflower intercropping increased the yield per plant from 190. 71% to 241. 26% , showing that oil
sunflower has some advantages over pumpkin. The land equivalent ratio of pumpkin to oil sunflower had a range of 1. 08—
1. 22, while the water equivalent ratio had a range of 1. 07—1. 26. The economic value of Sp was the greatest of the four
planting patterns; although it did not differ significantly from IC1, it was significantly lower than the other planting patterns.
In this region of rain鄄fed dry land farming, sparse planting of pumpkin, without oil sunflower intercropping, could allow
effective use of the water resources in the plateau of northern Hebei Province.
Key Words: pumpkin; oil sunflower; intercropping; soil moisture; water use
水资源匮乏,土壤贫瘠是旱地农业发展的主要限制因子[1],降水高效利用成为区域农作的核心[2]。 籍此
大量科学研究者针对不同旱作区改变作物布局,采取不同的栽培措施[3鄄4]以及作物抗旱性评价[5]等进行水资
源的高效利用研究。 而对于作物宽幅行间资源的有效利用,混农林业复合系统[6鄄8]和枣粮间作模式[9]等通过
作物的适量间种,发挥作物间对水分吸收的空间分异与时间分异与互补机制,提高了土地综合生产力[10]。 对
冀西北高原旱沙土壤的农田耗水特性研究表明,尽管作物间产量差异悬殊,但生长季农田耗水量相差不
大[11],适生作物与作物配置成为农田水分高效利用的核心。 南瓜抗旱耐瘠,适应性强,对土质要求不严,无论
山坡平地,或零星间隙,都可种植,经济效益高,现已成为冀西北高原坡梁旱地首选适生作物之一,而油葵植株
茎秆粗壮,早发性好,抗病性强,抗倒伏,较耐旱,耐涝,耐盐碱,耐瘠薄,生长势强,抗倒伏,耐高密、适应性广。
因此,生态脆弱的冀西北高原研究间种油葵的稀植南瓜田土壤水分时空变化、水量平衡、水分利用效率和经济
产值,以探索稀植作物南瓜与高秆作物油葵的间作模式对区域旱作水资源的利用效果,以及间种作物间的水
分竞争,为区域作物生产结构的调整与农田水土资源的高效利用提供理论与技术。
1摇 材料与方法
1. 1摇 试验条件
试验在河北省张家口市农业部张北农业资源与生态环境重点野外观测试验站(41毅11. 35忆N,114毅51. 20忆
E)进行,试验站海拔 1450 m,年均气温 2. 6 益,年均降雨量 399. 2 mm,年均蒸发量 1693. 0 mm,干燥度 2. 0,无
霜期 90—110 d[10]。
试验样地为岗梁砂质栗钙土,供试土壤的物理性状见表 1。
1. 2摇 试验设计
试验选择高秆作物油葵与蔓生作物南瓜,通过在南瓜的行间与不同比例的油葵间种,创造二作物间水分
竞争环境,进而监测田间水分变异特性。 试验设 4 个处理,各处理种植方式如表 2 和图 1。 田间采用随机区
组布局,小区面积 6 m 伊 4 m,3 次重复。
另外,建设长、宽、深各 3 m、2 m、1 m的体现以南瓜单作为基础间种油葵的渗漏池 4 个。 南瓜和油葵均采
用育苗移栽的方式,且均于 2009 年 5 月 14 日在小拱棚育苗,待南瓜苗和油葵苗两片真叶展开时(6 月 3 日)
定植大田,定植前一次性施入底肥,每小区施入磷酸二铵2kg。南瓜种植行作成沟垄状,垄沟深5—7cm,
3704摇 14 期 摇 摇 摇 黄伟摇 等:冀西北坝上半干旱区南瓜油葵间作的水分效应 摇
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表 1摇 供试土壤的物理性状
Table 1摇 Physical characteristics of the tested soil
土层深度
Depth of Soil
/ cm
容重
Bulk density
/ (g / cm3)
总孔隙度
Total porosity
/ %
田间持水量
Field capacity
/ %
凋萎湿度
Wilting moisture
/ %
土壤有效水
Soil available water
/ % / mm
摇 0—20 1. 53 41. 88 19. 71 4. 06 15. 65 31. 29
20—40 1. 56 40. 74 10. 26 3. 10 7. 16 14. 31
40—60 1. 77 32. 82 9. 64 3. 51 6. 13 12. 25
60—80 1. 64 37. 73 13. 15 3. 26 10. 39 20. 77
80—100 1. 61 38. 86 20. 60 3. 20 17. 40 34. 79
表 2摇 各处理种植方式
Table 2摇 Plant pattern of treatments
处理
Treatment
油葵行株距
Row and plant spacing of
oil sunflower
南瓜行株距
Row and plant spacing of
pumpkin
油葵单作 Oil sunflower Sole crop(So) 50cm伊25cm —
