全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(9): 16231630 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30771264), 国家科技支撑计划项目(2007BAD89B17)和甘肃省创新青年人才扶持计划项目资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 黄高宝, E-mail: huanggb@gsau.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: chaiq@gsau.edu.cn
Received(收稿日期): 2011-01-14; Accepted(接受日期): 2011-05-20; Published online(网络出版日期): 2011-06-28.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20110628.1008.013.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01623
交替灌溉对西北绿洲区小麦间作玉米水分利用的影响
柴 强 1 杨彩红 2 黄高宝 1,*
1甘肃省干旱生境作物学重点实验室 / 甘肃农业大学农学院, 甘肃兰州 730070; 2甘肃农业大学林学院, 甘肃兰州 730070
摘 要: 受水资源不足的严重制约, 西北绿洲区以间作套种为主体的多熟种植面积被持续压缩, 使单位耕地产出率
和光能利用率明显下降, 间作节水理论和技术研究亟待开展。交替灌溉技术节水和提高水分利用效率的作用已得到
大量验证, 但该技术应用到间作中能否产生节水、增效作用, 缺乏理论依据。2006—2008年, 在甘肃河西走廊干旱荒
漠绿洲区进行田间试验, 探讨了交替灌溉对小麦间作玉米产量、耗水量和水分利用效率的影响。结果表明, 与单作相
比, 交替灌溉小麦间作玉米可显著提高土地利用效率(LER), LER达到 1.22~1.52。交替灌溉与传统灌溉间作相比, LER
差异不显著; 对间作小麦的产量效应不显著, 但使间作玉米的产量提高 11.4%~36.4%, 混合产量平均提高 12.9%。与
传统灌溉间作相比, 交替灌溉间作未显著增加作物的耗水量, 与单作小麦、单作玉米的加权平均相比高 1.2%~19.4%。
交替灌溉小麦间作玉米的 WUE 较单作小麦高 12.0%~71.4%、较单作玉米高 10.6%~37.8%、较传统灌溉小麦间作玉
米高 0.9%~22.5%。在河西绿洲灌区, 小麦间作玉米上应用交替灌溉技术具有节水和提高 WUE的可行性。
关键词: 干旱绿洲; 间作; 产量; 耗水量; 水分利用效率
Water Use Characteristics of Alternately Irrigated Wheat/Maize Intercropping
in Oasis Region of Northwestern China
CHAI Qiang1, YANG Cai-Hong2, and HUANG Gao-Bao1,*
1 Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science / Agronomy College of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China;
2 Forestry College of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
Abstract: In oasis irrigation region of northwestern China, the decreasing of multiple cropping areas may lead to significant re-
duction of land and light use efficiencies due to serious water shortage. Therefore, water-saving irrigation is a priority in the re-
search on theory and technology for intercropping system. Alternate irrigation is a technique to save water and enhance water use
efficiency (WUE) simultaneously in common cropping systems. However, its effect is not clear on intercropping system. In
2006–2008 cropping years, we carried out a field experiment in oasis region of Hexi Corridor, Gansu province, China under
wheat/maize intercropping to disclose the effects of alternate irrigation on crop yields, water consumption, and WUE. The results
showed that, compared to sole cropping treatments, there was a significant increase of land equivalent ratio (LER) in the alter-
nately irrigated wheat/maize intercropping treatment with the LER values ranging from 1.22 to 1.52 under different irrigation
levels of the intercropping treatments. However, the difference of LERs between conventionally irrigated and alternately irrigated
intercropping systems was not significant at the same irrigation quota. Compared to the conventionally irrigated intercropping
treatment, there was no significant change of wheat yield in the alternately irrigated intercropping treatment, but significant in-
crease by 11.4–36.4% in maize yield. Therefore, the total yield of wheat and maize in the alternately irrigated intercropping treat-
ment was increased by 12.9 averagely. The water consumption in the alternately irrigated intercropping treatment had no signifi-
cant increase compared to that of the conventionally irrigated intercropping treatment, with 1.2–19.4% higher than the weighted
average of monoculture of both crops. The WUE of alternatiely irrigated intercropping treatment was 0.9–22.5% higher than that
of the conventionally irrigated intercropping treatment, and 12.0–71.4% and 10.6–37.8% higher than that of wheat and maize
monoculture, respectively. These results suggest that alternate irrigation is feasible in intercropping systems in arid oasis regions
with the purpose of saving water and increasing WUE.
Keywords: Arid oasis; Intercropping; Yield; Water consumption; Water use efficiency
1624 作 物 学 报 第 37卷

