全 文 ：第 18 卷
第 2 期

Vol. 18
No. 2
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2010 年
3 月

Mar .

2010
宁南旱区坡地不同粮草间作模式下
产量和土壤水分利用效应
路海东1 , 贾志宽1* , 杨宝平1, 李永平2 , 刘世新2
( 1. 西北农林科技大学农学院, 陕西 杨凌
712100; 2. 固原市农科所, 宁夏 固原
756000)
摘要: 在宁夏南部旱区 5
坡地上,于 2007 年 5 月- 2008 年 10 月连续 2 年研究 6 个不同粮草间作(谷子( Setar ia
italica ( L. ) Beauv . )或糜子(P anicum miliaceum L. )间作苜蓿( Medicago sativ a L . ) )模式与粮食单作(对照处理)
模式下的作物产量、土壤水分及水土流失特征, 以探讨最佳的种植模式。结果表明, 同粮食单作相比, 02
04、04

08、06
06A、04
02、08
04、06
06B等 6 个粮(谷子或糜子)草(苜蓿)间作种植模式土壤水分含量明显增加, 粮
食作物水分利用效率提高 0. 41- 2. 15 kg / m3 , 产量增加 2. 13% - 23. 88% , 地表径流减少 18. 58% - 74. 90% ,泥沙
径流减少 30. 14% - 100%。不同粮草间作种植模式比较,坡顶以苜蓿条带开头的 02
04 间作条带种植模式的综
合增产效果最佳。
关键词:粮草间作, 坡耕地,土壤水分, 水土流失
中图分类号: S344. 2



文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2010) 02
0242
05
Influence of Different Grain
grass Intercropping System on Yield and Soil
Water Use Efficiency on Sloping Lands in Dryland Areas of South
Ningxia Hui Autonomous Region
LU Hai
dong1 , JIA Zhi
kuan1* , YAN G Bao
ping1 , L I Yong
ping2 , L IU Shi
x in2
( 1. College of Agronomy, Northw es t A& F Un iversity, Yangl ing, S haanxi Province 712100, China;
2. Guyuan In st itu te of Agricultu ral Sciences, Guyuan, Nin gxia H ui Auton om ous Region 756000, China)
Abstract: T he product ivity, soil moisture, and so il and w ater erosion characteristics of six grain
g rass in

tercropping modes of fox tail millet ( S etaria i tali ca ( L . ) Beauv. ) or bro omcorn m illet ( Panicum mil iace

um L. ) + alfalfa (M edicago sat iv a L. ) and gr ain monoculture mode as control w ere studied by a f ield t rial
on 5
slopes in south region o f N ingxia Hui Autonomous Reg ion fr om M ay 2007 to October 2008. The re

sults show that the soil mo isture content w as significant ly increased, the w ater use eff iciency o f food cr ops
impr oved 0. 41 - 2. 15 kg/ m
3
, g rain yield increased 2. 13- 23. 88% , sur face runoff reduced 18. 58 -
74. 90%, and sediment runof f decr eased 30. 14- 100% under six g rain+ alfalfa intercropping modes ( 02

04, 04
08, 06
06A, 04
02, 08
04, and 06
06B) in compar ison w ith the monoculture of grain crops.
Among the dif ferent gr ain
g rass inter cropping modes, the integrated ef fect o f productivity increment o f 02:
04 mode w ith alfalfa as the start ing crop at top o f the slope w as the best.
Key words: Grain
grass intercropping; Sloping cult ivated land; Soil moisture; Soil and w ater er osion


