根瘤菌菌株NM353对小麦/蚕豆间作体系中作物生长及养分吸收的影响

采用不同根系分隔方式(小麦与蚕豆根系完全分隔、尼龙网分隔和不分隔)研究了间作蚕豆接种根瘤菌菌株NM353,在施氮和不施氮情况下,蚕豆和小麦的生长和养分吸收状况。结果表明,无论何种分隔方式和施氮与否,接种根瘤菌菌株NM353对蚕豆的生长都好于不接种;同时,间作小麦也通过根系的相互作用受益。在施氮情况下,接种与不接种处理相比,蚕豆生物量在三种分隔方式中依次增加了15%、16%和5%;吸氮量依次增加了17%、9%和12%;而根系不分隔并接种根瘤菌NM353还改善间作小麦的生长,其生物量、吸氮量比不接种时分别增加了13%和22%。因此,小麦/蚕豆间作中通过选择合适的菌株进行接种,并配合适当的氮肥施用,可以充分发挥豆科生物固氮作用,并改善与之间作的作物氮素营养。     

大豆/玉米间作体系中接种AM真菌和根瘤菌对氮素吸收的促进作用

利用大豆和玉米之间根系不同分隔方式的盆栽试验,研究了在玉米/大豆间作体系中接种大豆根瘤菌、AM真菌Glomus mosseae和双接种对间作体系氮素吸收的促进作用。结果表明,双接种处理显著提高了大豆及与其间作玉米的生物量、氮含量,双接种大豆/玉米间作体系总吸氮量比单接AM菌根、根瘤菌和不接种对照平均分别增加22.6%、24.0%和54.9%。大豆促进了与其间作玉米对氮素的吸收作用,在接种AM真菌和双接种条件,间作玉米的AM真菌侵染率提高,大豆根瘤数增加; 接种AM真菌处理,不分隔和尼龙网分隔比完全分隔玉米吸氮量的净增加量是未接种对照的1.8、2.6倍,双接种处理分别是对照的1.3和1.7倍。说明在间作体系中进行有效的根瘤菌和AM真菌接种,发挥两者的协同作用对提高间作体系土壤养分利用效率,进一步提高间作体系的生产力有重要的意义。     

蚕豆任米问作接种AM真菌与根瘤菌对其吸磷量的影响

盆栽试验研究不同根系分隔方式蚕豆/玉米间作接种AM真菌和根瘤菌对其吸收有机磷影响结果表明,接种AM真菌均显著促进玉米和蚕豆吸收有机磷,与对照相比吸P量分别增加138.1%和82.3%;接种AM真菌和根瘤菌对蚕豆吸收有机磷有协同促进作用,蚕豆根瘤数、根瘤重和菌根侵染率显著增加,并改善与其间作玉米的营养状况,明显促进玉米生长。     

接种根瘤菌对蚕豆/玉米间作系统产量及结瘤作用的影响

通过田间试验,研究了不同施氮水平下蚕豆接种根瘤菌GS374对蚕豆/玉米间作系统产量及蚕豆结瘤作用的影响。结果表明,不施氮处理接种根瘤菌所获得的单作或间作系统产量与不接种但施N225kghm-2的相应系统产量相当,且施N225kghm-2处理接种仍能促进蚕豆的结瘤作用。统计分析表明,与不接种根瘤菌、蚕豆单作、不施氮相比,接种、蚕豆/玉米间作、施氮均极显著地提高了蚕豆生物学产量,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N225kghm-2后,蚕豆接种、间作对玉米生物量无显著影响;但不施氮时蚕豆接种显著提高了与之间作的玉米籽粒和生物学产量,增幅分别为34.3%和25.6%。接种根瘤菌显著提高了不同氮处理以籽粒产量为基础计算的土地当量比和不施氮处理以生物学产量为基础计算的土地当量比。蚕豆接种根瘤菌与不接种相比,其单株根瘤数和根瘤干重均显著增加;间作与蚕豆单作相比对根瘤数的影响较小,但显著促进了蚕豆单株根瘤干重的增加。因此,本研究认为豆科作物接种合适的根瘤菌,是进一步提高豆科/禾本科作物间作系统间作优势的又一重要途径。     

