玉米魔芋间作条件下作物的氮素养分吸收规律研究*

 采用田间小区试验研究了玉米魔芋间作条件下作物的干物质积累动态、经济产量和氮养分吸收动态变化特点。结果表明，间作对玉米的氮素吸收利用和生物学产量增加有明显的促进作用，间作玉米氮素养分吸收量比相应单作提高12%~50%，生物学产量提高10%~26%；而魔芋的吸氮量比相应单作降低9%~37%，生物学产量降低18%~39%。间作系统的氮养分竞争比率表明，玉米为优势种，竞争能力强于魔芋。     

玉米大豆间作干物质积累和氮磷吸收利用的边际效应

【目的】研究间作对玉米大豆干物质积累及氮磷吸收利用特性的影响机制,对实现玉米、大豆间作高产高效具有重要指导意义。【方法】试验设玉米单作、大豆单作、玉米大豆间作3种种植方式,分别测定玉米大口期、吐丝期和成熟期的植株氮磷积累量和大豆开花期、结荚期和成熟期的植株氮磷积累量,研究间作对玉米、大豆不同器官干物质积累及氮磷吸收积累特性,明确氮磷吸收利用的边际效应。【结果】与单作相比,间作降低了玉米干物质和氮磷的积累,促进了根系吸收氮向籽粒的分配;降低了大豆干物质积累,尤其对中行的影响大于边行,边行干物质、氮磷积累体现边际效应优势;与单作体系相比,间作使玉米大豆植株茎叶营养器官氮转移量均减少,分别降低22.13%、29.85%,转运氮对玉米籽粒氮的贡献率分别下降5.11%、17.45%,且根系吸收氮对籽粒氮的贡献率均高于转运氮对籽粒氮的贡献率。间作能够有效提高系统氮利用效率,较玉米、大豆单作分别提高2.34%、4.62倍,使系统氮效率较单作大豆提高26.82%,较单作玉米降低10.16%,玉米在系统产量中占主导地位,占系统产量的82.27%,土地当量比(LER)达到1.47,系统产量为13 110 ...     

西北地区不同间套作模式养分吸收利用及其对产量优势的影响

养分吸收和利用对间套作产量优势有重要影响,而西北地区近年来发展的间套作模式中养分吸收和利用研究较少。本研究采用田间小区试验,比较了西北地区新型间套作模式玉米/马铃薯、玉米/油菜、大豆/马铃薯、大豆/油菜和马铃薯/油菜的间作优势以及成熟期养分吸收量和利用效率对间作优势的影响。结果表明,玉米/马铃薯、玉米/油菜、大豆/油菜和大豆/马铃薯4种间作模式具有间作产量优势,经济效益高于相应单作。马铃薯/油菜间作无产量优势。玉米/马铃薯、玉米/油菜、大豆/马铃薯和大豆/油菜间作体系中作物氮、磷和钾养分吸收总量分别高于相应单作10%~41%、8%~21%和11%~34%;马铃薯/油菜间作体系作物氮、磷和钾吸收量分别低于单作35%、42%和63%。玉米/油菜和大豆/油菜间作作物氮、磷和钾的利用效率分别高出相应单作10%~21%、5%~7%和15%~17%;玉米/马铃薯间作氮和钾利用效率间作比单作低3%和4%,而磷利用效率高于单作21%;大豆/马铃薯间作作物氮、磷和钾的利用效率分别比单作低15%、3%和14%;马铃薯/油菜间作氮磷利用效率间作低于单作18%和4%,钾利用效率间作高于单作20%。本研究证明并非所有间作模式都具有间作产量优势,并且间作优势主要源于养分吸收量的增加。     

