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农作物间作种植方式可通过不同作物在时间和空间上的合理搭配,提高光能、水分、养分等农业资源的利用效率,进而使单位土地面积的产出较单作有所提高。随着人口增加、耕地减少和水资源紧缺态势加剧,我国粮食供给安全受到了日益严重的挑战。间作群体光能和水分传输利用机制的研究,对改进间作农田生产实践、促进农业生产生态可持续发展、节约农业用水及保障我国粮食安全都具有一定的参考价值。本研究以我国西北干旱半干旱地区常见的一种间作种植模式“小麦/玉米条带间作”(6行小麦/2行玉米间作和12行小麦/4行玉米间作)为研究对象,于2012-2014年在内蒙古河套灌区沙壕渠试验站开展了3年大田试验,对间作群体中光能和水分的传输过程及利用效率进行了试验研究及定量模拟,初步取得以下主要研究进展:(1)建立了估算条带间作群体辐射传输和分配的半经验模型。文章在宽行作物辐射传输模型的基础上,对间作群体冠层进行了分块,建立了模拟条带间作群体辐射传输的ERCRT(Extended row crop radiation transmission)模型,并用小麦/玉米间作群体光合有效辐射(Photosynthetic active radiation,PAR)截获率的实测值对其进行了验证。结果表明,PAR截获率模拟值和实测值之间的相关系数为0.884,模拟值的均方根误差为0.037,平均绝对误差为0.029。与传统的间作群体辐射传输模型相比,ERCRT模型能更好地估算宽带幅、低密度条带状间作群体的辐射截获。ERCRT模型还可用于估算辐射在间作作物之间及作物和土壤之间的分配。ERCRT模型所需要输入的参数简单且容易获取,也可用于其他类型的间作群体。基于ERCRT模型分析带幅宽度对小麦/玉米间作群体辐射截获效率时发现,6行小麦(行距15 cm,带幅宽90 cm)间作2行玉米(行距40 cm,带幅宽80 cm)的种植模式最优。(2)分析了小麦/玉米间作群体的辐射截获率、辐射利用效率及作物叶片的光合特性。2012、2013及2014年I62(6行小麦/2行玉米间作)间作群体的PAR截获量分别为1034.3、912.9及1051.6 MJ m-2,分别比I124(12行小麦/4行玉米)间作群体高4%、5%和4%,比单作小麦高38%、26%和29%,比单作玉米高13%、15%和11%。间作相对于单作的辐射截获比率在间作中期(小麦玉米共生)最小,间作后期(小麦收获以后)最大。2012年整个生育期I62和I124群体的PAR截获量分别比单作的加权平均值多25%和20%,2013分别多20%和15%,2014年与2013年相近。I62和I124群体中玉米的3年平均辐射利用效率分别为3.08和3.15 MJ Kg-1,比单作玉米低10%和8%;间作小麦的辐射利用效率与单作小麦没有显著差异。间作边行小麦底层叶片的净光合速率(Net photosynthesis,Pn)和气孔导度(Stomatal conductance,Gs)显著高于间作内行小麦及单作小麦;间作玉米底层叶片的Pn和Gs也显著大于单作玉米。间作边行小麦上层和下层叶片光合作用系统II的光量子产量(Quantum yield of photosynthesis system II,ΦPSII)和电子传递速率(Electron transport rate,ETR)都高于间作内行小麦和单作小麦;间作玉米上层和中层叶片的ΦPSII和ETR与单作玉米差异不显著,而底层叶片的ΦPSII和ETR显著高于单作玉米。说明间作种植可通过提高作物底层叶片的光合速率而增加整个冠层的光合产物。(3)分析了小麦/玉米间作群体的蒸发蒸腾规律并验证了Shuttle-Wallace模型在该间作条件下的适用性。充分灌溉的条件下,小麦/玉米间作群体的蒸发蒸腾量最大,单作玉米略低于间作群体,单作小麦最小。单作农田棵间土壤蒸发占蒸发蒸腾的比例在20%-25%之间,而间作群体接近40%。间作群体相对于单作群体耗水量的变化量(ΔWU)在24-26%之间,而其相对于单作群体的水分利用效率的变化量(ΔWUE)接近于0。说明间作群体的水分消耗量远高于单作群体,而水分利用效率与单作群体差别不大。直接应用多源模型会导致小麦/玉米间作群体的蒸发蒸腾的高估。分别应用Shuttle-Wallace双源蒸发蒸腾模型估算小麦和玉米条带作物蒸腾、土壤蒸发和总蒸发蒸腾量的精度较高。Shuttle-Wallace模型还可用于估算小麦/玉米间作群体蒸发蒸腾的分配。(4)探讨了水分限制对小麦/玉米间作群体产量及水分利用的影响。小麦抽穗期(玉米V5期)的水分限制处理(2012)提高了间作小麦的产量而降低了间作玉米的产量;小麦灌浆期(玉米V9期)的水分限制处理(2014)对间作小麦产量的影响不大,但是依然降低了玉米的产量;小麦拔节期(玉米V2期)的水分限制处理(2013)使小麦和玉米的产量都大幅度下降。2012、2013及2014年充分灌溉条件下间作群体的总产量分别为13.3、11.4及14.8 t ha-1,水分限制处理使间作群体的产量分别降低了8%、28%及15%。水分限制处理条件下,2012、2013及2014年间作相对于单作的产量优势分别为25%、3%及18%,而充分灌溉条件下间作相对于单作的产量优势在22-24%之间。间作群体中小麦的根系最大可伸展至玉米条带中心位置,而玉米的根系仅能伸展到边行小麦底部的位置。限水灌溉会促进小麦玉米种间的水分互补作用及作物对深层水分的利用。实施水分限制处理以后,每年灌溉量减少75.0 mm,间作群体耗水量降低25.1-70.8 mm,ΔWU降低至18-24%。小麦抽穗期和灌浆期水分限制对ΔWUE没有显著的影响,而小麦拔节期的水分限制使ΔWUE降低至-13%。