0 引言
【研究意义】水是影响作物生长发育不可或缺的自然资源,是促进作物对资源循环和吸收利用的重要载体[1-2]。辽西风沙半干旱区生态环境承载能力较为脆弱,水分一直是该区域农业发展的主要限制因子,作物生育期内降水变率大且水资源时空分配不均、作物水分利用低下及土壤风蚀沙化等农业生产环境问题严重制约了该地区的农户增产增收[3-4]。而间作种植具有较高的单位面积粮食产出和较强的资源利用效率,通过提高系统农田土地生产力来实现间作种植优势,同时,带状间作还是农牧交错带的一种冬、春季节防风固沙的重要生态措施,一直是旱作农业生产区较为常见的传统种植模式[5]。因此,开展以间作种植为基础来提高农田土地生产力和作物水分利用效率的研究对区域农业生产具有重要意义。【前人研究进展】间作是通过在同一田地上合理相间种植多种作物来实现复合群体高效利用水分、养分、光照和土地等时空资源,降低因气候和市场变化带来的收益风险,提高农田生产力的人工复合系统种植模式[6]。众多研究表明,禾本科作物与豆科作物间作通过种间竞争与互补协调作用改善农田生态环境,如玉米和蚕豆[7]、小麦和蚕豆[8]、玉米和大豆[9]、玉米和花生[10]等作物间作,促进了作物产量提升,表现出较强的土地生产力优势。而对干旱和半干旱农业生产区小麦和玉米[11-12]、向日葵和马铃薯[13]、玉米和大豆[14-15]、豌豆和玉米[16]等间作生产实践研究发现,间作可提高土壤水分含量、降低表层土壤水分蒸发和改善高耗水作物对土壤水分的过度消耗,提升了间作系统水分利用效率。因此,在合理搭配作物种类、种植密度及科学田间管理下,作物间作通过强化生态服务功能与功能机制可提升农田生产力和水分利用效率。【本研究切入点】国内外****对间作系统的研究已经达到一定的广度和深度,其中对玉米和花生作物搭配间作也进行了大量研究,但多集中于光合作用[17]、养分利用[18]、根际微生物[19-20]及产量[21-22]等方面,对辽西地区玉米和花生间作群体影响研究报道较少,特别是在间作土地生产力和水分生产力等方面缺乏深入研究。【拟解决的关键问题】开展辽西风沙半干旱区玉米和花生不同行比配置下的土地生产力、土壤水分分布及作物水分利用效率研究,探明不同间作配比模式对产量和水分时空损耗的关系来挖掘其间作优势,以期为构建区域高产高效及生态环境保护的间作种植模式提供理论依据和技术支撑。1 材料与方法
1.1 研究区域概况
辽宁省西北部地区属北温带大陆性季风气候区,四季较为分明,年平均气温能够达到7—8℃,5至9月份日照时数为1 200—1 300 h;雨热同期,多年平均降雨量为350—500 mm,并且降雨月份相对集中,且降雨变率较大,干旱灾害发生频繁;同时,该区域冬、春季起风天气十分频繁。境内多山地丘陵,耕地多为坡耕地,土地养分较为贫瘠。1.2 试验地概况
本研究于2015—2016年在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站（辽宁省阜新市阜新蒙古族自治县,42°8′34″N,121°45′11″E）进行。试验地田间地形相对较为平坦,土壤基本理化性状为pH 6.95,全氮0.78 g·kg-1,全磷0.58 g·kg-1,全钾18.87 g·kg-1,碱解氮48.24 mg·kg-1,速效磷18.46 mg·kg-1,速效钾74.47 mg·kg-1,容重1.45 g·cm-3。2015年作物生育期内降雨量为203.2 mm,属于干旱年份,生育期内平均气温为22.2℃;2016年作物生育期内降雨量为468.7 mm（7月21日,单日降雨对生育期降雨量的构成起显著影响）,属丰水年份,生育期内平均气温为23.6℃（图1）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1试验地2015—2016年作物生育期内日平均降雨量和温度
-->Fig. 1Daily rainfall and mean temperature in growth period of the experiment station
-->
1.3 试验设计
