李泽坤 ，田德龙，徐 冰，任 杰

(水利部牧区水利科学研究所，呼和浩特 010020)

0 引 言

内蒙古河套灌区作为我国三大灌区之一，是自治区重要的商品粮输出基地，同时也是我国优质小麦产区。河套灌区光热资源丰富，但该区域种植制度一季有余两季不足，春小麦收获后多数土地闲置，造成了光、热资源的浪费。同时由于小麦收获后农田闲置无植被覆盖，也极易造成土壤盐分表聚，加重土壤盐渍化[1-3]。西兰花营养丰富，含蛋白质、糖、脂肪、维生素和胡萝卜素，营养成分位居同类蔬菜之首，被誉为“蔬菜皇冠”[4,5]。由于其具有很高的营养价值和食疗价值，因而越来越受人们喜爱。同时其适应性广，容易栽培[6]。因而，可以充分利用麦收至冬前2～3个月的农田空闲时间，种植生育期短的经济作物西兰花。这不仅可充分利用光、热资源，提高空闲农田资源利用率，而且可减轻土壤盐渍化，同时还可实现灌区作物种植模式由一年一熟向一年二熟转变，提高总体收益。近年来，有学者对小麦、向日葵及西兰花等作物进行了单作[7-10]、间作套种[11,12]及复种模式[13-15]的研究，均得到了较好的效果。因此，本试验通过对不同灌水量下春小麦复种西兰花产量、水分利用效率及氮肥偏生产力进行研究，寻求复种模式最佳灌水量，以期为春小麦复种西兰花提供依据，同时丰富河套灌区复种模式，为促进灌区农业高效发展提供支撑。

1 试验设计与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古磴口县三海子，该地多年平均降水量为142.7 mm，多年平均蒸发量为2 377.1 mm，多年平均气温7.7 ℃，干燥度16.51，日照时数3 209.5 h，无霜期139 d，2017年作物生育期降水量为56.85 mm。试验区土壤质地0～20 cm为砂壤土，20～100 cm为粉壤土，0～100 cm土壤容重为1.52 g/cm3、田间持水率为22%，作物生育期地下水位埋深3 m以下。

1.2 试验设计

试验于2017年3-10月进行，以传统畦灌为对照，分别设置不同灌溉量春小麦复种不同灌溉量西兰花的膜下滴灌试验(春小麦与西兰花复种按灌溉水量大小依次对应)。春小麦、西兰花膜下滴灌试验均设3个灌水水平，根据当地不同作物膜下滴灌与传统畦灌对比节水水平，春小麦分别取节水49%、36%、24% 3个水平作为试验设置灌水水平，分别为：2 175 m3/hm2(MZ1)、2 700 m3/hm2(MZ2)、3 225 m3/hm2(MZ3)；西兰花分别取节水45%、35%、29%作为试验设置灌水水平，分别为2 325 m3/hm2(BZ1)、2 730 m3/hm2(BZ2)、3 000 m3/hm2(BZ3)。试验设4个处理，3次重复，共12个小区，小区面积为7.0 m×50.0 m，各小区均设有隔离带。

1.3 农艺措施

春小麦品种为永良4号，采用机械穴播，穴、行距均为12.5 cm，每穴播种8～12 粒，播种量为300 kg/hm2。地膜膜宽为170 cm，每膜播种12行。滴灌带选用单翼迷宫式，每膜设置2条滴灌带，每条滴灌带控制6行。播种前种肥施用磷酸二铵375 kg/hm2(质量分数为N：18%；P2O5：46%)，尿素75 kg/hm2(N：46%)，追肥施用尿素420 kg/hm2(分别在分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期5次随水滴施)。生育期灌水7次，每次灌水定额为225～555 m3/hm2。2017年3月12日播种，7月5日收获。

春小麦对照(MCK)播种前种肥施用磷酸二铵525 kg/hm2，尿素75 kg/hm2，追肥施用尿素600 kg/hm2(分别在分蘖～拔节期、抽穗～花期2次等量撒施)。生育期灌水4次(分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期)，每次灌水定额为1 050 m3/hm2。2017年3月12日播种，7月15日收获。

复种西兰花品种为绿洲1号，2017年6月1日在日光温室内进行基质育苗，于小麦收获后进行移栽(膜下滴灌7月5日，对照地面畦灌7月15日)，于10月15日完成采收。西兰花行、株距均为50 cm，密度为30 000株/hm2。追肥施用尿素300 kg/hm2，在苗期、莲座期分两次等量施入。膜下滴灌西兰花生育期灌水10次，每次灌水定额为225～300 m3/hm2，西兰花对照(BCK)生育期灌水5次，每次灌水定额为1 050 m3/hm2。

