辽西半干旱区玉米大豆间作对作物产量及水分利用的影响

为探明玉米大豆间作的作物增产、土地生产力提升和水分高效利用机理,优化辽西半干旱区适宜的玉米大豆间作模式,于2018−2019年在国家农业环境阜新观测实验站,采用田间定位试验方法,设置了玉米大豆间作2行﹕2行（M2S2）、4行﹕4行（M4S4）、6行﹕6行（M6S6）,玉米单作（M）和大豆单作（S）5种种植模式,研究玉米大豆间作对作物产量、土地生产力、土壤水分空间分布及水分利用效率的影响。结果表明,5种单、间作模式作物总产量表现为M＞M6S6＞M4S4＞M2S2＞S,间作模式中作物对总产量的贡献率表现为玉米＞大豆,玉米贡献率为79.0%～87.3%,大豆贡献率为12.7%～21.0%;M6S6和M4S4间作模式土地当量比（LER）分别为1.13～1.19和1.06～1.07,均具有间作产量优势,其中M6S6间作优势最强;M2S2间作模式土地当量比（LER）小于1,表现为间作劣势;土壤水分空间分布结果表明,0−50cm土层间作玉米与大豆存在水分竞争,60−100cm土层玉米和大豆存在水分互补;3种间作模式均提高了单位面积的玉米水分利用效率,除M6S6间作模式外,M4S4和M2S2间作模式均降低了大豆水分利用效率;M6S6和M4S4间作模式水分当量比（WER）分别为1.18～1.21和1.05～1.06,水分生产力提高5%～21%,均具有间作水分利用优势,其中M6S6间作优势最强,M2S2间作模式水分当量比（WER）为0.99～1.01,间作水分利用优势不显著。综合分析认为,玉米大豆间作模式中M6S6间作产量优势和水分利用优势最强,能够显著提高农田土地生产力和水分利用效率,在辽西半干旱区农业生产中具有更好的应用价值。     

向日葵和马铃薯间作条件下氮素的吸收和利用

间套作不但能提高作物产量和资源利用效率,也是有效降低土壤风蚀的重要措施。明确间套作体系中氮素竞争与互补机理,提高氮素利用效率对区域农业可持续发展有着重要意义。该研究于2010年和2011年在内蒙古武川进行了大田试验,利用半微量凯氏定氮方法测定植株各器官氮素含量和氮吸收量,探讨间作中作物对氮素吸收和利用的特征。结果表明,从系统角度出发,向日葵和马铃薯间作系统的氮吸收当量比(NER)为0.95～1.02,差异不显著,这种间作模式对作物氮的吸收效率没有影响。从作物角度出发,间作没有显著提高向日葵的氮素吸收和利用效率,却降低了系统中马铃薯的氮素吸收和利用效率。间作中,向日葵氮偏吸收当量比为0.53～0.74,大于其种植比例(50%),说明间作向日葵具有显著的氮素竞争和吸收优势;而马铃薯氮偏吸收当量比为0.28～0.42,低于其在间作中所占的比例(50%),处于显著劣势。间作马铃薯产量(鲜薯质量,80%含水率)的氮素生理利用效率(NPE)为249.2g/g,略低于单作(269.8g/g),其中4行马铃薯:4行向日葵(4P:4S)间作马铃薯的NPE为238.2g/g,显著低于单作。4P:4S间作向日葵产量(籽粒质量,12%含水率)的NPE为30.1g/g,高于单作(25.9g/g)和2行马铃薯:2行向日葵(2P:2S)间作的NPE(22.8g/g)。在4P:4S间作模式中,向日葵的NPE有所提高,作为代价,降低了马铃薯的NPE。间作中马铃薯的收获指数HI(0.83)低于单作(0.87),间作向日葵的HI(0.40)高于单作的HI(0.33)。间作作物NPE的变化主要受作物收获指数HI的影响。     