宁夏引黄灌区玉豆间作和带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响

探索间作及带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响,提出适合宁夏灌区的种植模式。试验于2019—2020年,在宁夏王团旱作节水高效农业试验站开展,设置玉米/大豆间作(IMS)、玉米-大豆带状轮作(RMS)、单作玉米(MM)、单作大豆(SS)4种种植模式。结果表明,与单作玉米相比,带状轮作处理使玉米拔节期至成熟期干物质积累量增加9.58%～11.45%,且与间作相比,干物质积累量增加4.29%～7.53%。带状轮作种植模式下玉米对氮素的积累量、转运量及籽粒贡献率比间作提高2.19%、30.44%和19.86%。带状轮作和间作处理土壤含水量比单作分别提高5.64%和3.98%,且主要分布于0～140 cm土层,带状轮作处理玉米水分利用效率较单作增加38.00%,且比间作增加15.61%。与单作玉米相比,间作处理提高玉米产量11.3%,降低大豆产量51.39%;玉豆带状轮作处理弱化了种间竞争力,使玉米产量提高21.98%,大豆产量下降22.91%。因此,带状轮作种植模式在水分利用效率、干物质积累、氮素转运及产量方面优势明显,可作为宁夏引黄灌区的一种有效替代种植模式。     

大豆/玉米间作下干物质累积动态变化与产量分析

通过采用田间小区试验研究了不同氮素供应水平以及接种根瘤菌对大豆/玉米间作下的干物质积累与产量的影响。试验结果表明,生育前期,间作大豆和玉米与单作之间单株干物质积累量差异不显著;生育后期,间作大豆的单株干物质积累量小于单作时的单株干物质积累量,而间作玉米单株干物质积累量则显著高于单作。在不施氮时,接种根瘤菌处理的大豆在鼓粒期大豆根瘤干质量显著高于未接种处理,而间作大豆的根瘤干质量显著高于单作;在施氮量150kg.hm-2时,接种根瘤菌处理促进了大豆根瘤的生长,但是间作种植大豆根瘤干质量显著低于单作。在经济产量方面,大豆和玉米间作体系中接种根瘤菌显著提高了大豆和玉米的籽粒产量,不施氮处理,接种根瘤菌比不接种根瘤菌处理大豆和玉米经济产量总量平均增加了14.2%,在施氮为150kg.hm-2时,平均相应的增加6.5%。     

玉米大豆间作降低小麦玉米轮作体系 土壤氮残留的效应与机制

【目的】阐明夏播玉米大豆间作对小麦玉米轮作体系产量、吸氮量、土壤含水量和硝态氮残留的影响,明确间作地上部和地下部因素对间作优势的相对贡献率,为优化资源配置、提高土地生产力提供科学依据。【方法】2011年6月至2012年10月,在河北省徐水县代表性农田设置玉米单作（T1）、大豆单作（T2）、玉米与大豆间作根部不分隔（T3）、玉米与大豆间作根部分隔（T4）4个处理,并对关键生育时期的作物生长、土壤水分和硝态氮含量进行实时观测。【结果】相对作物单作种植模式,间作产量优势明显,玉米大豆间作种植的土地当量比（LER）大于1,间作模式总吸氮量（256.1 kg·hm^-2）显著高于玉米单作种植（159.7 kg·hm^-2）。玉米大豆间作主要通过促进玉米生长和氮素吸收来提高间作系统生产能力,其中地上部因素对间作玉米生物量、产量和吸氮量提高的贡献率分别为81.6%、83.4%和75.7%,而地下部因素的贡献率仅为18.4%、16.6%和24.3%。间作玉米条带土壤含水量显著低于单作玉米,隔根间作玉米土壤含水量显著低于不隔根间作玉米,单作大豆与间作大豆土壤含水量无显著差异,隔根对间作大豆土壤含水量无显著影响。相对单作种植,间作系统降低了玉米收获后各层土壤硝态氮含量,而提高了大豆条带土壤硝态氮含量;相对不隔根处理,间作隔根对玉米土壤硝态氮含量影响不大,但降低了间作大豆土壤硝态氮含量。夏季无论是单作种植还是间作种植,其后茬小麦产量和吸氮量均无显著差异,但间作可以显著降低小麦收获后土壤硝态氮残留量（P＜0.05）,相对玉米单作,间作种植的后茬小麦收获后0-100 cm土层硝态氮残留量降低了87.2 kg·hm^-2,其中地上部因素贡献率为77.5%,地下部因素对此贡献仅为22.5%。【结论】夏播间作种植产量优势明显,间作模式整体吸氮量高于玉米单作,其中地上部因素对间作优势的贡献大于地下部因素,并且夏播间作种植对后茬小麦产量和吸氮量均无显著影响。相对单作种植,间作种植降低了玉米条带土壤含水量而对大豆条带无显著影响,间作玉米条带土壤硝态氮含量显著降低而大豆条带土壤硝态氮含量显著提高,但间作系统当季及后茬作物收获后的整体土壤硝态氮残留显著降低。     

