“小麦/玉米/大豆”套作体系中不同作物间的相互作用及氮素的转移、吸收

在根系分隔盆栽条件下,采用15N土壤稀释标记方法,研究了"小麦/玉米/大豆"三熟套作体系不同作物间的相互作用及氮素的转移、吸收利用特性。结果表明,"小麦/玉米/大豆"套作体系促进小麦对肥料氮和土壤氮的吸收,不分隔处理的生物产量、15N总吸收量和总回收率得到显著提高,土壤残留15N丰度及总氮含量明显降低;玉米表现出套作优势(Awc<0,NCRwc<0),不分隔处理的籽粒产量、籽粒15N吸收量、15N总回收率、土壤残留15N丰度及总氮含量较分隔处理提高17.17%、24.52%、17.63%、13.9%和10.1%;大豆表现出套作劣势,不分隔处理的15N总吸收量、籽粒15N吸收量、15N总回收率和土壤残留15N丰度降低,土壤总氮含量提高6.06%。"小麦/玉米/大豆"套作体系存在氮素的双向转移,以玉米向小麦、大豆向玉米转移为主。

不同氮用量下小麦/玉米/大豆周年体系的干物质积累和产量变化

通过2011,2012连续两年田间定位试验,研究了“小麦/玉米/大豆”套作体系在不同氮用量下（小麦,0,60,120,180,240 kg N/hm2,记为WN1、WN2、WN3、WN4、WN5;玉米,0,97.5,195,292.5,390 kg N/hm2,记为MN1、MN2、MN3、MN4、MN5;大豆SN1、SN2、SN3、SN4、SN5）的干物质积累和产量变化.结果表明,施氮显著提高了作物地上部干物质积累量和籽粒产量（P＜0.01）.小麦各时期的干物质积累量和籽粒产量都随氮用量增加而呈增大趋势,收获期干物质积累量以WN4处理最高,为20610 kg/hm2,产量以WN5处理最高,为8176 kg/hm2,但WN3、WN4、WN5间无显著差异.玉米拔节期、喇叭口期和吐丝期的干物质积累量随氮用量增加而先增大后减小,在MN3时达最大;玉米成熟期干物质积累量和产量随氮用量增加而增大,在MN5处理最高,分别为13143 kg/hm2和6976 kg/hm2,但MN4、MN5间差异不显著.大豆在盛花期、收获期的干物质积累和籽粒产量随氮用量增加而呈先减少再增大的变化趋势,收获期干物质积累和籽粒产量以SN4处理最高,分别为5457 kg/hm2和1977kg/hm2,但MN4、MN5间差异不显著.小麦/玉米/大豆周年体系的总籽粒产量和产值随氮用量增加而增大,在N5处理最高,分别为11959 kg/hm2和27288元/hm2,但总产值减去氮投入的产值效益在N4时最高,为25196元/hm2,N3、N4、N5间无显著差异.小麦、玉米、大豆的产值占体系周年总产值的比重分别为32％,55％,13％,因此,小麦/玉米/大豆周年体系中玉米为主要作物,其次是小麦,再次是大豆.适宜施氮量小麦为120 kg/hm2,玉米为195～292.5 kg/hm2,大豆可据苗情不施或适当追施氮肥,周年体系氮肥用量应为255～382.5 kg/hm2.

小麦/玉米/大豆套作的产量、氮营养表现及其种间竞争力的评定

采用多年大田试验研究了小麦-大豆(A1)、小麦-甘薯(A2)、玉米(A3)、小麦/玉米/大豆(A4,麦/玉/豆)和小麦/玉米/甘薯(A5,麦/玉/薯)5种种植模式的生物积累和氮素吸收特性,以探讨麦/玉/豆套作体系的种间竞争力变化规律。试验通过土地当量比(LER)、种间相对竞争力(A)、氮营养竞争比率(NCR)等指标来评定不同套作系统内的作物竞争力。结果表明,麦/玉/豆套作表现出明显的套作优势(LER>1、Awc<0、Acs>0、NCRwc<0、NCRcs>1),玉米始终占据套作系统的优势生态位,小麦、大豆处于竞争劣势;与A1、A2、A3及A5相比,麦/玉/豆套作提高了各作物在开花期(或吐丝期)与成熟期的籽粒产量与吸氮量和地上部植株的总生物量与总吸氮量;各作物的生物量与吸氮量在处理间的变化规律为套作>单作、大豆茬口>甘薯茬口,以A4处理最高。麦/玉/豆套作的全年总经济产出比麦/玉/薯套作平均高28.02%。