宁夏南部大都属黄土高原半干旱区, 水分供应
不足是制约作物生长的主要因素[ 1] ,同时 80%以上
坡耕地因受雨季暴雨侵蚀, 造成大量土壤水分和土
壤养分流失,导致土壤退化[ 2] ;该区农业生产主要依
赖天然降水, 该区年降水量 280- 450 mm , 气候干
燥,蒸发强烈,无效、微效降水日数多,有效降水日数
少,严重影响有效降水的利用效率[ 2] ;传统坡改梯技
术由于投资大、费工、费时、易塌方等不足,应用上存
在很多局限。为此, 探索简单易行, 且具有良好生
态、经济和社会效应的坡地水土保持措施显得尤为
迫切和重要。蔡强国[ 5] 的研究表明: 植物篱笆具有
显著的减水、减沙效果,并可通过拦沙和截茬还田 2
种途径提高土壤养分。世界各地不同地区试验表
明,粮草间作对坡耕地有很好的水土保持效果[ 6~ 9]。
徐安凯等研究表明:苜蓿后茬种植粮食或经济作物,
同等条件下, 可增产30%左右, 低产田可增产一倍
收稿日期: 2009
07
01;修回稿日期: 2009
11
11
基金项目:国家
十一五
科技支撑计划( 2006BAD28B03)
作者简介:路海东( 1975
) ,男,陕西杨凌人,博士研究生,研究方向为作物高产栽培与耕作学研究, E
mail: lh d2042@ yahoo. com. cn ; * 通
讯作者 Author for corresponden ce, E
mail: zhik uan@ tom. com
第 2期 路海东等:宁南旱区坡地不同粮草间作模式下的产量和土壤水分利用效应研究
以上[ 10] ;汪立刚等[ 11] 研究认为,不同粮食作物与豆
科牧草间作的种植模式和耕作培肥方式, 是今后科
研工作的首要问题。
因此,本试验以保持土壤水分、减少雨季水土流
失,解决降水与作物生育期需水的矛盾为出发点, 针
对传统的种植方式存在的问题, 采取粮食作物与苜
蓿(M edicago sativa L. )条带间作种植, 重点研究
旱区 5
缓坡地粮 ( 谷子 ( Setar ia i tal ica ( L . )
Beauv. )和糜子( Panicum mil iaceum L. ) )草(苜蓿
(Medicago sat iva L. ) )间作不同条带宽度下作物
产量变化和整个生育期内土壤水分动态变化及水土
流失情况,以探索出提高旱区坡耕地的土壤蓄水能
力、减少水土流失的最佳粮草间作种植模式, 为旱区
坡地土壤蓄水保水提供技术依据。
1
材料与方法
1. 1
试验地区概况
试验在黄土高原丘陵沟壑区宁夏彭阳县白阳镇
陡坡村旱农基点进行。试验区位于宁夏回族自治区
南部边缘、六盘山东麓, 介于东经 106
32
- 106