不同配置对辽西玉米‖花生间作系统氮素吸收利用的影响

【目的】通过研究不同配置条件下玉米‖花生间作系统地上部氮含量和吸收量,结合间作系统花生结瘤固氮和土壤有效氮分布,明确不同配置下玉米‖花生间作体系对氮素的吸收利用特征,为玉米‖花生间作氮高效利用模式的区域筛选提供依据。【方法】本试验于2015—2016年在国家农业环境阜新观测实验站进行,设置玉米单作（M）、花生单作（P）、2行玉米4行花生间作（M2P4）和4行玉米4行花生间作（M4P4）模式,玉米单作及每种间作模式下设3种不同玉米种植密度（6、9和12株/m²）,共10个处理,分析不同配置（行比和密度）玉米‖花生间作系统氮素吸收利用特征和优势。【结果】与单作相比,间作玉米和花生植株氮浓度变化并不明显,受作物占地比例影响,间作模式下玉米和花生的产量、氮产量均低于相应单作,且氮产量与间作生物产量表现相一致。玉米‖花生间作可以显著提高系统氮的吸收利用（氮吸收当量比NER>1）,且主要归因于玉米的养分吸收优势（pNER_m为0.63—0.80）。随着玉米行比和密度的增加NER也随之增大,其中M4P4模式（NER 1.06—1.22）的氮吸收要显著高于M2P4模式（NER 1.0—1.06）。在玉米‖花生间作系统中,玉米比花生更有竞争力（A_mp>0）,且竞争吸收氮养分能力也更强（CR_mp>1）,M4P4行比以及玉米增密有助于增强玉米对氮营养的竞争,增加系统氮养分吸收优势（△NU>0）以及间作养分对产量的贡献（C）。与玉米间作可促进花生结瘤固氮,M4P4行比配置下花生根瘤数量、单株根瘤重量和单个瘤重均高于M2P4配置,且以中、低密度处理为优。间作系统中土壤有效氮含量（N_min）表现为花生条带土壤N_min高于玉米条带,且单作花生土壤N_min高于间作花生,而单作玉米土壤N_min低于间作玉米。【结论】玉米‖花生间作可显著提高系统氮的吸收利用,其中玉米对系统氮吸收的贡献较大,适度增加玉米行比和密度有助于增加系统氮素吸收当量比、增强玉米对氮营养的竞争以及间作养分对产量的贡献。综合分析认为,本研究中M4P4-6和M4P4-8为玉米‖花生间作较佳配置,玉米花生种间互作对间作系统干物质量和花生生物固氮的促进,以及玉米在吸收氮养分上的强竞争能力是玉米‖花生间作具有氮素吸收利用优势的重要原因。     

玉米大豆间作条件下磷素的吸收利用

通过田间栽培试验,研究玉米、大豆间作及相应单作不同时期作物吸磷量、根际土壤酸性磷酸酶活性以及地上部生物学产量差异。结果表明,间作对玉米吸磷量、玉米根际土壤酸性磷酸酶活性以及玉米地上部生物学产量有明显的促进作用,间作玉米吸磷量、根际土壤酸性磷酸酶活性、地上部生物学产量明显比相应单作分别增加31．64％、31．46％、47．04％。而间作大豆吸磷量、地上部生物学产量较相应单作降低8．18％、10．99％,差异不显著。     

玉米、大豆间作对根际土壤微生物数量和酶活性的影响

通过盆栽实验,研究了玉米间作大豆对根际土壤微生物数量和酶活性的影响。结果表明:在玉米喇叭口期和大豆分枝期,玉米、大豆间作的玉米地上生物学产量高于单作玉米38.73%,大豆地上生物学产量较单作大豆降低了8.12%,差异不显著。与单作相比,间作体系中的玉米、大豆根际土壤养分有效性、根际土壤微生物数量、根际土壤酶活性均显著高于相应单作根际土壤。间作体系中玉米取得间作优势,养分利用率提高主要是根际土壤养分有效性的提高,而根际土壤养分有效性高受根际土壤中微生物数量和酶活性的影响。     