风沙半干旱区仁用杏间作对作物产量和水分利用的影响

为了探明仁用杏与作物间作对作物产量和水分利用的影响,提出适合东北风沙半干旱区最优的农林间作模式,2012-2013年在大田试验条件下对仁用杏作物间作进行试验,设置仁用杏花生间作、仁用杏谷子间作、仁用杏甘薯间作、仁用杏单作、花生单作、谷子单作和甘薯单作7个处理,对不同处理下作物产量、水分利用效率、土壤水分和水分当量比4个指标进行观测。结果表明,仁用杏作物间作对作物产量影响显著(P0.05),间作花生、谷子、甘薯产量比单作平均减少65.1%、54.3%、64.7%,而对仁用杏的产量影响不显著。土壤水分的空间分布表明,仁用杏谷子间作水分竞争关系最小,仁用杏与甘薯间作水分竞争强烈。仁用杏作物间作系统的水分当量比均大于1,表现出较好的水分优势,其中仁用杏谷子间作系统的水分优势最明显,水分当量比达1.45,分别比仁用杏花生间作、仁用杏甘薯间作高8.2%和9.9%。综合分析认为,仁用杏谷子间作最适宜当地生态环境,在东北风沙半干旱区持续雨养农业发展中具有很好的应用前景。     

农牧交错带不同间套作模式的土地生产力

农牧交错带不同带状间套作不但是一种高产高效的生产技术,而且还是一种冬春季节防风固沙的生态保护措施。研究间套作对作物干物质积累过程和产量的影响,对于合理利用间套作技术提高土地生产力和改善生态环境有重要意义。该研究从2009年到2011年在内蒙古武川县进行大田试验,通过地上部干物质质量随大于0℃有效积温增长的指数线性(expolinear)关系对不同作物间作和单作的地上部干物质增长动态进行拟合,量化了间作模式下作物的生长速率的变化和生长与发育延缓的程度。采用土地当量比(land equivalent ratio,LER)研究了农牧交错带几种典型间作模式的土地生产力。结果表明:向日葵/马铃薯、莜麦/马铃薯和莜麦/豆类大带宽(2m:2m带宽)间作具有显著的产量优势,基于经济产量的土地当量比LER分别为1.12、1.09和1.05,说明间作能提高土地生产力5%～12%。窄带宽模式(1m:1m带宽)间作优势小于大带宽模式,而且年际间的变幅较大。间作显著提高了向日葵收获指数,对其他作物收获指数的影响不显著。间作中高秆作物如莜麦在莜麦和豆类的间作中具有显著的边行优势。间作和单作相比,显著降低了作物最大生长速率(cm);但相对生长速率rm和单作的差异不显著;在间作中,矮秆作物(马铃薯和箭舌豌豆)的生长进程都有不同程度的延缓,到达冠层最大盖度时所需的有效积温比单作多117～387℃·d,考虑到试验区作物生长季内的日平均温度为15℃左右,这2种间作作物的生长延缓了约8～26d。总体来讲,农牧交错带的这几种典型带状间作种植模式都具有一定的间作产量优势和更高的经济效益,特别是大带宽间作模式,间作优势较为明显,而且还能降低农业生产的气候和市场风险。     

施磷对西北沿黄灌耕灰钙土玉米/鹰嘴豆间作产量及种间相互作用的影响

本试验在西北沿黄有效磷含量较低的灌耕灰钙土上研究了田间施磷水平对单作和间作玉米、鹰嘴豆的根际酸性磷酸酶活性、产量和土地资源利用效率的影响。结果表明,在不施磷(P0)和施磷量为40kg·hm-2(P40)时,玉米/鹰嘴豆间作系统的生物学产量或经济产量的土地当量比(LER)均小于1,间作系统未表现出土地资源利用的优势,主要原因是鹰嘴豆产量降低;当施磷量为80kg·hm-2(P80)时,LER1,间作系统表现出土地资源利用优势。P0、P40和P80处理间作玉米产量分别比相应单作增产3%、12%和19%;间作鹰嘴豆产量P0和P40处理显著低于单作。从玉米出苗到鹰嘴豆收获的间作作物共生期内,间作玉米相对于鹰嘴豆具有较强的水分和养分等资源的竞争力(Amc0),从鹰嘴豆生长动态曲线可以看出,P0、P40处理这种竞争在共生期明显,P80处理竞争不明显。各施磷水平下,间作玉米的收获指数高于单作,而间作鹰嘴豆的收获指数低于单作。鹰嘴豆通过分泌酸性磷酸酶促进玉米对有机磷利用的种间互惠作用未体现,两次取样中,不施磷时,间作鹰嘴豆根际土壤的酸性磷酸酶活性低于单作。基于本研究,西北沿黄灌耕灰钙土施磷量为0和40kg·hm-2时,玉米/鹰嘴豆间作系统无明显的间作优势,磷肥量为80kg·hm-2时表现出较为明显的间作优势。     

