豆科与禾本科牧草间作的生长互作效应及对氮、磷养分吸收的影响

为了解牧草间作对作物生长和养分吸收的影响,以及为不同牧草优化配置、豆科和禾本科牧草间作提高结氮量提供理论依据,本试验采用随机区组试验设计,研究了间作对柱花草、扭黄茅和孔颖草的生物量和氮磷吸收的影响。结果表明,由于柱花草生物固氮,对扭黄茅和孔颖草养分吸收和生长有促进作用,与柱花草间作后的扭黄茅和孔颖草与禾本科牧草单作模式相比,能获得高的养分吸收量和产量。与各自单作对比,间作体系中的禾本科牧草生物量高于单作0.06%和26.78%;与柱花草单作对比,两个间作体系中的柱花草生物量低于单作9.70%和12.83%。扭黄茅与柱花草间作后,对氮磷的吸收量高于单作扭黄茅24.26%和35.18%,对氮磷的吸收量高于单作孔颖草40.64%和47.50%。相对于单作而言,柱花草分别与扭黄茅和孔颖草间作,对氮吸收量分别降低8.31%和28.94%,磷吸收量分别降低3.56%和20.58%。而且两种间作模式当量比均大于1,具有间作优势;柱花草/扭黄茅间作系统生产力、种间竞争能力高于柱花草/孔颖草,具有产量优势。在株行距为50cm种植密度下,间作体系中禾本科牧草生长旺盛,柱花草的生长受到抑制,在与两个禾本科牧草间作中为弱竞争作物。结果表明,在合理的种植密度下,适合的牧草配置能够充分利用各种资源,促进种间有益作用,提高单位面积牧草产量和禾本科牧草氮磷的吸收,有利于改善牧草品质。     

氮磷肥对3种牧草的生长效应和氮磷吸收的影响

采用田间试验,单因素随机区组排列,以豆科牧草柱花草和禾本科牧草扭黄茅和孔颖草为试验材料,研究适量氮磷肥的施用对3种牧草旺盛期生长及土壤氮磷吸收的影响和效果。试验结果表明,与未施氮磷肥比较,氮磷的施用有利柱花草、扭黄茅和孔颖草旺盛期(7-9月)的生长,3种牧草物候期有所延迟,可以提高3种牧草旺盛期绝对生长量,显著增加了孔颖草总生物量和氮吸收量(P<0.05)。与未施氮肥对比,施氮(施纯氮120 kg·hm^-2)有利柱花草和孔颖草对氮的吸收,显著提高柱花草含氮量和孔颖草氮的吸收量(P<0.05),促进柱花草和孔颖草的生长,提高柱花草和孔颖草地上部和地下部生物量,提高扭黄茅地上部的生长量和生物量。与未施磷肥对比,施磷(施纯磷75 kg·hm^-2)显著提高孔颖草氮的吸收量(P<0.05)。本研究为3种牧草和其他牧草氮磷的施用提供理论依据,即:适量的氮磷施用有利3种牧草产量的提高。     

氮磷肥对3种牧草的生长效应和氮磷吸收的影响

采用田间试验,单因素随机区组排列,以豆科牧草柱花草和禾本科牧草扭黄茅和孔颖草为试验材料,研究适量氮磷肥的施用对3种牧草旺盛期生长及土壤氮磷吸收的影响和效果。试验结果表明,与未施氮磷肥比较,氮磷的施用有利柱花草、扭黄茅和孔颖草旺盛期(7-9月)的生长,3种牧草物候期有所延迟,可以提高3种牧草旺盛期绝对生长量,显著增加了孔颖草总生物量和氮吸收量(P0.05)。与未施氮肥对比,施氮(施纯氮120 kg·hm~(-2))有利柱花草和孔颖草对氮的吸收,显著提高柱花草含氮量和孔颖草氮的吸收量(P0.05),促进柱花草和孔颖草的生长,提高柱花草和孔颖草地上部和地下部生物量,提高扭黄茅地上部的生长量和生物量。与未施磷肥对比,施磷(施纯磷75 kg·hm~(-2))显著提高孔颖草氮的吸收量(P0.05)。本研究为3种牧草和其他牧草氮磷的施用提供理论依据,即:适量的氮磷施用有利3种牧草产量的提高。     