本试验采用完全随机区组设计,共4种种植模式,包括2行玉米和4行花生间作（2M:4P）,该模式带宽为3 m;4行玉米和4行花生间作（4M:4P）,带宽为4 m;单作玉米（S-M）和单作花生（S-P）。每处理4次重复,玉米的株距均为4.5株/m,花生株距均为15株/m,花生采用一穴双粒种植,单、间作玉米和花生的行间距均为0.5 m（图2）。各小区行长为8 m,小区宽为12 m,面积为96 m2。采用南北向均一化条带种植,2M:4P间作玉米的行长密度（row length density,RLD：为单作或间作系统中单位宽度上所种植的作物行数）为0.67 m/m2（或行/m）,4M:4P间作玉米的行长密度为1 m/m2,S-M的行长密度为2 m/m2;2M:4P间作花生的行长密度为1.33 m/m2（或行/m）,4M:4P间作花生的行长密度为1 m/m2,S-P的行长密度为2 m/m2。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2玉米和花生间作种植模式及土壤水分取样位置
（a）黑色圆点处为2M:4P间作系统由花生中心垄沟到玉米中心条带（P1-P6）土壤水分取样位置;（b）黑色圆点处为4M:4P间作系统由花生中心垄沟到玉米中心条带（P1-P7）土壤水分取样位置。下同
-->Fig.2Placements for taking soil samples and layouts in maize-peanut intercropping systems
(a) represents the measurements placement from the middle of the peanut furrow to the middle of the maize inter-row (P1-P6), which is located in 2M:4P; (b) represents the measurements placement from the middle of the peanut furrow to the middle of the maize inter-row (P1-P7), which is located in 4M:4P. The same as below
-->
1.4 供试品种及试验管理
供试品种：玉米为耐密品种“郑单958”,花生为“白沙1016”,均为适合干旱地区间作种植品种。4种种植模式的肥料分配和施用相同,播前一次性施入磷酸二铵（N-P-K 18-15-0）150 kg·hm-2和三元复合肥（N-P-K 15-15-15）150 kg·hm-2作为底肥,后期未进行追肥处理。玉米和花生于同期播种和收获,2015年于5月14日播种,9月29日收获,2016年于5月12日播种,9月27日收获。
1.5 项目测定与方法
土壤水分测定：于2015年和2016年玉米抽雄期（花生结荚期）,用土钻以每10 cm为一层采集土壤样本,玉米和花生条带取样深度为100 cm。在间作系统中以花生中心垄沟为P1取样位置,依次至玉米中间条带垄沟为P6（2M:4P）、P7（4M:4P）取样位置点（图2）,按烘干法测定土壤含水量。生物产量测定：于作物成熟期,单、间作（间作分边行）玉米随机选取5 m行长玉米植株,单、间作（间作分边行）花生随机选取0.5 m行长花生植株,单、间作均3次重复。之后将植株样本置于105℃烘箱中杀青,75℃下烘干称干重。
产量测定：取样条带和方法同生物产量取样。收获后挂置于风干棚内晾晒至玉米籽粒含水率为14%时,花生籽粒为15.5%时进行称重（用水分测定仪测定籽粒含水率）,按常规方法测定产量构成因素。
1.6 计算方法
单、间作中玉米和花生的种植密度都采用均一化种植密度,计算公式如下[23]：HDi=Pi×RLDi
式中,HDi表示单、间作作物i的均一化种植密度,株/m2;Pi为作物i的株距密度,株/m,在本试验中各花生种植模式的株距密度为15株/m,玉米种植模式的株距密度为4.5株/m;RLDi为作物i在单作和间作中的行长密度;行长密度RLD为单作或间作系统中单位宽度上所种植的作物行数,行/m或 m/m2,2M:4P间作玉米的RLD为0.67 m/m2（或行/m）、4M:4P间作玉米的RLD为1 m/m2、S-M的RLD为2 m/m2,2M:4P间作花生的RLD为1.33 m/m2（或行/m）、4M:4P间作花生的RLD为1 m/m2、S-P的RLD为2 m/m2。
作物产量都采用均一化产量Yi表示,计算公式如下：
Yi=PYi+HDi
式中,Yi为复合系统中作物i的均一化产量,g·m-2;PYi表示作物i的单株产量,g/株。
间作在单位面积内较单作的土地利用优势由土地当量比（land equivalent ratio,LER）计算所得[24]：