根系互作对间作玉米大豆氮和磷吸收利用的影响

[目的]探明根系互作对玉米大豆氮、磷吸收利用的影响,为作物高产优质提供依据。[方法]通过水培试验,来实现根系互作效应,共设3个处理:单作玉米、单作大豆、间作玉米大豆。处理13、31、45、57 d时采样分析植株各部位的氮、磷含量。[结果]根系互作提高了玉米各器官与地上部氮、磷累积量,而大豆各器官及地上部氮、磷累积量则表现出了根系互作劣势。与单作相比,间作玉米地上部氮累积量在处理13和31 d分别提高了224.6%和24.0%(P0.05),但是在后期,与单作相比有所降低。在处理13和45 d时,与单作相比,间作玉米地上部磷累积量提高了145.8%和46.4%(P0.05)。与单作相比,处理13、45、57 d时,间作大豆地上部氮累积量分别降低了47.5%、34.9%、46.0%(P0.05),处理13、31、45、57 d时,间作大豆地上部磷累积量分别降低了17.5%、24.9%、14.5%、40.1%(P0.05)。[结论]根系互作提高了玉米各器官及地上部氮、磷累积量,因此,玉米大豆间作体系具有明显的氮、磷吸收利用优势。     

减量施氮对玉米/大豆套作系统中作物氮素吸收及土壤氨氧化与反硝化细菌多样性的影响

【目的】揭示玉米/大豆套作系统下作物根际土壤细菌数量及群落多样性变化特征与土壤总氮含量、作物氮素吸收之间的关系,为禾/豆间(套)作减肥增效生产提供理论和技术支撑。【方法】大田试验于2013—2015年进行,采用两因素裂区设计,主因素为种植模式,设玉米单作(MM)、大豆单作(SS)和玉米/大豆套作(IMS);副因素为玉米、大豆施氮总量,设不施氮(NN:0)、减量施氮(RN:180 kg·hm~(-2))和常量施氮(CN:240 kg·hm~(-2))。在玉米V12期、VT期和R6期,大豆V5期、R2期、R5期和R8期,利用稀释平板法和凯氏定氮法测定各作物根际土壤细菌数量、非根际土壤和植株总氮含量;结合克隆文库和荧光定量PCR技术研究各处理氨氧化细菌(amo A基因)、反硝化细菌(nir S基因)多样性及其基因丰度。【结果】与相应的单作相比,套作玉米(IM)的作物根际土壤细菌数量提高2.6%,套作大豆提高12.9%;套作玉米土壤总氮含量和植株吸氮量分别提高13.39%和2.10%,大豆的分别降低5.81%和3.24%;套作玉米、大豆的amo A基因丰度比单作增加了38.5%、64.8%,nir S基因丰度比单作提高57.77%、126.39%。各施氮水平间,RN的玉米根际土壤细菌数量比NN和CN的分别提高9.6%和9.8%,大豆的分别提高11.7%和11.0%;施氮提高了玉米、大豆植株吸氮量和土壤总氮含量,单作玉米随施氮量的增加而增加,套作玉米及单、套作大豆的均在RN下最高;减量施氮提高了玉米、大豆amoA基因多样性指数和单作玉米nir S基因多样性指数,降低了套作玉米和单套作大豆nirS基因多样性指数。【结论】减量施氮有利于增加玉米/大豆套作系统中作物根际土壤细菌数量,调节氨氧化细菌和反硝化细菌群落结构及多样性,改善土壤氮素转化过程,促进玉米、大豆对氮素的吸收,实现节肥增效。     

不同生育期玉米大豆间作土壤水势变化特征

土壤水的移动影响作物对养分的吸收,通过土水势的测定可以为作物从土壤中吸收养分提供重要参考。本文通过盆栽试验,研究了玉米和大豆间作时作物在玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、抽穗期、成熟期土壤水势上的变化特征。结果表明：玉米大豆间作具有明显的间作产量优势。与相应的单作相比,间作玉米籽粒产量、玉米叶片生物量和大豆叶片生物量,分别提高 ４１.９０％,２２.１９％,５９.５７％,表明了玉米大豆间作体系中玉米具有产量竞争优势。在玉米大豆间作中,除苗期第 １天到第 ５天、拔节期第 １天到第 ５天、成熟期第 １天到第 １０天外,其它生育期玉米的土壤水势低于大豆。这表明在玉米旺盛生长时期 （拔节盛期、大喇叭口期、抽穗期）,土壤水分都是从大豆向玉米移动。玉米相对于大豆对土壤水分有更强的竞争能力。     