间作与施氮对牧草生物量、种间竞争和氮磷吸收的影响

本研究采用双因素随机区组田间试验,研究了间作与施氮对柱花草（Stylosanthes guianensis）和扭黄茅（Heteropogon contortus）生物量、土壤氮磷吸收能力及柱花草/扭黄茅间作体系的土地当量比、种间相对竟争能力和相对拥剂系数的影响。结果表明,相同氮水平下,与柱花草单作比较,间作降低了柱花草对土壤氮磷的吸收,未施氮（N0）处理下氮磷的吸收量分别减少15.95%和12.86%,施氮（N120 kg·hm^-2）处理下氮磷的吸收量分别减少41.98%和51.14%,抑制柱花草的生长,地上部生物量分别减幅9.69%（N0）和39.43%（N120）,地下部生物量分别减幅9.01%（N0）和53.21%（N120）。但间作提高了扭黄茅对土壤氮磷的吸收量,N0水平下氮磷的吸收量分别增加4.09%和10.62%,N120水平下氮磷的吸收量分别增加31.86%和39.78%,促进扭黄茅地上部的生长,N0和N120水平地上部生物量分别提高4.43%和24.98%。N0水平间作模式当量比均大于1,具有间作优势。相对柱花草,与扭黄茅间作的相对拥挤系数小于1,种间竞争能力小于0,为豆禾牧草的优化配置提供理论依据。     

甘肃河西绿洲灌区不同作物间作氮磷利用特征

针对河西绿洲灌区间作施肥量不合理,氮、磷利用效率低的问题,试验以小麦间作玉米、小麦间作大豆、玉米间作豌豆为研究对象,探究了不同作物间作对氮、磷养分的吸收累积及利用效率。结果表明:小麦间作玉米、小麦间作大豆和玉米间作豌豆的土地当量比为1.24～1.58,均表现出间作优势,间作各组成作物籽粒产量较单作均有提高。小麦间作大豆和玉米间作豌豆分别较单作氮素累积量高17.9%和8.4%,其中,玉米间作豌豆氮素累积量分别较小麦间作玉米和小麦间作大豆高22.8%和10.4%;小麦间作玉米、小麦间作大豆和玉米间作豌豆氮素利用效率均低于单作。除小麦间作玉米之外,小麦间作大豆和玉米间作豌豆与单作比较,磷素累积量分别提高17.1%和20.3%;但是小麦间作玉米和小麦间作大豆磷素利用效率分别较单作低24.3%和40.5%。玉米间作豌豆较小麦间作玉米、小麦间作大豆具有较高的土地当量比、籽粒产量、氮素累积量、氮素利用效率、磷素累积量和磷素利用效率,可作为绿洲灌区氮、磷养分高效利用种植模式的参考。     

高寒地区燕麦与蚕豆间作对作物生长发育及产量的影响

为探究高寒地区燕麦与蚕豆间作对作物生长发育和产量的影响,本研究设置燕麦单作、蚕豆单作、燕麦与蚕豆间作3种种植模式,对不同种植模式下燕麦和蚕豆的生长指标、光合特性及产量进行研究。结果表明：开花期和乳熟期,间作燕麦的株高、分蘖数、叶长、蒸腾速率和胞间CO₂浓度显著高于单作;间作蚕豆的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度显著高于单作。乳熟期,间作燕麦的地上生物量与单作相比增加了6.03%,间作蚕豆的地上生物量与单作相比增加了6.87%。相关性分析表明,不同种植模式与乳熟期燕麦的地上生物量呈显著正相关,相关性系数达0.93。综上,燕麦与蚕豆间作是一种在高寒地区可行的,能够促进燕麦的生长发育改善燕麦蚕豆的光合特性并提高产量的种植模式。     

玉米间作夏季绿肥对当季植物养分吸收和土壤养分有效性的影响

本试验在重庆冬油菜种植区,于油菜收获后,选择竹豆,田菁和柽麻3种夏季绿肥作物,通过与夏玉米间作,分析了间作模式下土壤当季速效养分,植物养分吸收性能及地上部生物产量变化情况.结果表明,间作柽麻后玉米地上部产量显著提高35%,间作田菁后玉米产量显著下降21%,而间作竹豆无显著影响.单作绿肥除田菁地上部全氮含量显著低于间作田菁外,其余两个品种的全氮,全磷含量与间作绿肥无显著差异;而单作绿肥全钾含量均显著高于间作绿肥.与单作玉米比较,间作竹豆和田菁时玉米全氮含量,全磷含量显著增加,而间作柽麻时无显著变化;玉米全钾含量整体呈增加趋势.绿肥周围土壤的硝态氮含量显著高于间作玉米周围土壤.间作玉米周围土壤硝态氮含量,速效磷含量和速效钾含量呈现出整体高于单作玉米土壤的趋势,且相关分析结果表明土壤硝态氮含量与植物全氮含量呈显著正相关关系.综合分析认为,柽麻植株有较高的全氮含量和生物产量,且与柽麻间作的玉米地上部产量也最高,适宜作为玉米夏季间作的豆科绿肥.     