不同竞争强度间作体系氮素利用和土壤剖面无机氮分布差异

田间小区试验,研究大麦/玉米间作、小麦/玉米间作和蚕豆/玉米间作及其对应单作体系,在不施氮和施氮225 kg/hm2情况下,对氮素吸收利用效率和土壤剖面无机氮变化的影响。结果表明,作物对养分的竞争能力与其根区土壤无机氮浓度和累积量密切相关。两作物共生期不施氮肥时,0—100 cm土层,土壤剖面无机氮残留量是间作大麦和间作小麦根区分别比间作蚕豆根区减少2032~82和10717~1 kg/hm2;与大麦和小麦间作的玉米根区分别比与蚕豆间作的玉米根区减少931~20和5687~kg/hm2。土壤无机氮累积量受作物类型、种间相互作用强度及实时土壤环境条件影响。种间相互作用提高了间作大麦和小麦的氮素当季回收率,但使与其间作的玉米氮素当季回收率降低。大麦/玉米和小麦/玉米竞争体系在不施氮肥时氮素利用效率最高。施用氮肥使大麦、小麦氮素收获指数降低,玉米氮素收获指数升高,对蚕豆无影响。在选择配对作物时,为获得间作优势要充分考虑作物竞争能力、土壤基础肥力条件、施肥水平及配套栽培措施等。低肥力土壤宜选择豆科/禾本科互惠体系,高肥力土壤宜选择禾本科/禾本科竞争体系。     

玉米/大豆、玉米/花生间作对作物氮素吸收及结瘤固氮的影响

禾本科与豆科作物间作具有显著的增氮作用。为探明玉米/大豆、玉米/花生间作模式的氮素吸收、氮营养竞争能力及豆科结瘤特性的变化,解释玉米与豆科间作体系的增氮效应,通过田间试验,设置玉米单作（MM）、大豆单作（SS）、玉米/大豆间作（MS）、花生单作（PP）、玉米/花生间作（MP）等5种种植模式,研究不同种植模式对作物氮素积累、氮营养竞争强弱及豆科结瘤固氮特性的调控作用。结果表明,与单作相比,间作显著降低玉米和大豆的氮素积累量,对花生的氮素积累量影响不显著。5种模式系统氮素积累总量表现为MS > SS > MP,PP和MM处理最低且差异不显著,MS处理比MP处理显著高21.8%。与MM处理相比,MS和MP处理的玉米氮素积累量分别降低20.5%和11.7%,其中MP处理籽粒、叶片和茎秆氮素积累量比MS处理高8.9%、21.2%和14.3%。与SS处理相比,MS处理的大豆氮素积累量降低28.5%,其中,中行、边行分别降低10.1%、15.4%。玉米相对大豆氮营养竞争比率表现为强（CR_ms>1）,相对花生则表现为弱（CR_mp<1）。与SS处理相比,五叶期MS处理的大豆根瘤数量显著增加,根瘤鲜重无显著差异,盛花期后根瘤数量和鲜重均显著降低;MS处理的大豆根瘤固氮酶活性均降低,且中行降低幅度更大。与PP处理相比,开花期MP处理的花生根瘤数量和鲜重均显著增加,下针期后均显著降低;MP处理的花生根瘤固氮酶活性均降低,且边行降低幅度更大。各间作模式作物的氮素积累量虽然降低,但间作模式的系统氮素积累量却显著高于各单作模式,两种间作模式中MS处理的氮素积累总量最高。     

地下部分隔对蚕豆/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮残留影响

利用田间试验,探讨了地下部分隔对蚕豆/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮残留的影响,结果表明:蚕豆/玉米间作,蚕豆不分隔条件下籽粒和秸秆吸氮量比分隔分别增加20 10%,34 43%;玉米不分隔条件下籽粒吸氮量与分隔近似,但秸秆吸氮量比分隔减少13 04%;蚕豆和玉米不分隔条件下土壤硝态氮累积量都高于分隔。蚕豆/空带间作,蚕豆不分隔籽粒吸氮量高于分隔,但土壤硝态氮累积量没有差异。空带/玉米间作,地下部分隔与否,作物吸氮量和土壤硝态氮累积量都没有差异。     