间作套种既是我国农业生产中的传统栽培方法,
又是一种较为普遍的高产种植方式, 它能充分利用
地力、光能、热能资源[1-5], 是作物增产的重要措施
之一。随着中国人口的不断增长, 水土资源日趋减
少, 粮食生产问题日益突出, 如何进一步发挥间作
提高资源利用效率的作用备受关注[6]。西北内陆灌
区光资源丰富, 热量条件适于发展间作套种, 但资
源性缺水已严重影响到该种植模式的应用, 有学者
建议压缩间作面积来缓解农业水资源供需矛盾[7], 政
府部门也已明确限制并压缩间套种植面积。这些举
措一定程度上缓解了种植业内部的水资源供需矛盾,
但作物多样性、单位耕地产出率、种植业总产量、
光能利用率下降已成为不争的事实。研发限量供水
条件下的高效节水间套技术, 已成为西北绿洲发展
多熟种植亟待解决的难题。
基于节水灌溉技术和作物感知缺水根源信号理
论而提出的根系分区交替灌溉, 是在植物某些生育
期或全部生育期交替对部分根区进行正常灌溉, 其
余根区进行人为水分胁迫的灌溉方式[8-9]。该技术可
减少作物营养生长冗余, 大量节水而不减产或减产
幅度较小, 并提高作物水分利用效率[10-14]。由两种
或两种以上作物组成的间作群体中, 不同作物的需
水特性不同, 但传统间作灌溉制度只按某一作物的
需水特性制定, 容易造成其配对作物的水分供需错
位, 使水分无效损耗增大。因此, 设计间作灌溉制度
时, 若能同时考虑不同作物的需水特性和种间互补
高效用水机制, 并对不同作物分带供水, 则可以提
高供水与间作群体作物需水的吻合度, 并创造不同
作物间的交替供水, 形成类似于交替灌溉技术的模
式, 但这种供水方式能否降低间作群体耗水总量、
提高水分利用效率值得进行探讨。本研究通过连续
3年田间试验, 在不同灌水水平下, 研究了交替灌溉
与传统灌溉对小麦间作玉米产量、耗水量和水分利
用效率的影响, 探讨了两种灌溉方式在单作和间作
群体中的产量和用水差异, 为构建基于交替灌溉理
论的间作节水技术提供数据支撑。
1 材料与方法
1.1 试区概况
甘肃省武威市凉州区黄羊镇甘肃农业大学试验
站(37º5220N, 102º5050E)地处甘肃河西走廊东端,
属典型内陆荒漠气候区, 海拔 1 581 m; 多年平均无
霜期 156 d, 降水量 164.4 mm, 蒸发能力 1 919 mm, 气
温 7.8℃, 日照时数 2 968.2 h, ≥10℃积温 2 985.4℃;
年太阳辐射总量 504~630 kJ cm2, 麦收后≥10℃有
效积温 1 350℃, 属于典型两季不足，一季有余农业
生产区。供试土壤为灌漠土, 试验地 0~10、10~20、
20~30和 30 cm以下土壤容重分别为 1.29、1.34、1.41
和 1.39 g cm3, 地下水埋深 25~30 m。耕层土壤含有
机质 15.7 g kg1、全氮 0.87 g kg1、全磷 1.02 g kg1、
速效磷 13.38 mg kg1、速效钾 248.63 mg kg1, pH
8.2。2006—2008年, 试验期间作物生长季降雨量见
表 1, 其中前两年度为典型丰水年。
1.2 试验设计
设种植模式(单作和间作)、供水水平(低、中、
高)和灌水方式(交替灌溉和常规灌溉) 3个参试因子,
共计 11个处理(表 2), 每处理 3次重复, 田间随机排
列。用出水量为 10.5 m3 h1的潜水泵通过控制时间
保证灌水量精确。各处理其他田间管理措施均保持
一致。
小麦采用平作, 玉米采用垄作栽培, 垄体高 25
cm, 垄面覆盖地膜。单作小麦采用常规灌溉处理 ;
交替灌溉单作玉米本次灌排序为单数的沟, 下次灌
排序为双数的沟, 形成交替供水模式; 传统灌溉单
作玉米在所有沟中同时供水; 间作交替灌溉模式分
别根据 2种作物不同生育时期的需水特性分别灌溉,
小麦仅在小麦带内供水 , 玉米只在玉米沟内供水 ,
因小麦、玉米在生育时期的需水期存在时间上的错
位, 分带供水形成了不同带间的交替湿润; 传统的
小麦间作玉米灌溉时在小麦、玉米带内同时供水 ,
灌水时间根据地方习惯进行。不同灌溉梯度下的间
作灌水总量分别为相应单作小麦、单作玉米灌水量
的平均值(表 2)。

表 1 2006–2008年小麦、玉米生长季降水量分布
Table 1 Monthly precipitations during wheat and maize growing period in 2006–2008 (mm)
月份 Month 年份
Year 3 4 5 6 7 8 9
总计
Total
2006 11.2 8.9 20.2 29.4 40.1 53.7 20.6 184.1
2007 0 18.9 16.5 39.8 45.9 21.8 50.0 192.9
2008 1.3 29.3 5.8 8.6 17.9 6.5 34.3 103.7
第 9期 柴 强等: 交替灌溉对西北绿洲区小麦间作玉米水分利用的影响 1625