4种间作模式下牧草根系特性及其碳、氮代谢特征研究

为探究间作对牧草根系生长特性和碳、氮代谢特征的影响,通过田间试验,以紫花苜蓿、小黑麦、燕麦、玉米、甜高粱5种单作模式为参照,对紫花苜蓿/小黑麦、紫花苜蓿/燕麦、紫花苜蓿/玉米和紫花苜蓿/甜高粱4种间作模式进行了研究,采用目前先进的微根管观测系统并结合计算机成像技术对紫花苜蓿和4种禾本科牧草单作及间作下根系的生长状况进行了原位观测,并且对4种间作模式下碳、氮代谢关键酶及产物进行了研究。结果表明,无论单作还是间作,根系参数与碳、氮代谢各指标均呈正相关关系,其中根长、根表面积均与核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)和硝酸还原酶(NR)活性呈极显著正相关(P<0.01),与蔗糖磷酸合成酶(SPS)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性呈显著正相关(P<0.05),表明根系特性与碳、氮代谢具有一致性;4种间作模式下禾本科牧草的根长、根表面积等根系参数明显优化,而紫花苜蓿根系特性与单作相比表现不一,与玉米和甜高粱间作的紫花苜蓿其根系特性受到了明显地抑制(显著低于单作),表现为竞争弱势,而与小黑麦和燕麦间作的紫花苜蓿则未受影响;4种间作模式下禾本科牧草功能叶RuBPCase和NR活性与单作比均显著性增加,而紫花苜蓿功能叶RuBPCase和NR活性与单作相比趋势不尽相同,与玉米和甜高粱间作的紫花苜蓿其RuBPCase和NR活性显著低于单作,而与小黑麦和燕麦间作的紫花苜蓿则差异不显著。由此可见,供试牧草根系特性和碳、氮代谢特征表现趋势一致;在4种间作模式下根系特性和碳、氮代谢特征均表现为禾本科牧草优于豆科牧草;紫花苜蓿/小黑麦和紫花苜蓿/燕麦这2种间作模式下综合表现最佳。     

不同种植模式下豆科绿肥对土壤改良效果的影响

为探明豆科绿肥还田对土壤改良效果和作物生物产量的影响,本研究选取玉米(Zea mays)、油菜(Brassica campestris)、大麦(Hordeum vulgare)、燕麦(Avena sativa)为间混作/轮作对象,将花生(Arachis hypogaea)、鹰嘴豆(Cicer arietinum)、白花草木樨(Melilotus albus)作为主要豆科绿肥进行田间试验,利用土壤浅层有机质、氮、磷、钾等养分含量的变化及田间作物地上生物产量的表现,比较不同种植模式下豆科绿肥对土壤改良效果的影响。结果表明:1)与作物单作相比,豆科绿肥与玉米、油菜间混作以及轮作均可提高土壤表层有机质、全氮及碱解氮质量分数,混作对土壤表层全钾质量分数影响较小,轮作还可提高土壤表层全磷、有效磷质量分数;另一方面,间混作群体结构在土壤肥力的改善效果方面也起到一定的作用。2)与试验前土壤养分质量分数相比,白花草木樨+大麦混作并翻压还田模式土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷分别提高了40.43%、50.00%、10.00%、27.93%、76.75%、45.13%;玉米+花生间作模式土壤养分改善效果次之。3)玉米、油菜和白花草木樨地上生物产量较其单作分别提高了23.19%、16.68%和27.31%。因此,采用豆科绿肥+禾本科牧草混作并翻压还田、玉米+花生间作的种植模式可有效改善乌尔禾地区农田的土壤质量,并兼顾其他农作物生产,可提高该地区农业的可持续发展能力。     