南瓜间作油葵 1 行
Pumpkin intercropping with one row oil sunflower(IC1)
200cm伊25cm 200cm伊45cm
南瓜间作油葵 2 行
Pumpkin intercropping with two row oil sunflower (IC2)
150cm伊25cm
50cm伊25cm 200cm伊45cm
南瓜单作 Pumpkin Sole crop(Sp) — 200伊45
取土测水样点 地膜
油葵
南瓜
南瓜单作(Sp) 南瓜间作油葵1行(IC1)
南瓜间作油葵2行(IC2) 油葵单作(So)
图 1摇 各处理种植方式简图
Fig. 1摇 The diagram of plant patterns
垄沟宽 60 cm,南瓜定植在垄沟内,定植后在垄沟上覆盖 80 cm宽的地膜(图 1)。 渗漏池内 Sp 、IC1、 IC2均种
植 1 行南瓜,IC1种植 1 行油葵、IC2种植 2 行油葵,S0种植 4 行油葵。 油葵定植在南瓜蔓爬行的畦面上。 定植
时每株南瓜和油葵均浇水 1 kg,以利幼苗成活。 以后南瓜和油葵均不再浇水,而是采用雨养旱作进行生产。
南瓜和油葵土壤水分取样点处在同一水平面上。 各处理均采用一般大田管理,8 月 22 日收获。 2010 年重复
4704 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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2009 年试验,两年结果基本一致,数据采用 2009 年试验数据。
1. 3摇 研究方法
土壤含水量采用烘干法测定,从 6 月 3 日开始至 8 月 22 日结束。 期间每隔 10 d测定 1 次,分别测定南瓜
种植行即 0 cm位点处、距南瓜种植行 50 cm位点处、距南瓜种植行 100 cm位点处 0—80 cm土层土壤的含水
量和单作油葵 0—80 cm土层土壤的含水量,每 10 cm一层。 采用渗漏池(长、宽、深为 3 m、2 m、1 m)监测各
处理土壤渗漏量(D),渗漏池作物种植方式同大田。
水量平衡的计算采用水量平衡方程:P=R+E+吟W,其中,P为大气降水;R 为地下渗漏;E 为蒸散量,蒸散
量的计算采用水量平衡法,即蒸散量[12]E=P-R-吟W。 吟W为土壤蓄水变化量。
土壤蓄水量采用分层计算法,计算公式为[13]:
Wi =0. 1hi fidi,其中Wi为第 i土层的蓄水量(mm);hi为 i层土壤厚度(cm);fi为 i层土壤的含水量(重量百
分数);di为 i层土壤容重(g / cm3)。
农田耗水量(WU)=作物生育期降水量(P)-种收土壤蓄水变化量(吟W)-降水渗漏量(D)
土地当量比(LER)= Y1 / Y1 忆+ Y2 / Y2 忆+…+ Yi / Yi忆
式中,Yi为间作中各作物单位面积的产量;Yi忆为各作物相同条件下单作单位面积的产量,i 为间作中的各
作物[14]。
间作水分当量比(WER)= W1 / W1 忆+ W2 / W2 忆…+ Wi / Wi忆
式中,Wi为间作中各作物单位水量的产量,Wi忆为各作物相同条件下单作单位水量的产量,i为间作中的各
作物。
南瓜和油葵实测小区产量,然后每小区取 5 株,称其鲜重,烘干后测干重、出干率,计算南瓜和油葵的干物
质生产量。
本试验结果中产值水分利用效率的计算公式为:
产值水分利用效率=单位面积经济产值(元 / hm2) / 耗水量(mm)
耗水量= 灌水量(mm)+ 降雨量(mm)
试验数据采用 Excell作图和 DPS软件进行方差分析。
2摇 结果与分析
10.015.0
20.025.0
30.035.0
40.045.0
50.055.0
60.065.0
70.0 Sp IC2 IC1
日期 Date
(1) (2) (3)0—
40cm
土壤
含水
量
0—4
0cm
soil w
ater c
onten
t/mm
06-3
0
06-1
4
06- 2
3
07-0
4
07-1
3
07-2
3
08-0
2 08-1
2
08-2
2
06-0
3
0 6-1
4 06-2
3
07-0
4 07-1
3 07-2
3
08-0
2 08-1
2
08-2
2 06-0
3
06-1
4 06-2
3
07-0
4 07-1
3
07-2
3
08-0
2 08-1
2
08-2
2
图 2摇 不同处理南瓜种植行间不同位点 0—40cm土层土壤含水量
Fig. 2摇 Soil water content of 0—40 cm at different sites of pumpkin strip in different treatments
(1)为南瓜种植行即 0 cm位点处; (2)为距南瓜种植行 50 cm位点处; (3)为距南瓜种植行 100 cm位点处
2. 1摇 间种油葵对南瓜田同一位点土壤水分的时序影响
距南瓜种植行不同位点处 0—40 cm土层的土壤含水量变化时序如图 2。 在南瓜种植行即 0 cm 位点处
0—40 cm土层土壤水分于苗期(6 月 3 日—6 月 23 日)各处理间无明显的差别,抽蔓开花期(6 月 23 日—7 月
5704摇 14 期 摇 摇 摇 黄伟摇 等:冀西北坝上半干旱区南瓜油葵间作的水分效应 摇
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23 日),间作(IC1和 IC2)较南瓜单作(Sp)的土壤含水量高,到此期结束间作(IC1和 IC2)较南瓜单作(Sp)土壤
含水量分别高 6. 99 mm和 9. 59 mm;结果期(7 月 23 日—8 月 22 日),IC1一直高于 Sp,到收获时 0—40 cm土
壤含水量高于 Sp0. 58 mm;而 IC2整个结果期均低于 Sp,收获时较 Sp 低 4. 19 mm,IC2中油葵的超额耗水对南