内蒙古阴山北麓旱农区马铃薯间作模式的生产力与水分利用

马铃薯是内蒙古阴山北麓的主要农作物之一,优化马铃薯种植模式,可以提高马铃薯产量,遏制土壤肥力退化,促进农业可持续发展。本研究于2009—2014年进行了6 a的大田小区定位试验,研究了马铃薯与苕子或莜麦间作对土地生产力及水分利用效果的影响。结果表明:马铃薯/苕子和马铃薯/莜麦2种间作模式具有较强且程度相当的间作产量优势,土地当量比分别为1.59~2.24和1.56~2.22。间作并不会显著增加或降低作物的耗水量,马铃薯、苕子和莜麦于不同种植年的耗水量有差异,最大降幅分别可达25.1%、23.7%和25.5%。间作可显著提高间作系统的水分利用效率,具有显著的水分利用优势(水分当量比分别为1.59~2.01和1.55~2.24),且主要体现在苕子和莜麦作物上。此外,间作体系的水分利用效果还与当年的降雨量关系密切。综合分析认为,马铃薯间作有利于整个间作系统农田生产力和水分利用效率的提高,且对苕子和莜麦的提升效果更佳。     

春小麦与玉米、向日葵间作套种对土壤水分的影响

在河套灌区以春小麦、玉米、向日葵单作为对照,测定并分析了春小麦/玉米、春小麦/向日葵间作套种作物生长季0—120cm土层土壤水分及作物产量。结果表明,春小麦/玉米、春小麦/向日葵间作套种生长季的土壤水分蒸散强度为双峰曲线,春小麦、玉米、向日葵单作为单峰曲线。春小麦/玉米、春小麦/向日葵间作套种的土壤水分蒸散量高于春小麦、玉米、向日葵单作。春小麦/玉米、春小麦/向日葵间作套种提高了作物产量,提高了土地当量比,但降低了作物生长期、作物生长季及灌溉水的水分利用效率和水分当量比。建议河套灌区减少间作套种面积,或间作套种时在不同作物之间修建土埂隔挡,根据不同作物对水分的需求分别灌溉。     

不同棉花间作模式中作物养分吸收和利用对间作优势的贡献

棉花间作能够解决棉花与粮食作物和蔬菜作物争地的矛盾,但是否有间作优势以及间作优势的作物营养基础是众所关心的问题。本研究在新疆石河子大学试验站设置棉花与花生、大豆、鹰嘴豆、洋葱、萝卜、线辣椒间作以及各个作物单作的田间试验,以期揭示以棉花为基础的间作体系的间作优势以及养分吸收和利用效率对间作优势的贡献。结果表明,棉花与鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作体系作物的吸氮量明显高于单作18%~74%,棉花与大豆和线辣椒间作体系作物的吸氮量低于单作10%和34%;棉花与大豆、鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作体系中作物吸磷量比单作增加5%~104%,棉花与线辣椒间作体系作物的吸磷量低于单作6%;棉花与花生、洋葱、萝卜间作体系中作物吸钾量高于单作20%~58%,棉花与大豆、鹰嘴豆和线辣椒间作作物吸钾量低于间作19%~22%。棉花与鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作以后土地当量比(LER)分别为1.02、1.30、1.12、1.68,都大于1,说明具有间作优势;棉花与大豆、线辣椒间作后LER分别为0.91和0.99,小于1,没有间作优势。棉花与花生、洋葱和萝卜间作体系氮磷钾吸收效率对LER的贡献分别为0.41~0.82、0.25~1.04和0.15~0.59,利用效率的贡献分别为0.35~0.04、0.03~0.14和0.16~0.01。结果表明,棉花与其他作物的间作优势在营养方面的基础主要来自于间作相对于单作吸收效率的增加,而不是利用效率的改变。     

