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。     

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。     

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。     

蚕豆/玉米间作系统经济生态施氮量及对氮素环境承受力(简报)

通过河西走廊灌区田问试验,对不同施氮水平下蚕豆/玉米间作系统的生产力、氮素吸收利用率及土壤无机氮累积量进行了研究,并利用线性加平台模型探讨了间作系统的经济生态施氮量.结果表明间作系统的生产力与施氮量的线性加平台模型的相关性达到极显著水平(P＜0.001), 0～160 cm土壤无机氮累积量与施氮量间以二次曲线模型相关性最高;种间互作显著提高系统生产力和氮素吸收,增幅分别为23%和33%;间作系统生产力、养分吸收量及土壤无机氮量随着施氮量的增加而增加;高氮肥量和种间互作使作物发生氮素"奢侈吸收".如果充分考虑到生产、生态和经济效益,则间作系统适宜施氮量为186 kg/hm2,对应生产力为10.6×103kg/hm2,增产14%,节约38%氮,减少75%土壤无机氮残留.     

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。     

施磷对玉米-大豆间作结瘤固氮及氮素吸收的影响

通过盆栽模拟试验,探讨不同供磷水平对玉米-大豆间作作物生物量、根瘤生长与固氮特性以及植株氮素吸收量的影响,并初步分析间作植株氮素吸收与生物固氮之间的关系。结果表明:不同磷水平下,玉米-大豆间作具有显著的氮吸收优势,氮吸收当量比(LERN)介于1.25～1.41之间。与单作相比,在3个磷水平上间作玉米的平均氮素吸收量在小喇叭口期、大喇叭口期和孕穗期分别提高30.95%、30.50%和25.59%;间作大豆的平均氮素吸收量在分枝期、开花期和结荚期分别提高42.18%、32.25%和32.01%。与常规施磷水平下的单作处理相比,玉米-大豆间作条件下,磷肥减少50%并未降低玉米和大豆植株的氮素吸收量。在3个生育期,间作及施磷均显著提高了大豆根瘤数、根瘤重以及根瘤固氮酶活性,且磷肥减少50%供应时并不影响间作大豆根瘤的生长与固氮。本试验条件下,玉米-大豆间作具有氮磷养分协同高效的优势,可以减少磷肥施用。     

玉米行距变化对间作系统生产力及玉米生长的影响

间作系统中作物种间距离的变化直接影响着系统的生产力,因此,合理的种间配置是间作获得高产的前提。本研究总结归纳了2010年甘肃武威和2014年甘肃张掖的小麦/玉米、蚕豆/玉米间作系统玉米行距试验,旨在探明间作玉米在不同种植行距下对间作体系生产力的影响及玉米生长的差异。试验设置5个间作玉米的种植行距处理(D0:10 cm、D20:20 cm、D40:40 cm、D60:60cm、D80:80 cm),测定了作物产量、产量构成、生物量累积。结果表明:间作玉米行距变化对间作配对作物产量无显著影响,主要影响间作玉米产量;2010年,两间作体系间作玉米产量、体系混合产量、系统生产力(system productivity)均以D60最高,2014年均以D40最高;随玉米行距增大,系统生产力先增加后减小,拐点均出现在D60;玉米行距变化显著改变了玉米的穗粒数、百粒重、单株粒重;小麦/玉米体系,两年单株粒重峰值分别出现在D60(132 g·株~(-1))和D40(216 g·株~(-1));蚕豆/玉米体系均出现在D40,分别为158g·株~(-1)(2010年)和220 g·株~(-1)(2014年);不同行距处理下玉米共生期和单独生长期生长速率均存在差异,共生期各处理生长速率显著低于单独生长期,无论哪个时期,D40和D60处理的生长速率均占优。河西灌区小麦/玉米和蚕豆/玉米间作中玉米种植的最佳行距为40 cm和60 cm,此行距下间作系统可得到最大系统生产力。     

新垦灰钙土蚕豆/玉米间作系统土壤活性有机碳、氮的时空变异研究

以宁夏新垦的淡灰钙土为对象,研究了蚕豆/玉米间作系统不同施氮水平下土壤活性有机碳、氮的时空变异特征。结果表明:新垦淡灰钙土土壤微生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性有机碳、氮(SOC、SON)等活性有机碳、氮含量较低;随着施氮量的增加土壤SMBC含量显著增加;玉米收获期土壤SMBC、SMBN含量显著高于蚕豆收获期;土壤SMBC、SMBN含量空间变异为:蚕豆行间(F-F)含量最高,玉米行(M)、玉米行间(M-M)最低。与不施氮相比,施氮显著提高了蚕豆收获期土壤SOC、SON含量,而玉米收获期各施氮水平间土壤SOC和SON含量无明显差异;土壤SOC、SON的空间变异为:玉米行间>蚕豆行间、蚕豆行(F)、蚕豆与玉米行间(F-M)>玉米行。玉米收获期土壤SMBC及SMBN含量的显著增加,说明土壤微生物对矿质氮的固持对于新垦土壤肥力的提高具有重要作用。     

