蒋高明 郭立月 

6.2合理灌溉

水分在植物生命活动中具有重要作用：细胞的重要组成成分、参与许多代谢过程、物质吸收运输的溶剂、维持植物的状态、调节温度、调节植物细胞生长等（张凤珍 等，2012）。对于干旱半干旱地区的农田生态系统，水分是生态系统良性运转和农作物产量提高的主要限制因素，并且在作物的不同生长时期，对水分的需求状况也不同。以小麦为例，整个生长发育阶段可分为以下 5 个时期（邵颖 等，2017）。

1）种子萌发到分蘖前期。此阶段为幼苗期，主要进行营养生长。此阶段根系发育速度特别快，蒸腾面积较小，因此耗水量小、水分需求量小。

2）分蘖末期至抽穗期。此阶段主要包含返青期、拔节期和孕穗期。此阶段小穗分化。茎、叶、穗开始发育，叶面积快速增大，耗水量最多。此阶段如果缺水，会导致小穗分化不良或发育畸形，茎生长受阻，产量低。此阶段为小麦第一个水分临界期。

3）抽穗至开始灌浆。此阶段主要进行受精、种子胚胎发育和生长。此阶段因为上部叶片蒸腾作用强烈，如果供水不足，开始从花器官和下部叶中抽取水分，引起粒数减少，产量降低。

4）开始灌浆至乳熟末期。此阶段主要进行光合产物的运输和分配，若此阶段缺水，有机物液流运输受阻，造成灌浆困难，籽粒瘦小，产量降低；同时，水分不足也影响旗叶光合作用，减少有机物合成。此时期为小麦第二个水分临界期。

5）乳熟末期至完熟期。此阶段物质运输基本完成，种子逐渐风干，已不需供水。

同种作物不同生活阶段需水量不同，不同作物对水分的需求量也不同，一般与蒸腾作用有关，可根据蒸腾系数对作物的需水量进行估算（孙洪仁 等，2004）。C₃植物蒸腾系数较大，为 400～900，C4 植物蒸腾系数为 250～400。同时，在实际进行田间灌溉时，还需要综合考虑土壤含水量、土壤保水能力、实际降雨量等因素。

到目前为止，生态农田灌溉技术已经非常成熟，在实践中已经获得大量应用，具体灌溉技术参考 3.3 节。

6.3 间 作 套 种

间作套种是指在同一土地上按照一定的行、株距和占地的宽窄比例种植不同种类的农作物，是运用群落的空间结构原理，以充分利用空间和资源为目的而发展起来的一种农业生产模式，也称立体农业（张洪芳，2016）。一般把几种作物同时期播种的称为间作，不同时期播种的称为套种。间作套种是我国农民的传统经验，是农业上的一项增产措施。间作套种能够合理配置作物群体，使作物高矮成层、相间成行，有利于改善作物的通风透光条件，提高光能利用效率，充分发挥边行优势的增产作用。有研究表明，在间套田中，小麦（丰产 3 号）边行和内行，每亩穗数分别为 27 万和 24.3 万，穗粒数分别为 36 粒和 26.5 粒，千粒重分别为43.2 克和 41 克，亩产分别为 420 千克和 264 千克。边行比内行每亩多 2.7 万穗，

每穗多 9.5 粒，千粒重高 2.2 克，亩产高 156 千克，增产约 59.1%。同时，间作套种后，调整了田间结构，变单作顶部平面用光为分层、分时交替用光，提高了光能利用效率（晏莹，2011）。

作物间作套种增产率计算方法有产量代换法、面积当量法，以及边行效应折算法等（代会会，2015）。下面简要介绍前两种增长率计算法。

1．产量代换法

以两种作物套种为例，先计算两种作物单种的产量比，将套种区 A 作物的产量根据产量比折算成 B 作物的产量，与套种区 B 作物实际收获产量相加，再与单种区 B 作物产量相比较得到增产率。例如，单种区 A 作物产量为 500 千克/亩，B作物产量为 100 千克/亩，产量比为 A/B＝5；套种区 A 作物产量为 300 千克/亩，B 作物产量为 60 千克/亩，将套种区 A 作物的产量根据产量比折算成 B 作物的产量（300/5）为 60，与套种区 B 作物实际收获产量相加（60＋60）为 120 千克/亩，再与单种区 B 作物产量相比较得到增产率（120/100）为 1.2，即实际增产率为 20%。