58
、北纬 35
41
- 36
17
之间,海拔 1800 m左右, 年
蒸发量达 1000~ 1100 mm ,降水量 350~ 550 mm,

80%保证率的年降水量仅 250~ 350 mm ,多年平
均降雨量 435 mm ,年平均气温 7. 4~ 8. 5
,
0

积温2600~ 3700
,无霜期 140 d~ 170 d,属典型温
带半干旱大陆性季风气候, 土壤类型为黄绵土, 土壤
肥力较低,通过测定,耕层 0- 20 cm 土壤养分含量分
别为:有机质含量为6. 403 g/ kg,碱解氮40. 23mg/ kg,全
氮 0. 62 g/ kg,全磷 0. 61 g/ kg,全钾 2. 94 g/ kg,速效磷
5. 05 mg/ kg,速效钾 54. 69 mg/ kg, pH 值为8. 22。
1. 2
试验设计
在坡度为 5
的坡耕地同一坡面上, 分别设宽度
为 4 m, 坡长为 12 m 的试验小区,小区面积 48 m2 ,
不同小区间用砖带隔离,各小区坡低建 0. 5 m
0. 5
m
0. 8 m= 0. 2 m3 的径流收集池。试验共 7个处
理(表 1)采用随机区组设计,沿坡耕地水平方向依
次等高随机排列, 3次重复,共 21小区。
2007年试验在 3 年生苜蓿坡地上按设计翻耕
苜蓿建立粮作带, 供试作物为当地主栽谷子品种大
同 14号,播期为 5月 10日, 5月 18日出苗, 7月 25
日拔节, 8月 19日抽穗, 10 月 20日收获, 草带为 3
年生苜蓿,品种为紫花苜蓿。2008 年试验继续在粮
带翻耕种植糜子, 当年因春季播期干旱严重,糜子播
期推迟至 6 月 15日, 6月 21 日出苗, 7 月 20日拔
节, 8月 26日抽穗, 10 月 20日收获,草带仍为 4年
生紫花苜蓿。
表 1
试验处理
Table 1
Exper imental treatment
处理
Tr eatm ent
种植模式
C ropping pat tern
坡顶起始种植作物
S tart crop at top of the s lope
草带宽( m)
Grass band w idth
粮带宽( m )
Food b and w idth
处理小区长( m)
Plot length
02
04 间作 In tercr op ping 苜蓿 Alfalfa 2 4 12
04
08 间作 In tercr op ping 苜蓿 Alfalfa 4 8 12
06
06A 间作 Inter cropping 苜蓿 Alfalfa 6 6 12
04
02 间作 In tercr op ping 粮食作物 Grain crop 4 2 12
08
04 间作 In tercr op ping 粮食作物 Grain crop 8 4 12
06
06B 间作 In tercr op ping 粮食作物 Grain crop 6 6 12
CK 单作 Monocul tu re 粮食作物 Grain crop 0 12 12
1. 3
测定项目与方法
1. 3. 1
产量
收获全部粮食作物计产,最终产量按
小区实际产量和种植的实际面积进行折算。
1. 3. 2
降雨量
用 SM I型人工雨量计测定整个生
育期内的降雨量。
1. 3. 3
土壤含水量和水分利用效率
分别于粮食
作物播种前、拔节期、抽穗期和成熟期, 用烘干法测
定[ 12]不同条带处理各种植小区 0~ 200 cm 土层的
土壤含水量,每 20 cm 取样 1次。产量水平上的水
分利用效率是单位耗水量的产量。粮食作物水分利
用效率定义为作物产量 Y( kg
hm- 2 )与农田耗水
量 ET( mm )的比值, 即 WUE= Y/ ET ,根据农田水
量平衡原理: ET = W播前 - W收获 + I+ P + G, 则有
WUE= Y/ ( W播前- W收获+ I+ P+ G) , 式中W播前为
播种前土壤贮水量, mm; W收获为收获时土壤贮水
量, mm ; I 为生育期灌水量, mm; P 为生育期降水
量, mm;G为作物利用地下水量, mm。试验地无灌溉
条件,因此 I= 0。研究区地下水埋深 70 m,因此 G= 0。
1. 3. 4
径流量和土壤侵蚀量
分别在每次大的降
雨过后,及时测定各不同小区径流池中的径流量。
并将径流池的径流搅拌均匀采集水样 500 mL,用滤
纸过滤出泥沙,在 105
恒温下烘干后称重, 计算每
次径流泥沙含量, 根据每次降雨的径流量及其泥沙
含量,计算单位面积的土壤侵蚀量。
1. 4
数据统计与分析
采用 Excel 2003和 DPS 统计分析系统进行数
据处理和统计分析,采用 LSD法进行显著性检验。
243
草
地
学
报 第 18卷
2
结果与分析
2. 1
不同间作模式的产量差异
表 2和表 3分别为不同条带处理小区 2007 年
苜蓿与谷子和 2008年苜蓿与糜子的产量结果。可
知,同一年份,不同条带处理间苜蓿的产量没有显著
差异,而粮食作物(谷子和糜子)间的产量差异明显
( P< 0. 05)。2007年各粮草间作处理的谷子产量显
著高于谷子单作处理( P < 0. 05) ,尤其是以苜蓿开
头 02
04、06
06A和 04
08的 3 个处理,谷子产
量极显著高于单种处理( P< 0. 05) ,分别较单种处
理增产 23. 88%、20. 67%、19. 69%; 而以谷子开头
04
02、08
04和 6
6B的 3 个处理增产幅度较
小,产量分别较单种处理增产 12. 38%、2. 13%和
4. 53%。2008年各不同处理的产量变化与 2007年
基本相同,也是以苜蓿开头 02
04、06
06A 和 04