覆盖和粮草间作对作物氮素吸收利用和土壤硝态氮累积的影响

为了减少普通地膜和氮肥的投入,实现该地区农业生态良性循环和土壤的可持续利用,在甘肃武威试验站采用完全随机裂区设计,研究了不同种植模式（玉米单作、玉米//毛苕子和玉米//箭筈豌豆）和覆盖方式（普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖）对玉米和绿肥作物氮素吸收以及土壤硝态氮累积的影响。结果表明：覆盖和间作对作物的氮素吸收利用具有显著促进作用。玉米收获期,与无覆盖相比,普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖的玉米植株吸氮量分别增加21.46%,11.22%和34.63%,与玉米单作相比,玉米//毛苕子和玉米//箭筈豌豆的玉米吸氮量分别增加6.94%和6.26%。玉米收获期,秸秆覆盖的牧草植株吸氮量较普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖和无覆盖分别增加46.75%,72.31%和21.76%,间作毛苕子的吸氮量较间作箭筈豌豆增加25.26%。玉米收获期,各处理玉米带、牧草（裸露）带0～140cm土壤硝态氮累积量均低于牧草收获期,无论牧草收获期还是玉米收获期,单作玉米的玉米带、裸露带土壤硝态氮累积量均低于间作玉米。玉米收获期,普通地膜覆盖和生物可降解地膜覆盖的玉米带0~140cm土壤硝态氮累积量较无覆盖分别显著增加32.87%和27.82%,普通地膜覆盖的牧草（裸露）带0～140cm土壤硝态氮累积量较生物可降解地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖分别增加9.17%、6.07%和35.45%。     

小麦施氮后效和种植方式对大豆产量及农艺性状的影响

通过2013-2014年度田间试验,在种植小麦时设置不施氮、低氮、中氮、高氮4个氮肥施用量(0,60,120,180 kg/hm²),同时设置净作大豆(小麦-大豆)和套作大豆(小麦/玉米/大豆)两种种植模式,探究了前作小麦施氮后效及净作、套作两种种植方式对大豆产量和农艺性状的影响。结果表明,1)无论净作或套作,大豆均能利用前作小麦的施氮后效,生物量和籽粒产量均随施氮量增加呈先升高再降低的变化趋势,均在N₁₂₀处理(纯氮120 kg/hm²)时达到最大值,其中套作大豆籽粒产量最高为4133 kg/hm²,达高产水平。2)分枝期时大豆地上部生物量为净作显著高于套作,平均高 62.3%,而收获期时为套作显著高于净作,平均高 57.9%。与净作相比,套作大豆单株粒数、籽粒产量分别高63.9%和55.9%,百粒重二者间相差不大。净作大豆的籽粒重在主茎、分枝上分别占54.2%和45.8%,以在主茎上较多,而套作大豆的籽粒主要分布在分枝上,平均达68.9%。虽然套作大豆的倒伏率比净作大豆高5.2%,但空杆率、瘪荚率却分别低78.0%和25.4%。前作施氮量增加,套作大豆籽粒在分枝上的比例增大。3)大豆主茎长,在分枝期时为套作(平均39.5 cm)比净作(平均33.3 cm)显著高6.2 cm,而收获期时为净作(平均84.8 cm)比套作(平均74.4 cm)高10.4 cm;第一节间长,在分枝期、收获期均为套作(8.3和6.6 cm)大于净作(5.6和4.6 cm);分枝数,在分枝期时为净作(平均1.9个)显著高于套作(平均0.7个)1.2个分枝,而收获期时是套作(平均6.1个)高于净作(平均3.5个)2.6个分枝。同时套作大豆分枝数随前作施氮量增加而增加。说明在小麦-大豆和小麦/玉米/大豆体系中大豆能充分利用前作小麦的施氮后效;套作大豆前期虽受玉米的抑制影响,但玉米收获后能加快生长,可以通过合理的前作氮肥调控促进分枝、结荚和鼓粒,提高产量。     