瓜种植行的水分消耗产生了明显竞争。
距南瓜种植行 50 cm位点处 0—40 cm土层的土壤水分含量与南瓜种植行即 0 cm位点处相近。
图 2 表明,南瓜开花之前(7 月 4 日)距南瓜种植行 100 cm位点处,由于无瓜蔓覆盖,Sp0—40 cm 土层的
土壤含水量最低,而相应 IC1和 IC2于 7 月 4 日高出 Sp7. 26 mm和 3. 27 mm;南瓜开花之后,瓜蔓的行间遮盖与
油葵成长蒸腾改变了 100 cm位点处水分态势,表现为 Sp 含水量最高,间种油葵田低,到收获时 Sp 较 IC1和
IC2分别高出 2. 09 mm和 5. 69 mm。
间种油葵后的南瓜田及距南瓜种植行不同位点处 40—80 cm土层土壤水分变化(图 3)与 0—40 cm土层
(图 2)相似,只是由于土层加深,气象因素影响减弱,而各处理与各位点处的含水量变幅相应减小。 图 3 表
明,IC2不仅油葵根系在高强度消耗土壤水分,而在南瓜坐果期(7 月 23 日)后,其水分争夺效应直接波及南瓜
种植行,收获期南瓜种植行即 0 cm位点处 40—80 cm土层含水量 IC2较 Sp 降低 7. 43 mm,距南瓜种植行 100
cm 位点处 40—80 cm土层含水量 IC2较 Sp降低 7. 02 mm;而 IC1则使南瓜种植行即 0 cm位点处 40—80 cm土
层含水量较 Sp增高 6. 39 mm。 间种 1 行油葵不产生对南瓜种植行的水分竞争。
05.0
10.015.0
20.025.0
30.035.0
40.045.0
50.055.0 Sp IC2 IC1
(1) (2) (3)
日期 Date
40—
80cm
土壤
含水
量
40—
80cm
soilw
ater c
onten
t/mm
06-0
3
06-1
4 06-2
3
07-0
4 07-1
3
07-2
3
08-0
2
08-1
2
08-2
2 06-0
3
06-1
4 06-2
3
07-0
4 07-1
3 07-2
3
08-0
2
08-1
2 08-2
2
06-0
3 06-1
4 06-2
3
07-0
4 07-1
3
07-2
3
08-0
2
08-1
2 08-2
2
图 3摇 不同处理南瓜行间不同位点 40—80 cm土层土壤含水量
Fig. 3摇 Soil water content of 40—80 cm at different sites of pumpkin strip in different treatments
2. 2摇 间种油葵对南瓜田不同时期不同位点土壤水分含量的影响
表 3 表明,在南瓜生育前期(6 月 3 日—6 月 23 日),距南瓜种植行不同位点的土壤含水量差异明显。 由
于地膜的保水效应,南瓜种植行即 0 cm位点处 0—80 cm土层土壤水分含量 Sp、IC1和 IC2平均高出距南瓜种
植行 50 cm位点处 3. 84 mm、2. 59 mm和 8. 60 mm,高出距南瓜种植行 100 cm位点处 9. 95 mm、10. 76 mm和
10. 57 mm,冀西北高原春季多风低湿环境造成了土壤水分的强烈蒸发。
表 3摇 南瓜不同发育时期不同位点土壤水分含量 / mm
Table 3摇 Soil water content of pumpkin at different sites during different periods / mm
处理
Treatment
苗期(6 月 3 日—6 月 23 日)
Seedling stage (Jun3—Jun23)
0 cm 50 cm 100 cm
抽蔓开花期(6 月 23 日—7 月 23 日)
Vine鄄extending and flowering stage
(Jun23—Jul23)
0 cm 50 cm 100 cm
果实生长期(7 月 23 日—8 月 22 日)
Fruits growing stage
(Jul23—Aug22)
0 cm 50 cm 100 cm
Sp 91. 98a 88. 14b 82. 03a 80. 63b 79. 74b 77. 60a 57. 18b 62. 96b 59. 75a
IC1 93. 15a 90. 56a 82. 39a 87. 31a 86. 71a 76. 48a 66. 56a 70. 06a 58. 97a
IC2 94. 02a 85. 42b 83. 45a 84. 28b 76. 16b 70. 96b 51. 28c 58. 05c 48. 97b
摇 摇 字母相同表示 LSD多重比较差异不显著(小写字母 P<0. 05,大写字母 P<0. 0 1)
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进入南瓜生育中期(6 月 23 日—7 月 23 日),南瓜与间种油葵迅速生长,期间亦为区域雨季,土壤含水量
随降水大幅度波动,不同位点含量表现仍为南瓜种植行即 0 cm位点处>距南瓜种植行 50 cm 位点处>距南瓜
种植行 100 cm位点处,地膜的抗蒸保水作用明显。
南瓜生育后期(7 月 23 日—8 月 22 日),降水量减少,而作物进入产量形成期,耗水强度增加。 表 3 表明,
南瓜田各位点土壤含水量大幅度下降,到后期 Sp、IC1和 IC23 个不同处理的南瓜种植行即 0 cm 位点、距南瓜
种植行 50 cm位点和距南瓜种植行 100 cm 位点 0—80 cm 土层土壤平均含水量降到了 51. 28—66. 56 mm,
58郾 05—70. 06 mm, 48. 97—59. 75 mm,而未有根群直接耗水的 Sp处理的 100 cm位点含水量同样降至 59. 75
mm。 表明这一时期减蒸发保蒸腾一直成为冀西北高原土壤水分管理的关键。
2. 3摇 间种油葵对南瓜田不同时期土壤水分含量随土层深度变化的影响
