禾豆间作系统水分和根系分隔对牧草氮素吸收利用及转移的影响

[目的]禾豆间作可兼顾生产和生态效益,提高氮素利用效率并减少氮肥污染。目前对不同水分条件下禾豆间作体系氮素利用吸收及转移分配过程尚不清晰。[方法]通过设置2时段总水量相同但间隔3,5天的不同频次水处理,结合根系分隔(不分隔、尼龙网分隔、塑料板分隔)和氮同位素标记方法,研究间作禾豆牧草的地上生物量、氮素的吸收利用、固氮率和氮转移率。[结果]间作披碱草的地上生物量、氮含量和氮素累积量相较单作披碱草显著提升,而苜蓿间作相比单作均降低。在总水量持平的情况下,高频水分处理使牧草的地上生物量比中低频水分处理分别提高6.28%,17.32%,苜蓿的固氮率也在高频水处理下比中低频水处理分别提高39.82%,44.81%,但部分中低频水分处理下氮含量和氮素累积量显著高于高频水分处理(p<0.05),且促进氮素的转移。根系分隔使禾豆相互作用减弱,表现为根系分隔增加间作苜蓿的地上生物量、各部位氮含量及地上部氮素累积量,减小间作披碱草的对应指标。间作苜蓿的固氮和氮转移率表现为不分隔>尼龙网分隔>塑料板分隔。[结论]适度的水分调控可以提高禾豆间作的优势,且根系互作是促进豆科牧草生物固氮和氮转移的关键。

禾豆间作氮素高效利用机理及农艺调控途径研究进展

为保障粮食安全,农业生产中化肥使用极为普遍,但过量使用,往往引起地下水污染、温室效应加剧、生物多样性降低等多种环境和生态问题。禾豆间作系统由于不同作物生物学特性和氮素利用存在差异,进行合理调控可充分发挥生物固氮优点,从而减少化肥投入,提高生产效益,是一种稳产、高产、高效可持续的种植体系。该系统中"氮转移"、"氮阻遏"消减和氮素时空分异是目前研究的热点,也是促进豆科作物固氮、减少化肥投入的有效途径,可实现禾、豆两种作物对氮素的高效利用。特别是该系统中作物品种、施氮制度、空间布局以及种植密度等农艺措施是对种间关系进行调控的必要手段,合理优化可有效促进禾/豆间作竞争与互补协同作用,增强氮素协调利用,从而挖掘两种作物对氮素高效利用的生物学潜力。为此,本文基于前人研究成果和农业可持续发展观点,重点综述了国内外有关禾豆间作氮素高效利用主要机理及相关农艺调控途径的研究现状,旨在为构建简易、高产、高效、氮肥节约型禾豆间作模式提供有力的科学依据和理论支撑。

不同禾豆间作复合群体根系的时空分布特征

通过土柱栽培试验，研究了小麦间作菜豆、小麦间作蚕豆及不同单作作物根系的时空分布特征。结果表明，小麦间作菜豆的总根干重在小麦苗期、开花期、灌浆期、成熟期与对照相比增减了50.80%、2.42%、31.94%、-4.83%，小麦间作蚕豆根干重的增减幅度分别为-6.82%、7.26%、14.66%和-7.25%。小麦间作菜豆和小麦间作蚕豆全生育期根干重按生育进程呈明显分移特性。两作生长前期，间作作物根系空间分布范围大于单作；生长后期，间作作物根系分布在0～50 cm的土层中，单作主要分布在0～70 cm的范围内。小麦间作蚕豆的总根重在全生育期呈小-大-小-大的双峰变动趋势；小麦间作菜豆根重变化趋势与单作相同，呈以生长盛期为峰值的单峰型。间作作物成熟期深层根系含水量高于单作。

生物炭和间作鲜食豌豆对氮肥减量下玉米产量的促进效应

于2022—2023年进行裂区试验,主区为玉米‖鲜食豌豆(M‖P)和单作玉米(SM),裂区为地方推荐施氮量(N1,360 kg·hm^(-2))和减量30%施氮(N2,250 kg·hm^(-2)),裂裂区为施用生物炭(C)和不施用生物炭(A),探究生物炭和间作鲜食豌豆对玉米光合源、干物质积累以及产量的影响。结果表明,在减量30%施氮水平下,间作鲜食豌豆配施生物炭可以使玉米出苗后45~90 d保持较高的叶面积指数,且较SMN1A处理有效减缓了玉米出苗后90~150 d的叶面积指数降低,显著提高了玉米全生育期叶日积(P<0.05)。M‖PN2C处理玉米干物质积累量和干物质积累速率较SMN1A处理在玉米出苗后60~90 d分别提高13.0%和15.3%,在玉米出苗后90~150 d分别提高16.2%和19.5%。M‖PN2C处理玉米籽粒产量较M‖PN1A和SMN1A处理分别显著增加6.3%和17.8%(P<0.05),与M‖PN1C处理无显著差异。间作玉米千粒重较单作玉米平均提高5.2%,且施用生物炭在减量30%施氮水平下较地方推荐施氮量不施用生物炭可提高玉米的穗粒数和千粒重,间作鲜食豌豆配施生物炭处理的玉米穗粒数和千粒重在N2与N1之间无显著差异。通径分析结果表明,间作鲜食豌豆配施生物炭通过提高玉米千粒重,使间作玉米在氮肥减量下能获得较高的籽粒产量。因此,玉米‖鲜食豌豆下减量30%施氮配施生物炭可作为干旱绿洲灌区节氮高效种植的参考技术。