式中,LERm、LERp分别表示间作中玉米和花生的相对土地当量比;Ym,I、Ym,S,Yp,I、Yp,S分别表示间作、单作玉米均一化后的产量和间作、单作花生均一化后的产量,g·m-2。当某种间作模式的LER<1时,则认为该间作在相对区域土地利用需求体系内降低了土地生产力,具有间作劣势;当LER=1时,该体系无间作优势;当LER>1时,则认为该体系具有间作优势,有一定的应用价值。
作物耗水量（evapotranspiration of field,ET）是指作物从播种至收获整个生育期农田水分消耗的总和。试验过程中未对作物进行人为灌溉,同时,试验地较为平坦、地下水位较深,故忽略不计地表径流和地下水补充,简化后的作物耗水公式如下：
式中,ET为作物耗水量,mm;P为全生育期降雨量,mm;SS为播前土壤储水量,mm;SF为收获后土壤储水量,mm。
作物水分利用效率（water use efficiency,WUE）是指作物单位耗水量所生产出的产量,通常用作物产量和耗水量的比值来计算：
式中,Y为作物产量,g·m-2：ET为作物耗水量（或实际蒸散量）,mm。
间作系统水分利用优势由水分当量比（water equivalent ratio,WER）表达,其定义与上式中LER类似[25]：
式中,WERm、WERp为间作系统中玉米、花生的相对水分利用效率;WUEm,I、WUEm,S,WUEp,I、WUEp,S分别表示间作、单作玉米水分利用效率和间作、单作花生水分利用效率。在间作复合系统中的WER同样采用衡量值1来评估与单作在单位面积内的耗水量,当WER<1时,说明间作相对于单作降低了水分利用效率;当WER>1时,说明间作提高了系统农田水分利用效率。
1.7 数据分析
采用Excel进行数据整理,用Surfer 10.0进行水分分布制图,用SPSS 17.0进行试验数据方差分析（LSD为0.05水平下）。2 结果
2.1 作物生物产量和经济产量
2.1.1 生物产量 对2015年和2016年间作作物生物产量分析表明（表1）,间作种植对作物生物产量影响显著（P<0.05）。在不同种植模式玉米均一化生物产量比较中,2M:4P和4M:4P间作玉米的生物产量较单作降低,达到显著性差异（P<0.05）,2M:4P间作玉米的生物产量为单作玉米（S-M）的38.71%—42.14%;4M:4P间作玉米的生物产量为单作产量的48.52%—51.39%;4M:4P间作玉米的生物产量高于2M:4P间作模式,较2M:4P间作生物产量提高15.14%—32.78%。单、间作种植模式的玉米生物产量2016年（丰水年）显著高于2015年（干旱年）的生物产量（P<0.05）,较2015年的生物产量平均提高18.52%,主要与两年生育期内不同降雨量密切相关。玉米和花生间作对花生生物产量产生较大影响（P<0.05）。2M:4P间作花生的生物产量为单作花生（S-P）的52.80%—58.62%;4M:4P间作花生生物产量为单作生物产量的45.42%—47.09%;4M:4P间作模式花生的生物产量较2M:4P间作模式降低10.82%—22.52%。单、间作种植模式2016年花生的生物产量较2015年提高31.51%。
2.1.2 经济产量 玉米和花生间作种植模式对作物的经济产量（籽粒产量）也产生较大影响,2种间作模式的玉米经济产量与单作玉米均达到显著性差异（P<0.05）。2M:4P间作均一化种植密度为3株/m2,4M:4P间作均一化种植密度为4.5株/m2,这两种种植模式下玉米经济产量分别为单作玉米（均一化种植密度为9株/m2）经济产量的59.24%—67.05%和67.05%—72.31%;4M:4P间作模式的玉米经济产量要高于2M:4P间作模式,但并未达到显著性差异（P<0.05）;3种单、间作种植模式下,2016年的玉米经济产量较2015年平均提高36.88%,玉米经济产量年际变化差异显著（P<0.05）。
间作花生的经济产量与单作花生也有显著性差异（P<0.05）,2M:4P间作模式中花生经济产量为单作花生的56.57%—47.39%;4M:4P间作模式中花生经济产量为单作花生的43.21%—41.42%;2M:4P间作模式花生经济产量显著高于4M:4P间作模式（P<0.05）,较4M:4P间作模式提高14.44%—30.94%。2016年的花生经济产量较2015年提高85.77%,年际差异变化较为明显（P<0.05）。
Table 1
表1
表1玉米和花生不同种植模式下的生物和经济产量
