玉米–大豆带状种植中套作高光效玉米窄行穂位叶光合特性对弱光胁迫的响应

玉米–大豆带状套作模式下,宽窄行种植玉米,窄行叶片存在着明显的光限制现象。采用低(A1:众望玉18)、中(A2:川单418)、高(A3:荣玉1210)光效玉米品种,玉米–大豆带状套作种植模式,带宽固定为2 m,每带种植2行玉米2行大豆,设置大豆行距40 cm和玉米不同的窄行行距(B1:20 cm; B2:40 cm; B3:单作)。探究套作高光效玉米窄行穂位叶在不同窄行光胁迫下的光合指标差异。结果表明,与低光效和中光效品种玉米相比,套作常规行距(40cm)下,高光效玉米品种(荣玉1210)窄行穗位叶光合速率、PEPCase活性分别显著高出46.9%、230.1%和11.8%、13.98%;对弱光(10:00前、16:00后)的利用效率及叶绿体结构完整程度较高,而叶绿素初始荧光(Fo)和最大荧光(Fm)较低;随套作窄行行距减小,3类品种玉米窄行穗位叶光合速率、光合作用关键酶活性均呈下降趋势,叶绿素初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)及有效光化学量子产量(Fv'/Fm')均呈现不同程度的升高,但均以套作高光效玉米变化幅度最小。套作高光效玉米在套作环境中窄行穗位叶的光合速率、光合作用关键酶活性、产量与单作差异均未达显著水平,而低光效玉米和中光效玉米套作与单作相比,光合速率、PEPCase活性显著降低28.9%、24.2%和7.4%、5.5%。因此,不同玉米品种适应套作窄行光胁迫的能力差异显著,套作高光效玉米(荣玉1210)在套作条件下仍具有相对理想的光合生理指标,这为其适应套作光环境并获得高产提供了理论依据。     

氮磷配施对玉米-大豆带状套作系统中土壤酶活性及速效养分的影响

为了探究玉米-大豆带状套作体系下不同施肥处理对玉米养分积累、土壤酶活性及土壤速效养分的影响,应用田间小区试验设置不同供氮(0, 120, 180, 240 kg/hm~2,记为N0、N1、N2、N3)和供磷水平(0, 35, 70, 105 kg/hm~2,记为P0、P1、P2、P3),以单作玉米(施氮水平:N0、N2,施磷水平:P0、P2)为对照。结果表明,玉米-大豆带状套作模式较玉米单作施氮磷的增效作用更明显,分别提高了20.16%和20.60%。套作玉米中,各氮磷处理对土壤酶活性及速效养分有影响,相同磷素水平下,土壤脲酶活性和碱解氮含量随施氮量的增加先增后减,于施氮180 kg/hm~2时最高,土壤磷酸酶活性则受到抑制,有效磷含量较不施氮降低;相同氮素水平下,随施磷量的增加,土壤脲酶、土壤酸性磷酸酶活性及土壤有效磷含量呈增加趋势,碱解氮含量先增后减。相关分析表明,氮磷互作下土壤脲酶活性与土壤碱解氮含量呈极显著正相关关系(r=0.636～0.812),与玉米氮磷积累呈正相关;土壤酸性磷酸酶活性与土壤有效磷及植株吸磷量呈正相关,尤其与有效磷含量存在极显著关系(r=0.634～0.851)。综上,玉米-大豆带状套作模式下,由于种间效应和氮磷互作共同作用,活化了根际土壤脲酶、酸性磷酸酶,提高土壤碱性氮含量和土壤有效磷含量,利于玉米植株氮、磷素的累积。本试验研究范围内,套作模式下玉米氮磷配施以氮减至180 kg/hm~2、磷减至70 kg/hm~2时,效应最佳。     

氮磷配施对玉米-大豆套作模式下种间作用、玉米产量及干物质积累与转运的影响

以盆栽和田间小区试验结合的方法,通过设置根系分隔与不分隔方式及不同供氮(0、120、180、240kg/hm~2,记为N_0、N_(120)、N_(180)、N_(240))、供磷水平(0、35、70、105kg/hm2,记为P_0、P_(35)、P_(70)、P_(105)),探究在玉米-大豆套作模式下氮磷配施对种间作用、玉米产量及干物质积累与转运的影响。结果表明,1)氮磷互作效应对带状套作系统的种间促进作用显著,配施可缓解玉米与大豆的种间竞争作用,提高套作系统土地当量比率、种间竞争力和营养竞争比率,促进玉米对氮、磷素的吸收,表现出显著的套作产量优势和资源利用优势(LER1),且优势效应高于单施氮、磷肥。2)氮磷互作对玉米各生育期干物质积累量的影响呈峰形变化趋势,中氮中磷(N_(180)P_(70))处理可显著降低花前干物质的积累量,增加成熟期干物质积累总量,促进花后干物质积累向籽粒转运,提高玉米收获指数。3)种间作用和氮磷互作可显著影响玉米产量,提高套作玉米有效穗和穗粒数,两种植模式中无论施肥与否,在套作条件下玉米的产量均高于净作,且在N_(180)P_(70)处理时玉米产量达到最大值,套作较净作增产幅度达1.65%~20.43%。本研究结果表明,套作模式下玉米氮磷配施以施氮180kg/hm~2、施磷70kg/hm~2时,种间促进作用显著,可改善其穗部性状,有利于成熟期干物质的积累和向籽粒的转运,最终获得较高的产量。     

玉米-大豆带状套作高产玉米品种的形态特征

通过两年大田试验,在玉米-大豆带状复合种植模式下,研究21个玉米品种在净作和套作模式下的产量水平,以产量为7 500 kg/hm~2为界限,将供试玉米品种划分为3个产量类别,通过比较净作高产套作高产与净作高产套作低产两个类别下玉米的形态特征,从品种间形态的变异系数和形态指标与产量相关性,筛选出叶面积、株高、穗上位二叶夹角和穗位高可作为选择套作高产玉米品种的主要形态指标。套作玉米品种叶面积吐丝期为6 415～7 158 cm~2/株,穗上位二叶夹角分别为20°～31°和22°～28°,株高为259～280 cm,穗位高为94.5～113.0 cm时,可获得较高的套作玉米产量。