不同间作方式对小黑麦+箭筈豌豆草地种间竞争格局和生产性能的影响

【目的】探寻通过降低种间竞争作用强度达到提升禾豆间作草地生产性能的途径。【方法】以不同禾豆间作比例小黑麦(Triticale sp.)+箭筈豌豆(Vicia sativa)草地为研究对象,于2020年在新疆昭苏盆地设置4种不同的间作方式(禾豆比分别为1行∶1行;2行∶1行;3行∶1行;4行∶1行)的单因素田间试验,分析盛花期和成熟期2个时期禾豆间作草地种间竞争格局与生产性能的内在联系。【结果】(1)盛花期和成熟期禾豆比4行∶1行具有较高的牧草产量,其牧草氮产量显著高于单作和其他禾豆比(P<0.05),具有较好的生产性能;各禾豆比的土地当量比均大于1,均表现出间作优势。(2)盛花期和成熟期小黑麦的竞争率、侵占率和拥挤率随着禾豆比的增加呈现上升趋势,箭筈豌豆的竞争率、侵占率和拥挤率则呈现下降趋势;禾豆比1行∶1行和2行∶1行箭筈豌豆竞争力高于小黑麦,而其他禾豆比则是小黑麦占据优势。(3)以相对产量,盛花期时小黑麦和箭筈豌豆均受益,成熟期则是小黑麦占据优势;以相对氮产量,2个时期禾豆牧草均受益。盛花期种间竞争格局对生产性能影响较小,但成熟期种间竞争格局强烈影响着生产性能。【结论】小黑麦+箭筈豌豆间作草地具有间作优势,在盛花期禾豆比4行∶1行时利用具有较高的生产性能,可一定程度上避免种间竞争的负面影响。

氮肥后移对玉米间作豌豆耗水特性的调控效应

针对水资源不足严重制约干旱灌区间作发展,间作中以氮调水理论研究的薄弱,生产实践中缺乏氮肥运筹同步提高间作产量和水分利用效率的措施等问题。2012-2013年,以河西走廊规模化应用的玉米间作豌豆为研究对象,在总施氮量相同且基肥和孕穗肥分别占10%和50%条件下,设氮肥后移30%(N_1,拔节肥0+花粒肥40%)、氮肥后移15%(N_2,拔节肥15%+花粒肥25%)、传统制度(N_3,拔节肥30%+花粒肥10%)3个施氮处理,探讨氮肥后移对间作产量和水分利用效率(WUE)的影响,以期为禾豆间作优化施氮制度、提高产量和水分利用效率提供理论依据。结果表明,氮肥后移对玉米间作豌豆总耗水量(ET)影响不显著,但降低了棵间蒸发量(E)和棵间蒸发量占总耗水量的比例(E/ET);与传统施氮处理相比,氮肥后移15%使玉米间作豌豆的E和E/ET降低6%和4%,氮肥后移30%使玉米间作豌豆的E和E/ET均降低2%。在间作系统中,豌豆带、玉米带的棵间蒸发量分别为329 mm、232 mm,表明豌豆带的无效耗水显著高于玉米带。氮肥后移15%间作的混合籽粒产量、WUE较传统施氮间作分别高出6%、5%,氮肥后移30%间作混合籽粒产量、WUE较传统施氮间作分别提高3%、2%。因此,玉米间作豌豆结合氮肥后移15%,即豌豆开花结荚期(玉米拔节期)追施氮肥67.5 kg hm^(-2)、玉米大喇叭口期追施氮肥225 kg hm^(-2)、玉米花后15 d追施氮肥112.5 kg hm^(-2),可作为绿洲灌区玉米间作豌豆增产和提高WUE的农艺措施之一。

覆膜免耕对玉米间作豌豆农田土壤有机碳和氮的影响

借助2013年在河西绿洲灌区建立的不同耕作措施长期定位试验,通过探究耕作措施与种植模式对土壤有机碳和氮的变化特征,以期为构建试验区农田高效生产技术提供理论依据。试验设置耕作方式和种植模式两个因素,包括传统覆膜耕作(CT)和覆膜免耕(NT)2种耕作方式;单作玉米(M)、玉米间作豌豆(M/P)、单作豌豆(P)3种种植模式,共6个处理;通过分析不同种植模式下0~20 cm、20~40 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮和C/N,明确覆膜免耕对禾豆间作农田土壤碳氮的影响。结果表明:与传统覆膜耕作相比,覆膜免耕显著增加0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮和铵态氮含量,2 a平均分别增加4.8%、5.3%、11.1%、17.8%,同时也增加20~40 cm土壤的有机碳、硝态氮和铵态氮含量,但对全氮含量影响不显著。在覆膜免耕措施下,玉米间作豌豆较单作玉米显著提高0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、硝态氮和铵态氮含量,分别提高4.6%、7.0%、14.5%和21.6%,而20~40 cm土层中仅土壤全氮含量无显著差异。覆膜免耕较传统覆膜耕作降低0~20 cm土层的C/N,而种植模式之间土壤C/N表现为玉米间作豌豆小于单作玉米。相对于其他处理,覆膜免耕玉米间作豌豆体系能有效提高土壤有机碳、全氮及其组分。因此,在河西绿洲灌区玉米间作豌豆体系中,覆膜免耕玉米间作豌豆为该区域高效、可持续种植模式。

玉米间作豌豆的产量和水分利用效率在施氮量及田间结构下的响应

通过大田试验,研究了玉米间作豌豆在不同施氮量与田间结构下的产量和水分利用效率(WUE)。结果表明,玉米间作豌豆具有显著增产优势。3∶4间作模式的产量显著高于2∶4间作模式,传统施氮水平的85%可作为试区玉米间作豌豆高产和节约施氮的参考施氮量。