表 2 2006–2008年处理设置及灌溉时期和灌水量
Table 2 Treatment design and growth stage, irrigation quota during 2006–2008 (mm)
灌溉生育期 Growth stage for irrigation
处理
Treatment
作物
Crop
灌溉方式
Irrigation
mode
总灌溉量
Total irrigation
quota
小麦苗期
Wheat
seedling
玉米拔节
Maize
jointing
小麦孕穗
Wheat
booting
玉米喇叭口
Maize
12-leaf stage
小麦灌浆
Wheat
filling
玉米抽穗
Maize
heading
玉米开花
Maize
flowering
玉米灌浆
Maize
filling
CW1 W C 210.0 55.0 — 100.0 — 55.0 — — —
CW2 W C 270.0 75.0 — 120.0 — 75.0 — — —
CW3 W C 330.0 95.0 — 140.0 — 95.0 — — —
AM1 M A 300.0 — 70.0 — 70.0 — 70.0 45.0 45.0
AM2 M A 360.0 — 75.0 — 90.0 — 75.0 60.0 60.0
AM3 M A 420.0 — 80.0 — 110.0 — 80.0 75.0 75.0
CM M C 360.0 — 75.0 — 90.0 — 75.0 60.0 60.0
AW/M1 W/M A 255.0 27.5 35.0 50.0 35.0 27.5 35.0 22.5 22.5
AW/M2 W/M A 315.0 37.5 37.5 60.0 45.0 37.5 37.5 30.0 30.0
AW/M3 W/M A 375.0 47.5 40.0 70.0 55.0 47.5 40.0 37.5 37.5
CW/M W/M C 315.0 65.0 — 80.0 — 65.0 — 60.0 45.0
W: 小麦; M: 玉米; C: 传统灌溉; A: 交替灌溉; 1、2、3分别表示低、中、高灌水量。
W: wheat; M: maize; C: conventional; A: alternative; 1, 2, 3 mean low, medium, and high irrigation quota.

供试春小麦品种为永良 4 号, 单作时播种密度
为 675万粒 hm2, 行距 12 cm; 间作时播种密度 450
万粒 hm2, 每带种 6行, 行距 12 cm。春玉米品种为
富农 99-8, 单作时播种密度为 8.25万株 hm2, 行距
40 cm, 株距 30 cm; 间作时密度为 5.25万株 hm2,
每带种 2行, 行距 40 cm, 株距 24 cm。间作群体内,
小麦带和玉米带各宽 80 cm, 两作间间距为 30 cm。
2006年小麦于 3月 23日播种, 7月 28日收获, 玉米
于 4月 19日播种, 10月 2日收获; 2007年小麦于 3
月 25日播种, 7月 29日收获, 玉米于 4月 16日播种,
10月 3日收获; 2008年小麦于 3月 25日播种, 7月
23日收获, 玉米于 4月 13日播种, 9月 28日收获。
每小区种 3个自然带, 小区宽 4.8 m、长 10 m。单作
小麦和单作玉米小区大小同间作。单作小麦及间作
小麦带施纯 N 225 kg hm2、纯 P2O5 150 kg hm2, 全
作基肥; 单作玉米和间作玉米带施纯 N 360 kg hm2,
︰按基肥 大喇叭口期 ︰追肥 灌浆期追肥=3︰6︰1分
施, 纯 P2O5 225 kg hm2, 全作基肥。
1.3 产量及水分利用指标的测定方法
成熟期按小区收获计产, 间作处理 2 种作物分
别收获。土地当量比(LER)是衡量间套作产量优势的
指标[15], LER = (间作小麦产量/单作小麦产量)+(间
作玉米产量/单作玉米产量); 当 LER>1.0时, 说明间
作有增产效应; 当 LER<1.0时, 说明间作无增产作用。
作物水分利用效率 WUE=Y/ET [16-17], 式中, Y为
不同处理的经济产量, 间作经济产量为 2 种作物的
混合产量; ET为处理的总耗水量。ET = (播前土壤贮
水量–收获后土壤贮水量) +生育期内灌水量+降雨
量 [18-19], 式中, 土壤贮水量根据土壤容重和土壤含
水量计算, 0~30 cm 土层用烘干法测定土壤含水量,
30 cm以下用 503DR水分中子仪(美国 CPN公司)按
20 cm分层测定, 至 150 cm。每 10 d测定 1次, 降
水或灌水前后加测 1 次。单作小麦每小区设 1 个测
定点; 单作玉米每小区在灌水沟、垄、非灌水沟设 3
个测定点, 按三点方式取样; 间作区在小麦带、玉米
带、交错带分别设 1个测定点。计算间作区 ET时, 播
前土壤贮水量为间作小麦播前的土壤贮水量, 收后
土壤贮水量指间作玉米收获后的贮水量。
1.4 统计分析
数据和绘图使用 Microsoft Excel 2003软件处理,
用 SPSS16.0软件进行方差分析和 LSD多重比较。
2 结果与分析
2.1 种植和灌溉方式对产量的影响
2.1.1 间作模式的土地利用效率 在 3 个灌溉水
平下, 各间作处理的 LER均大于 1.0, 说明在本试验
配置的品种、田间结构、灌溉制度和灌溉方式下, 间
作具有提高土地利用效率的作用。与同等灌水量的常
规灌溉方式相比, 交替灌溉不能提高 LER, 如 2008
年度中等灌水交替灌间作的 LER 显著低于传统灌处
理。间作模式中, 不同作物对复合群体产量的贡献率
不同, 传统灌溉间作小麦的 LER 大于间作玉米 LER,
1626 作 物 学 报 第 37卷

