摘要 为探明适宜于南疆枣棉间作复合系统合理的灌水量，设置4个水分梯度，采用随机区组试验设计，研究枣棉间作不同水分处理对枣棉间作复合系统产量及水分生产率的影响。结果表明，随着灌水量的增加，枣棉间作群体产量呈现先减小后增加再减小的趋势;灌水量5 250 m3 /hm2处理产量最高，为2 828.9 kg/hm2，与灌水量3 750、4 500、6 000 m3/hm2处理产量差异显著;不同水分处理下的水分生产率有明显差异，依次为灌水量3 750 m3/hm2>灌水量5 250 m3/hm2>灌水量4 500 m3/hm2>灌水量6 000 m3/hm2。因此，枣棉间作最佳灌水量为5 250 m3/hm2。
关键词 枣棉间作;水分;产量;水分生产率
新疆紅枣、棉花产业近年来蓬勃发展，但是大多数都是单作种植。伴随农业产业结构的调整，新疆从可持续发展的高度，大力推广农林间作种植模式，而枣棉间作种植模式也成为了新疆农业增收的重点项目，目前形成了“枣棉间作”农业中心产业格局。国内外学者从多个方面就间作应用的理论体系进行了优化资源利用效率的理论和实践探索[1-2]。柴 强等[3]提出了在间作模式下作物需水量的计算模式。程建平等[4]、迟道材等[5]也探讨了冬小麦/春玉米种植模式下，不同作物各生育阶段的作物需水量的关系。高 阳等[6]还就小麦/玉米、小麦/油葵模式下，作物的日耗水量进行了研究。强小曼等[7]研究表明，滴灌下西瓜产量、棉籽产量、间作的水分生产率较沟灌分别提高约14.90%、9.20%、40.39%。王仰仁等[8]也指出，不同作物组合在一起种植，其水分利用效率较单作提高0.08～0.45 kg/m3。周建伟等[9]开展的棉花膜下滴灌试验结果表明，棉花膜下滴灌较常规沟灌节水 57.6%。王治国等[10]开展了不同灌溉模式对枣棉间套作体系下生态区域的温度和湿度变化的影响研究，确定了不同灌溉方式的生态影响，为优化枣棉体系灌溉模式提供理论依据。 我国现有耕地面积约1.2亿hm2，全国2/3的粮食、3/5的经济作物、4/5的蔬菜均从这里产出。而水资源正是一切产出的前提和保证，人们已经逐渐认识到对有限水资源的节约、储存、利用和保护是极其重要的[11]。郑 捷等[12]运用大量数据分析表明，灌溉技术落后、节水灌溉面积小造成的灌区灌溉水利用系数低是导致中国灌溉水分生产率低的主要原因。张寄阳等[13]研究发现，不同水分处理的冬小麦耗水规律基本一致，但日耗水强度和总耗水量各处理间差别明显。而在间作种植中，人们往往只是按照其中一种作物的需水量进行灌溉，这样就会造成2种作物之间水分的不平衡。本试验研究枣棉间作条件下不同灌水量对枣棉间作复合系统产量及水分生产率的影响，为优化枣棉间作复合系统提供理论依据，从而探明适宜于南疆枣棉间作复合系统合理的灌水量。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2017年在阿拉尔市塔里木大学园艺试验站（北纬40°32′34″，东经81°18′07″，海拔1 015 m）展开。该地区年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸发量1 976.6～2 558.9 mm，地下水埋深在3 m以下。降雨量极其稀少，地表蒸发强烈，空气极端干燥，土壤类型为黏壤土。试验区地势平坦，排灌方便，土壤水分、肥力等条件相近。供试幼龄枣园红枣株行距配置为3.0 m×1.5 m。供试棉花品种为新陆中36号，在距离红枣1 m處种植棉花。
1.2 试验设计
