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春箭筈豌豆—燕麦间作系统的生产力与资源利用效率

李睿  
【摘要】:春箭筈豌豆(Vicia sativa)与燕麦(Avena sativa)间作是全球温带地区常见的生产系统之一。与两种作物分别单作相比,其具有产出高,效益好等特点,在为草食家畜提供优质饲草,保障食物安全等方面发挥着重要作用。因此,本研究以兰箭1号、兰箭2号和兰箭3号等三个春箭筈豌豆品种和青引2号燕麦为参试材料,于2014-2017年在典型的高寒牧区—甘肃省甘南藏族自治州夏河县连续4年开展了田间试验;其中2014-2016年处理为春箭筈豌豆三个品种分别与燕麦行间作(1:1)和单作,2016-2017年为兰箭2号春箭筈豌豆与燕麦7个行配置[春箭筈豌豆与燕麦行数比1:1(RI),2:1(S21),3:1(S31),3:2(S32),4:2(S42),4:3(S43),5:3(S53)]间作和单作;测定了春箭筈豌豆品种、间作模式等对系统生产力的影响,探讨了不同春箭筈豌豆品种和间作模式下两种作物的光合特性、光能利用效率,并在实验室分析了植物和土壤养分的变化。以期为进一步发挥春箭筈豌豆-燕麦间作系统的作用提供理论与技术支撑。所获主要结果如下:1.春箭筈豌豆-燕麦行间作显著增加了盛花期的系统生产力,增加幅度因春箭筈豌豆品种而异。2014-2016连续3年的田间试验表明,兰箭1号、兰箭2号、兰箭3号春箭筈豌豆分别与燕麦间作的3个系统地上生物量分别为7638 kg ha~(-1)、8197 kg ha~(-1)和8555 kg ha~(-1),较两种作物单作的加权平均水平分别提高了21%、44%和52%;土地当量比(land equivalent ratio,LER)分别为1.07、1.21和1.27,其中兰箭2号和兰箭3号与燕麦间作的LER显著高于兰箭1号与燕麦间作(P0.05)。间作系统生产力的提高主要由于燕麦地上生物量的增加,其与春箭筈豌豆三个品种间作的单位面积地上生物量较其单作分别提高了51%、70%和79%(P0.05)。间作系统中兰箭1号、兰箭2号和兰箭3号春箭筈豌豆3年单位面积地上生物量分别较相应品种单作降低了37%、26%和24%。2.兰箭2号春箭筈豌豆与燕麦7个行配置间作显著增加了盛花期的系统生产力(P0.05),增加幅度因行配置不同而异。2016-2017连续2年的田间试验表明,不同行配置间作系统的地上生物量为6073 kg ha~(-1)-8130 kg ha~(-1),较两种作物单作的加权平均水平高35%-45%,其中RI处理最高达8130 kg ha~(-1),S32次之为7588 kg ha~(-1);LER为1.13-1.24,其中S32处理最高。7个行配置间作系统生物量的不同,主要由于春箭筈豌豆地上生物量的降低和燕麦地上生物量的增加。7个行配置间作系统中春箭筈豌豆的单位面积地上生物量较单作降低了6%-24%;而燕麦的单位面积地上生物量较单作增加了64%-94%(P0.05)。3.间作系统通过增加作物株高,改变作物光合特性和光能利用效率(radiation use efficiency,RUE),提高系统生产力。春箭筈豌豆三个品种行间作系统中,春箭筈豌豆的平均株高为105-112 cm,较单作提高了28%-44%(P0.05);燕麦的平均株高为162 cm,较单作提高了13%(P0.05)。7个行配置间作系统中,春箭筈豌豆的平均株高为78-103 cm,较单作提高了2%-35%,其中在较窄带状宽度处理RI、S21、S31和S32中显著高于单作;燕麦的平均株高为158-164 cm,较单作提高了8%-12%(P0.05)。春箭筈豌豆三个品种行间作和7个行配置间作系统中春箭筈豌豆的净光合速率(net photosynthetic rate,Pn)均有所降低,其中兰箭1号降低了22%(P0.05),燕麦的平均Pn分别相较单作提高了15%和23%(P0.05)。两种间作系统中参试春箭筈豌豆品种的RUE相较其单作均有所降低,但多数差异不显著,而燕麦的RUE相较其单作平均提高了44%和65%(P0.05)。4.间作系统影响两种参试作物叶片和地上部分的氮、磷含量。春箭筈豌豆三个品种叶片的氮含量较相应单作的最高降低了4%-9%,地上部分氮含量和磷含量分别降低了4%-8%和11%-23%(P0.05);燕麦叶片的氮含量较单作分别增加了33%-42%,地上部分的氮含量和磷含量分别增加了10%-28%和17%-45%(P0.05)。行间作中兰箭1号、兰箭2号、兰箭3号与燕麦间作系统的盛花期粗蛋白产量分别为673 kg ha~(-1)、732 kg ha~(-1)和755 kg ha~(-1),较两种作物单作的加权平均水平分别提高了1.9%、29%和37%。7个行配置间作中不同处理间作系统盛花期的粗蛋白产量为686 kg ha~(-1)-736 kg ha~(-1),高于兰箭2号和燕麦单作。间作系统的土壤养分与两种作物单作的加权平均水平相比,土壤有机碳含量无显著影响;而0-20 cm、20-40 cm和40-60 cm等土层的全氮和全磷含量因测定年份和土层有所改变,但无明显规律性。综上所述,本研究表明春箭筈豌豆与燕麦间作系统可显著提高生产力,行间作和3:2带状间作表现最佳,其作用机理主要在于间作系统光合特性、光能利用效率、边行效应和土壤养分利用的改变。


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