施氮量和蚕豆/玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响

在田间条件下于2006—2007年研究了不同氮水平下（N 0、75、150、225、300 kg/hm2）蚕豆/玉米间作体系与其相应单作体系土壤无机氮的时空分布规律,旨在为河西走廊灌区蚕豆/玉米间作体系的氮素管理提供理论依据。用土钻法采集土壤剖面样品,CaCl2浸提,流动分析仪测定土壤无机氮的方法研究了施氮量和蚕豆/玉米种间相互作用对土壤无机氮时间和空间变化特点。结果表明:灌漠土无机氮以NO3--N为主。蚕豆和玉米无机氮含量在蚕豆收获前种植方式间均无显著性差异,蚕豆收获后至玉米收获,间作显著降低了两种作物各层无机氮含量;无机氮含量随着施氮量增加而显著增加。蚕豆收获后间作体系0—100 cm土层无机氮累积量略高于单作体系,且0—100 cm 土层无机氮累积量高于100—160 cm土层;玉米收获后,间作蚕豆和玉米土壤无机氮累积量在0—100 cm土层分别平均降低了51.7%和16.6%,在100—160 cm土层平均降低了42.1%和6.1%;与不施氮相比,施氮蚕豆和玉米无机氮累积量在0—100 cm土层分别平均增加了40.1%和81.5%,在100—160 cm土层分别增加了69.6%和40.6%;与单作体系相比,间作体系0—100 和100—160 cm土层土壤无机氮分别降低43.4%和34.1%。因此,施氮肥显著增加土壤无机氮的累积,而豆科/禾本科间作减少了土壤无机氮的残留。     

接种根瘤菌对鸡骨草幼苗生长、结瘤和固氮能力的影响

用来自不同产地的鸡骨草根瘤菌接种盆栽幼苗,室内培养70 d后,测定植株生长和结瘤情况及植株含氮量。结果表明,接种根瘤菌对鸡骨草的株高、植株生物量、氮素相对积累量和固氮效率有明显的促进作用;不同来源的根瘤菌对鸡骨草生长和固氮的影响不同,来自玉林的根瘤菌菌株有较高的固氮效率。接种根瘤菌能促进鸡骨草生长,增加氮素累积,从而可以减少氮肥的使用,有利于充分发挥生物固氮的作用来提高原料药材的质量。     

吉林省不同类型土壤中大豆根瘤菌的分布及人工接种的效果

土壤中的根瘤菌与豆类植物共生形成了共生固氮体系,为大豆生长发育提供了一部分氮素营养。根瘤的形成与固氮强度又决定于土壤中根瘤细菌的有无、数量和结瘤固氮活力。     

Effects of intercropping and Rhizobium inoculation on yield and rhizosphere bacterial community of faba bean (Vicia faba L.)

The effects of intercropping with maize and Rhizobium inoculation on the yield of faba bean and rhizosphere bacterial diversity were analyzed by terminal restriction fragment length polymorphism, amplified 16S rDNA restriction analysis (ARDRA), and 16S rDNA sequencing. The results showed that intercropping but not Rhizobium inoculation significantly increased the faba bean yield. Probably the relatively high level of native rhizobia in soil annulled the effect of rhizobia inoculation. ARDRA results showed that intercropping did not affect bacterial diversity whereas Rhizobium inoculation decreased bacterial diversity. The canonical correspondence analysis showed that the composition of bacterial community was changed apparently by intercropping, and there was a positive correlation (P = 0.724) between faba bean yields and intercropping and an apparent correlation (P = 0.648) between intercropping and total N. The available content of K and P had a lower effect on the bacterial community composition than did the total N content, Rhizobium inoculation, and microbial biomass C. Rhizobium inoculation negatively correlated with microbial biomass C (P = −0.827). These results revealed a complex interaction among the intercropped crops, inoculation with rhizobia, and indigenous bacteria and implied that the increase of faba bean production in intercropping might be related to the modification of rhizosphere bacterial community.     