08的 3个处理的糜子产量明显高于单种处理,分
别较单种增产21. 44%、14. 82%和 14. 11%。可见,
缓坡地采用粮草条带间作种植, 具有显著的增产效
果,尤其是坡顶以草(苜蓿)为开头的间作处理增产
效果显著。就不同种植模式来看, 坡顶以苜蓿开头
的 02: 04 种植模式增产效果最佳, 2年分别较单种
粮食处理平均增产 23. 88%和 21. 44%。
表 2
2007年不同条带处理苜蓿和谷子的产量
Table 2
Yield of alfalfa and millet under different band tr eatment in 2007
处理
Treatm ent
苜蓿 Alfalfa
鲜重( kg/ hm2 )
Fresh w eight
干重( k g/ hm2)
Dry w eight
谷子 Foxtail millet
产量( kg/ hm2 )
Yield
经济系数%
HI
增产幅度%
Increased ex tent
02
04 9667. 20a 3431. 86a 2629. 73aA 31. 67 23. 88
04
08 9708. 45a 3467. 80a 2540. 71bA 31. 29 19. 69
06
06A 9645. 04a 3452. 99a 2561. 62bA 31. 27 20. 67
04
02 9627. 16a 3462. 64a 2374. 51cB 30. 10 12. 38
08
04 9697. 04a 3454. 30a 2218. 98cBC 31. 84 4. 53
06
06B 9656. 08a 34321. 41a 2167. 99dBC 30. 16 2. 13
CK

2112. 75dC 30. 41



注:不同字母表示差异水平,小写字母表示 0. 05水平,大写字母表示 0. 01水平。下同
Note: Mean s with the dif ferent small or capi tal let ters in the same column are signif icant ly dif feren t at the 0. 05 level or 0. 01 level, respec

t ively; s am e as below
表 3
2008年不同条带处理苜蓿和糜子的产量
T able 3
Yield of a lfalfa and Broomco rn millet under different bands treatment in 2008
处理
Treatm ent
苜蓿 Alfalfa
鲜重( kg/ hm2 )
Fresh weight
干重( k g/ hm2 )
Dry w eight
糜子 Broomcorn mil let
产量( kg/ hm 2)
Yield
经济系数( %)
H I
增产幅度( % )
Incr eased ex tent
02
04 8700. 45a 3152. 65a 1471. 20aA 36. 34 21. 44
04
08 8685. 45a 3149. 50a 1382. 45bA 36. 12 14. 11
06
06A 8650. 25a 3141. 05a 1391. 10bA 36. 10 14. 82
04
02 8680. 15a 3152. 45a 1272. 25cB 36. 09 5. 01
08
04 8670. 30a 3145. 30a 1263. 45cB 35. 89 4. 29
06
06B 8700. 30a 3169. 55a 1271. 35cB 36. 02 4. 94
CK

1211. 50dB 35. 87

2. 2
不同间作条带的土壤水分含量变化
图 1和图 2是 2007年和 2008年粮食作物不同
条带间作处理的土壤水分含量。缓坡地 0- 200 cm
土壤含水量随土层深度增加呈下降趋势,在 120 cm
以下,基本保持稳定;不同条带处理来看,在 100 cm
土层以下,不同处理间差异不大,而 0- 100 cm 土层
各处理间差异明显, 对照(单种)处理明显低于各间
作处理,不同间作模式比较,以苜蓿开头的 3个间作
处理土壤含水量较高,尤其是 02
04处理的土壤含
水量明显高于其他处理, 较对照处理平均高 2. 3 个
百分点。可见, 缓坡地采用粮(谷子或糜子) 草(苜
蓿)条带间作处理可有效提高粮带的土壤水分含量,
特别是以苜蓿开头的 02
04条带处理效果最佳。
2. 3
不同间作模式的水分利用效率
2年各不同条带间作种植处理的粮食作物产量
和水分利用效率( WUE) (表 4)差异显著, 所有粮草
间作条带处理的水分利用效率均高于对照处理。从
多重比较结果来看,以苜蓿开头的 02
04间作处理
模式的水分利用效率显著高于对照处理和其他间作
处理模式( P< 0. 05) ,以苜蓿开头的 04
08 处理和
06
06A处理的水分利用效率则显著高于以粮食作
物开头的其他处理和对照处理( P< 0. 05) ;在以粮
食开头的 3个间作处理中, 04
02处理的水分利用
244
第 2期 路海东等:宁南旱区坡地不同粮草间作模式下的产量和土壤水分利用效应研究
图 1
2007 年谷子不同土层土壤水分含量
F ig. 1
So il mo isture content in different so il
lay er of fo x tail m illet field in 2007
注:图中的土壤水分含量为当年不同生育时期测定值的平均值。
Note: S oil m oisture content value is th e average of measu red
values at diff erent grow th s tages
效率则较高, 显著高于 08
04处理和 06
06B 处
理 ( P< 0. 05)。可见, 缓坡地采用粮草间作种植模
图 2
2008 年糜子不同土层土壤水分含量
Fig. 2
So il mo isture content in differ ent so il layer
of bro omcorn millet field in 2008
式可以提高粮食作物的水分利用效率, 就不同种植
模式来看, 以苜蓿开头的间作种植模式优于粮食开
头的间作种植模式, 02
04条带处理模式优于 04