各处理不同土层土壤水分含量在南瓜和油葵整个生育期间的变化如图 4 所示。 随着土层深度的变化,各
处理不同土层的土壤含水量也在变化:0—20 cm 土层土壤为浅层土壤,受外界大气因子的影响,优先接受降
水,因此其土壤含水量上升快,但又因为受地表蒸发和植株蒸腾的影响,其土壤含水量下降也较快,因此其土
壤含水量变化幅度较大;20—40 cm土层土壤含水量变化幅度略小于 0—20 cm。 40—60 cm土层由于受地表
蒸发作用消耗水分相对较小,同时又可接受上层土壤下渗的水分,另外,当根系吸收水分使土壤含水量降低
时,可以通过根系的提水作用使深层水分上移,因此,该层土壤水分变化相对较缓和。 60—80 cm 土层土壤接
受降雨更少,又没有下层的水分补给,再加上土壤水分容易形成渗漏,其含水量最小,变化幅度也最小。
0
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日期 Date
Sp IC1 IC2
0—20cm 20—40cm 40—60cm 60—80cm
含水
量 W
ater c
onten
t/mm
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4 06-2
3
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4 07-1
3 07-2
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图 4摇 不同处理生育期间不同层次土壤含水量
Fig. 4摇 Soil water content of different soil layers over time by treatments Sp,IC1,and IC2
图 4 表明,各处理不同土层土壤含水量在 8 月 2 日前表现出了相同的趋势, 即 0—20 cm 和 20—40 cm>
40—60 cm>60—80 cm;8 月 2 日后则发生了变化,40 cm以下土层土壤含水量高于 40 cm 以上土层土壤含水
量,这是由于此期降雨量较少,地表的蒸发和植株的蒸腾不断消耗 0—40 cm 土层的水分,而对 40—80 cm 土
层影响较小的所致。
2. 4摇 间种油葵田的水量平衡时序分析
不同生育阶段各间作与单作水量平衡各分量变化如表 4。 表 4 表明在南瓜苗期阶段(6 月 3 日—6 月 23
日)蒸散量均小,占全生育期的 6. 93%—11. 16% ,Sp 大部分土壤裸露,其蒸散占降水量的比例最大为
60郾 58% ,各处理均表现为土壤蓄水。 抽蔓开花期(6 月 23 日—7 月 23 日)随着植株的生长,各处理蒸散量加
大,此阶段蒸散量占全生育期的 40. 21%—53. 87% ,土壤蓄水量由盈余渐转亏损,IC1由于对地表的遮荫与其
相对较小的油葵生物量,其蒸散量为最小,阶段土壤贮水增加 9. 28 mm,而同期单作油葵的强烈耗水蒸散系数
达 126. 04% ,阶段土壤水分亏损 25. 63 mm。 果实生长期植株的旺盛生长,阶段蒸散量占全生育期的
39郾 21%—50. 53% ,由于降水不足,土壤成为蒸散耗水的主要供体,此期在油葵强烈耗水带动下,IC2和 IC1耗
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亏土壤水分达 47. 88 mm与 48. 71 mm,而 S0则由于田间前期耗水量大,此期土壤可耗之水减少,土壤供水量
少,以至其下部叶片萎蔫干枯。
生育期降水的渗漏支出所占比重很小,只有 0. 07%—0. 41% ,87. 81%—91. 88%的农田蒸散耗水由降水
提供,土壤水分的供应特别是生育后期的土壤水供应对作物产量形成起着重要作用,此期油葵相比南瓜更强
的耗水能力使间种田生育后期耗水竞争力更强,南瓜处于争水劣势。
表 4摇 不同处理的水量平衡比较
Table 4摇 Comparision of water balance in different treatments
时期
Stages
降雨量
(收入)
Rainfall
/ mm
处理
Treat鄄ment
支出 Payout / mm
渗漏量
Water
percolation
土壤蓄水
变化量
Variation of
soil water
storage
蒸散量
Evaporation
渗漏系数
Percolation
coefficient
/ %
土壤蓄水
变化 /收入
Variation of
soil water
storage /
Rainfall / %
蒸散 /收入
Evaporation
/ Rainfall
/ %
苗期 Seedling stage 41. 2 So 0. 016b 25. 26a 15. 92c 0. 04 61. 31 38. 64
Sp 0. 016b 16. 22c 24. 96a 0. 04 39. 37 60. 58
IC1 0. 084a 20. 78b 20. 33b 0. 20 50. 44 49. 34
IC2 0. 013b 20. 63b 20. 56b 0. 03 50. 07 49. 90
抽蔓开花期 98. 1 So 0. 080c -25. 63c 123. 67a 0. 08 26. 12 126. 04
Vine鄄extendi鄄ng and Sp 0. 121b 1. 12b 96. 88b 0. 12 1. 14 98. 74
flowering stage IC1 0. 619a 9. 28a 88. 22c 0. 63 9. 46 89. 91
IC2 0. 142b -0. 33b 98. 31b 0. 14 0. 34 100. 19
果实生长期 62. 3 So 0. 043c -27. 76a 90. 02c 0. 07 44. 56 144. 49