Table 1Biomass and grain yield of maize-peanut in different cropping systems
| 年份 Year | 种植模式 Cropping system | 均一化密度 HD (plant/m2) | 生物产量 Biomass (g·m-2) | 经济产量 Grain yield (g·m-2) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 玉米Maize | 花生Peanut | 玉米Maize | 花生Peanut | 玉米Maize | 花生Peanut | ||
| 2015 | 2M:4P | 3.0 | 20.0 | 990.49b | 448.22b | 567.22b | 95.57b |
| 4M:4P | 4.5 | 15.0 | 1140.46b | 347.30c | 611.69b | 72.99c | |
| 单作Sole | 9.0 | 30.0 | 2350.70a | 764.58a | 845.90a | 168.94a | |
| SE | 218.37 | 63.05 | 48.28 | 12.91 | |||
| 2016 | 2M:4P | 3.0 | 20.0 | 1086.46b | 575.28b | 732.03b | 159.58b |
| 4M:4P | 4.5 | 15.0 | 1442.53b | 483.33b | 828.71b | 139.44c | |
| 单作Sole | 9.0 | 30.0 | 2806.60a | 1026.39a | 1235.80a | 336.67a | |
| SE | 184.64 | 89.56 | 84.99 | 31.43 | |||
| 平均 Mean | 2M:4P | 1038.47b | 511.75b | 649.63b | 127.58b | ||
| 4M:4P | 1291.50b | 415.32b | 720.20b | 106.22c | |||
| 单作Sole | 2578.65a | 895.48a | 1040.85a | 252.80a | |||
| SE | 239.59 | 75.24 | 62.77 | 22.89 | |||
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2.2 不同种植模式的土地生产力
通过对玉米和花生间作土地当量比的方差分析结果表明（表2）,在激烈种间资源竞争下受作物行比设置的影响,2M:4P间作玉米的偏土地当量比（LERM）为0.63—0.67,4M:4P间作玉米的LERM为0.71—0.72;4M:4P间作模式的LERM较2M:4P的LERM高7.46%—12.69%。2M:4P间作花生的偏土地当量比（LERP）为0.47—0.57,4M:4P间作花生的LERP为0.41—0.43;4M:4P间作模式的LERP显著低于2M:4P间作模式（P<0.05）,较2M:4P的LERP降低12.77%—24.56%。就整个间作系统而言,2M:4P间作系统的LER为1.10—1.24,4M:4P间作系统的LER为1.12—1.16,两间作系统的LER均大于1,说明玉米和花生系统具有一定的产量优势。2种间作系统土地生产力有明显的年际差异变化,在2015年,2M:4P间作模式的LER较4M:4P间作模式高6.89%;在2016年,2M:4P间作模式的LER较4M:4P间作模式降低1.82%。Table 2
表2
表2玉米和花生不同种植模式土地当量比
Table 2Land equivalent ratio in different maize-peanut cropping systems
| 种植模式 Cropping system | 2015 | 2016 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LERM | LERP | LER | LERM | LERP | LER | ||
| 2M:4P | 0.67a | 0.57a | 1.24a | 0.63b | 0.47a | 1.10a | |
| 4M:4P | 0.72a | 0.43b | 1.16b | 0.71a | 0.41b | 1.12a | |
| SE | 0.05 | 0.03 | 0.04 | 0.02 | 0.02 | 0.04 | |
