补充灌溉和氮肥施用量对中国关中平原玉米-大豆间作系统水分-氮素-光能利用效率的影响

《Agricultural Water Management》：Effects of supplemental irrigation and nitrogen application rates on water-nitrogen-light use efficiency of maize-soybean intercropping systems in Guanzhong Plain of China

玉米-大豆间作系统在关中平原的产量与资源利用效率研究。采用两因素三水平设计，对比不同灌溉（雨养/补充30mm）和氮肥（240/180/120kg/ha）对间作及单作系统的影响。结果表明补充灌溉使玉米增产8.46%-17.33%，大豆增19.50%-34.91%；180kg氮肥处理下，土地等效比达1.08-1.15，ΔNPFP（1.14-1.33）和ΔRUE（1.55-1.64）显著优于单作，表明优化水氮管理可提升资源利用效率，建议关中半干旱区推广补充灌溉与180kg氮肥配比的间作模式。

　　在当前全球人口增长和资源日益紧张的背景下，如何在有限的土地资源中实现粮食生产的可持续发展成为农业研究的重要课题。本文通过在陕西关中平原地区进行两年的田间试验，探讨了灌溉和氮肥施用量对玉米–大豆间作系统生产力和资源利用效率的影响，旨在为半干旱地区可持续集约化农业提供科学依据和实践指导。

玉米–大豆间作是一种传统的谷物–豆科作物种植模式，具有经济和生态双重优势。然而，对于这种系统在关中平原的生产力和资源利用效率，尤其是灌溉和氮肥施用量的影响，仍存在许多未解之谜。研究采用三种种植模式（玉米单作、大豆单作和玉米–大豆间作）、两种灌溉水平（雨养和补充灌溉30毫米）以及三种氮肥施用量（玉米分别为240、180和120千克/公顷），在两年间对作物产量、地上生物量、水分利用效率（WUE）、氮肥利用效率（NUE）以及辐射利用效率（RUE）进行了系统评估。结果显示，补充灌溉显著提高了玉米和大豆的产量，玉米产量提升8.46–17.33%，大豆产量提升19.50–34.91%。同时，补充灌溉还增强了地上生物量，玉米和大豆分别提升8.85–17.02%和11.53–15.97%。此外，补充灌溉显著改善了作物氮素吸收、水分生产力（WP）、氮素部分因子生产力（NPFP）以及辐射利用效率（RUE）。

值得注意的是，氮肥施用量的减少对玉米的NPFP或氮素收获指数（NHI）没有不利影响，但50%的氮肥减少则导致产量、地上生物量、WP和RUE显著下降。这表明在玉米–大豆间作系统中，氮肥的施用应保持在一定水平，以维持作物的高生产力和资源利用效率。间作系统在两年间均优于单作系统，其土地等效比（LER）为1.08–1.15，水生产力差异（ΔWP）为1.15–1.28，氮素收获指数差异（ΔNHI）为1.04–1.16，氮素部分因子生产力差异（ΔNPFP）为1.14–1.33，以及辐射利用效率差异（ΔRUE）为1.55–1.64。这表明间作系统在资源利用效率方面具有显著优势。

本研究的结论表明，结合补充灌溉（30毫米）和适度氮肥施用（180千克/公顷）是关中平原玉米–大豆间作系统的最佳水–氮管理策略。这种策略不仅提升了作物产量，还显著提高了水分、氮素和辐射的利用效率。此外，研究还强调了间作系统在提高土地利用效率和资源互补性方面的潜力，为半干旱地区农业可持续发展提供了重要的理论基础和实践指导。这些发现有助于优化农业管理实践，促进资源的高效利用，从而实现农业生产的集约化和可持续性。