种间互作和施氮对蚕豆/玉米间作生态系统地上部和地下部生长的影响

为河西走廊绿洲灌区豆科/禾本科间作体系的养分管理提供科学依据,于2007年在武威绿洲农业试验站应用田间原位根系行分隔技术研究了蚕豆/玉米种间互作和施氮对玉米抽雄期的根系空间分布、根系形态和作物地上部生长的影响。研究结果表明:种间互作和施氮均增加了玉米和蚕豆在纵向和横向两个尺度上的根重密度、根长密度、根表面积、根系体积。根长密度和根表面积与两种作物产量和氮素吸收均呈正相关,而与蚕豆的根瘤重呈负相关;抽雄期的土壤含水量与玉米产量和养分吸收呈显著的负相关。玉米根系可以占据蚕豆地下部空间,但蚕豆的根却较少到间作玉米的地下部空间,也就是间作后增加了玉米根系水平尺度的生态位。蚕豆和玉米根系主要分布分别在0—40 cm浅土层和0—60 cm土层,且间作玉米根系在60—120 cm比单作和分隔的多。因此,种间互作和施氮扩大了两作物根系纵向和横向的空间生态位,改变了作物根系形态,即扩展了两者水分和养分吸收的生态位,增加了作物吸收养分的有效空间,从而提高了间作生态系统的生产力。

施氮对蚕豆/玉米间作系统蚕豆农艺性状及结瘤特性的影响

【目的】旨在探明施氮对蚕豆/玉米间作体系蚕豆农艺性状和结瘤特性的影响,为河西走廊灌区豆科/禾本科间作体系氮素管理和高产高效提供科学依据。【方法】于2006-2007年在甘肃省农科院白云试验站分别采用裂区设计和原位根系行分隔法设计了蚕豆/玉米间作体系的氮梯度试验和根系分隔微区试验,研究不同氮水平下蚕豆/玉米种间互作对蚕豆农艺性状和结瘤特性的影响。【结果】施氮对蚕豆地上部生长和产量性状均无显著影响,但显著地抑制了蚕豆结瘤,产生了"氮阻遏"效应,且随着施氮量增加和蚕豆生长,"氮阻遏"效应愈加明显。随着蚕豆与玉米两种作物生长发育,作物根系相互促进作用逐渐增强,显著地促进了根瘤发育,且产生了"减缓效应",平均为14.4%;根系互作相对于无根系互作处理蚕豆结瘤平均增加10.2%。【结论】蚕豆/玉米种间根系相互作用促进了蚕豆结瘤,减缓了"氮阻遏"效应,显著提高了蚕豆产量性状而实现了蚕豆增产。

蚕豆/玉米间作系统经济生态施氮量及对氮素环境承受力

通过河西走廊灌区田间试验,对不同施氮水平下蚕豆/玉米间作系统的生产力、氮素吸收利用率及土壤无机氮累积量进行了研究,并利用线性加平台模型探讨了间作系统的经济生态施氮量。结果表明间作系统的生产力与施氮量的线性加平台模型的相关性达到极显著水平(P<0.001),0～160 cm土壤无机氮累积量与施氮量间以二次曲线模型相关性最高;种间互作显著提高系统生产力和氮素吸收,增幅分别为23%和33%;间作系统生产力、养分吸收量及土壤无机氮量随着施氮量的增加而增加;高氮肥量和种间互作使作物发生氮素"奢侈吸收"。如果充分考虑到生产、生态和经济效益,则间作系统适宜施氮量为186 kg/hm2,对应生产力为10.6×103 kg/hm2,增产14%,节约38%氮,减少75%土壤无机氮残留。

施氮量和蚕豆/玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响

在田间条件下于2006～2007年研究了不同氮水平下（N 0、75、150、2253、00 kg/hm2）蚕豆/玉米间作体系与其相应单作体系土壤无机氮的时空分布规律,旨在为河西走廊灌区蚕豆/玉米间作体系的氮素管理提供理论依据。用土钻法采集土壤剖面样品,CaCl2浸提,流动分析仪测定土壤无机氮的方法研究了施氮量和蚕豆/玉米种间相互作用对土壤无机氮时间和空间变化特点。结果表明：灌漠土无机氮以NO3--N为主。蚕豆和玉米无机氮含量在蚕豆收获前种植方式间均无显著性差异,蚕豆收获后至玉米收获,间作显著降低了两种作物各层无机氮含量;无机氮含量随着施氮量增加而显著增加。蚕豆收获后间作体系0—100 cm土层无机氮累积量略高于单作体系,且0—100cm土层无机氮累积量高于100—160 cm土层;玉米收获后,间作蚕豆和玉米土壤无机氮累积量在0—100 cm土层分别平均降低了51.7%和16.6%,在100—160 cm土层平均降低了42.1%和6.1%;与不施氮相比,施氮蚕豆和玉米无机氮累积量在0—100 cm土层分别平均增加了40.1%和81.5%,在100—160 cm土层分别增加了69.6%和40.6%;与单作体系相比,间作体系0—100 cm和100—160 cm土层土壤无机氮分别降低43.4%和34.1%。因此,施氮肥显著增加土壤无机氮的累积,而豆科/禾本科间作减少了土壤无机氮的残留。