间作与施氮对秸秆覆盖作物生产力和水分利用效率的影响

2012年3—10月在甘肃省河西走廊石羊河绿洲灌区进行大田试验,研究了不同施氮水平[0、140 kg(N)·hm-2、221 kg(N)·hm-2和300 kg(N)·hm-2]对小麦//玉米间作系统生产力、间作优势和水分吸收利用的影响。研究结果表明:当施氮量达221 kg(N)·hm-2时,小麦单作籽粒产量(5 036 kg·hm-2)和水分利用效率(25.13 kg·hm-2·mm-1)达最大值;当施氮量达300 kg(N)·hm-2时,小麦间作籽粒产量(3 078 kg·hm-2)和水分利用效率(39.76kg·hm-2·mm-1)、玉米单作籽粒产量(9 921 kg·hm-2)和水分利用效率(38.96 kg·hm-2·mm-1)、玉米间作籽粒产量(6 895 kg·hm-2)和水分利用效率(46.31 kg·hm-2·mm-1)达最大值;当施氮量为0 kg(N)·hm-2时,小麦相对于玉米的竞争力(0.049)达最大值;当施氮量为300 kg(N)·hm-2时,小麦//玉米间作的土地当量比(1.33)达最大值;当施氮量为140 kg(N)·hm-2时,小麦相对于玉米的水分竞争比率(0.98)达最大值。与单作相比,小麦//玉米间作具有显著的间作产量优势和水分利用优势。间作方式中小麦的竞争能力大于玉米;小麦、玉米两作物对水分生理需求时间有效性差异是小麦//玉米间作高效利用水分资源的基础,合理施氮能促进间作种植产量优势和水分利用优势的发挥。     

覆膜对玉米间作豌豆干物质积累与分配的影响

分别对玉米、豌豆带进行覆膜、不覆膜处理做大田试验,研究豌豆-玉米间作体系的产量和干物质积累与分配的变化。结果表明:覆膜比不覆膜显著提高了作物的籽粒产量和生物学产量。单作覆膜比不覆膜玉米增产9%,豌豆增产21%;间作经济产量,玉米覆膜豌豆不覆膜处理的玉米比间作无膜处理的玉米增产11.70%,全膜覆盖比间作无膜处理的豌豆增产24.40%。土地当量比(LER)除玉米不覆膜豌豆覆膜的小于1外,其他处理LER为1.09~1.24,表现出明显的间作优势。两作物养分向籽粒的转移率和贡献率均为茎大于叶,覆膜提高了干物质向籽粒的转移率和贡献率。玉米覆膜豌豆不覆膜处理是本研究中间作优势最明显的覆膜方式,而玉米不覆膜豌豆覆膜处理会造成资源浪费,不利于豌豆-玉米间作体系的产量积累。     

玉米‖甘蓝间作对土壤水分时空分布及水分利用效率的影响

为探讨作物间作的高效用水机制,在寿阳旱地农业试验站,开展了不同行比的玉米与甘蓝间作试验。结果表明,(1)玉米‖甘蓝间作生长季节的耗水量均低于玉米单作而高于甘蓝单作,从而使作物生长中后期的土壤水分以玉米单作最低,甘蓝单作最高,间作居中。对间作而言,土壤水分具有随着玉米行数减少(或甘蓝行数增加)而增加的趋势。(2)在作物生长季节中后期,各处理的土壤水分等值线出现明显的分异规律,表现为玉米单作最深,甘蓝单作最浅,玉米‖甘蓝间作居中。8月中旬以前,玉米日均耗水量高于甘蓝,之后则相反,表明玉米‖甘蓝间作通过两种作物对水分需求在时间和垂直分布上的互补性,实现对水资源的高效利用。(3)玉米‖甘蓝间作提高了玉米相对产量,但不同程度地抑制了甘蓝生长,且这种抑制作用随着甘蓝行数的增加而减弱,直至消失。当间作的甘蓝带≥4行(240cm)时,即≥1倍玉米高度(220cm)时,间作群体的玉米和甘蓝的产量、产值和水分生产效益均高于单作。因此,甘蓝带≥1倍玉米高度的玉米和甘蓝间作是较理想的种植模式。     

Estimating soil carbon dynamics in intercrop and sole crop agroecosystems using the Century model

Using process‐based models to predict changes in carbon (C) stocks enhances our knowledge on the long‐term dynamics of soil organic carbon (SOC) in various land management systems. The objective of this study was to apply the Century model to evaluate temporal SOC dynamics in two temperate intercrop systems [1:2 (one row of maize and two rows of soybeans); 2:3 intercrop (two rows of maize and three rows of soybean)] and in a maize and soybean sole crop. Upon initiation of intercropping, SOC increased by 47% after ≈ 100 years, whereas SOC in the maize sole crop increased by 21% and 2% in the soybean sole crop. The quantity of crop residue input was sufficient to increase the active (turnover time of months to years) SOC fraction in the intercrops and the maize sole crop, but not in the soybean sole crop. The slow fraction, with a turnover time of 20 to 50 years, increased in all crop systems and was the major driver of SOC accumulation. A 3 to 15% loss of SOC from the passive fraction, with a turnover time of 400 to 2000 years, in all crop systems showed the long‐term impact of land‐use conversion from historically undisturbed native grasslands to intensive agricultural production systems. This study provided an example of the potential of process‐based models like Century to illustrate possible effects of cereal–legume intercropping on SOC dynamics and that the model was able to predict SOC stocks within –7 to +4% of measured values. We conclude, however that further fine‐tuning of the model for application to cereal–legume intercrop systems is required in order to strengthen the relationship between measured and simulated values.     