Fruits growing stage Sp 0. 006d -39. 48b 101. 77b 0. 01 63. 37 163. 35
IC1 0. 130a -48. 71c 110. 88a 0. 21 78. 19 177. 98
IC2 0. 080b -47. 88c 110. 10a 0. 13 76. 85 176. 72
总计 Total 201. 6 So 0. 139c -28. 13c 229. 59a 0. 07 14. 04 113. 88
Sp 0. 143c -22. 14b 223. 60b 0. 07 10. 98 110. 91
IC1 0. 833a -18. 65a 219. 42c 0. 41 9. 25 108. 84
IC2 0. 235b -27. 59c 228. 96a 0. 12 13. 69 113. 57
2. 5摇 南瓜油葵间作与单作的产量和水分利用效果
间作条件下,高秆油葵与蔓生南瓜地上株体不同的受光态势、地下根系不同的空间分布及对水分、养分的
竞争与耦合效应,共同决定了复合群体的生产效果。 表 5 表明,随间种油葵数量的增加,南瓜产量显著下降,
IC1经济产量较 Sp降低了 30. 00% ,IC2较 Sp降低了 71. 42% ;而间种油葵单株产量相对单作田显著提高,IC2
较 So提高了 190. 71% ,IC1较 So提高了 241. 26% 。 间种两作物与单作田产量变化的比较,表明油葵具有更强
的资源竞争能力,在复合群体中表现偏利效应,而南瓜处于偏害地位。
以限制性资源比较不同群体的生产效果表明,得益于油葵增产对南瓜减产的超补偿作用,IC2的 LER 为
1. 08,IC1为 1. 22;而考虑旱区更为短缺的水分资源,以 WER为评价指标,IC2的 WER为 1. 07,IC1达 1. 26。 基
于单作南瓜 1. 43 倍于单作油葵的经济效益优势,IC1的油葵产量超补偿使其经济产值与单作南瓜田持平,而
IC2则减效 20. 69% ;相应产值水分效率 IC1与 SP持平,IC2与 SO较 Sp降低 22. 55%—33. 14% 。
3摇 讨论
冀西北高原生境干旱,水分成为限制该地区农业发展的主因子,故选择抗旱作物、合理的种植方式和调整
种植结构成为必要。 选用早熟耐旱的南瓜采取聚水、集肥、覆膜的栽培措施,使大气供水与作物耗水时序吻
合,降水聚集在南瓜根区集约利用,南瓜伸蔓后逐渐覆盖行间减弱土面蒸发,光热资源得以充分利用,南瓜产
量得以保证。 本研究结果表明,间种 1 行油葵不产生对南瓜种植行的水分竞争,间种两行油葵对南瓜种植行
的水分产生了明显竞争。 随间种油葵数量的增加,南瓜产量显著下降,IC1经济产量较 Sp 降低了 30. 00% ,IC2
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较 Sp降低了 71. 42% ;而间种油葵单株产量相对油葵单作田显著提高,IC2较 So提高了 190. 71% ,IC1较 So 提
高了 241. 26% 。 其原因显然不只与土壤资源竞争有关,更多的会涉及地上光热资源的竞争关系[15鄄16]。 这也
与周可金等研究油菜与紫云英间混作系统的生理生态效应后得出的结论“间作产量优势的作物生态基础主
要有两个方面,一是地上部光、热资源的充分利用,二是地下部水分和养分资源的充分利用冶是一致的[17]。
表 5摇 不同处理产量和水分利用效率
Table 5摇 Yield and water use efficiency of different treatments
项目
Item
SP
IC1
南瓜
Pumpkin
油葵
Sunflower
IC2
南瓜
Pumpkin
油葵
Sunflower
SO
生物产量
Dry biomass yield / (kg / hm2)
3922. 22aA 2986. 66bB 4744. 70cC 1387. 57cB 7520. 00bB 10320. 00aA
经济产量
Economic yield / (kg / hm2)
10277. 78aA 7194. 44bA 1530. 00cC 2937. 50cB 2606. 70bB 3586. 70aA
经济产值
Economic value / (元 / hm2)
20555. 60aA 20508. 90aA 16301. 80bB 14346. 80cB
耗水量
Water consumption / mm 223. 60a 219. 42a 228. 96a 229. 59a
产值水分利用效率
WUE of economics / (元·mm-1·hm-2)
91. 93a 93. 47a 71. 20b 62. 49c
产量土地当量比 LER of biomass 1. 00 1. 22 1. 08 1. 00
产量水分当量比 WER of biomass 1. 00 1. 26 1. 07 1. 00
在本研究中,南瓜和油葵苗期生长量小,油葵没有对南瓜形成遮阴,植株都能有效利用光热资源,各处理
间土壤水分无显著差异;进入抽蔓开花期后,间作 IC1和 IC2较南瓜单作 Sp 的土壤含水量高,其原因可能由于
南瓜进入抽蔓开花期后,油葵处于开花结籽初期,此期油葵植株高度增加,南瓜瓜蔓伸长,随着南瓜冠层与油
葵的接近,油葵使南瓜冠层的光合辐射减量,并使周围温度有所降低,进而导致土壤水分蒸发减少。 南瓜进入
结果期后,油葵进入籽粒充实期,均为作物产量形成期,由于此期降水量减少,作物耗水强度激增,但 IC1由于
只有一行油葵,对地表的遮荫与其相对较小的油葵生物量,其蒸散量小,对南瓜造成的影响较小,IC2由于油葵
数量加倍,其耗亏水分多于 IC1,影响了南瓜的正常生育,使南瓜产量较单作降低幅度大,单作油葵 S0则由于
田间前期耗水量大,此期土壤可耗之水减少,土壤供水量少,以至其下部叶片萎蔫干枯,因而其产量明显低于
间作。 所以在作物生育后期,高额的农田土面蒸发消耗了土壤水资源,减蒸发保蒸腾一直成为冀西北高原土