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2.3 不同种植模式对土壤水分动态分布特征的影响
从玉米（抽雄期）的土壤水分分布图可以看出（图3）,在0—100 cm土壤垂直分布层次内,各单、间作玉米种植模式在不同时期的土壤含水量都表现为随土壤深度的增加而增加的动态变化。比较2015年和2016年玉米条带土壤水分后发现,上、下层土壤水分差异显著（P<0.05）,2M:4P间作、4M:4P间作和单作（S-M）下层（60—100 cm）土壤含水量较上层（0—50 cm）高34.10%—38.36%、22.71%—35.59%和38.47%—57.36%。而比较间作与单作玉米土壤水分含量发现,间作模式中玉米的土壤含水量均高于单作。在上层（0—50 cm）土壤水分比较中,2M:4P和4M:4P间作玉米分别较单作玉米条带土壤水分高5.11%—53.90%、2.24%—84.18%;在下层（60—100 cm）比较中,2M:4P和4M:4P间作玉米分别较单作高1.79%—35.31%、0.12%—43.62%,单、间作上层土壤水分差异大于下层,说明上层是水分消耗较为激烈的区域,也是间作种植模式对土壤水分影响较为显著的层次。对2M:4P和4M:4P两个间作玉米土壤含水量上、下层的比较中发现,受2015年和2016年作物生育时期不同降雨量的影响,上层的差异要大于下层,2M:4P间作模式的土壤水分在2015年比4M:4P间作高1.67%—2.81%,而在2016年可能受降雨和玉米行比设置遮阴的影响,2M:4P间作较4M:4P间作模式低5.79%—16.44%。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图32015—2016年土壤水分空间分布
a为2M:4P间作模式（a-1表示2015年;a-2表示2016年）;b为花生单作（b-1表示2015年;b-2表示2016年）;c为玉米单作（c-1表示2015年;c-2表示2016年）;d为4M:4P间作模式（d-1表示2015年;d-2表示2016年）
-->Fig.3Spatial distribution of soil moisture in the fields of different treatments from 2015 to 2016
a, 2M:4P intercropping (a-1 for 2015; a-2 for 2016); b, sole peanut (b-1 for 2015; b-2 for 2016); c, sole maize (c-1 for 2015; c-2 for 2016); d, 4M:4P intercropping (d-1 for 2015; d-2 for 2016)
-->
通过花生（结荚期）土壤水分分布图可以看出（图3）,间作种植模式对花生土壤含水量的时空分布产生较大影响。在垂直方向上,单、间作种植模式的土壤含水量都随土层深度的增加而增加,0—50 cm层次为土壤含水量变化差异比较大的层次;在60—100 cm土壤层次中,土壤含水量差异逐渐变小。对单、间作土壤水分的分层比较中,在上层（0—50 cm）土壤中,2M:4P和4M:4P间作模式土壤水分含量较单作花生（S-P）分别降低9.54%—14.87%、19.01%—26.43%,说明间作玉米能够从花生条带土壤中吸取水分;而在土壤水分下层（60—100 cm）比较中,2M:4P和4M:4P间作模式要较单作分别提高0.43%—3.59%、0.09%—4.74%;2015—2016年作物生育时期不同降雨量同样对间作系统中花生条带产生一定的影响,结荚期2M:4P间作条带花生上层、下层土壤水分含量分别较4M:4P间作模式高3.05%和8.94%。
2.4 玉米和花生间作对水分利用效率和水分当量比的影响