但同等灌水水平的交替灌溉间作玉米 LER 高于间作
小麦 LER, 表明交替灌溉有利于挖掘玉米组分的增
产潜力(图 1)。



图 1 不同间作处理的土地当量比
Fig. 1 LER of different intercropping treatments
W: 小麦; M: 玉米; C: 传统灌溉; A: 交替灌溉;1、2、3分别表示
低、中、高灌水量。数据为 3个重复的平均值, 误差线表示标准
差。同一年度中, 各处理间存在显著差异(P<0.05)用不同字母表示。
W: wheat; M: maize; C: conventional; A: alternative; 1, 2, 3 mean
low, medium, and high irrigation quota. Each column shows the
means of three replicates of the treatment, and the error bar repre-
sents the standard error. In each growing year, different letters
superscribed on the bars indicate significant difference among
treatments (P < 0.05).

供水对交替灌溉间作组分和复合群体 LER的影
响不同, 其中 2006年度中等灌水水平下的间作优势
最大, 而 2007 和 2008 年度高灌水水平下的间作
LER 最高, 说明在本研究设定的灌溉制度下, 高灌
水水平有利于发挥间作优势。就间作小麦、玉米的
产量贡献而言, 间作小麦的 LER 在高供水处理下显
著低于低、中供水处理, 但间作玉米 LER 随灌水水
平的提高呈增加趋势, 增大灌水量有利于提高间作
玉米的产量贡献率。
低灌水平下, 2006年度交替灌间作 LER显著高
于 2007 和 2008 年度 LER, 但高供水水平下 3 年间
作的 LER 差异不显著, 说明交替灌溉在水资源有限
条件下更利于提高间作土地的利用率。
2.1.2 交替灌溉对小麦和玉米产量的影响 随灌
水水平的提高, 交替灌溉混合产量相对于单作小麦
和玉米的优势均以中等灌溉水平最高。3年中, 交替
灌溉间作处理的混合产量在中等灌溉水平下分别较
传统灌溉增加 18.0%、6.9%和 13.9%。在低、中、高
3 个灌溉水平下, 交替灌溉间作处理的混合产量分
别较单作小麦提高了 74.4%、78.2%和 74.2%, 较单
作玉米高 9.9%、13.2%和 13.0%。与传统灌溉间作相
比 , 交替灌溉可显著提高间作玉米的经济产量 ,
2006—2008连续 3年增产幅度分别达 38.8%、16.6%、
24.1%; 交替灌间作小麦产量在 2006、2008 年度与
传统灌处理差异不显著, 但 2007年显著低于传统灌
处理, 由此说明交替灌溉主要通过玉米增产提高了
间作产量(表 3)。
2.1.3 灌溉水平对小麦和玉米产量的影响 供水
水平及灌溉方式对小麦、玉米经济产量的影响不同。
单作条件下, 小麦、玉米经济产量均随灌水水平的

表 3 2006–2008年各处理的经济产量
Table 3 Yields of different treatments in 2006–2008 (kg hm2)
2006 2007 2008
组分产量
Component yield
组分产量
Component yield
组分产量
Component yield
处理
Treatment
小麦Wheat 玉米Maize
混合产量
Mixed yield 小麦Wheat 玉米Maize
混合产量
Mixed yield 小麦Wheat 玉米Maize
混合产量
Mixed yield
CW1 5599.0 b — 5599.0 f 5615.5 b — 5615.5 c 6549.1 b — 6549.1 d
CW2 6067.7 b — 6067.7 f 5714.6 b — 5714.6 c 6972.6 a — 6972.6 d
CW3 7174.5 a — 7174.5 e 5977.4 a — 5977.4 c 6828.3 a — 6828.3 d

AM1 — 7857.3 b 7857.3 d — 10253.1 b 10253.1 b — 10285.1 b 10285.1 b
AM2 — 8300.3 ab 8300.3 d — 10481.9 b 10481.9 b — 10954.9 a 10954.9 ab
AM3 — 8607.0 a 8607.0 c — 11188.4 a 11188.4 a — 11024.4 a 11024.4 ab
CM — 8401.1 ab 8401.1 cd — 10763.1 b 10763.1 b — 11002.7 a 11002.7 ab

AW/M1 4192.7 c 5443.2 d 9635.9 b 3396.3 e 7089.9 d 10486.2 b 3663.7 c 7102.8 d 10766.5 ab
AW/M2 4388.0 c 6546.7 c 10934.7 a 3667.1 d 7423.7 cd 11090.8 a 3876.5 c 7298.7 cd 11175.2 a
AW/M3 4218.8 c 6623.4 c 10842.2 a 3978.1 c 7942.9 c 11921.0 a 3780.5 c 7962.6 c 11743.1 a
CW/M 4414.1 c 4855.1 ef 9269.2 b 4013.8 c 6365.0 e 10378.8 b 3926.3 c 5883.7 e 9810.0 c
数据为 3个重复的平均值。同列中不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。缩写同表 2。
Data are means of three replicates. Means followed by a different letter are significantly different among treatments at P < 0.05. Ab-
breviations as in Table 2.
第 9期 柴 强等: 交替灌溉对西北绿洲区小麦间作玉米水分利用的影响 1627