壤水分管理的关键。
根系与地上部的生长紧密相关,相互影响[18]。 本研究中,油葵和南瓜间作后,由于油葵的竞争上位优势,
南瓜根系的生长发育可能受到了一定程度的抑制,致使间作南瓜根系性状低于单作南瓜,间作油葵根系性状
高于单作油葵。 这是由于在冀西北高原无霜期短,绝大部分作物生长在同一时期,因此,南瓜和油葵根系的生
长在时间上不存在补偿效应,这不同于张恩和等研究小麦与大豆间套作复合群体根系生长在年生长期内显示
双峰交错性[19],也不同于刘浩等研究冬小麦和春玉米复合群体中麦收后对玉米的时间补偿效应[20],同时冀
西北高原坡梁地土壤贫瘠,各种作物的根系主要集中在耕作层[21],因此,间作后两作物的根系在空间上的分
布可能也无明显的交错性。
Morris R A[22]等对间作复合群体相对于单作水分消耗和利用效率的评价采用以下方法,间作相对于单作
的水分捕获量(吟WU)= [ WUic / (Pa WUsa+Pb WUsb)] -1;间作相对于单作的水分利用效率(吟WUE)= {(Yic /
WUic) / [(PaYa / WUsa)+(PbYb /WUsb)]} -1;式中 ic表示作物 a、b间作;sa、sb表示作物 a、b单作;Pa、Pb表示两
种作物 a、b在间作中所占的比例;Y 为产量。 其对于规则的且两作物都平行向上生长的间作应用很方便,但
对很难确定间作作物之间比例或间种作物呈垂直生长形式的间混作,计算很困难。 因此本文提出了水分当量
比(WER)的概念,即获取与间作同等产量作物单作要求水分的总和。 这就为不规则间混作对于单作的水分
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利用效率评价提供了方便。 本研究通过南瓜田间种植油葵,由于其地上部形成了垂直生长的复合体系,很难
说清两种作物的种植比例,应用 WER 评价了此种植复合体系的水分利用效率,发现该复合群体的 WER 达
1郾 07—1. 26,这得益于油葵的强水分竞争能力;然而研究表明,南瓜椅油葵的经济产值却与WER相悖变化,只
能持平与低于南瓜单作田;这在间种作物的生产优势与经济优势相左的背景下通常出现,上位低效作物与下
位高效作物的间作[23]使经济效益降低。 由此,在兼具生产与经济优势的主作物田间种群结构的基础上,适量
配置副作物组成复合群体,是为间作成功的重要机制。
4摇 结论
冀西北高原在经济高效的主作物南瓜行间种植经济效益低的副作物油葵,其复合群体共生期没有明显的
水分竞争,虽共生后期油葵生长旺盛需水量大,尤其是南瓜田种植两行油葵出现了油葵与南瓜争夺水分的现
象,由于油葵的竞争强势使南瓜的产量与南瓜单作相比下降 30. 00%—71. 42% ,而间种油葵单株产量相对单
作田提高 190. 71%—241. 26% ,其复合群体的土地当量比 LER 和水分当量比 WER 分别达 1. 08—1. 22 和
1郾 07—1. 26,但其经济效益与南瓜单作相比相形见绌。 因此,该地区单作南瓜的栽培模式是区域经济高效、水
资源高效利用的农作生产有效方式。
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1804摇 14 期 摇 摇 摇 黄伟摇 等:冀西北坝上半干旱区南瓜油葵间作的水分效应 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 14 July,2011(Semimonthly)
CONTENTS
The sensitivity of Xiamen忆s three industrial sectors to land use changes HUANG Jing, CUI Shenghui, LI Fangyi, et al (3863)……
Desertification and change of landscape pattern in the Source Region of Yellow River
HU Guangyin, DONG Zhibao, LU Junfeng, et al (3872)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Comparison of ecological significance of landscape diversity changes in karst mountains: a case study of 4 typical karst area in
Guizhou Province LUO Guangjie, LI Yangbing,WANG Shijie,et al (3882)………………………………………………………
Analysis on urban heat island effect based on the dynamics of urban surface biophysical descriptors XU Hanqiu (3890)……………
Primary exploration on the ecological land use classification in Beijing TANG Xiumei,CHEN Baiming,LU Qingbin,et al (3902)……
Changes of spectral reflectance of Pinus koraiensis and Abies nephrolepis along altitudinal gradients in Changbai Mountain
FAN Xiuhua, LIU Weiguo, LU Wenmin, et al (3910)
……………
……………………………………………………………………………
Biomass allocation patterns and allometric models of Abies nephrolepis Maxim