小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作对土壤氮素含量及氮素转移的影响

为探讨小麦/玉米/大豆套作对氮素营养的种间促进机制,采用叶片15N富积标记法研究了小麦/玉米/大豆(A1)和小麦/玉米/甘薯(A2)2种套作系统中不同施氮水平下的土壤培肥效果和氮素转移规律。结果表明,施氮可以提高小麦、玉米的土壤总氮含量,以施纯氮150～300kghm-2处理最高;大豆较甘薯更有利于保持土壤肥力,施氮0、150、300和450kghm-2水平下种植大豆后的土壤总氮含量比种植大豆前(小麦收获后)高38.6%、20.2%、9.4%和16.7%,而种植甘薯则降低总氮含量3.1%、1.8%、14.0%和3.8%。A1系统中小麦和玉米季土壤中NO3-N含量低于A2系统,且随施氮量的增加而增加;大豆季土壤中NO3-N含量高于甘薯季。A1和A2系统均存在15N的双向转移,15N转移量随施氮量的增加而降低,且A1的15N净转移量和转移强度高于A2;A1系统中小麦、玉米和大豆的15N净转移量比A2系统的15N净转移量分别高3.3%～12.1%、27.0%～166.2%和26.2%～78.7%。玉米与小麦之间的15N净转移方向为从玉米向小麦,玉米与大豆之间的15N净转移方向为从大豆向玉米,玉米与甘薯之间的15N净转移方向为从玉米向甘薯。

小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作的氮素吸收利用及氮肥残效研究

采用15 N土壤稀释标记法研究了"小麦/玉米/大豆"和"小麦/玉米/甘薯"(以下简称"麦/玉/豆"和"麦/玉/薯")在不同根系分隔方式下的氮素吸收利用及氮肥残效。结果表明,不分隔与完全分隔相比,2种体系的小麦植株15 N当季吸收量和回收率提高,土壤残留15 N%丰度及总N含量降低;"麦/玉/豆"的玉米植株15 N当季吸收量和回收率提高25.16%和25.16%,玉米土壤残留15 N%丰度及总N含量提高13.89%和10.15%,"麦/玉/薯"的则分别降低15.98%,15.99%,17.37%和5.19%;大豆植株的15 N当季吸收量和回收率、土壤残留15 N%丰度降低,土壤总N含量提高3.03%;甘薯植株的15 N当季吸收量和回收率提高,土壤残留15 N%丰度和总N含量降低0.91%和4.95%。在利用前茬作物残留在土壤中的15 N时,"麦/玉/豆"的小麦、玉米对残留15 N的吸收量与回收率高于"麦/玉/薯"的小麦、玉米;大豆对前茬小麦、玉米残留15 N的吸收量与回收率低于甘薯,对前茬大豆残留15 N的吸收量与回收率高于甘薯。"麦/玉/豆"较"麦/玉/薯"更有利于作物间氮素的转移、周年氮肥的高效利用和土壤肥力保持。