地下部分隔对蚕豆/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮残留影响

利用田间试验,探讨了地下部分隔对蚕豆/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮残留的影响,结果表明:蚕豆/玉米间作,蚕豆不分隔条件下籽粒和秸秆吸氮量比分隔分别增加20 10%,34 43%;玉米不分隔条件下籽粒吸氮量与分隔近似,但秸秆吸氮量比分隔减少13 04%;蚕豆和玉米不分隔条件下土壤硝态氮累积量都高于分隔。蚕豆/空带间作,蚕豆不分隔籽粒吸氮量高于分隔,但土壤硝态氮累积量没有差异。空带/玉米间作,地下部分隔与否,作物吸氮量和土壤硝态氮累积量都没有差异。

小麦/玉米和蚕豆/玉米间作对水分利用的影响

以甘肃河西灌区为试验地点,在0、300、450kg/hm^2氮水平下,探讨了小麦/玉米和蚕豆/玉米两种间作对水分利用的影响。结果表明：在小麦扬花期,与小麦和蚕豆间作的玉米在3个氮水平下都低于单作,而间作小麦和间作蚕豆在不施氮条件下,0-140cm土层土壤含水量高于单作,在300kg/hm2和450kg/hm^2氮水平下则表现不一样;玉米收获后,在3个氮水平下,小麦、蚕豆间作都低于单作,而与小麦和蚕豆间作的玉米都高于单作。小麦/玉米间作相对于单作WU在0和300kg/hm^2氮水平下减少11%,在450kg/hm^2氮水平下增加1.29%;WUE在3个氮水平下都高于单作,间作相对于单作WUE增加27.91%-39.17%。蚕豆/玉米间作相对于单作WU在0和300kg/hm^2氮水平下分别减少12.98%、2.98%,在450kg/hm^2氮水平下增加5.83%;WUE在3个氮水平下都高于单作,间作相对于单作WUE增加22.62%-62.37%。表明小麦/玉米和蚕豆/玉米间作可以提高水分利用效率。

根系分隔和施氮对蚕豆/玉米间作体系根系分布和形态的影响

为西北1熟制灌区豆科/禾本科间作体系高产高效提供科学依据,于2007年在甘肃省农业科学院武威绿洲农业试验站设计了蚕豆/玉米间作体系的田间根系分隔试验,研究蚕豆/玉米2种作物间根系分隔和施氮对作物根系空间分布、根系形态的影响。采用根系行分隔法进行田间作物间根系分隔,并用根钻法采集根系。蚕豆和玉米根系主要分布分别在0～40 cm浅土层和0～60 cm土层,且间作玉米根系在60～120 cm比根系分隔的多,较深根系分布有利于玉米的后期竞争恢复生长。玉米根系可以占据蚕豆地下部空间,而蚕豆的根却较少到间作玉米的地下部空间。种间互作和施氮增加了玉米和蚕豆在纵向和横向2个尺度上的根重密度、根长密度、根表面积、根系体积。蚕豆玉米间作和施氮扩展了2种作物根系纵向和横向的空间生态位,改变了作物根系形态,从而增加了作物水分和养分吸收的有效空间。

小麦／玉米和蚕豆／玉米间作对土壤硝态氮累积和氮素利用效率的影响

提高氮肥利用效率，减少氮肥过量施用对环境造成的污染，是保障国家粮食生产和生态环境安全的关键。文章以甘肃河西灌区为试验地点，在0、300、450kg．hm^-2氮水平下，探讨了小麦（Triticum aestivum L．），玉米（Zea mays L．）和蚕豆（Hcia faba L．），玉米间作对土壤硝态氮累积和分布的影响。结果表明：随氮肥用量增加，0-60cm土层土壤硝态氮相对累积量增加，100～200cm土层降低。在3个氮水平下，蚕豆间作土壤硝态氮含量和累积量都低于单作。小麦间作在300kg·hm^-2氮水平下土壤硝态氮累积量都低于单作，但在0和450kg·hm^-2氮水平下，小麦收获后间作与单作近似，玉米收获后小麦间作土壤硝态氮累积量都低于单作。与小麦和蚕豆间作的玉米在300kg·hm^-2氮水平下土壤硝态氮累积量都低于单作玉米，在0和450kg·hm^-2氮水平下则表现不同。在300kg·hm^-2氮水平下，两种间作氮肥当季利用率都明显高于相应的单作，施氮量增加到450kg·hm^-2时，则表现不一样。