WANG Jinsong, ZHANG Chunyu, FAN Xiuhua, et al (3918)
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……………………………………………………………………
Niche analysis of dominant species of macrobenthic community at a tidal flat of Yushan Island
JIAO Haifeng, SHI Huixiong, YOU Zhongjie, et al (3928)
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The influence of different food qualities on the energy budget and digestive tract morphology of Tree Sparrows passer montanus
YANG Zhihong, SHAO Shuli (3937)
………
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The response of ecosystem service values to ambient environment and its spatial scales in typical karst areas of northwest Guangxi,
China ZHANG Mingyang, WANG Kelin,LIU Huiyu,et al (3947)…………………………………………………………………
Root morphology characteristics under alternate furrow irrigation LI Caixia, SUN Jingsheng, ZHOU Xinguo, et al (3956)……………
Allelopathy of the root exudates from different resistant eggplants to verticillium wilt (Verticillium dahliae Kleb. )
ZHOU Baoli, CHEN Zhixia, DU Liang, et al (3964)
……………………
………………………………………………………………………………
Biological cycle and accumulation of lanthanum in the forage鄄mushroom鄄soil system
WENG Boqi,JIANG Zhaowei,WANG Yixiang, et al (3973)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Evaluation of soil loss and transportation load of adsorption N and P in Poyang Lake watershed
YU Jinxiang, ZHENG Bofu, LIU Yafei, et al (3980)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of soil resource availabilities on vertical distribution and dynamics of fine roots in a Caragana korshinskii plantation
SHI Jianwei, WANG Mengben, CHEN Jianwen,et al (3990)
…………
………………………………………………………………………
Effects of soil salinization on ammonia volatilization characteristics of urea and urea phosphate
LIANG Fei, TIAN Changyan (3999)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Distribution of marine bacteria and their environmental factors in Xiangshan Bay
YANG Jifang,WANG Haili, CHEN Fusheng, et al (4007)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Concentration of O3 at the atmospheric surface affects the changes characters of antioxidant enzyme activities in Triticum aestivum
WU Fangfang, ZHENG Youfei, WU Rongjun, et al (4019)
…
………………………………………………………………………
Effects of inhibitor and safener on enzyme activity and phenanthrene metabolism in root of tall fescue
GONG Shuaishuai, HAN Jin, GAO Yanzheng, et al (4027)
…………………………………
………………………………………………………………………
Screening of highly鄄effective rhizobial strains on Alfalfa (Medicago polymorpha) in soil
