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玉米/大豆间作氮素补偿利用的密度调控机理

陈红卫  
【摘要】:玉米/大豆间作具有高效利用资源、显著增加产量的优势,在我国传统种植业中占有重要地位。前人已对玉米/大豆间作系统产量、水分利用、养分利用优势等方面做了大量研究,但通过玉米密度调控玉米/大豆间作系统氮素利用和大豆“氮阻遏”的机理及技术研究相对薄弱,使得该种植模式在提高氮素利用率方面的潜力未能充分得以挖掘。本研究于2012年和2013年在中国农科院河南省新乡市七里营镇试验基地和河南科技学院试验田同期进行,试验以玉米/大豆间作系统为研究对象,采用大田试验和盆栽模拟试验相结合的方法,研究了不同玉米密度条件下玉米/大豆间作系统氮素利用的种间促进方式,以及氮素互补利用实现的途径,对玉米/大豆间作系统氮素互补利用的密度调控机理进行了探索。主要结论如下:(1)间作通过组分作物对土壤氮素的竞争,降低了大豆土壤无机氮含量,增强了对大豆“氮阻遏”的消减效应;“氮阻遏”消减效应在试验设置范围内随玉米密度增大呈增强趋势。间作对“氮阻遏”的“减缓效应”CI(%)值和玉米密度对“氮阻遏”的“减缓效应”Ca(%)值均大于0,说明间作和玉米密度均促进了大豆根瘤生长且减缓了结瘤和固氮受到的抑制作用。间作使大豆平均单株结瘤数和单株瘤重CI(%)值增大了11.3%~64.5%和28.4%~105.3%;相对低密度处理(FM2、FM3),高密度间作玉米处理FM1使大豆单株结瘤数和单株瘤重Ca(%)值分别增加10.5%~18.6%和16.3%~25.8%。通过玉米密度调控增强间作大豆“氮阻遏”消减作用,是玉米/大豆间作实现种间促进和氮素互补利用的途径之一。(2)在试验设置范围内增大玉米密度可提高间作大豆固定空气氮的比例,使间作系统获得更多的非外源氮素,并促进间作系统的氮转移。高玉米密度PM1处理的间作系统氮转移量达到最高值6.8mg·pot-1,比低密度水平处理PM3的转移量增加了58.1%;高玉米密度处理PM1的间作大豆固氮量比低密度处理PM3提高了25.2%。间作系统通过大豆向玉米的氮素转移实现了氮素补偿利用;通过玉米密度调控大豆固氮量、固氮比例和氮转移量,实现了氮素竞争的种间促进和高效利用。(3)全生育期,间作玉米的根重密度和根长密度大于单作,在试验设置范围内随密度的增大呈增加趋势;间作大豆的根重密度全生育期低于单作并随玉米密度增加呈现逐渐接近单作的态势,根长密度表现出前期低于单作、后期高于单作的特征。全生育期,间作玉米根重密度比单作平均增加了28.1%,20~40cm土层,FM3、FM2、FM1密度处理分别平均比单作高出5.8%~19.4%、19.8%~25.6%、5.9%~20.9%;间作玉米根长密度全生育期大于单作,并随着密度增大而增加。间作大豆全生育期根重密度总体低于单作,并随间作玉米密度增大与单作差距逐渐缩小且影响趋于不显著;间作大豆根长密度表现出前期低于单作、后期高于单作的特征。通过玉米密度的变化促进间作玉米和大豆的根系生长发育、协调种间地下竞争关系,为间作系统氮素高效吸收利用奠定了重要的生物学基础。(4)玉米/大豆间作增加了地上部氮素积累,降低了玉米和大豆收获时土壤无机氮含量。全生育期,间作玉米地上部氮素积累显著大于单作且在试验设置范围内随密度增大而增加,高密度FM1处理比低FM3、中密度FM2条件下间作玉米的氮素积累分别高出25.4%~36.8%、14.9%~26.6%;间作大豆地上部氮素积累均小于单作,但受玉米密度影响趋于不显著,间作系统地上部总氮素积累大于单作之和。间作玉米和大豆收获时土壤无机氮含量均低于单作,且随玉米密度增加而减少;间作玉米收获时土壤无机氮含量,高、中、低密度处理比单作分别低了20.3%、15.3%、9.4%,间作大豆分别比单作低了36.8%、22.7%、16.4%。表明间作系统通过对氮素的补偿利用增加了系统总氮素积累量、降低了土壤氮素残留,实现了高吸收、低残留的农业可持续发展要求。(5)密度效应增加了玉米/大豆间作系统地上部生物量和经济学产量,提高了土地当量比LER。全生育期,间作玉米地上部生物量和经济学产量在试验设置范围内随密度增大而增加,且显著大于单作;间作大豆地上部生物量和经济学产量均小于单作,但受玉米密度影响趋于不显著;间作系统地上部总生物量和经济学产量均大于单作之和。FM3、FM2、FM1三种密度处理的LER随玉米密度增加而升高,平均值分别为1.218、1.251和1.278。表明通过密度调控,间作系统增加了地上部总生物量和经济学产量,提高了土地利用效率。(6)玉米密度可以有效调控玉米/大豆间作系统氮素吸收利用,增强“氮阻遏”减缓效应,增加固氮量、促进氮转移量,提高氮素利用率。结果表明玉米密度以7,5000株/hm2为宜,株距以25cm调控效果最佳。本研究结论证实了通过间作组分密度变化,调控间作系统氮素补偿利用是行之有效的,在生产上有较高的推广价值。


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