08和06
06条带处理模式。
表 4
不同条带处理的水分利用效率
Table 4
Water use efficiency under differ ent bands tr eat ment
处理
Tr eatm ent
谷子 Foxtail mil let ( 2007)
产量
Yield ( kg/ hm2)
耗水量
Water consum pt ion ( mm )
WUE
( kg/ m 3)
糜子 Broom corn millet ( 2008)
产量
Yield ( kg/ hm 2)
耗水量
Water consum ption ( mm)
WU E
( k g/ m3)
02
04 2629. 73 aA 238. 72bB 11. 02aA 1471. 20aA 201. 37cB 7. 31aA
04
08 2540. 71bA 250. 13aA 10. 16bB 1382. 45bA 210. 16bAB 6. 58bcB
06
06A 2561. 62bA 247. 77aA 10. 34bB 1391. 10bA 200. 65cB 6. 93bB
04
02 2374. 51cB 227. 92bB 10. 42bB 1272. 25cB 205. 13bcB 6. 20cBC
08
04 2218. 98cB 235. 68bB 9. 42cC 1263. 45cB 217. 84abA 5. 80dC
06
06B 2167. 99cB 229. 85cC 9. 43cC 1271. 35cB 219. 38aA 5. 80dC
CK 2112. 75dB 238. 27bB 8. 87dD 1211. 50 dB 224. 58aA 5. 39eD
2. 4
不同间作条带的地表径流
表 5为 2007年- 2008年 2次较强降雨下测定
的各处理水土流失量, 14 mm 降雨为 2007年 8 月
25日谷子田的测定结果, 21 mm 降雨为 2008 年 9
月 6日糜子田的测定结果。从表 5可知, 在一次性
降雨量为 14 mm 时, 只产生少量雨水径流, 泥沙的
携带量几乎为零,基本不产生泥沙径流;不同处理比
较,粮草间作处理具有明显减少地表径流的作用, 分
别较对照处理减少地表径流量 18. 58% - 74. 90% ,
尤其是 04
02处理和 02
04处理的效果最佳, 较
对照单作处理减少径流量达到 74%以上。在一次
性降雨量为 21 mm 时, 地表径流量明显增加, 除苜
蓿结尾(坡底为苜蓿)的间作种植条带几乎没有泥沙
径流产生外,其余处理均携带有不同程度的泥沙径
流;不同处理比较,粮草间作处理模式较对照单作处
理模式可减少地表总径流 9. 89% - 31. 97% , 减少
泥沙径流 30. 14% - 100%, 不同间作条带比较, 04