小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作对根际土壤细菌群落多样性及植株氮素吸收的影响

为探讨小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作体系中根际细菌群落多样性与作物氮素高效吸收的差异特性及二者间的关系,应用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究了小麦-大豆(A1)、小麦-甘薯(A2)、玉米(A3)、小麦/玉米/大豆(A4)和小麦/玉米/甘薯(A5)5种种植模式的根际细菌群落多样性。结果表明,与A1、A2、A3及A5相比,A4套作提高了各作物在开花期(或吐丝期)与成熟期的籽粒吸氮量、地上部总吸氮量和Shannon-Weiner index多样性指数(H′)。处理间的吸氮量与H′的变化规律为套作>单作、大豆茬口>甘薯茬口,以A4处理最高。不同种植模式下DGGE图谱条带的数量及亮度有较大区别,且有几条特征性条带发生了明显变化。不同种植模式间的细菌群落结构相似性较低,群落相似度系数(Cs)表现为套作与套作间>套作与单作间;A4与A5间的Cs相对较小,二者间的细菌群落结构差异较大。A4模式有利于提高根际细菌群落多样性,增强植株对氮素的吸收能力。

小麦玉米大豆不同方式间套作效果分析

严重春旱和轻度春旱下的试验表明:区域性布局上,确定小麦与玉米、大豆接茬方式(套作和连作)及相应种植形式的合理比例,应以春旱发生频率和程度为主要依据。不同间套作方式对单项作物的产量影响较大,综合产量和产值趋于接近,认为间套作优势主要体现于加强了稳产避灾功能。从“麦玉豆”间套作系统中归纳了四个平衡点和七个技术原则。

麦/玉/豆周年套作体系氮素积累分配及转运

【目的】四川盆地特殊的高温寡照气候,使得作物间套作十分广泛。"麦/玉/豆"体系有利于资源循环高效利用和农业可持续发展。本项目研究了"麦/玉/豆"周年套作体系中各作物的氮素积累分配和花后氮素转运特征,旨在明确体系各作物的氮素营养吸收特性,为该体系的氮肥合理施用及高产高效提供理论依据。【方法】通过2011、2012连续两年田间定位试验,研究了"小麦/玉米/大豆"套作体系在不同氮用量下(小麦设N 0、60、120、180、240kg/hm2,分别表示为WN1、WN2、WN3、WN4、WN5;玉米设N 0、97.5、195、292.5、390 kg/hm2,分别表示为MN1、MN2、MN3、MN4、MN5;大豆不施肥,依前作的施氮处理依次记为SN1、SN2、SN3、SN4、SN5)各作物的氮素积累分配、花后氮素的转运。【结果】1)小麦各部位氮积累量都随氮用量增加而增大,籽粒、茎鞘、叶片和颖壳穗轴分别占地上部总氮积累量(平均为218.6 kg/hm2)的71.5%、12.2%、9.2%和7.1%;小麦花后从营养器官向籽粒转移的氮量及其贡献率随施氮量增加而增大,但转移率在不同氮处理下差异不显著,平均为61.5%;随氮用量增加,籽粒的氮分配比例逐渐减少,而非籽粒部分的氮分配比例则随之增大;小麦籽粒产量随施氮量增加而增大,但WN3~WN5处理间差异不显著。2)玉米各部位氮积累量随氮用量增加而增大,籽粒、叶片、茎鞘和苞叶芯分别占地上部总氮积累量(平均为108.1 kg/hm2)的67.2%、3.9%、11.8%和7.0%;玉米花后从营养器官向籽粒的氮素转移量、转移率和贡献率均随施氮量的增加呈先增加后降低的变化趋势,都以MN3处理最大;玉米各部位的氮积累比例在叶片、茎鞘中以MN1处理最大,MN2~MN5处理明显降低,在苞叶芯中不同氮处理间无明显变化,在籽粒中表现为施氮处理显著高于不施氮处理,而施氮处理间差异不显著;玉米籽粒产量随施氮量增加而增大,但MN4、MN5处理间差异不显著。3)大豆收获期茎秆、荚皮、籽粒的氮积累量都有随施氮量增加而逐渐增大的趋势,以SN4和SN5两个处理显著高于另外三个处理,而在SN1~SN3、SN4与SN5间无显著性差异;籽粒、茎秆、荚皮的氮积累比例在5个处理间无显著变化,平均分别为82.2%、5.2%、12.6%;大豆花后从营养器官向籽粒转移的氮量从SN1~SN5处理有先显著降低后又逐渐升高的变化趋势,而氮素转移率和转移氮素的贡献率在各处理之间无显著差异,平均分别为80.8%和26.6%;大豆籽粒产量以SN4和SN5两个处理显著高于另外三个处理,而在SN1~SN3、SN4与SN5间无显著性差异。【结论】低氮处理显著影响套作小麦、玉米、大豆3种作物的产量及氮素的积累,高氮投入会促使氮素滞留在营养器官中,阻碍其花后向籽粒中转移;体系全年施N量在255~382.5 kg/hm2为宜,其中小麦120~180 kg/hm2,玉米195~292.5 kg/hm2,大豆不施或依苗情适当追施氮肥。