LIU Xiaoyun,GUO Zhenguo, LI Qiaoxian, et al (4034)
………………………………………………
……………………………………………………………………………
Geochemical evolution processes of soil major elements in the forest鄄dominated Jinshui River Basin, the upper Hanjiang River
HE Wenming, ZHOU Jie, ZHANG Changsheng, et al (4042)
………
……………………………………………………………………
Integrating geographic features and weather data for methodology of rasterizing spring maize growth stages
LIU Qin,YAN Changrong, MEI Xurong, et al (4056)
……………………………
………………………………………………………………………………
A model for predicting flowering date and external quality of cut tulip in solar greenhouse
LI Gang,CHEN Yaru,DAI Jianfeng,et al (4062)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Moisture effect analysis of pumpkin and oil sunflower intercropping in semi鄄arid area of northwest Hebei Province
HUANG Wei,ZHANG Junhua,LI Wenhong,et al (4072)
……………………
…………………………………………………………………………
Review and Monograph
Theoretical backgrounds and recent advances in avian molecular phylogeography DONG Lu, ZHANG Yanyun (4082)………………
A review on spatial attributes of nature reserves and optimal site鄄selection methods WANG Yicheng (4094)…………………………
Human activities are the principle cause of biotic homogenization CHEN Guoqi, QIANG Sheng (4107)………………………………
Factors influencing the occurrence of Ophiocordyceps sinensis ZHANG Guren, YU Junfeng, WU Guangguo, et al (4117)……………
Molecular detection of diversity of methanogens and methanotrophs in natural wetland soil SHE Chenxing, TONG Chuan (4126)……
Scientific Note
Soil quality assessment of continuous cropping cotton fields for different years in a typical oasis in the upper reaches of the Tarim
River GONG Lu, ZHANG Haifeng, L譈 Guanghui, et al (4136)…………………………………………………………………
Dynamics of microbial biomass during litter decomposition in the alpine forest
ZHOU Xiaoqing, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (4144)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………
The aerodynamic roughness length of biologicalsoil crusts:a case study of Gurbantunggut Desert
WANG Xueqin, ZHANG Yuanming, ZHANG Weimin, et al (4153)
………………………………………
………………………………………………………………
Differences among population quantities and community structures of pests and their natural enemies in tea gardens of different
altitudes KE Shengbing, DANG Fenghua, BI Shoudong, et al (4161)……………………………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 14 期摇 (2011 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 14摇 2011
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