02间作处理和 02
04 间作处理效果最好, 与其
他处理间达到了极显著差异水平( P< 0. 05) , 较单
种处理减少地表径流量 30%以上, 减少泥沙流失量
98%以上。不同降雨量比较,降雨量越大,地表产生
的径流量越多,而粮草间作种植模式的径流减少量
却下降,在本试验设置范围内,以苜蓿结尾(坡底为
苜蓿)的种植条带均能有效阻止泥沙的径流。
3
讨论
我国有坡耕地约 4000 万 hm2 , 其中 25
以下的
约有 3400万 hm2 ,在许多地区,为了保障生活的粮
食需要,大量坡地还需要继续种植粮食作物,不合理
的耕作和种植制度造成水土流失, 不仅使坡耕地的
肥力下降, 而且带来严重的生态和环境灾害 [ 13, 14]。
245
草
地
学
报 第 18卷
表 5
不同降雨量下各处理的地表径流
T able 5
Surface runoff under differ ent tr eatment and rainfall amount
处理
Tr eatm ent
14 mm 降雨量 Rainfall
总径流量
T otal run of f
( m3 / hm2 )
泥沙径流量
Sediment lose
( t / hm 2)
减少幅度
Decreas ed
%
21 mm 降雨量 Rainfal l
总径流量
T otal run of f
( m3 / hm2 )
减少幅度
Decreased
%
泥沙径流量
S ediment lose
( t / hm2 )
减少幅度
Decreas ed
%
02
04 1. 28eD 0 74. 70 33. 07dD 30. 89 0. 01cC 98. 63
04
08 1. 53dD 0 69. 76 36. 49cC 23. 74 0. 51bB 30. 14
06
06A 4. 12bB 0 18. 58 43. 12bB 9. 89 0. 47bB 35. 62
04
02 1. 27eD 0 74. 90 32. 55dD 31. 97 0 100
08
04 3. 97bB 0 21. 54 42. 06bB 12. 10 0 100
06
06B 2. 14cC 0 57. 71 37. 23cC 22. 19 0 100
CK 5. 06aA 0
47. 85aA
0. 73aA

在保证坡耕地种植粮食作物, 并获得相当产量的条
件下,能保持水土和提高土壤肥力,同时在不增加农
民负担的条件下,还能增加当地农民的收入, 是该研
究的重点和方向,粮草间作模式的筛选为实现这样
的目标提供了现实途径。


叶瑞卿等[ 15] 研究表明,在坡耕地上种植草带能
有效防止水土流失,草带间距越小越有利于水土保
持。这与本试验中粮草间作条带间距越窄, 水土流
失越少的结论一致。同时,水土流失,又造成土壤养
分的大量流失。养分流失分为泥沙携带和径流携带
2部分, 土壤流失携带是养分流失的主要形式, 其中
氮素和磷素通过土壤携带造成的损失分别占氮、磷
养分流失总量的 90. 14%和 87. 37% [ 16]。张兴昌[ 17]
等研究发现,植被覆盖虽能有效地减少土壤侵蚀和
全氮的流失,多年生黑麦草 5
坡度土壤的氮铵态氮
径流流失量为 50. 4 kg / km2。本研究发现, 在坡地
采用苜蓿与粮食作物条带间作作物产量较单种增加
2. 13%- 23. 88%,这可能与坡地粮草间作能有效减
少地表径流,从而减少土壤养分流失有一定关系。
任继周等[ 18] 研究认为, 忽视草食畜牧业是甘肃
农业结构与资源分布不协调的主要症结之一。采用
该粮草间作条带种植模式, 可以保证一定的苜蓿产
量。苜蓿茎叶柔软, 清香味浓, 适口性强,是各种家
禽都很喜食的优质牧草, 既可青饲或直接利用,干草
又可直接饲喂或加工成草粉、草块或颗粒。且苜蓿
根系强大,代谢快,能固氮;根茬残留量高且 C/ N 比
低,易于分解,因而具有良好的生物改土功能; 这对
改良土壤、培肥地力和农业的可持续发展,具有十分
重要的作用,而粮草种植模式对坡地土壤养分的增
益还有待进一步研究。
4
结论
在宁南缓坡地区, 采取粮食作物(谷子或糜子)
与苜蓿等高条带间作种植, 可增加粮食作物的土壤
水分含量,提高粮食作物产量和水分利用效率, 减少
水土流失。粮草条带间距越窄, 效果越佳,尤其是采
用坡顶以苜蓿开头的 02
04间作种植模式,
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扬)
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