小麦留空套玉米间大豆 综合栽培技术规范

小麦留空套玉米间大豆综合栽培技术规范云南省农科院６５０２０５周智敏曲靖市农技中心６５５０００蓝祖佑旱地多熟立体种植模式“小麦／玉米‖大豆”是在热量资源“一季有余，两季不足”的主要旱作农业区推广多年的一种旱地种植制度。为更好地发挥该种植模式在旱作农业生...

两种三熟套作体系中的氮素转移及吸收利用

【目的】探讨"小麦/玉米/大豆"(以下简称麦/玉/豆)和"小麦/玉米/甘薯"(以下简称麦/玉/薯)两种三熟套作体系的氮素种间竞争促进作用和高效吸收利用特性。【方法】采用根系分隔盆栽试验和15N土壤稀释标记法,研究两种三熟套作体系的氮素转移及吸收利用情况。【结果】不分隔与分隔相比,两种体系中小麦的15N总吸收量和15N作物回收率提高,土壤残留15N%丰度及总N含量降低。"麦/玉/豆"中玉米的15N总吸收量、籽粒15N吸收量、15N作物回收率、土壤残留15N%丰度及总N含量提高17.62%、24.52%、17.63%、13.9%和10.1%,"麦/玉/薯"则降低50.19%、42.58%、33.42%、29.6%和5.2%;降低了大豆的15N总吸收量、籽粒15N吸收量和15N作物回收率,但土壤总N含量提高6.06%;提高了甘薯的15N总吸收量和15N作物回收率,但土壤残留15N%丰度和总N含量降低0.9%和4.95%。【结论】两种体系均存在氮素种间竞争促进作用和氮素转移,"麦/玉/豆"较"麦/玉/薯"更有利于肥料氮的吸收、土壤肥力的保持和周年作物的可持续生产。

施磷对麦/玉/豆套作体系氮素利用效率及土壤硝态氮含量的影响

在已连续2年（2011-2012年）小麦/玉米/大豆套作体系磷肥效应定位试验基础上,第3年（2013年）开展了不同施磷对该体系氮素吸收与利用效率及土壤硝态氮含量变化的影响研究。结果表明：（1）小麦、玉米、大豆的地上部干物质积累量及籽粒产量均随施磷或土壤磷含量的增加先增加后降低,体系周年总产量P2~P5处理比P1处理分别增加25.5%,31.9%,43.8%,18.3%。（2）施磷明显增加作物地上部氮素积累量,提高作物的氮素吸收利用率,但对3种作物氮素生理利用效率影响较小。体系籽粒氮积累量P2~P5处理比P1处理分别增加33.5%,43.4%,56.1%,17.2%,体系的氮素偏生产力P1处理比P2~P5处理依次低20.0%,26.2%,32.5%,17.9%。（3）土壤硝态氮含量在各个磷处理间差异较小,由于植物地上部氮积累量的增加,3种作物收获期土壤硝态氮含量均处于较低水平。周年体系氮的施入与产出差值P1~P5处理分别为76.1,-18.2,-50.0,-77.7,15.7kg/hm2,除P1和P5处理外其他施磷处理的氮产出均大于氮投入,表明适量施磷能促进作物对氮的吸收,从而提高氮素利用效率。