新垦灰钙土蚕豆/玉米间作系统土壤活性有机碳、氮的时空变异研究

以宁夏新垦的淡灰钙土为对象,研究了蚕豆/玉米间作系统不同施氮水平下土壤活性有机碳、氮的时空变异特征。结果表明:新垦淡灰钙土土壤微生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性有机碳、氮(SOC、SON)等活性有机碳、氮含量较低;随着施氮量的增加土壤SMBC含量显著增加;玉米收获期土壤SMBC、SMBN含量显著高于蚕豆收获期;土壤SMBC、SMBN含量空间变异为:蚕豆行间(F-F)含量最高,玉米行(M)、玉米行间(M-M)最低。与不施氮相比,施氮显著提高了蚕豆收获期土壤SOC、SON含量,而玉米收获期各施氮水平间土壤SOC和SON含量无明显差异;土壤SOC、SON的空间变异为:玉米行间>蚕豆行间、蚕豆行(F)、蚕豆与玉米行间(F-M)>玉米行。玉米收获期土壤SMBC及SMBN含量的显著增加,说明土壤微生物对矿质氮的固持对于新垦土壤肥力的提高具有重要作用。

蚕豆/玉米间作接种AM真菌和根瘤菌对外源有机磷利用的影响

本研究以植酸钠为有机磷源,利用根系不同分隔方式的盆栽实验研究了蚕豆/玉米间作体系中,接种根瘤菌、AM真菌(Glomus mosseae)和双接种对间作体系利用有机磷的影响。结果表明:接种AM真菌使蚕豆和玉米的根际磷酸酶活性增加,显著提高了蚕豆/玉米间作体系对有机磷的吸收,双接种处理蚕豆和玉米总吸磷量平均比单接AM真菌和根瘤菌平均分别增加了11.7%和90.8%;相对于其它处理,在双接种条件下蚕豆对玉米吸收有机磷的促进作用更显著,不分隔和尼龙网分隔处理玉米的吸磷量比完全分隔处理分别提高43.4%(5.29mg)和17.9%(2.18 mg);在间作体系中同时接种AM真菌和根瘤菌能提高玉米的菌根侵染率,间作产量优势显著高于单接AM真菌和根瘤菌。

新开垦土壤上构建玉米/蚕豆-根瘤菌高效固氮模式

为了在新开垦土壤上构建高效种植模式,本文采用温室盆栽和大田试验相结合的方法,选用4种根瘤菌接种方式(保水剂拌种、清水拌种、三叶期灌根和种子丸衣化)接种4种不同蚕豆根瘤菌(NM353、CCBAU、G254和QH258),分析接菌后新开垦土壤上玉米/蚕豆间作体系的生产潜力、地上部氮素吸收和结瘤特性以及生物固氮等方面的优势,拟为该体系筛选出高效的根瘤菌及其接种技术。结果表明:接种NM353后,玉米/蚕豆间作体系中蚕豆籽粒产量比单作平均增加152.84%,而玉米保持相对稳产;以保水剂拌种的方式接种NM353的间作蚕豆地上部氮素积累量最高,蚕豆结瘤数、瘤重、固氮比例和固氮量均高于本试验中其他3种方式接种的根瘤菌。在盛花期和盛花鼓粒期,接种NM353蚕豆的固氮比例比接种CCBAU的分别高19.1%和11.1%,在各个生育时期两者固氮量之间差异均达显著水平;接种NM353与接种其他菌种间固氮量和固氮比例差异更显著。因此,在新开垦土壤上,用保水剂拌种的方式对间作蚕豆接种NM353根瘤菌,构建玉米/蚕豆-根瘤菌高效固氮体系,为新开垦土壤合理开发利用的可持续发展模式。

玉米行距变化对间作系统生产力及玉米生长的影响

间作系统中作物种间距离的变化直接影响着系统的生产力,因此,合理的种间配置是间作获得高产的前提。本研究总结归纳了2010年甘肃武威和2014年甘肃张掖的小麦/玉米、蚕豆/玉米间作系统玉米行距试验,旨在探明间作玉米在不同种植行距下对间作体系生产力的影响及玉米生长的差异。试验设置5个间作玉米的种植行距处理(D0:10 cm、D20:20 cm、D40:40 cm、D60:60cm、D80:80 cm),测定了作物产量、产量构成、生物量累积。结果表明:间作玉米行距变化对间作配对作物产量无显著影响,主要影响间作玉米产量;2010年,两间作体系间作玉米产量、体系混合产量、系统生产力(system productivity)均以D60最高,2014年均以D40最高;随玉米行距增大,系统生产力先增加后减小,拐点均出现在D60;玉米行距变化显著改变了玉米的穗粒数、百粒重、单株粒重;小麦/玉米体系,两年单株粒重峰值分别出现在D60(132 g·株^(-1))和D40(216 g·株^(-1));蚕豆/玉米体系均出现在D40,分别为158g·株^(-1)(2010年)和220 g·株^(-1)(2014年);不同行距处理下玉米共生期和单独生长期生长速率均存在差异,共生期各处理生长速率显著低于单独生长期,无论哪个时期,D40和D60处理的生长速率均占优。河西灌区小麦/玉米和蚕豆/玉米间作中玉米种植的最佳行距为40 cm和60 cm,此行距下间作系统可得到最大系统生产力。