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。     

小麦蚕豆间作施氮对小麦氮素吸收、累积的影响

田间试验研究了小麦蚕豆间作及4种施氮水平(0、90 kg·hm^-2、180 kg·hm^-2和270 kg·hm^-2)对小麦植株体内氮含量、小麦地上部氮素累积及氮素养分吸收速率的影响。结果表明: 间作显著增加了小麦地上部植株的氮含量, 与单作相比, 分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期不同施氮处理间作小麦植株的氮含量平均比单作提高20.0%、21.9%、21.4%和17.1%; 抽穗期和成熟期间作小麦叶、茎和穗中的氮含量均高于单作; 间作显著提高了小麦植株的氮素累积量和氮素吸收速率, 与单作相比整个生育期间作小麦氮素累积量增幅为15.5%~30.4%。无论单作还是间作, 小麦植株氮含量和氮素累积量随氮肥用量的增加而增加, 施氮对单作小麦植株氮含量、氮素累积量和氮素吸收速率的影响大于间作, 随着氮肥用量的增加, 间作优势逐渐减弱; 单作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加而增加, 间作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加呈先增后降的趋势。本研究表明, 间作和施氮促进了小麦对氮素的吸收利用, 间作优势与施氮水平密切相关, 间作体系中氮素养分的合理投入是发挥间作优势的关键。     

施氮量对间作小麦蚕豆根系分泌大豆异黄酮的影响

通过盆栽和水培试验,采用小麦蚕豆间作、蚕豆单作、小麦单作3种种植方式,研究了不同生育期不同氮水平(低氮、常规氮和高氮)处理下,单、间作小麦和蚕豆根系大豆异黄酮分泌量的变化,为进一步探明间作增产和控病机制提供依据。结果表明,随作物生育期推移,小麦根系分泌大豆异黄酮数量明显减少,蚕豆根系大豆异黄酮的分泌量先增加后减少。随施氮量增加,小麦蚕豆根系大豆异黄酮分泌量均减少,且多达显著水平。与低氮处理相比,常规氮和高氮处理下,单、间作小麦大豆异黄酮分泌量分别显著减少,且多达显著水平。间作可以显著提高作物大豆异黄酮的分泌量,但间作优势仅在低氮和常规氮处理下明显,高氮处理下,单、间作小麦和蚕豆根系分泌大豆异黄酮数量差异不显著,并且这种间作效应会随生育期的推移逐渐消失。总之,间作种植和施氮量均影响作物根系大豆异黄酮分泌量,且低施氮量的影响更明显。     

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。     

Polyphasic characterization of Brazilian Rhizobium tropici strains effective in fixing N2 with common bean (Phaseolus vulgaris L.)

Common bean (Phaseolus vulgaris) is native to the Americas, and Rhizobium etli is the dominant microsymbiont in both the Mesoamerican and the Andean centers of genetic diversification. Wild common beans are not found in Brazil, although the legume has been cropped in the country throughout time and all but one of the rhizobial species that nodulate it (Rhizobium gallicum) have been broadly detected in Brazilian soils. However, the majority of the effective rhizobial strains isolated so far from field-grown plants belong to R. tropici. This study describes the analysis of symbiotic and non-symbiotic genes of 15 effective R. tropici strains, isolated from four geographically distant regions in Brazil. With RFLP-PCR of the 16S and 23S rRNA genes and sequence analysis of 16S rRNA, two clusters were observed, one related to R. tropici type A and another to type B strains. Diversity in ribosomal genes was high, indicating that type A strains might represent a new species. High intraspecies diversity was also observed in the rep-PCR analysis with BOX, ERIC and REP primers. However, in the RFLP-PCR analysis of nifH and nodC genes, all R. tropici showed unique combinations of profiles, which might reflect an evolutionary strategy to maximize N₂ fixation.     

不同供氮水平下玉米大豆间作体系干物质积累和氮素吸收动态模拟

玉米/大豆间作具有一定的养分利用优势,但是不同供氮水平对玉米/大豆间作体系干物质累积和氮素吸收的调控作用不同。本试验采用田间裂区设计,运用Logistic模型分析,模拟了4个氮水平下玉米/大豆间作作物干物质积累和氮素吸收的动态变化。结果表明,玉米、大豆干物质累积和氮素吸收动态符合Logistic模型,相关系数R²均在0.9以上。在N0（不施氮肥）、N1（180 kg·hm^-2）、N2（240 kg·hm^-2）和N3（300 kg·hm^-2）供氮水平时,间作玉米最大生长速率（I_max-B）分别比单作提高34.2%、46.7%、25.9%和25.1%,而相应的供氮水平下,大豆的I_max-B分别降低27.7%、30.3%、16.5%和23.7%,但整个间作系统的I_max-B平均增加32.1%;玉米和大豆干物质的其他模拟参数与I_max-B规律一致。氮素吸收动态与干物质积累表现出同步的变化特点,在N1水平下,单位面积间作玉米的氮素最大吸收量（K_-N）、最大吸收速率（I_max-N）和瞬时吸收速率（r-N）比相应单作分别提高18.4%、48.9%和25.8%,而间作大豆的K_-N、I_max-N和r-N值比单作处理分别降低15.9%、29.9%和16.69%,整个间作系统氮素分别提高0.4%、13.7%和7.8%;施氮水平对大豆r-N无显著性影响。间作显著地提高了氮素当量比（LER_N>1）,其中N0水平下LER_N值最高,随着施氮量的增加,LER_N有下降趋势。在本试验条件下,N2供氮水平下玉米/大豆间作体系干物质积累量和氮素吸收量最高,间作优势最明显。