2．面积当量法

将套种区两种作物产量分别与单种区比较再相加就得到套种增产率。以上例：

A 作物产量，套种区为 300 千克，单种区为 500 千克，300/500＝0.6；B 作物产量，套种区为 60 千克，单种区为 100 千克，60/100＝0.6；再相加 0.6＋0.6＝1.2，即增产率为 20%。

6.4 轮 作

轮作是指在同一块田地上，有顺序地在年度间轮换种植不同作物或复种组合的种植方式。轮作通常分为大田轮作和草田轮作两大类。大田轮作以生产粮食或工业原料为主，包括为了满足专门的生产要求而建立的专业轮作，为了能多方面满足国家对农产品的需要而建立的水旱轮作，以及为后茬作物提供较好水肥条件的休闲轮作。草田轮作以生产粮食作物和牧草并重，包括利用空闲季节或作物行间隙地种植绿肥，是用地养地相结合的粮肥轮作和绿肥轮作，以及以生产饲料为主，同时也种植粮食作物或蔬菜作物的饲粮轮作。

轮作的命名取决于该轮作中的主要作物构成，被命名的作物群应占轮作区面积的 1/3 以上。常见的有禾谷类轮作、禾豆轮作、粮食和经济作物轮作、水旱轮作、草田轮作等（周健民，2013）。轮作是用地养地相结合的一种生物学措施，有利于均衡利用土壤养分，防治病、虫、草害；能有效地改善土壤的理化性状，调节土壤肥力。例如，稻麦轮作体系能够改善长期淹水稻田的物理性状，土壤团粒结构和毛管空隙增加，pH 趋于中性等，有利于作物的生长（张倩，2017；陈洁 等，2019）；水旱交替能有效防治某些病虫害和杂草，增加土壤中的有机碳，促进氮素的循环等（杜叶红 等，2019）。

我国实行轮作历史悠久。旱地多采用以禾谷类作物为主或禾谷类作物、经济作物与豆类、绿肥作物轮换；稻田的水稻与旱作物轮换。欧洲在 8 世纪前盛行二圃式轮作，中世纪后发展为三圃式轮作。18 世纪开始草田轮作。19 世纪，尤斯图斯·冯·李比希（Justus von Liebig）提出矿质营养学说，认为作物轮换可以均衡利用土壤营养（白由路，2019）。20 世纪前期，威廉士（Williams）提出一年生作物与多年生混播牧草轮换的草田轮作制，可不断恢复和提高地力，增加作物和牧草产量（邢福 等，2011）。

2016 年，本团队与河南省郑州市苑林生态农场合作进行了水旱轮作控制田间杂草的试验。该生态农场位于郑州市惠济区北部保合寨，北临黄河（距黄河约 1千米），属于北温带大陆性气候。年平均气温为 14.3℃，年平均无霜期为 210 天，年平均降雨量为 640.9 毫米，主要集中在夏季，降雨量占全年降雨量的 61%。2015年，该农场按照有机生产的方法管理农田，2016 年获得由南京国环有机产品认证中心颁发的有机转换证书，试验地符合有机种植条件。试验面积约为 20 亩，在种植过程中不使用农药、除草剂和化肥，利用牛粪替代化肥，施入量为 5 吨/（亩·年），除草根据杂草的发生情况进行人工除草，利用诱虫灯和生物农药防治病虫害。经过 3 年的试验，发现杂草的发生量很少，小麦季只在拔节期人工拔草 1～2 遍，在水稻季人工除草 1～2 遍即可，随着试验时间的延长，除草的次数和用工越来越少。

小麦平均产量为 483.5 千克/亩；稻谷产量平均为 574.9 千克/亩，出米率为 73.4%，大米产量为 422.0 千克/亩。有机小麦的销售价为 10 元/千克，有机大米的销售价为 20 元/千克，1 亩地的毛收入约为 13 275 元，除去地租、肥料、种子、耕地、人工除草、浇水、防虫、收获等费用约 5 000 元/亩，1 亩地的净收益为 8 275 元左右。