1.4 测定项目及方法

(1)作物产量测定。春小麦收获时，在每个处理内具有代表性的区域内选定样方面积1 m2，重复3次，将样方内的所有小麦人工收割、风干、脱粒，统计实际产量，最后折算为每公顷产量。西兰花收获时，在每个处理内都选取具有代表性的5株进行花球产量测定，重复3次，折算为每公顷产量。

(2)土壤水分测定。采用取土烘干法测定。用直径为40 mm土钻于各作物播种期及收获期采集0～100 cm土层土样，每20 cm为一层，每个小区取3个样点，同层均匀混合，在105 ℃下烘干8 h至质量恒定不变后测定土壤质量含水率。

土壤容重采用环刀法测定。在作物播种前，用体积为100 cm3的环刀采集0～100 cm的原状土样，每20 cm为1层，重复3次，密封带回实验室，烘干称重，测定土壤容重。

不同土层土壤贮水量及水分利用效率计算方法为[16]：

SWS=10WShr

(1)

式中：SWS为土壤贮水量，mm；WS为土壤质量含水率，%；h为土层深度，cm；r为土壤容重，g/cm3。

ET=SWSb-SWSh+P+M+K+S

(2)

WUE=Y/ET

(3)

式中：WUE为水分利用效率，kg/m3；Y为作物产量，kg/hm2；ET为作物生育期耗水量，mm；SWSb为播前土壤贮水量，mm；SWSh为收获后土壤贮水量，mm；P为生育期降水量，mm；M为生育期灌溉水量，mm；K为生育期地下水补给量，mm(生育期地下水位埋深3 m以下，地下水补给量忽略不计[17])；S为生育期深层渗漏量，mm(根据田间持水率结合灌溉前取土测定含水率计算，灌溉不会造成水分深层渗漏，因而忽略不计)。

(3)作物氮素利用率。使用氮肥偏生产力来说明氮素利用情况[18]，计算公式如下：

PFPN=Y/N

(4)

式中：PFPN为氮肥偏生产力，kg/kg；Y为作物产量，kg/hm2；N为纯施氮量，kg/hm2。

(4)数据统计分析。试验数据采用EXCEL2007进行制图、制表，SPSS17.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对春小麦、西兰花产量的影响

不同处理下春小麦、西兰花产量变化如图1(a)、图1(b)所示。从图1(a)中可看出，春小麦各处理随着灌溉水量的增加，其产量同样呈增大趋势。与MCK相比，MZ1～MZ3处理增产率分别为21.31%、28.72%、29.32%，差异较MCK均达到显著水平(P<0.05)。因此，MZ3处理春小麦增产效果较佳。由图1(b)可知，西兰花各处理产量变化不同于小麦。总体上随着灌溉水量的增加，西兰花产量呈现先增大后减小的变化趋势。与BCK相比，MZ1～MZ3处理增产率分别为7.03%、32.83%、29.03%，差异较BCK均达到显著水平(P<0.05)。因此，BZ2处理西兰花增产效果较佳。

图1 不同处理春小麦、西兰花产量变化

作物(春小麦、西兰花)产量的增加，是适宜灌溉水量与肥料共同作用的结果。作物产量随着灌溉水量的增加呈增大趋势，但当灌溉水量达到某一值时，若继续增加灌溉水量，其产量增加幅度降低，甚至出现减产。主要由于一方面当灌溉水量达到作物生长最适宜水分环境之前，增加灌溉水量能够很好地促进作物生长，但当超过极限值时，继续增大灌溉量会使得土壤中水、气比例失调，进而影响植物呼吸作用，不利于其生长；另一方面，土壤水分是肥料最好的溶剂，当灌溉水量增加，能够将施入土壤中的肥料更好地溶解，以利于作物吸收利用。但当超过某一极限值时，继续增大灌溉量，溶解于水中的养分会随水分向下迁移，进而影响作物对其吸收利用。

2.2 不同处理对春小麦、西兰花水分利用效率的影响

水分利用效率为产量和耗水量比值。不同处理春小麦、西兰花水分利用效率如图2(a)、图2(b)所示。从图2(a)可看出，总体上，春小麦各处理水分利用效率随着灌溉水量的增加呈下降趋势。与MCK相比，MZ1～MZ3处理水分利用效率分别提高45.61%、38.40%、36.43%，差异较MCK均达到显著水平(P<0.05)。因此，MZ1处理春小麦水分利用效率提高效果较佳。由图2(b)可知，西兰花各处理水分利用效率变化趋势同其产量变化相同。与MCK相比，MZ1～MZ3处理水分利用效率分别提高29.59%、42.56%、35.47%，差异均达到显著性水平(P<0.05)。因此，BZ2处理西兰花水分利用效率提高效果较佳。