通过玉米和花生间作系统的水分利用效率方差分析表明（表3）,单、间作玉米在均一化种植密度下的水分利用效率之间差异显著（P<0.05）。2M:4P间作玉米和4M:4P间作玉米的水分利用效率均显著低于单作玉米（P<0.05）,分别较单作玉米降低35.18%—37.75%、27.71%—28.01%;4M:4P间作玉米的WUEM较2M:4P间作高11.06%—16.13%;方差分析表明,2M:4P和4M:4P间作花生的水分利用效率与单作花生达到显著差异（P<0.05）。2M:4P间作和4M:4P间作花生的WUEP显著低于单作花生（P<0.05）,分别降低42.86%—49.25%、55.56%—56.72%;2M:4P间作花生的WUEP显著高于4M:4P间作花生（P<0.05）,提高17.24%—28.57%。水分当量比（WER）可较为直观的表达间作种植模式较单作种植模式农田水分利用能力增减的程度。如表3所示,2年间作WER比较中,4M:4P间作玉米的水分当量比（WERM）要显著高于2M:4P间作（P<0.05）,提高10.77%—12.50%;而4M:4P间作花生的WERP要显著低于2M:4P间作（P<0.05）,降低13.73%—22.41%。从整个间作系统的WER来看,2M:4P间作系统和4M:4P间作系统的WER均大于1并且接近1.2;受2015和2016年作物生育期内不同降雨量的影响,2015年2M:4P间作系统的WER较4M:4P高5.13%,2016年2M:4P间作系统WER较4M:4P低3.45%。
Table 3
表3
表3玉米和花生不同种植模式水分利用效率和水分当量比
Table 3Water use efficiency and water equivalent ratio in different cropping systems
| 年份 Year | 种植模式 Cropping system | 水分利用效率WUE (g·m-2·mm-1) | 水分当量比WER | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| WUEM | WUEP | WERM | WERP | WER | ||
| 2015 | 2M:4P | 1.99c | 0.36b | 0.65b | 0.58a | 1.23a |
| 4M:4P | 2.21b | 0.28c | 0.72a | 0.45b | 1.17b | |
| 单作Sole | 3.07a | 0.63a | ||||
| SE | 0.16 | 0.05 | 0.02 | 0.03 | 0.02 | |
| 2016 | 2M:4P | 1.55c | 0.34b | 0.62b | 0.51a | 1.12b |
| 4M:4P | 1.80b | 0.29c | 0.72a | 0.44b | 1.16a | |
| 单作Sole | 2.49a | 0.67a | ||||
| SE | 0.14 | 0.06 | 0.02 | 0.02 | 0.01 | |
| 平均 Mean | 2M:4P | 1.78c | 0.35b | 0.64b | 0.54a | 1.18a |
| 4M:4P | 2.00b | 0.29c | 0.72a | 0.44b | 1.16a | |
| 单作Sole | 2.78a | 0.65a | ||||
| SE | 0.15 | 0.06 | 0.02 | 0.02 | 0.01 | |
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3 讨论
3.1 作物产量和土地生产力
研究结果表明,辽西旱作农业区间作种植对玉米和花生的生物产量影响显著（P<0.05）。在均一化种植密度下间作与单作的生物产量比较中,间作模式中各作物的生物产量受行比设置、系统资源和种间竞争效应的影响,较单作都有不同程度下降,其中2M:4P间作模式中玉米和花生的生物产量为单作生物产量的38.71%—42.14%和46.54%—48.12%;4M:4P间作模式中玉米和花生的生物产量达到单作产量的48.52%—51.39%和29.67%—38.03%。同时,受作物生育时期年际降雨量的影响,2016年（丰水年份）作物的生物产量显著高于2015年干旱年份的生物产量,说明在旱作农业区水分对作物生长发育起着重要作用。玉米和花生间作同样对玉米和花生经济产量形成产生较大的影响。2M:4P和4M:4P间作中玉米的经济产量与单作玉米的经济产量间达到显著差异（P<0.05）,间作模式中玉米的经济产量为单作玉米产量的59.24%—72.31%;2M:4P和4M:4P间作花生经济产量达到单作花生经济产量的41.42%—56.57%,间作花生经济产量较单作下降明显。在两个间作系统中玉米的经济产量较单作下降要少于花生,说明玉米和花生间作存在禾本科与豆科作物的种间竞争,并且玉米在此间作系统中属资源竞争优势作物。张莹[26]、刘洋等[27]对玉米和大豆间作,焦念元[28]、高砚亮等[29]对花生和玉米间作,张绪成等[30]对豆科作物和马铃薯间作研究表明,间作中高杆作物对矮杆作物有遮阴影响,导致矮杆作物的光合产量降低;同时,间作系统中的优势作物对土壤水分和养分的争夺,也降低了矮杆作物产量。李隆等[31]研究认为C4作物和C3作物间作在时空资源利用上存在竞争和互补效应,使得C4作物与C3作物间作为弱竞争复合体系。2015—2016年,间作玉米经济产量接近单作经济产量的60%—70%,间作花生的经济产量接近单作经济产量的50%左右,说明花生在玉米和花生间作体系中的间作劣势不是特别明显,也表现为竞争和互补并存的弱竞争效应[32]。