提高而提高, 且高灌水处理与低灌水处理产量差异
显著。对间作而言, 2006和 2008年度 3个灌溉水平
下的间作小麦产量差异不显著, 但 2007年度间作小
麦产量随灌水水平的提高显著增加, 说明增加灌水
并非提高交替灌间作小麦的稳定措施。与间作小麦
不同, 交替灌间作玉米产量与灌水水平呈明显的正
相关关系, 3年试验均表现为高灌水处理产量显著高
于低灌水处理(表 3)。
2.2 种植和灌溉模式对全生育期耗水量的影响
由种或种以上作物组成的间作群体中, 由于不
同作物的耗水特性不同, 如果以某一单作作物耗水
量为对照分析, 容易造成分析结果较大的误差。以单
作小麦和玉米耗水量总和的一半为对照, 在不同灌
溉水平下分析间作与单作耗水特性, 则低、中、高 3
个灌溉水平下, 交替灌溉间作处理的总耗水量较单
作分别增加 3.4%~19.4%、4.2%~16.4%和 3.4%~14.5%。
3 年的传统灌溉间作分别较单作增加 2.2%、1.2%和
9.0%, 两种灌溉方式都未显著增加间作群体的总耗
水量(表 4)。交替灌溉间作与传统灌溉间作处理相比,
3年的耗水总量差异均不显著。
相同灌溉模式下, 耗水量随灌溉水平的提高呈
增加趋势, 高灌水平下的单作小麦、单作玉米、交
替灌间作的耗水量分别较低、中灌水处理增加
4.8%~22.2%、9.8%~33.0%和 8.1%~24.1%; 高灌处理
的总耗水量均显著高于低灌处理(表 4)。高灌处理与
低灌处理耗水量差异在不同种植模式中的趋势十分相
似, 反映出灌水量是影响耗水量的决定性因子之一。
相同灌溉水平下, 同一处理 2006和 2007年度的
耗水量差异极小, 但 2008 年度的耗水量显著低于前
两年(表 4)。这可能是 2008年度降水量明显少于前两
年度的缘故。说明随降雨量增加形成的供水量增加,
导致了作物群体耗水量的增加。
为进一步明确灌溉方式和水平对作物耗水量的
影响, 以灌溉方式(交替、传统)为主因素, 灌水水平
(低、中、高)为副因素, 分析两者对总耗水量效应大
小。结果表明, 灌溉方式对耗水量的效应不显著(P
=0.819), 灌溉水平对耗水量的效应显著 (P=0.017),
灌溉方式与灌溉水平的互作效应不显著(P=0.865)。

表 4 不同处理下作物的耗水量
Table 4 Water consumptions in different treatments (mm)
播前土壤贮水量
Soil moisture before sowing
生育期降雨量
Precipitation during growth
收后土壤贮水量
Soil moisture after harvest
耗水量
Water consumption 处理
Treatment
2006 2007 2008 2006 2007 2008 2006 2007 2008 2006 2007 2008
CW1 242.94 260.56 252.33 102.0 114.5 62.9 149.74 178.09 244.93 405.20 g 406.97 e 280.30 f
CW2 242.94 260.56 252.33 102.0 114.5 62.9 156.37 188.61 274.33 458.57 f 456.45 d 310.90 ef
CW3 242.94 260.56 252.33 102.0 114.5 62.9 180.92 197.70 304.03 494.02 ef 507.36 c 341.20 e

AM1 246.19 265.85 260.16 181.6 191.4 102.5 213.88 253.56 298.66 513.91 bcde 503.69 b 364.00 bc
AM2 246.19 265.85 260.16 181.6 191.4 102.5 239.64 256.56 269.16 548.15 bcd 560.69 b 453.50 bc
AM3 246.19 265.85 260.16 181.6 191.4 102.5 234.30 264.57 239.06 613.49 a 612.68 a 543.60 a
CM 246.19 265.85 260.16 181.6 191.4 102.5 224.09 248.53 245.67 563.70 b 568.72 b 476.99 b

AW/M1 242.94 260.56 257.17 184.0 192.9 103.7 207.60 221.78 231.17 475.34 f 488.78 d 384.70 d
AW/M2 242.94 260.56 257.17 184.0 192.9 103.7 218.67 228.84 230.97 524.27 cdef 541.72 bc 444.90 bc
AW/M3 242.94 260.56 257.17 184.0 192.9 103.7 230.34 240.12 229.27 572.60 ab 590.44 a 506.60 b
CW/M 242.94 260.56 257.17 184.0 192.9 103.7 220.54 251.73 246.42 522.40 def 518.83 c 429.45 c
数据为 3个重复的平均值。同列中不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。缩写同表 2。
Data are means of three replicates. Means followed by a different letter are significantly different among treatments at P < 0.05.
Abbreviations as in Table 2.

