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冬小麦和紫花苜蓿是黄土旱塬区主要的粮食和饲草作物,二者间作具有资源互补利用、粮草兼收等优势。但是旱塬区雨水资源不足且年际间分布不均匀,冬小麦/紫花苜蓿间作对土壤水分平衡的影响效应还不确定。所以本研究的目的是通过大田试验,测定冬小麦/紫花苜蓿间作群体及相应单作群体中作物的生长发育、干物质积累、产量、土壤水分及水分利用效率等指标,分析间作模式及施肥对系统和水分利用的影响,从水分高效持续利用的角度提出黄土旱塬区冬小麦/紫花苜蓿间作系统优化栽培管理模式。试验于2017年10月~2019年10月在甘肃省庆阳市什社乡兰州大学庆阳黄土高原试验站开展;试验设计为随机区组设计,包括2个施肥处理和5种种植处理,2个施肥水平分别为高肥(HF)、低肥(LF);5种种植模式,分别为冬小麦单作(SW)、紫花苜蓿单作(SA)、冬小麦/紫花苜蓿2:1间作(2行冬小麦间作1行紫花苜蓿,I21)、冬小麦/紫花苜蓿4:2间作(4行冬小麦间作2行紫花苜蓿,I42)和冬小麦/紫花苜蓿8:4间作(8行冬小麦间作4行紫花苜蓿,I84),共10个处理,每个处理重复3次,共计30个试验小区。研究主要得到了以下结果:(1)分析了冬小麦和紫花苜蓿生长发育对间作模式和施肥处理的响应规律2018年在冬小麦/紫花苜蓿间作群体中,间作对冬小麦生长有促进作用,两种施肥条件下间作冬小麦株高和叶面积指数均高于单作。因紫花苜蓿建植第一年,种间竞争能力弱,紫花苜蓿生长发育缓慢,间作紫花苜蓿两茬的株高和叶面积指数均低于单作处理。2019年间作冬小麦株高和叶面积指数较单作处理降低,间作紫花苜蓿株高和叶面积指数较单作增加。2018年高肥条件下,冬小麦收获期处理I21、I42和I84冬小麦干物质积累量较单作SW分别提高28.3%、11.6%和14.2%,低肥下分别提高8.3%、19.0%和18.0%;2019年高肥与低肥处理下,收获期单作冬小麦干物质积累量均高于各间作处理,但处理间差异不显著(P>0.05)。2018年两种施肥条件下,第一茬各生育期单作紫花苜蓿干物质积累量高于间作处理,I84干物质积累量显著高于I42和I21(P<0.05),第二茬分枝期直到开花期,I84紫花苜蓿干物质产量高于其他各处理;2019年高肥处理干物质整体高于低肥处理,但两种施肥模式处理间干物质变化趋势相似,第一茬I84处理干物质产量较低,第二茬和其他处理间差异不显著。(2)量化了冬小麦/紫花苜蓿间作对作物产量的影响,评价了间作模式的土地利用优势2018年间作处理I84紫花苜蓿的总产量较高,高肥条件下分别比处理SA、I21和I42高24.4%、76.1%和87.8%,低肥条件下分别高25.2%、81.6%和56.5%;间作处理I21的冬小麦总产量最高,高肥条件下分别比SW、I42和I84高52.6%、19.5%和62.0%,低肥条件分别高50.9%、2.4%和25.4%。2019年两个施肥条件下,间作处理I84紫花苜蓿总产量均显著低于其他各处理;高肥条件下I21、I42和I84间作群体冬小麦总产量较SW分别降低12.5%、30.6%和14.6%,低肥条件间作处理I21和I42总产量与单作小麦差异不显著,但显著高于I84。2018年冬小麦/紫花苜蓿间作系统表现为间作优势,土地当量比(LER)在1.04~1.23之间,所有间作群体中冬小麦LER均大于0.5,表明冬小麦竞争能力大于紫花苜蓿。2019年高肥处理下所有间作群体的LER小于或等于1.0,无间作优势,而低肥条件下I21和I42体现出了间作优势,LER分别为1.13和1.05。(3)阐明了冬小麦/紫花苜蓿间作的土壤含水量及水分利用效率的影响2018年高肥条件下冬小麦收获期I21、I42和I84间作处理0-200 cm的平均土壤含水量比SA分别降低23.8%、19.7%和18.6%,低肥条件分别降低21.8%、16.9%和14.8%;紫花苜蓿收获后处理SA在高肥和低肥条件下0-200 cm土壤含水量均最低,间作处理水分介于两个单作处理之间。2019年高肥处理单作冬小麦土壤含水量显著低于间作群体(P<0.05),而在低肥条件下处理间的差异不显著(P>0.05);紫花苜蓿第3茬收获后,单作小区和间作小区的土壤含水量差异均不显著(P>0.05)。间作群体的耗水量小于单作群体的加权平均值。2018年与单作紫花苜蓿和单作冬小麦相比,间作处理I21、I42和I84均提高了作物的水分利用效率。2019年I21、I42和I84的水分利用效率较单作冬小麦有所提高,而低于单作紫花苜蓿。两年在低肥条件下间作群体相对于单作群体的水分利用优势更加突出。综上,冬小麦和紫花苜蓿间作具有提高系统产量的潜力,间作第1年相对于单作群体的土地利用优势在4%-23%之间,间作第2年低肥处理下也表现出了土地利用优势。第一年水分利用效率也较单作群体大幅提高,但是第二年仅高肥条件下I42和低肥条件下I21体现出了水分利用优势。试验期间降雨远高于多年平均降雨,该间作群体的产量和水分利用优势还需在不同降雨年型下进一步研究。