2种间作系统作物的相对产量（与单作相比较的产量）不同于实际产量,对相对产量的比较,只能局限地评价2种间作模式间的优劣势,并不能全面衡量土地生产力的优劣。因此需要用评价间作系统优劣的重要指标土地当量比（LER）来衡量[33]。在2015—2016年,2M:4P和4M:4P间作系统的LER分别为1.10—1.24和1.12—1.16,2种间作模式的LER均大于1,并且接近于1.2,说明在辽西地区进行玉米和花生种植能够提高农田土地利用效率。在2种间作模式的比较中,2015年（枯水年份）2M:4P间作系统的土地利用效率要高于4M:4P间作系统,而2016年（水分相对丰富的年份）4M:4P间作系统的土地利用效率要高于2M:4P间作系统。
3.2 土壤水分空间分布和水分利用效率
间作系统土壤水分分布的变化主要受降雨量、土壤类型及作物种类的影响,尤其降雨量对土壤含水量时空分布的规律性产生较大影响[34]。受降雨量年内、年际差异的影响,2016年（丰水年份）玉米抽雄期（花生结荚期）的土壤含水量显著高于2015年干旱年份。在玉米和花生间作系统中,土壤含水量呈单作花生>间作花生>间作玉米>单作玉米的分布特征,表明间作能够改善高耗水作物玉米对自身条带土壤水分的过度消耗。同时,间作玉米可能存在吸收花生条带的土壤水分,来改善了间作玉米土壤水分利用环境[35]。对2M:4P和4M:4P复合系统土壤水分垂直变化比较中发现,间作系统中玉米能够对花生条带产生遮阴效果,可能减少了花生条带表层土壤水分的蒸散损失。因此,合理进行玉米和花生搭配间作可减少花生土壤水分的蒸散损失,同时能够改善高耗水作物玉米对土壤水分的过度消耗[36-37]。2M:4P间作和4M:4P间作系统中玉米和花生的WUE均低于单作,但间作玉米（或花生）除产出相对应单作的作物外,还多生产出一部分花生（或玉米）,表明玉米和花生间作能够提高水分利用效率。对间作系统中各作物与单作作物之间进行比较,只能局限地评价间作中各作物的水分利用效率的优劣,不能够全面地评价间作的水分利用效率。因此,需要采用WER来评价在间作种植模式下农田水分利用能力增减的程度[38-39]。MAO等[40]认为C4作物与C3作物间作存在土壤水分利用互补形态,改善了间作系统的土壤水分供应状况,提高了间作系统的水分利用效率。2M:4P间作系统和4M:4P间作系统的WER分别为1.12—1.23、1.16—1.17,均大于1并且接近1.2,说明玉米和花生系统能够显著提高辽西旱作农田的水分利用效率。对2种间作模式在2015—2016年水分生产力的比较中发现,2015年（干旱年份）2M:4P间作模式水分生产力优势要高于4M:4P间作,而在2016年（丰水年份）,可能受降雨、行比设置玉米遮阴、土壤水分蒸发等影响,4M:4P间作模式优于2M:4P间作。
4 结论
在辽西旱作农业区进行玉米和花生间作,可明显改善高耗水作物玉米对土壤水分的过度消耗,同时,玉米和花生间作能够显著提高农田土地生产能力和水分利用效率。2015年干旱年份,2行玉米4行花生（2M:4P）间作模式的土地当量比和水分当量比均高于4行玉米4行花生（4M:4P）间作,显示出2M:4P间作模式在辽西降雨较少的年份具有一定的土地生产力和水分利用效率优势;而在2016年丰水年份,4M:4P间作模式的土地当量比和水分当量比均高于2M:4P间作,显示出4M:4P间作模式在辽西降雨较多的年份具有一定的土地生产力和水分利用效率优势,并且4M:4P间作模式在2015—2016年不同气候变化干扰下的LER和WER的年际差异较小,具有稳定增加农田生产力的抗干扰能力。综合间作土地生产力和水分利用效率年际差异优势、气候扰动及便于机械化作业等因素,认为4M:4P间作模式更适合于在辽西旱作农业区间作种植。The authors have declared that no competing interests exist.