结合棉花整个生育期对水分需求的特性，分别在棉花不同生育期进行水分控制，共设置4个水分处理，分别为3 750 m3/hm2（W1）、4 500 m3/hm2（W2）、5 250 m3/hm2（W3）、6 000 m3/hm2（W4），另设红枣单作种植（CK1）、棉花单作种植（CK2）作为间作产量对照。其中处理W3为生长期常规管理灌水量对照，灌溉方式为滴灌，用水表控制水量。3次重复，小区面积31 m2。土样采集分别在5月19日、6月19日、7月19日、9月19日进行，采样点设置在红枣与棉花行间。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 土壤水分性状。于棉花苗期、蕾期、花铃期、吐絮期，分别取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm层次土壤，测定土壤含水量。土壤水分采用烘干法测定，每项测定重复3次。
1.3.2 群体叶面积。于棉花花铃期用CI110冠层仪测定群体叶面积。
1.3.3 产量。棉花收获时，每小区选择7株棉花进行考种，测定籽棉干质量及收获指数等。红枣收获时，按实收产量计算。
1.4 数据计算方法
1.4.1 耗水量。计算公式如下：
耗水量（ET）=P+L+S-ΔW
式中，ET为耗水量（mm），P为降雨量（mm），L为灌溉量（mm），S为作物利用地下水量（mm），ΔW为播种期和收获期0～20 cm土壤贮水量之差（mm）。由于试验区的地下水埋藏较深（3.0 m以下），公式可以简化如下：
ET=P+L-ΔW
1.4.2 作物水分生产率与灌溉水分生产率[12]。计算公式如下：
作物水分生产率（WUE）=Y/（M+P+D+ΔW）;
灌溉水分生产率（WUEi）=Y/M。
式中，Y为作物产量（kg/hm2），M为灌溉量（m3/hm2），P为降雨量（m3/hm2），D为地下水补给量（m3/hm2），ΔW为播种期和收获期0～20 cm土壤贮水量之差（m3/hm2）。由于试验区的地下水埋藏较深（3.0 m以下），公式可以简化如下：
WUE=Y/（M+P+ΔW）
1.4.3 土地当量比。土地当量比用于衡量间作优势。计算公式如下：
LER=Yih/Y+Yim/Y
式中：Yih和Yim分别指在间作总面积上红枣和棉花产量（kg/hm2）;YY分别指单作红枣和棉花产量（kg/hm2）;当LER>1时，表示有间作优势;当LER<1则无间作优势。
1.5 数据统计
试验数据采用Excel进行整理汇总和绘图，方差分析采用DPS进行分析，显著性测验采用LSD法。
2 结果与分析
2.1 不同水分处理对间作棉花群体叶面积指数的影响
叶面积指数是作物群体发育状况的一个重要指标，也是影响作物产量的一个重要因子[13]。由图1可知，4个水分处理的群体叶面积指数差异不显著，其中处理W2群体叶面积指数最大，为2.32，其后依次是处理W3、W4、W1。相比叶面积指数最小的处理W1，处理W2群体叶面积指数仅增加了14.8%。
2.2 不同水分处理枣棉间作的产量及土地当量比
由表1可以看出，间作中以处理W1的红枣产量最高，但与处理W2、W3的红枣产量差异不显著，显著高于处理W4。间作棉花产量以处理W3最高，与处理W1、W2、W4存在显著差异。
不同水分处理下红枣、棉花间作模式系统总产量以处理W3最高，4个水分处理的系统总产量均高于棉花单作产量和红枣单作产量。4个水分处理土地当量比只有处理W1和处理W3大于1，处理W2和处理W4均小于1。其中，处理W3土地当量比最大，但与处理W1的土地当量差异并不显著。 2.3 不同水分處理枣棉间作群体耗水总量
由表2可知，4个水分处理的耗水量呈递增趋势，各处理之间都存在极显著差异。其中，处理W1的耗水量最低，较耗水量最高的处理W4减少了34.04%。
2.4 不同水分处理枣棉间作群体灌溉水分生产率
由图3可知，4个水分处理的灌溉水分生产率表现为处理W1>处理W3>处理W2>处理W4。处理W1灌溉水分生产率最高，为0.59 kg/m3，与处理W3灌溉水分生产率（0.54 kg/m3）差异不显著，但与处理W2、W4灌溉水分生产率有极显著差异。与处理W2（0.33 kg/m3）和处理W4（0.31 kg/m3）灌溉水分生产率相比，处理W1灌溉水分生产率分别提高78.8%、90.3%。
2.5 不同水分处理枣棉间作群体水分生产率