2.3 交替灌溉和间作对小麦玉米水分利用效率
的影响
间作可显著提高作物的 WUE (图 2)。交替灌溉
间作处理的 WUE 明显高于单作小麦和单作玉米,
低、中、高灌间作处理的 WUE 分别较单作小麦高
14.3%~35.9%、10.0%~39.0%和 14.9%~40.6%, 处理
间差异显著; 较单作玉米分别高 3.3%~25.3%、3.2%~
28.7%和 12.3%~27.1%。综合 WUE的 3年平均表现,
可以看出, 传统灌溉间作处理较单作玉米、单作小
麦分别提高 7.6%和 32.0%; 交替灌溉间作较传统灌
溉间作提高 2.4%~17.6%, 说明交替灌溉可作为进一
步提高间作 WUE的措施之一。
1628 作 物 学 报 第 37卷



图 2 不同处理作物的水分利用效率
Fig. 2 Water use efficiency of crops in different treatments
数据为 3个重复的平均值, 误差线表示标准差。同一年度中, 各处理间存在显著差异(P<0.05)用不同字母表示。缩写同图 1。
Each column shows the means of three replicates of the treatment, and the error bar represents the standard error. In each growing year, dif-
ferent letters superscribed on the bars indicate significant difference among treatments (P < 0.05). Abbreviations as in Fig. l.

灌溉水平对不同种植模式作物 WUE 的影响不
同。2006 年度, 单作小麦高灌处理的 WUE 显著高
于低灌处理, 单作玉米在 3个灌溉水平下的WUE差
异不显著; 间作中灌处理下的 WUE显著高于低、高
灌处理。2007和 2008年度, 单作小麦和间作处理表
现为低灌处理的 WUE 显著高于中、高灌处理。年
度间比较, 同一处理 2008 年度的 WUE 显著高于
2006 和 2007 年度, 其主要原因是 2008 年度的作物
总耗水量显著低于其他 2个试验年度。
以种植模式为主因素、灌溉水平为副因素分析
两者对作物WUE的效应, 结果表明, 种植模式的效
应极显著 (P=0.004), 灌溉水平的效应不显著
(P=0.832), 种植模式与灌溉水平的互作效应不显著
(P=0.725)。与大多研究不同, 本研究中灌溉水平对
作物 WUE 的效应不显著, 其原因可能是本试验的
灌水梯度差异较小, 从而未能充分反映其效应。
3 讨论
虽然间作优势已得到大量实验验证[2-5], 但不合
理的作物搭配[21,23]、养分管理制度[24]均可能导致间
作劣势。在严重水分胁迫下, 正常密度范围内的间
套群体具有高产能力, 但随栽培密度的增大, 作物
间资源竞争明显加强, 复合群体表现为生产劣势[25],
即种植密度和水分供给水平也是间作生产力的决定
要素。在本研究中, 间作处理的 LER 值连续 3 年均
大于 1.0, 表明将交替灌溉技术集成到小麦间作玉米
中仍可稳定发挥其间作优势。在中等供水水平下 ,
交替灌间作处理在 2006和 2007年度的 LER大于传
统灌小麦间作玉米, 而 2008 年度结果与此相反, 表
明交替灌并非具有稳定的提高间作优势的作用。分
析 2008 年间作优势在交替灌和传统灌处理中的差异
发现, 2008年度作物生长期间的降水量显著低于前两
年度, 而在此条件下灌溉水平和种植密度不变, 必
将加大间作作物对水分的竞争作用, 这种结果同时
反映出交替灌在供水不足时弱化间作作物竞争作用
的效应较小。比较小麦间作玉米 LER在 3年间的差
异表明, 同等灌水水平下 2008年度的 LER显著降低,
其可能原因仍是间作处理的总供水量低于其作物需
水量, 限制了间作优势的发挥。因此, 生产实践中明
确间作群体的需水界限, 将有利于降低经营间作群
体的风险, 充分发挥其增效优势, 需水界限的确定
也是深入研究交替灌溉理论的重要方向。
在 3 年试验中, 交替灌溉间作处理的混合产量
均明显高于单作小麦和单作玉米的产量; 在中等灌
溉水平下的交替灌溉间作处理的产量较传统灌溉间
作处理平均增产 12.9%, 因此在同等供水水平下交
替灌溉可作为进一步挖掘小麦间作玉米产量潜力的
方向。交替灌溉间作处理的小麦产量在高、中、低
供水水平下的差异不显著, 但间作玉米的产量随灌
溉水平的提高而显著提高, 说明发挥玉米产量潜力
是该间作模式增产的重点。玉米在间作群体中的重
要性与其属于 C4 作物, 具有较强光合能力有关[20];
与此相似, 由 C4类作物(玉米、高粱等)和 C3作物(豆
科)组成的间作群体中, C4作物是主导种, C3作物是
第 9期 柴 强等: 交替灌溉对西北绿洲区小麦间作玉米水分利用的影响 1629