两种三熟套作体系中的氮素吸收利用及种间相互作用

通过根系分隔盆栽试验,研究小麦/玉米/大豆与小麦/玉米/甘薯两种三熟套作体系的氮素吸收利用及种间相互作用。结果表明:小麦表现为套作优势,两种体系下不分隔的生物产量与吸氮量均高于完全分隔。玉米在"麦/玉/薯"中表现出竞争劣势(Awc>0,NCRwc>0),不分隔的生物产量与吸氮量显著低于完全分隔;在"麦/玉/豆"中表现出竞争优势(Awc<0,NCRwc<0),不分隔的籽粒产量、籽粒吸氮量和总生物产量、总吸氮量均高于完全分隔,且比"麦/玉/薯"高5.62%、59.09%、5.97%、41.18%。大豆虽表现出竞争劣势,但生物产量与吸氮量降低不明显;甘薯具有微弱的竞争优势,但生物产量与吸氮量显著降低,总吸氮量比大豆低53.11%。不分隔时,"麦/玉/薯"中的玉米与甘薯土壤总氮含量比"麦/玉/豆"中的玉米与大豆低3.95%和8.57%。     

间作促进作物磷吸收的氮素调控效应

为探讨通过氮素调控促进间作作物磷吸收利用的效果,阐明间作的氮磷交互作用机理。设置3种种植模式（玉米马铃薯间作、玉米单作和马铃薯单作）、4个施氮水平（N0：不施氮、N1：1/2常规量、N2：常规量、N3：3/2常规量）的田间小区定位试验,研究玉米马铃薯间作对作物磷吸收和利用的影响,并分析磷吸收对施氮量的响应。结果表明：施氮量显著影响间作产量,低氮（N1）水平间作产量优势最大。间作玉米和马铃薯的磷吸收量均随施氮量增加而降低,在N2水平达到最大。在低氮条件下,间作玉米磷吸收量较单作平均提高了42.03%,马铃薯提高了13.46%。随施氮量的增加,玉米马铃薯间作的单位面积磷吸收的优势呈先增加后下降的趋势,在N1水平优势最强。在N1水平中,与单作相比,间作玉米籽粒磷吸收量平均增加86.26%,间作马铃薯块茎磷吸收量平均增加14.28%。因此,在保证作物产量和提高氮磷肥利用率的前提下,合理施入氮肥能够促进间作作物对磷素的吸收与利用。     

大豆根构型在玉米/大豆间作系统中的营养作用

 运用根构型不同的大豆品种与玉米进行间作，比较大豆根构型在玉米/大豆间作系统中的营养作用。结果表明，玉米与大豆间作具有明显的间作优势，间作作物的生物量、氮磷含量都显著好于单作。玉米与浅根型大豆品种巴西10号间作，间作优势大于与深根型大豆品种本地2号。说明大豆根构型在玉米/大豆间作系统中具有十分重要的作用。间作系统的氮磷养分竞争比率表明，玉米/大豆这类豆科/禾本科间作组合的优势主要来自对氮的优势性吸收，而玉米与不同基因型大豆间作的优势差异则主要来源于对土壤磷吸收的差异。浅根型大豆品种不仅有利于两种间作作物对土壤磷的吸收，同时还有利于对氮的吸收。     

全周期间作模式胶园中间作大豆和玉米的生产力及其抗逆生理特性

通过观测光照、生物量和抗逆生理等指标,研究全周期间作模式胶园中间作大豆和玉米的生长和抗逆生理指标的特性变化。结果表明,全周期间作模式胶园中光照时长约为空旷地(单作)的18%~36%,对大豆和玉米的叶绿素含量、株高和茎粗存在不同程度的影响。间作处理大豆产量显著低于单作处理,为单作处理的60.2%(P0.05),而间作玉米则绝产。靠近橡胶树两边的作物产量和生物量低于宽行中间区域,其中宽行中间区域间作大豆产量为单作处理的77.0%~81.8%。除间作对大豆Pro含量有较显著影响外(P0.05),不同处理的大豆和玉米的抗逆生理总体不存在明显差异(P0.05)。综上所述,全周期间作模式胶园间作对大豆和玉米的生长特性影响较显著,而对其抗逆生理总体影响较小,大豆比玉米更适宜在全周期间作模式胶园中间作,且在宽行中间区域的产量较可观。     

