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施氮和接种根瘤菌对豌豆/玉米间作作物产量和水肥利用的影响

吴科生  
【摘要】:豌豆/玉米间作是河西绿洲灌区种植面积较大的栽培模式,也是当地重要的高产高效种植模式之一。针对目前氮肥过量施用和豆科作物生物固氮重视不够的生产实际,2011年和2012年在甘肃省武威市凉州区开展了豌豆/玉米间作田间试验,以施氮量、接种根瘤菌和间作种植方式为试验因子,研究了不同施氮量下,豌豆接种根瘤菌对豌豆/玉米间作体系作物籽粒产量和水分利用效率的影响,作物地上部生物量和养分吸收动态,土壤水分含量的变化,并得出了甘肃省河西绿洲灌区豌豆/玉米间作体系不同生育期0~120 cm土层土壤无机氮时空分布的现状特征,旨在为河西绿洲灌区豌豆/玉米间作体系节肥、高产的氮肥用量、接种外源根瘤菌的增产作用以及减少因过量的氮肥投入使作物不能及时全部吸收而被大水漫灌和降雨等途径淋洗到土壤深层,造成氮肥损失和农田环境污染提供理论依据。获得的主要结论如下:(1)施氮对玉米的增产效果显著,接种根瘤菌对豌豆增产作用明显。单作豌豆以施用化肥氮量75kg N·hm-2同时接种根瘤菌处理的产量最高,达到2735kg·hm-2;而且在此施氮量下接菌比不接菌两年平均增产20%以上。间作豌豆产量比单作两年平均增产61.1%。施氮量在300 N kg·hm-2时玉米产量最高,单作玉米产量达14394kg·hm-2,间作比单作两年平均增产61.8%。接种根瘤菌后单作豌豆比不接菌处理两年平均增产12.7%,间作豌豆接种根瘤菌比不接菌两年平均增产4.8%。(2)豌豆/玉米间作体系产量优势明显,适量施氮有利于提高体系的水分利用效率。以籽粒产量为基础的土地当量比,无论施氮还是不施氮都大于1,在不同施氮量和接种外源根瘤菌的条件下介于1.5~1.9之间;以生物学产量为基础的LER各处理介于1.30~1.53之间。豌豆水分利用效率随施氮量增加而减小,最大值为不施氮处理的12.9 kg·mm-1·hm-2;玉米水分利用效率随施氮量增加先增大后减小,以施氮量300 kg N·hm-2处理最高,达25.0 kg·mm-1·hm-2。综上所述,在豌豆/玉米间作体系中,玉米高产高水分利用效率的施氮量为300 kg N·hm-2,豌豆高产高效的施氮量为75kg N·hm-2。(3)作物间作收获指数显著高于单作。间作豌豆全生育期的地上部生物量比单作豌豆增加44.6%。间作模式主要通过提高作物地上部养分浓度和养分累积增加生物量和经济产量,间作后豌豆地上部氮磷钾养分累积量比单作增加40%以上。不施氮处理的间作玉米收获指数比单作增加幅度最大,达89.0%;施氮量为300 kg·hm-2处理增幅最小,为6.5%;施氮量为75 kg·hm-2时,豌豆地上部氮、磷素收获指数最大,分别为79.0%、91.0%,钾素收获指数最小,为47.0%。玉米氮磷钾收获指数在300 kg·hm-2施氮量时都达最大值,分别为57.0%、77.0%、16.0%。(4)豌豆和玉米耗水时间空间生态位的分异,是这一间作体系水分高效利用的主要机制。豌豆在苗期和开花期时,间作豌豆带土壤含水量大于单作,玉米带土壤含水量大于豌豆,在豌豆收获期到玉米收获期间,间作豌豆带土壤含水量小于单作;玉米在苗期和拔节期,间作玉米含水量大于单作,在大喇叭口期及以后,间作玉米土壤含水量小于单作,豌豆土壤含水量大于玉米。(5)施氮能够显著提高土壤硝态氮的含量,间套作能显著降低土壤剖面硝态氮的浓度。灌漠土无机氮以硝态氮为主,其含量是铵态氮的7.55倍。在玉米整个生育期内,与不施氮相比,75 kg N·hm-2、150 kg N·hm-2、300kg N·hm-2和450 kg N·hm-2处理的土壤硝态氮含量分别增加29.7%、67.5%、88.2%和134.3%。与豌豆收获期相比,在玉米收获时土壤硝态氮含量平均降低44.2%。间作豌豆和间作玉米分别比对应的单作在0~120cm土层硝态氮含量降低6.1%和5.1%。(6)施氮能显著增大土壤无机累积量,间作能有效降低土壤中硝酸盐的残留。豌豆/玉米间作体系土壤无机氮累积量在不同施氮量和不同生育时期都是表层(0~20 cm)最高。豌豆收获后,0~60cm土层土壤无机氮累积量间作豌豆和间作玉米分别比相应单作降低4.9%和1.9%,60~120 cm土层降低10.8%和9.2%;玉米收获后0~60cm土层平均降低28.2%和9.4%,60~120cm土层平均降低23.5%和12.5%。土壤无机氮残留量间作豌豆比单作豌豆在0~60cm土层降低4.9%,60~120cm降低10.9%。


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