由图4可知，4个水分处理下枣棉间作群体水分生产率表现为处理W1>处理W3>处理W2>处理W4。处理W1的水分生产率最高，为0.59 kg/m3，与处理W3水分生产率差异不显著，但与处理W2水分生产率差异显著，与处理W4水分生产率差异极显著。
3 结论与讨论
试验结果表明，枣棉间作群体产量以灌水量5 250 m3/hm2处理产量最高，与灌水量3 750 m3/hm2处理相比，灌水量4 500、5 250、6 000 m3/hm2处理分别减产32.64%、增产28.76%、减产14.94%。不同水分处理下枣棉间作群体水分生产率有明显差异。不同灌水量灌溉水分生产率表现为3 750 m3/hm2>5 250 m3/hm2>4 500 m3/hm2>6 000 m3/hm2，灌水量3 750 m3/hm2处理与灌水量5 250 m3/hm2处理差异不显著，但与灌水量4 500、6 000 m3/hm2处理差异极显著。不同灌水量群体水分生产率表现为3 750 m3/hm2>5 250 m3/hm2>4 500 m3/hm2>6 000 m3/hm2。灌水量3 750 m3/hm2处理与灌水量5 250 m3/hm2处理差异不显著，与灌水量4 500 m3/hm2处理差异显著，与灌水量6 000 m3/hm2处理差异极显著。
综合考虑灌溉量、水分生产率及枣棉间作群体产量，灌水量5 250 m3/hm2处理条件下，枣棉间作复合系统的灌溉投入与产出的整体效益最佳。因此，间作条件下，枣棉间作最适灌水量为5 250 m3/hm2。
水分是影响作物产量的重要因素。钟良平等[14]研究表明，相对生物产量、相对经济产量随无量纲土壤湿度和耗水量增加而增加，说明作物产量会因耗水量的不同而有显著差异。程宪国等[15]研究也表明，冬小麦产量高低与耗水量多少有着显著的二次回归关系，在作物产量水平不高时，随着耗水量的增加，作物产量会持续上升，当达到作物最高产量后，随着耗水量的增加，产量则开始逐渐下降。本研究结果表明，灌水量5 250、6 000 m3/hm2处理耗水量极显著高于灌水量3 750、4 500 m3/hm2处理，而对应的灌水量5 250、6 000 m3/hm2处理棉花产量显著高于灌水量3 750、4 500 m3/hm2处理棉花产量。这与赵盼盼等[16]研究结果一致，即不同水分处理之间棉花产量存在极显著差异。万素梅等[17]研究表明，红枣对低水环境有较强的忍耐力与保水能力，随着耗水量的增加，红枣的产量逐渐降低，与本研究结果一致。
在干旱条件下，人们为提高作物产量，以牺牲灌水量为代价，而干旱地区水资源宝贵，而较高的水分生产率与适度产量水平的结合，才对干旱缺水条件下的作物高效用水具有重要意义[18-21]。本研究表明，通过不同的水分处理枣棉间作的群体水分生产率大小并未随着灌水量的增加而增加，而是呈现复杂的关系。其中灌水量3 750 m3/hm2处理水分生产率最高，与灌水量5 250 m3/hm2处理水分生产率差异不显著，但与灌水量4 500 m3/hm2处理水分生产率差异显著，与灌水量6 000 m3/hm2处理水分生产率差异极显著。而枣棉间作的群体产量以灌水量5 250 m3/hm2处理最高，与灌水量3 750、4 500、6 000 m3/hm2处理差异显著。通常作物产量与用水量呈反抛物线关系，灌溉量过高时，过度的植被生长可能导致根系活力变弱、冠层结构不合理，这意味着产量与水分生产率并不一定成正比。因此，灌水量5 250 m3/hm2处理产量最高，耗水量较高，但是与灌水量3 750 m3/hm2处理水分生产率差异不显著。说明灌水量5 250 m3/hm2处理协调了“源”的积累和“库”的形成，使产量构成更加合理。同时，灌水量5 250 m3/hm2处理土地当量比与灌水量3 750 m3/hm2处理差异不显著，说明其对枣棉间作更有增产优势。
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