豆科/禾本科间作的氮铁营养效应及对结瘤固氮的影响

【摘要】： 豆科／禾本科作物间作具有充分利用环境资源和提高作物产量的特点，在我国传统农业中起着重要作用。前人对间作系统产量优势等方面已做了大量研究，但从作物地下部相互作用角度，对间作系统内氮营养互补利用优势的研究尚需进一步加强和完善。本研究应用田间接种根瘤菌的技术，对间作系统中蚕豆的固氮作用作了初步探讨，重点研究了共生期长短不同的玉米／蚕豆、玉米／花生系统中氮素吸收利用的优势机理，同时也讨论了不同施氨水平和种间相互作用对豆科作物的结瘤固氮以及花生铁营养的影响。本研究结果表明： (1) 施氮、接种、间作均显著提高蚕豆生物量，但只有间作能显著增加其籽粒产量。施氮显著增加玉米生物量和籽粒产量。施225kg N·hm~(-2)后，接种、间作对玉米生物量均无显著影响。但N_0水平上与接种蚕豆间作的玉米，其籽粒和生物学产量较单作均显著提高，分别提高了36.3％和13.8％。蚕豆接种处理与施225 kg·hm~(-2)纯氮处理的总产量相当，且接种提高了以籽粒产量为基础的土地当量比，可达1.43～1.57。施氮显著抑制了蚕豆结瘤，接种显著促进生育后期蚕豆结瘤，而间作对蚕豆结瘤的促进作用则表现不稳定。 (2) 间作显著促进蚕豆对氮磷的吸收；在施氮225 kg·hm~(-2)的条件下接种仍能显著缩短蚕豆植株氮素累积的进程；施氮促进作物吸收氮磷，不施氮而对间作蚕豆进行接种也可促进间作玉米对氮磷的吸收；间作对成熟期玉米氮、磷吸收影响不大。 (3) 间作蚕豆竞争间作玉米的根区养分，蚕豆收获前，单作与间作蚕豆根际及非根际土壤NO_3~--N浓度变化较小；蚕豆收获后，间作玉米从蚕豆根区吸收较多的氮素，使间作蚕豆0～20 cm土壤NO_3~--N浓度显著低于单作；而单作与间作玉米根际及非根际NO_3~--N浓度始终变化不大。这是蚕豆／玉米间作系统氮营养优势存在的主要原因。 (4) 在玉米／花生混作系统中，在不同施氮水平下，玉米／花生混作不仅均显著改善了花生铁营养，而且玉米对氮素的大量吸收显著降低了混作花生根际土壤的氮浓度，从而使得花生根瘤数增加，根瘤固氮酶活性增强。混作花生铁营养受混作玉米氮营养及作物发育状况的影响较大，并且下针期花生固氮酶活性受施氮抑制及花生铁营养改善的促进。因此，根际土壤氮浓度的降低和花生铁营养的改善是石灰性土壤上花生固氮能力增强的关键因素，而花生生物固氮作用的增强是该混作系统体现氮营养优势的主要原因。