两种三熟套作体系中的氮素吸收利用及种间相互作用

通过根系分隔盆栽试验,研究小麦/玉米/大豆与小麦/玉米/甘薯两种三熟套作体系的氮素吸收利用及种间相互作用。结果表明:小麦表现为套作优势,两种体系下不分隔的生物产量与吸氮量均高于完全分隔。玉米在"麦/玉/薯"中表现出竞争劣势(Awc>0,NCRwc>0),不分隔的生物产量与吸氮量显著低于完全分隔;在"麦/玉/豆"中表现出竞争优势(Awc<0,NCRwc<0),不分隔的籽粒产量、籽粒吸氮量和总生物产量、总吸氮量均高于完全分隔,且比"麦/玉/薯"高5.62%、59.09%、5.97%、41.18%。大豆虽表现出竞争劣势,但生物产量与吸氮量降低不明显;甘薯具有微弱的竞争优势,但生物产量与吸氮量显著降低,总吸氮量比大豆低53.11%。不分隔时,"麦/玉/薯"中的玉米与甘薯土壤总氮含量比"麦/玉/豆"中的玉米与大豆低3.95%和8.57%。

施磷对麦/玉/豆套作体系土壤磷素变化的影响

小麦/玉米/大豆带状套作是四川省丘陵低山区主要旱地作物生产体系,了解该体系磷养分变化对优化磷肥管理和促进可持续生产有重要意义。本研究通过连续3年（2011—2013年）田间定位试验,设置P0、P1、P2、P3和P4共5个磷（P2O5）水平（玉米带分别为0 kg·hm^-2、37.5 kg·hm^-2、75 kg·hm^-2、112.5 kg·hm^-2、150 kg·hm^-2,小麦-大豆带分别为0 kg·hm^-2、45 kg·hm^-2、90 kg·hm^-2、135 kg·hm^-2、180 kg·hm^-2）,探讨该体系中土壤全磷、速效磷、水溶性磷的变化规律和速效磷的年际变化。结果表明：在麦/玉/豆套作体系中施磷165 kg（P2O5）·hm^-2（玉米带75 kg·hm^-2,小麦-大豆带90 kg·hm^-2）,可以满足体系作物对磷的需求,基本达到磷的表观平衡,维持土壤速效磷含量在20 mg·kg^-1左右。3年后5个磷水平下体系耕层土壤（0~20 cm）全磷变化量分别为-0.024 g·kg^-1·a-1、-0.016 g·kg^-1·a-1、0.016 g·kg^-1·a-1、0.11 g·kg^-1·a-1、0.15 g·kg^-1·a-1,速效磷变化量依次为-1.2 mg·kg^-1·a^-1、-0.9 mg·kg^-1·a^-1、0.2 mg·kg^-1·a^-1、2.0 mg·kg^-1·a^-1和2.7 mg·kg^-1·a^-1。通过线性平台函数的模拟,该体系中玉米、小麦、大豆产量的土壤速效磷临界值分别为16.5 mg·kg^-1、12.6 mg·kg^-1和8.8 mg·kg^-1。当土壤全磷含量低于0.55 g·kg^-1时,土壤全磷每增加0.1 g·kg^-1,土壤速效磷增加1.70 mg·kg^-1;当土壤全磷大于0.55 g·kg^-1,全磷每增加0.1 g·kg^-1,土壤速效磷增加6.49 mg·kg^-1。当土壤速效磷含量在40 mg·kg^-1以下时,速效磷每增加1 mg·kg^-1,水溶性磷增加0.017 mg·kg^-1。综上,在麦/玉/豆体系磷肥管理中应该维持土壤全磷含量低于0.55 g·kg^-1,同时速效磷含量在20 mg·kg^-1左右,这样既可以保证作物产量和系统生产力又不会产生较大的环境威胁。