附属种[26]。因此, 协调 C4类作物与其间作配对作物
的水分竞争及互补效应, 以便充分发挥 C4作物的增
产潜力, 这应作为交替灌溉技术应用于间作群体的
研究方向之一。
不同间作植物间由于水分有效性不同, 间作群
体水分消耗量变异很大, 变化范围在 125~585 mm,
但间作群体耗水量与相应单作耗水量加权平均比较,
差异很小, 一般变化在−6.0%~7.0%之间[22], 可以推断
在能够发展间作群体中耗水量较多作物的生产区域,
发展间作套种是可行的。本研究中, 3年中交替灌溉
间作处理的玉米耗水量分别较相应单作耗水量加权
平均增加 3.4%~4.2%、5.4%~7.2%和 14.5%~19.4%。
其中 2006 和 2007 年度的结果与前人提出的间作与
单作耗水量相关−6.0%~7.0%的结论一致 , 但 2008
年度间作耗水量明显大于单作加权平均, 这可能与
该年度作物生长期间比前两年度少降水 80 mm有一
定关系。由此说明, 交替灌溉间作能否控制水分消
耗需要明确总供水量与需水量之间的关系。本试验
设计的中等供水水平下, 交替灌溉间作的耗水量与
传统灌溉间作差异不显著, 这与前人在单作试验中报
道的交替灌溉可减少作物耗水量的结果不一致[8-14],
可见间作群体的耗水特性远比单作群体复杂, 交替
灌溉间作耗水特性不同于单作的重要因子可能是种
间关系。研究者在甘肃河西走廊地区进行了小麦间
作玉米试验 , 结果表明 , 在小麦旺盛生长期 , 间作
玉米土壤含水量低于单作, 小麦间作土壤含水量高
于单作; 小麦收获后, 间作小麦土壤含水量低于单
作, 而间作玉米则高于单作, 说明间作小麦和玉米
在水分利用上有明显的时间、空间生态位差异[21]。
目前, 国内外有关交替灌溉对作物产量和WUE
的研究以单作模式为主, 并且得到较为一致的结论,
即交替灌溉能在保持作物产量基本不变的情况下提
高 WUE [10-14]。有关间套作作物 WUE特征的研究中,
Morris 和 Garrity [22]提出间套作水分利用效率较单
作可提高 18%~99%, 但在作物配置或者田间结构不
合理情况下, 间作群体与单作相比水分利用效率并
不存在优势[27]; 在水分胁迫下复合群体生产力因较
高的收获指数而受影响小于单作群体, 但是当复合
群体总密度高于单作群体时, 由于水分竞争加剧而
使间套作产量低于单作产量, 水分利用效率降低[25]。
间套作提高 WUE 的重要原因之一是提高了作物对
水分的可利用性 , 以及水分的运转效率和收获指
数[28]。本试验表明, 交替灌溉处理具有更高的提高
间作群体 WUE 的作用, 交替灌中灌水处理的 WUE
较传统灌溉提高 9.9%, 鉴于交替灌间作与传统灌间
作耗水量差异不显著、产量差异显著的事实, 可以
推断交替灌溉间作提高作物 WUE 主要源自产量的
提高。但不同处理耗水中通过作物蒸腾的有效水占
群体总耗水的比重, 还需进一步量化研究。
4 结论
交替灌溉小麦间作玉米可显著提高土地利用效
率, 但 LER 在作物生育期供水量过小时显著降低;
与传统灌溉相比, 交替灌溉提高 LER 的作用不显
著。与传统灌溉处理相比, 交替灌溉间作可显著提
高作物产量, 平均增产 12.9%。交替灌溉小麦间作玉
米耗水量较单作小麦、单作玉米耗水量的加权平均
高 3.4%~19.4%, 但交替灌溉间作与传统灌溉间作耗
水量差异不显著。与单作小麦和单作玉米相比, 交
替灌溉小麦间作玉米可明显提高 2 种作物的 WUE,
交替灌溉提高小麦间作玉米 WUE 的作用显著大于
传统灌溉。
References
[1] Huang G-B(黄高宝). Development of light utilization theory for
wheat/corn intercropping in condition of intensive cultivation.
Acta Agron Sin (作物学报), 1999, 25(1): 16–24 (in Chinese with
English abstract)
[2] Liu G-C(刘广才), Yang Q-F(杨祁峰), Li L(李隆), Sun J-H(孙建
好). Intercropping advantage and contribution of above- and be-
low-ground interactions in wheat-maize intercropping. J Plant
Ecol (植物生态学报), 2008, 32(2): 477–484 (in Chinese with
English abstract)
[3] Li L, Sun J H, Zhang F S, Li X L, Rengel Z, Yang S C.
Wheat/maize or wheat/soybean strip intercropping: I. Yield ad-
vantage and interspecific interactions on nutrients. Field Crops
Res, 2001, 71: 123–137
[4] Zhao B-Q(赵秉强), Yu S-L(余松烈), Li F-C(李凤超). Mecha-
nism and Technology of Higher Yield Intercropped Wheat on
Multiple System (间套带状小麦高产原理与技术). Beijing:
China Agricultural Science and Technology Press, 2004. pp
34–49 (in Chinese)
[5] Willey R W. Intercropping—its importance and research needs: II.
Agronomy and research approaches. Field Crops Abstr, 1979, 32:
73–85
[6] Lu L-S(卢良恕). China Multi-storied Agriculture Introduction
(中国立体农业概论). Chengdu: Sichuan Science and Techno-
logy Press, 1999 (in Chinese)
[7] Zhao Z-X(赵致禧), Yao Z-L(姚正良), Xiao Z-W(肖占文). The
planting area of wheat/maize intercropping should be reduced.
Gansu Agric Sci Tech (甘肃农业科技), 2002, (4): 12–13 (in Chi-
1630 作 物 学 报 第 37卷