图2 不同处理春小麦、西兰花水分利用效率变化

春小麦各处理产量随灌溉水量的增加呈单调增加趋势，而水分利用效率变化则相反。主要由于尽管春小麦产量随着灌溉水量的增加而增大，耗水量同样增加，但由于耗水量增加幅度大于对应产量增加幅度，因而水分利用效率呈降低趋势。尽管MZ3处理产量大于MZ2处理，但差异不显著，同时MZ3处理耗水量大于MZ2处理耗水量，由于MZ3处理产量增加幅度低于耗水量增加幅度，因此其水分利用效率低于MZ2处理。西兰花各处理产量与水分利用效率变化趋势相同。主要由于随着灌溉水量的变化，西兰花产量变化较为显著，尽管各处理耗水量随着灌溉水量增加呈增大趋势，但由于产量增加幅度远远大于耗水量增加幅度，因而其水分利用效率变化与产量变化趋势相同。

2.3 不同处理对春小麦、西兰花氮肥偏生产力的影响

肥料偏生产力是指施用某一特定肥料下的作物产量与施肥量的比值。它是反映当地土壤基础养分水平和化肥施用量综合效应的重要指标。由于春小麦、西兰花施用磷酸二铵与尿素中均含有氮元素，因而采用氮肥偏生产力来表征作物氮素的利用情况。不同处理下春小麦、西兰花氮肥偏生产力如图3(a)、图3(b)所示。从图3(a)中可看出，随着灌溉水量的增加，春小麦氮肥偏生产力呈逐渐增大的变化趋势。其中MZ3处理氮肥偏生产力最大，增长率为95.72%；MZ1处理氮肥偏生产力最小，增长率为83.60%。各处理差异较MCK均达到显著水平(P<0.05)。因此，MZ3处理对氮肥的利用效果较佳。

图3 不同处理春小麦、西兰花氮肥偏生产力变化

图3(b)为不同处理下西兰花氮肥偏生产力变化。由于西兰花为复种于前茬小麦上，因而其肥料施用量为小麦施肥量与西兰花施肥量之和，但由于施于小麦的肥料部分为小麦所吸收利用，因而西兰花氮肥偏生产力为相对于前茬小麦的相对值。因此，西兰花氮肥偏生产力表示复种于前茬小麦的相对值。从图3(b)中可看出，随着灌溉水量的增加，西兰花氮肥偏生产力同其产量变化趋势相同。其中BZ2处理氮肥偏生产力最大，增长率为77.82%；BZ1处理氮肥偏生产力最小，增长率为43.29%。各处理差异较BCK均达到显著水平(P<0.05)。因此，BZ2处理对氮肥的利用效果较佳。

综上可知，随着灌溉水量的增加，春小麦、西兰花氮肥偏生产力随之变化，变化趋势同其相应产量相同。说明灌溉水量的增加，一方面改善了土壤水分状况，另一方面使得施入土壤中的肥料能够更好的溶解，有利于作物吸收利用。作物对肥料利用程度的增加，更好的促进了作物生长，从而使得产量相应增加。

3 结 论

(1)不同灌溉水量下春小麦复种西兰花提高了相应产量、水分利用效率及氮肥偏生产力。其中，当春小麦灌溉水量为2 175、2 700、3 225 m3/hm2时，产量分别提高21.31%、28.72%、29.32%；水分利用效率分别提高45.61%、38.40%、36.43%；氮肥偏生产力分别提高83.60%、94.81%、95.72%。当西兰花灌溉水量为2 325、2 730、3 000 m3/hm2时，产量分别提高7.03%、32.83%、29.03%；水分利用效率分别提高29.59%、42.56%、35.47%；氮肥偏生产力分别提高43.29%、77.82%、72.75%。

(2)对于春小麦而言，随着灌溉水量增加，产量及氮肥偏生产力均呈增大趋势，而水分利用效率呈减小趋势。但当灌溉水量由2 700 m3/hm2增加到3 235 m3/hm2时，产量、氮肥偏生产力增幅较小，差异不显著。而水分利用效率降幅较小，差异同样不显著；对于西兰花而言，当灌溉水量为2 730 m3/hm2时，产量、水分利用效率及氮肥偏生产力增幅效果较佳。通过对小麦复种西兰花产量、水分利用效率等因素综合考虑，建议小麦复种西兰花模式下各自最佳灌溉水量为2 700～2 730 m3/hm2。

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