Effects of Nitrogen and Phosphorus Fertilizers and Intercropping on Uptake of Nitrogen and Phosphorus by Wheat,Maize, and Faba Bean

Abstract

One‐third of all the cultivated land area is used for multiple cropping and half of the total grain yield is produced with multiple cropping in China. There have been numerous studies on nutrient acquisition by crops in legume/non‐legume intercropping systems, but few on nutrient uptake in cereal/cereal intercropping. This paper describes a field experiment in which integrated wheat/maize and maize/faba bean systems were compared with sole wheat and sole faba bean cropping to assess the effects of intercropping on nutrient uptake by wheat, maize, and faba bean under various application rates of nitrogen (N) and phosphorous (P) fertilizers. Results show that both N and P fertilizers and intercropping enhanced N uptake by wheat, while only P fertilizer and intercropping increased P acquisition by wheat. The advantage of N uptake by border rows of wheat intercropped with maize declined with increasing N fertilizer application rate, but that of P acquisition was not affected by P fertilizer. The amounts of both N and P taken up by maize intercropped with faba bean were much higher than those by maize intercropped with wheat throughout the period of intercropping. Both fertilization and intercropping did not influence the N and P uptake by faba bean.     

种间相互作用对作物生长及养分吸收的影响

田间试验采用裂区设计,研究了蚕豆、大豆和小麦在两个施氮水平下与玉米间作对作物生长和养分吸收的影响。结果表明,与单作相比,间作对蚕豆生长和养分吸收无明显影响;间作促进大豆前期生长,但在玉米旺盛生长期其生长和养分吸收受到抑制;间作对小麦生长和养分吸收有明显的促进作用。与蚕豆间作,玉米能够获得更高的产量和养分吸收量;与大豆间作,对玉米前期生长有抑制作用,但玉米旺盛生长后其生长和养分吸收有明显增加;与小麦间作,在共处期玉米生长受到强烈抑制,小麦收获后玉米生长开始逐渐恢复。蚕豆/玉米间作具有产量优势,大豆/玉米间作为产量劣势;小麦/玉米间作在低氮条件下为产量劣势,提高氮肥用量会恢复以至达到单作水平。分析认为,蚕豆和大豆生物固氮和根系分泌物活化土壤磷的特点促进了玉米的生长,小麦强的根系竞争能力抑制了玉米生长;在共处期玉米的遮荫作用会抑制大豆的生长,而小麦收获后受抑制的玉米产量有向单作水平恢复的能力。表明选择合理的作物配置能够充分利用各种资源,促进种间有益作用,提高作物产量。     

间作小麦和接种AM真菌协同提高蚕豆抗枯萎病能力和根际微生物碳代谢活性

【目的】接种丛枝菌根 (arbuscular mycorrhizal,AM) 真菌和间作均是防治蚕豆枯萎病的有效方法,从土壤微生物学角度研究两者协同减轻蚕豆枯萎病的机理,对控制蚕豆枯萎病传播具有重要意义。【方法】利用盆栽试验方法,进行了间作和接种AM真菌摩西管柄囊霉 (Funneliformis mosseae,Fm) 和扭形球囊霉 (Glomus tortuosum,Gt) 试验。设蚕豆单作对照 (MF)、蚕豆小麦间作 (IF)、蚕豆单作接种Fm (MFFm)、蚕豆小麦间作接种Fm (IFFm)、蚕豆单作接种Gt (MFGt)、蚕豆小麦间作接种Gt (IFGt) 6个处理。于蚕豆开花期 (生长70天) 取土壤样品,测定蚕豆幼苗生长、枯萎病发生、根际镰刀菌数量和微生物碳代谢活性。【结果】间作显著增加蚕豆幼苗干重93.0%、降低蚕豆枯萎病病情指数71.4%,接菌显著增加蚕豆幼苗干重55.3%、降低病情指数76.6%,其中接种Fm真菌对蚕豆幼苗干重的影响更大,对病情指数的抑制效果更好。间作接菌显著增加蚕豆幼苗干重100%、降低病情指数89.8%。Biolog微平板测试结果显示,间作提高根际微生物碳代谢活性32.3%;接菌提高微生物活性85.4%;间作接菌提高微生物活性122%。主成分分析结果表明,间作和接菌均明显改变了根际微生物的群落结构,并主要改变了对碳水化合物类、氨基酸和羧酸类碳源的利用。相关性分析结果显示,枯萎病发病率和病情指数与根际镰刀菌数量呈极显著正相关关系,与AWCD值、Shannon多样性指数和丰富度指数均呈极显著负相关。【结论】蚕豆与小麦间作和接菌对抑制蚕豆枯萎病和促进蚕豆生长均具有积极效应,间作显著提高了AM真菌的定殖率,二者协同提高了根际微生物活性,改变了微生物群落结构,并抑制了病原菌增殖,进而控制蚕豆枯萎病发生。