间作小麦玉米的水分竞争与生态位分离机制

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1、分类号密级UDC单位代码10733甘肃农业大学博士学位论文间作小麦玉米的水分竞争与生态位分离机制MechanismofWaterCompetitionandNicheDifferentiationbetweenIntercroppedWheat(Triticumaestivum)andmaize(Zeamays)陈国栋指导教师姓名黄高宝教授(甘肃农业大学兰州730070)张仁陟教授(甘肃农业大学兰州730070)柴强教授(甘肃农业大学兰州730070)学科专业名称生态学研究方向农业生态学论文答辩日期2015年5月31日学位授予日期2015年6月答辩委员会主席冯起研究员评阅人曹凑贵教授

2、王振林教授冯永忠副教授2015年5月MechanismofWaterCompetitionandNicheDifferentiationbetweenIntercroppedWheat(Triticumaestivum)andmaize(Zeamays)byChenGuo-dongGansuAgriculturalUniversity,2015ADISSTERTATIONSUBMITTEDINPARTIALFULFILLMENTOFTHEREQUIREMENTSFORTHEDEGREEOFDOCTOROFPHILOSOPHYInthecollegeofResourcesandEnvi

3、ronment©2015GANSUAGRICULTURALUNIVERSITYJune2015Allrightsreserved.Thisworkmaynotbereproducedinwholeorinpart,byphotocopyorothermeans,withoutthepermissionoftheauthor甘肃农业大学2015届博士学位论文摘要间套作能够显著增加作物产量和提高单位面积耕地利用率，是解决粮食供需矛盾的有效途径之一。近年来，受水资源短缺的制约，间套作种植面临着重大挑战。种间关系是协调间作群体水分利用的内因，如何通过调节种间竞争与互补关系，充分利用间作时空生

4、态位的分离来进一步提高水分利用效率是目前亟待解决的科学问题。为此，本研究在干旱绿洲灌区设置田间试验，以典型间作模式小麦间作玉米为试验对象，在不同带型和密度条件下，探讨间作群体土壤水分的时空分布、迁移特征及其消耗结构，揭示间作作物的水分生理特性、干物质累积运转特性与种间竞争和生态位分离的相关关系，以期为通过优化种间关系进一步提高间作水分利用效率提供理论依据。主要结论如下：（1）小麦间作玉米群体中，两种作物带中的土壤水势在作物不同生育时期不同，并受密度和带型的显著影响，形成了水分不同空间和时间竞争互补利用的水动力学基础。小麦与玉米共生期间，玉米带土壤水势较小麦带高13.5%，其中高密度小

5、麦间作处理高18.5%，行比为6：3的间作处理高21.6%。小麦收获后-玉米单独生长期间，小麦带土壤水势较玉米带高21.8%，其中低密度玉米间作处理高27.9%，行比为6：4的间作处理高28.0%。两种作物带的土壤水势差异是间作作物需水空间生态位和时间生态位分离共同作用的结果。小麦带与玉米带土壤水势差的绝对值随着密度的增加而减小，低密度玉米处理较高密度处理高12.1%，低密度小麦处理较高密度处理高16.5%，说明随着种内竞争的增加，间作群体对水分的互补利用程度得以强化；共生期内小麦带与玉米带的水势差的绝对值随着幅宽的增加而增加，6：4间作处理较6：2间作处理高3.2%，而麦收后则随之

6、减小，6：2间作处理较6：4间作处理高2.7%，说明玉米行数的增加，弱化了共生期间对水分的互补利用，但强化了生育后期玉米对水分的补偿性利用，利于增大间作玉米的后补偿效应。（2）作物不同生育时期，间作群体中存在不同方向的带间水分迁移，形成了水分在时间和空间生态位上的高效互补利用，作物密度、行比对带间水分迁移具有显著调控作用。小麦与玉米共生时，小麦可从玉米带竞争16-55mm的土壤水分；小麦收获后，小麦带能够为玉米带补给20-60mm的土壤水分。增加密度（尤其增加小麦密度）能够显著增加水分的迁移量，高密度小麦和高密度玉米处理全生育期水分迁移量分别为101mm和74mm，分别较低密度处理高

7、136%和68%。全生育期水分的迁移量在不同带型处理间差异不大，平均为74mm，但带型显著增加了小麦收获后水分的迁移量，麦收后水分的迁移量（平均为46mm）较共生期间（平均为28mm）高61%。密度在调控间作水分竞争和补偿利用方面优于带型，在小麦间作玉米复合群体中，小麦种内竞争的增加有利于水分生态位的分离，能I甘肃农业大学2015届博士学位论文够极大地促进间作群体对资源的互补利用。（3）间作小麦、玉米耗水的关键生育时期、土壤区域不同，时空分离明显，弱化了水