青稞和豌豆根系形态和养分效率对种植模式和施肥水平的响应

【目的】禾豆混作可显著改变作物根系形态,影响作物对养分的吸收利用量,提高系统产量。我们研究了不同施肥水平下单作和混作体系中青稞和豌豆的根系形态与养分利用之间的关系。【方法】两因素三水平盆栽试验和田间试验在青海大学试验基地进行。种植模式因素包括:青稞单作(Q)、豌豆单作(W)、青稞豌豆混作(Q×W)3种模式;施肥因素包括:不施肥(N_(0)P_(0))、低氮磷(N_(1)P_(1))、高氮磷(N_(2)P_(2))3个水平。分析了青稞和豌豆在单、混作模式下的根系形态、生物量、氮磷吸收量,并计算了氮磷竞争比率。【结果】与单作青稞相比,混作青稞地上和地下部干重分别增加了32.1%和15.3%,根冠比降低了13.1%,根长、根表面积、根体积和根尖数分别增加了21.7%、43.7%、79.6%和44.8%,根系吸氮量和总吸氮量分别增加了75.8%和72.7%,根系吸磷量和总吸磷量分别显著增加了56.3%和60.0%(P<0.05)。与单作豌豆相比,混作豌豆地上和地下部分干重和根冠比分别显著降低了19.3%、27.9%和9.7%,地上部、根系吸氮量和总吸氮量分别显著降低了24.7%、32.5%和28.0%。混作青稞在分蘖期、拔节期和灌浆期地上部氮吸收累积量较单作分别显著增加了9.8%、34.6%和39.6%,磷吸收累积量分别显著增加了11.6%、18.7%和16.5%。混作豌豆在分枝期、开花期和结荚期地上部氮吸收累积量较单作分别显著降低了13.8%、18.0%和17.5%,地上部磷吸收累积量分别显著降低了26.1%、15.8%和19.9%(P<0.05)。多元线性回归分析结果表明,根表面积和平均根直径对青稞和豌豆氮素吸收量有显著影响,根体积对青稞和豌豆磷素吸收量有显著影响。N_(1)P_(1)水平下,混作青稞根长和根表面积均高于N_(0)P_(0)和N_(2)P_(2)水平下,促进了对氮、磷养分的吸收,而混作豌豆根系变化与青稞相反。【结论】青稞和豌豆氮、磷吸收量均与其根表面积呈显著正相关。在养分供应不充足条件下,青稞和豌豆混作改变了根系形态,青稞的根表面积、根体积等形态指标相对于单作显著提高,而豌豆的根系主要形态指标显著降低,青稞为“受益者”,豌豆为“贡献者”。低肥条件下,混作体系获得了高氮、磷养分竞争率和土地当量比,混作优势明显。而高肥条件下,混作在改变根系形态、养分吸收竞争的优势相对于单作不显著。