Maize–legume intercropping promote N uptake through changing the root spatial distribution,legume nodulation capacity,and soil N availability

Legume cultivars affect N uptake, component crop growth, and soil physical and chemical characteristics in maize–legume intercropping systems. However, how belowground interactions mediate root growth, N fixation, and nodulation of different legumes to affect N uptake is still unclear. Hence, a two-year experiment was conducted with five planting patterns, i.e., maize–soybean strip intercropping (IMS), maize–peanut strip intercropping (IMP), and corresponding monocultures (monoculture maize (MM), monoculture soybean (MS), and monoculture peanut (MP)), and two N application rates, i.e., no N fertilizer (N–) and conventional N fertilizer (N+), to examine relationships between N uptake and root distribution of crops, legume nodulation and soil N availability. Results showed that the averaged N uptake per unit area of intercrops was significantly lower than the corresponding monocultures. Compared with the monoculture system, the N uptake of the intercropping systems increased by 31.7–45.4% in IMS and by 7.4–12.2% in IMP, respectively. The N uptake per plant of intercropped maize and soybean significantly increased by 61.6 and 31.8%, and that of intercropped peanuts significantly decreased by 46.6% compared with the corresponding monocultures. Maize and soybean showed asymmetrical distribution of roots in strip intercropping systems. The root length density (RLD) and root surface area density (RSAD) of intercropped maize and soybean were significantly greater than that of the corresponding monocultures. The roots of intercropped peanuts were confined, which resulted in decreased RLD and RSAD compared with the monoculture. The nodule number and nodule fresh weight of soybean were significantly greater in IMS than in MS, and those of peanut were significantly lower in IMP than in MP. The soil protease, urease, and nitrate reductase activities of maize and soybean were significantly greater in IMS and IMP than in the corresponding monoculture, while the enzyme activities of peanut were significantly lower in IMP than in MP. The soil available N of maize and soybean was significantly greater increased in IMS and IMP than in the corresponding monocultures, while that of IMP was significantly lower than in MP. In summary, the IMS system was more beneficial to N uptake than the IMP system. The intercropping of maize and legumes can promote the N uptake of maize, thus reducing the need for N application and improving agricultural sustainability.     

低磷条件下玉米‖蚕豆间作作物根系间距对玉米磷吸收的影响

为探究不同根系间距下禾本科作物玉米(生长和磷吸收)受相邻作物玉米或蚕豆的影响，本研究以玉米为目标作物，通过圆柱形根箱培养试验，设置单株玉米、单作玉米、玉米‖蚕豆间作并改变相邻作物根系间距，探究低磷条件下，不同根系间距的相邻作物对目标玉米的生长、磷吸收和根际过程的影响。结果表明:1)与单株玉米相比，目标作物玉米与相邻作物玉米和蚕豆之间均以竞争为主，当作物根系间距较近时，单作玉米的生物量、磷含量分别下降21%、33%，间作玉米分别下降34%、31%；当作物根系间距较远时，单作玉米的生物量、磷含量分别下降10%、15%，间作玉米分别下降29%、29%。2)当根系间距较近时，蚕豆的根际pH低于玉米，且间作玉米和蚕豆之间的根际pH存在显著差异，而在根系间距较远的处理中两作物的根际pH无差异；相邻作物根系间距较远时，间作玉米的根际有机酸浓度显著高于单作玉米，间作玉米与单作玉米的根际有机酸浓度在根系间距较近时无差异。3)不同处理中单作和间作玉米的总根长、总根表面积无差异。综上所述，在低磷条件下，单作玉米的种内竞争强度随根系间距的增大而降低；而在不同根系间距下，间作玉米与蚕豆的种间竞争强度相似且无种间磷吸收促进作用。因此，种间根际互作形成的磷吸收竞争作用或促进作用依赖于适度的土壤磷供应。