Chinese)
[8] Kang S-Z(康绍忠), Zhang J-H(张建华), Liang Z-S(梁宗锁), Hu
X-T(胡笑涛), Cai H-J(蔡焕杰). The controlled alternative irriga-
tion: a new approach for water saving regulation in farmland.
Agric Res Arid Area (干旱地区农业研究), 1997, 15(1): 1–6 (in
Chinese with English abstract)
[9] Kang S Z, Zhang J. Controlled alternate partial rootzone irriga-
tion: its physiological consequences and impact on water use ef-
ficiency. J Exp Bot, 2004, 55: 2437–2446
[10] Sun H-Y(孙华银), Kang S-Z(康绍忠), Hu X-T(胡笑涛), Li
Z-J(李志军). Response of greenhouse sweet pepper under alter-
nate partial root-zone irrigation to different irrigation low limits.
Trans CSAE (农业工程学报), 2008, 24(6): 78–84 (in Chinese
with English abstract)
[11] Kang S Z, Liang Z S, Hu W, Zhang J H. Water use efficiency of
controlled alternate irrigation on root-divided maize plants. Agric
Water Manage, 1998, 38: 69–76
[12] Du T-S(杜太生), Kang S-Z(康绍忠), Zhang J-H(张建华). Re-
sponse of cotton growth and water use to different partial root
zone irrigation. Sci Agric Sin (中国农业科学), 2007, 40(11):
2546–2555 (in Chinese with English abstract)
[13] Marsal J, Mata M, del Campo J, Arbones A, Vallverdù X, Girona
J, Olivo N. Evaluation of partial root-zone drying for potential
field use as a deficit irrigation technique in commercial vineyards
according to two different pipeline layouts. Irrig Sci, 2008, 26:
347–356
[14] Du T-S(杜太生), Kang S-Z(康绍忠), Yan B-Y(闫博远), Wang
F(王锋), Li Z-J(李志军). Experimental research of high-quality
efficient irrigation on grape in the oasis region. Trans CSAE (农
业工程学报), 2007, 23(11): 52–58 (in Chinese with English ab-
stract)
[15] Willey R W. Intercropping—its importance and research needs: I.
Competition and yield advantage. Field Crops Abstr, 1979, 32:
1–10
[16] Zhang H, Wang X, You M, Liu C. Water-yield relations and
water-use efficiency of winter wheat in the North China Plain.
Irrig Sci, 1999, 19: 37–45
[17] Zhang J Y, Sun J S, Duan A W, Duan A W, Wang J L, Shen X J,
Liu X F. Effects of different planting patterns on water use and
yield performance of winter wheat in the Huang-Huai-Hai plain
of China. Agric Water Manage, 2007, 92: 41–47
[18] Bandyopadhyay P K, Mallick S, Rana S K. Water balance and
crop coefficients of summer-grown peanut (Arachis hypogaea L.)
in a humid tropical region of India. Irrig Sci, 2005, 23: 161–169
[19] Philip E, Mustafa P. Crop row spacing and its influence on the
partitioning of evapotranspiration by winter-grown wheat in the
northern Syria. Plant Soil, 2005, 268: 195–208
[20] Tanner C B, Sinclar T R. Efficient water use in crop production:
research or re-search. In: Taylor H M, Jordan W R, Sinclair T R,
eds. Limitation to Efficient Water Use in Crop Production. Madi-
son, Wisconsin: American Society of Agronomy, 1983. pp 1–
27
[21] Ye Y-L(叶优良), Xiao Y-B(肖焱波), Huang Y-F(黄玉芳), Li
L(李隆). Effect of wheat/maize and faba bean/maize intercrop-
ping on water use. China Agric Sci Bull (中国农学通报), 2008,
24(3): 445–449 (in Chinese with English abstract)
[22] Morris R A, Garrity D P. Resource capture and utilization in
intercropping: water. Field Crops Res, 1993, 34: 303–317
[23] Li L, Yang S C, Li X L, Zhang F S, Christie P. Interspecific com-
plementary and competitive interactions between intercropped
maize and faba bean. Plant Soil, 1999, 212: 105–114
[24] Liu G-C(刘广才), Li L(李隆), Huang G-B(黄高宝), Sun J-H(孙
建好), Guo T-W(郭天文), Zhang F-S(张福锁). Intercropping
advantage and contribution of above-ground and below-ground
interaction in the barley-maize intercropping. Sci Agric Sin (中国
农业科学), 2005, 38(9): 1787–1795 (in Chinese with English ab-
stract)
[25] Natarjan M, Willey R W. The effects of water stress on yield ad-
vantages of intercropping system. Field Crops Res, 1996, 13:
117–131
[26] Tsubo M, Walker S, Ogindo H O. A simulation model of ce-
real–legume intercropping systems for semi-arid regions: I.
Model development. Field Crops Res, 2005, 93: 10–22
[27] Grema A K, Hess J M. Water balance and water use of mil-
let-cowpea intercrops in north east Nigeria. Agric Water Manage,
1994, 26: 169–185
[28] Mandal B K. Wheat-based intercropping and effects of irrigation
and mulch on growth and yield. Indian J Agron, 1991, 36: 23–29