三种豆科作物与玉米间作对玉米生产力和种间竞争的影响

合理的种间配置是间作系统中作物获取高产,种间相互作用发挥优势的关键。本研究设置蚕豆/玉米(M/F)、大豆/玉米(M/S)和豌豆/玉米(M/P) 3种豆科作物与玉米间作模式,以及相应单作种植,通过测定单间作条件下作物产量、生物量,明确3种豆科作物与玉米间作对间作玉米生产力和间作作物种间资源竞争力的影响。结果表明,3种间作模式均具有间作优势,土地当量比(LER)均大于1,两年平均土地当量比分别为1.38 (M/F)、1.19 (M/S)、1.26 (M/P);两年结果均是M/S中玉米产量最高,至收获期,与大豆间作的玉米产量可达单作玉米产量的93.6% (2017)和71.2% (2018);M/S中玉米的穗粒数显著高于M/F和M/P中;地上部生物量及采样期平均生长速率均表现为M/S>M/P>M/F;共生期内大豆相对于玉米的资源竞争力(A_sm)随共生期推进逐渐降低,而蚕豆相对于玉米的竞争力(A_fm)和豌豆相对于玉米的竞争力(A_pm)逐渐升高;玉米单独生长时期3种间作模式玉米的补偿效应(CE)无显著差异,各间作模式两年平均CE值均小于1;因此,在本试验条件下,甘肃河西走廊灌区玉米与大豆间作是保证间作玉米稳产的有效措施。     

不同供磷水平下粮豆间套种植对根系分布和根际效应的影响

采用根箱法在不同供磷水平下,对春小麦和大豆在间套作和单作情况下的根系形态特征和生理生化特性进行了比较研究。结果表明,供磷能促进小麦和大豆根系的生长,间套作促进根系的生长,增大根／冠比。根系重量和根系长度空间分布在不同处理中不同,间套作小麦根系有向上层富集的现象,在缺磷时表现更加明显。     

青蒿素对牧草的化感作用

试验以黑麦草、白三叶和光叶紫花苕为材料,采用盆栽试验,研究不同浓度(0,6,12,24,36 mg/kg)青蒿素处理对3种牧草生长、生理、抗氧化酶和养分指标的影响,为重庆市黄花蒿产区选择宜栽牧草提供科学参考。结果表明,青蒿素显著影响3种牧草生长,影响效应与青蒿素浓度和牧草种类显著相关。其中,6 mg/kg 青蒿素对3种牧草生长指标均有显著抑制作用,并随浓度的增加而增强。当浓度为36 mg/kg时,黑麦草、白三叶和光叶紫花苕的生物量分别减少76.83%,90.10%和65.09%;株高分别降低47.82%,38.76%和44.49%。青蒿素对3种牧草的化感综合效应均表现为负值,且绝对平均值光叶紫花苕最小,黑麦草次之,白三叶最大,说明光叶紫花苕对青蒿素相对不敏感。此外,青蒿素显著降低牧草叶绿素含量、根系活力和硝酸还原酶活性,不益于光合作用、养分吸收和氮素同化,故牧草氮、磷、钾吸收量显著降低,最大降幅均超过70%。青蒿素对抗氧化酶活性的影响各异,超氧化物歧化酶活性提高,过氧化物酶活性降低,过氧化氢酶活性无显著变化。但是,青蒿素大幅度提高丙二醛含量,表明在青蒿素胁迫下,牧草体内产生了较多的氧自由基或清除率降低,细胞膜受到损伤。因此,在重庆黄花蒿产区,比较适合种植对青蒿素相对不敏感的光叶紫花苕。     

多梯度氮磷添加对高寒草甸植物群落生物量与氮磷含量的影响

为研究不同梯度氮、磷单独及混合添加对高寒草甸植物群落生物量、植物养分含量及化学计量比的影响,本实验分析了青海省门源县典型高寒草甸植物群落地上总生物量,功能群水平地上生物量,植物全氮、全磷含量及氮磷比对多梯度氮、磷添加的响应情况。结果表明：氮、磷添加均对群落地上生物量影响极显著(P<0.001);氮添加对禾草类和豆科生物量影响极显著(P<0.001);磷添加对禾草类和莎草类生物量影响极显著(P<0.001);氮磷交互作用对豆科和莎草类生物量影响显著(P<0.05)。群落水平上,氮添加显著提高了植物全氮含量,对植物氮磷比(N∶P)有正效应,磷添加显著提高了植物全磷含量,对植物N∶P有负效应,植物全磷对N∶P的负效应大于全氮对N∶P的正效应。本研究表明氮、磷添加可能会使高寒草甸植物群落组成和植物养分含量发生改变,植物群落逐渐向禾草类发展;此外,高寒草甸植物生长趋向于受氮磷共同限制。