“麦/玉/豆”套作种植模式氮肥周年平衡施用初步研究

运用双佳值法对小麦/玉米/大豆套作种植模式氮肥周年施用量及作物间分配比例进行了研究,结果表明,该种植模式在中产田的周年氮肥最佳施用总量为342.8 kg/hm2,小麦、玉米和大豆适宜分配比例为33.76∶35.71∶30.54,各作物最佳施氮量为小麦115.73 kg/hm2、玉米122.41 kg/hm2、大豆104.69 kg/hm2。

小麦行间冬副作物与麦玉豆复种系统生产力的关系

利用小麦予留行种植的5种主要冬副作物以空间、时间、营养三方面直接或间接影响麦、玉、豆,而对全年间套复种系统的综合效益发生多通道影响。全年效益最好的为冬间叶菜类和胡豆。根据各冬副作物对予留行利用的利弊,提出了以土壤肥力、气候特点为前提的予留行利用的因地制宜原则。

西南地区不同套种模式对土壤肥力及经济效益的影响

为探讨不同作物组合的种植模式对土壤肥力及经济效益的影响,寻找作物搭配合理、低投入高产出的套作模式。采用单因素随机区组试验,研究比较了4种套作模式(小麦/玉米/大豆、小麦/玉米/甘薯、小麦/高粱/大豆、马铃薯/玉米/大豆)的土壤肥力、产量及经济效益的差异。连续种植3年后,各种植模式的土壤养分含量基本维持或得到提升(速效钾除外)。甘薯茬口对全钾、速效钾消耗均较大,需适当提高钾肥用量。小麦/玉米/甘薯的总产量最高,小麦/玉米/大豆模式的大豆单产量最高,小麦的单产各模式无显著差异。不同模式收益表现为,小麦/玉米/大豆>马铃薯/玉米/大豆>小麦/玉米/甘薯>小麦/高粱/大豆;产投比表现为,小麦/玉米/大豆>马铃薯/玉米/大豆>小麦/玉米/甘薯>小麦/高粱/大豆。小麦/玉米/大豆收益为14196.41元/hm^2,产投比为3.69:1,均为所有模式中最高,加之大豆茬口可以活化土壤养分,是相对理想的套作模式。

不同种植模式对作物根系生长、产量及根际土壤微生物数量的影响

采用多年大田试验研究了小麦-大豆(A1)、小麦-甘薯(A2)、玉米(A3)、小麦/玉米/大豆(A4)和小麦/玉米/甘薯(A5)5种种植模式的根际环境变化特征和根系生长特性.结果表明:与A1、A2、A3和A5相比,A4提高了小麦、玉米、大豆在开花期和成熟期的生物量、根系活力和根干质量,提高了各作物根际土壤细菌、真菌和放线菌数量.各种植模式之间,植株生物量和根际微生物数量的变化规律为套作>单作、大豆茬口>甘薯茬口、边行>中行.小麦/玉米/大豆(A4)套作模式通过改善3种作物的根际环境,促进了作物地下部根系生长和地上部生物量的增加,从而实现作物增产.

不同种植模式对土壤氮素转化及酶活性的影响

采用两年大田试验,研究了小麦-大豆(A1)、小麦-甘薯(A2)、玉米(A3)、小麦/玉米/大豆(A4)和小麦/玉米/甘薯(A5)5种种植模式下,小麦/玉米/大豆套作体系的土壤酶活性变化特征及其对土壤氮素转化的影响.结果表明:与A1、A2、A3和A5相比,A4提高了各作物在开花期(或吐丝期)和成熟期的土壤总氮含量及脲酶和蛋白酶活性,处理间表现为套作>单作、大豆茬口>甘薯茬口、边行>中行;降低了小麦、玉米土壤的NO3--N、NH4+-N含量及小麦土壤的硝酸还原酶活性.玉米土壤的硝酸还原酶活性在玉米、大豆共生前的拔节期为单作>套作,在玉米、大豆共生后的吐丝期和成熟期为套作>单作、大豆茬口>甘薯茬口;大豆土壤的NO3--N、NH4+-N含量及硝酸还原酶活性在分枝期为单作>套作,在开花期和成熟期为套作>单作、大豆茬口>甘薯茬口、中行>边行.