Effect of phosphorus fertilizer application on the performance of maize/soybean intercrop in the southern Guinea savanna of Nigeria

Field experiments were conducted at the Teaching and Research Farm, Ladoke Akintola University of Technology, Ogbomoso, Nigeria in 2007 and 2008 to determine the effects of phosphorus fertilizer application on performance of intercropped maize and soybean. The experiments, arranged as a split plot in a randomized complete block design, replicated four times. A cropping system with sole maize, sole soybean and maize/soybean intercrop formed the main plot treatments while P rates with 0, 15 and 30 kg P₂O₅ ha^?1 were the subplot treatments. For both years, neither P fertilizer application nor cropping systems had a significant effect on maize grain yield. However, soybean grain yield was significantly higher (92.3% in 2007 and 44.5% in 2008) under sole cropping than under maize/soybean intercropping. On average, N fixed by soybean increased with the increase in P rate (from 51.8% without P to 60.5% with 30 P), but there was no significant difference in N fixed by sole soybean and soybean/maize intercrop. However, the interaction effect on N fixed between cropping systems and P rates was significant (P ≤ 0.05). N, P and K contents in maize grain were significantly higher (>100%) in intercropped maize than in sole maize. The cropping systems had no significant effect on post-harvest soil chemical characteristics. The land equivalent ratio was 1.52 in 2007 and 1.78 in 2008. The result shows that in utilizing legumes for N enrichment, the alleviation of P deficiency can enhance N₂-fixation by legumes. Furthermore, P replenishment in a maize/soybean intercrop may improve maize grain quality even though yield is not increased.     

施肥位置与杂草管理对间作玉米、马铃薯生长和产量的影响

【目的】施肥和除草是农业生产中两大重要的管理措施。近年来,施肥位置作为一种精准施肥措施越来越引起关注,本研究调查了施肥位置与杂草防控在玉米、马铃薯间作中对作物生长和产量的影响。【方法】采用2∶2间作行比,进行了玉米、马铃薯间作大田试验。杂草管理设除草和不除草,施肥位置处理包括:均匀施肥(HF)、种间行施肥(TERF)和种内行施肥(TRAF),共6个处理,每个处理3次重复。调查了间作玉米、马铃薯的株高、生物量、根系总生物量和产量,以及杂草生物量。【结果】施肥位置和杂草管理对玉米产量、生物量和株高均有显著影响,且存在显著的交互效应(产量P <0.001、生物量P=0.002、株高P=0.007)。相比于均匀施肥,在不除草情况下,种间行和种内行施肥均显著提高了玉米的产量、生物量和株高。而在除草情况下,种内行施肥显著提高了玉米的产量和生物量,种间行施肥仅显著增加了玉米的株高。除草对马铃薯株高无显著影响(P=0.494),但显著提高了马铃薯产量和生物量(P <0.001)。施肥位置对马铃薯产量(P=0.114)、生物量(P=0.580)和株高(P=0.772)均无显著影响。在均匀施肥和种内行施肥下,除草显著提高根系总生物量(P <0.001),但在种间行施肥下则无显著影响。不论除草与否,与均匀施肥相比,种内行施肥显著提高了玉米、马铃薯的根系总生物量(P <0.001)。施肥位置(P=0.001)和生长位置(P <0.001)均对杂草生物量有显著影响。与均匀施肥相比,种内行施肥显著降低种间行和马铃薯种内行的杂草生物量,而种间行施肥对种间行杂草生物量无显著影响,但显著降低两种作物的种内行杂草生物量。【结论】在玉米、马铃薯间作体系中,种内行施肥结合除草,可显著促进玉米和马铃薯根系发育,抑制杂草生物量,进而提高产量及肥料施用效果。     

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.