不同磷水平下小麦蚕豆间作对根际有效磷及磷吸收的影响

【目的】探明不同磷水平下小麦–蚕豆间作对根际有效磷含量及作物磷吸收量的影响,提高磷肥利用率。【方法】2015—2016和2016—2017两季田间试验在云南农业大学试验基地耕作红壤上进行,供试小麦品种为云麦-52,蚕豆品种为玉溪大粒豆。设施P2O5 0 (P0)、45 (P45)和90 kg/hm^2 (P90)三个水平,和单作(M,包括小麦单作MW和蚕豆单作MF)和间作(I)两种种植模式。每季在小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,蚕豆分枝期、开花期、结荚期、籽粒膨大期、收获期采取根际土样测定有效磷含量。在小麦蚕豆收获期测定单、间作小麦、蚕豆产量,并测定作物地上部磷含量。计算土地当量比(LER)来衡量间作优势,并用磷肥农学利用率来反映磷肥的吸收效率。【结果】与单作相比,在P0、P45、P90水平下,2016年间作种植显著提高了小麦籽粒产量12.5%、21.7%和17.3%,2017年间作蚕豆产量较单作分别降低了16.8%、11.7%和8.2%。三个磷水平下,小麦–蚕豆间作具有产量优势,土地当量比(LER)为0.95~1.18。与常规施磷水平(P90)下的单作相比,小麦–蚕豆间作条件下,磷肥减施1/2 (P45)并未降低小麦和蚕豆产量。间作种植对小麦根际有效磷含量无显著影响(除2016年成熟期外),但2017年,在蚕豆分枝期、开花期、结荚期,间作则分别降低蚕豆根际有效磷含量20.8%、44.5%和18%。与P90单作相比,间作P45处理几乎不会降低小麦、蚕豆根际有效磷含量。小麦、蚕豆磷吸收量主要受磷水平的调控,种植模式对小麦和蚕豆磷的吸收量及磷肥农学利用率均没有影响。【结论】在本试验条件下,小麦–蚕豆间作提高了小麦籽粒产量,降低了蚕豆产量;间作种植主要是改变了蚕豆生育前期根际有效磷含量,但对作物的磷吸收量没有影响。小麦–蚕豆间作具有减施磷肥、维持作物产量和根际土壤有效磷的潜力。     

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。     

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。     

小麦/蚕豆间作条件下小麦的氮、钾营养对小麦白粉病的影响

通过小麦/蚕豆间作盆栽试验,研究比较了单作和间作条件下不同氮、钾营养水平对小麦氮、钾养分吸收和小麦白粉病发生的影响。结果表明:小麦蚕豆间作提高小麦子粒产量74.7%～133.9%,低氮条件下,间作提高小麦氮吸收量14.7%～169%;在高氮条件下,间作提高氮吸收量的优势降低;间作提高小麦钾吸收量32%～69%,增施钾肥提高小麦钾吸收量25.5%～57.3%。小麦间作蚕豆能明显减轻小麦白粉病的发生,间作平均防效达42.1%～83.1%;小麦白粉病的发生与小麦茎叶的氮吸收量呈显著正相关关系,r=0.623*～0.702*.*。     

小麦大豆间作条件下作物养分吸收利用对间作优势的贡献

采用田间小区试验和田间微区根系分隔试验 ,通过间作与相应单作成熟期氮磷钾养分吸收量和利用效率 (单位养分吸收量所能生产的干物质量 )的比较研究了小麦大豆间作中养分吸收和利用效率的变化。结果表明 ,间作作物氮、磷、钾养分吸收总量分别高出相应单作 24%～39% ,6%～27%和24%～64% ;而间作氮、磷和钾的利用效率分别比单作低5%～20%、5%～7%和 6%～32%。间作优势主要表现在养分吸收量的增加。间作大豆养分收获指数的提高使间作子粒产量优势比生物学产量优势更明显。种间根系分隔微区试验表明 ,间作作物养分利用效率的降低与两作物根系相互作用有关     

不同磷水平下玉米-大豆间作对根系有机酸分泌特征及磷吸收的影响

通过盆栽试验,探讨不同磷水平下玉米-大豆间作根系分泌物中有机酸以及磷吸收的变化特征。结果表明：与单作相比,在P50和P100水平下,间作种植显著提高了玉米和大豆籽粒产量70.82%、52.67%和22.46%、16.62%。2个磷水平下,玉米-大豆间作具有明显的磷吸收优势,磷吸收土地当量比（LERP）为1.32～1.56,且LERp不受磷水平调控。与常规磷水平（P100）下的单作相比,玉米-大豆间作在磷肥减施1/2 (P50)的条件下,并未降低玉米和大豆的磷素吸收量。间作改变了玉米和大豆根系有机酸分泌的种类,显著提高了有机酸的分泌速率,并且在P50水平下间作处理有机酸的分泌速率最大。因此,间作诱导根系有机酸分泌增加是驱动不同磷水平下玉米和大豆磷高效吸收的重要机制之一,玉米-大豆间作具有减施磷肥并维持作物产量和磷吸收的潜力。     

春小麦大豆间作条件下作物养分吸收积累动态的研究

采用田间小区试验和微区根系分隔试验,通过间作与相应单作养分吸收动态的比较,阐明了小麦大豆间作中养分吸收的种间竞争作用和促进作用。结果表明,小麦具有更强的养分竞争能力,在两作物共生的８０多天中,间作小麦的吸氮量、吸磷量始终高于单作小麦,是其获得高产的基础。虽然间作大豆在前期养分吸收缓慢,在两作物共生期的氮磷钾吸收量均显著地低于单作大豆,但小麦收获后有明显的恢复。种间根系分隔试验结果表明,小麦大豆根系间不分隔时,小麦的吸氮量和吸磷量有明显的边行优势;用塑料膜分隔时,边行优势消失;但用尼龙网分隔时,小麦吸磷量表现出一定的边行优势,是大豆根际效应所致。     

不同氮磷水平下小麦-蚕豆间作对产量稳定性的影响

研究不同氮或磷水平下小麦-蚕豆间作对产量稳定性的影响,为小麦-蚕豆间作系统的高产稳产及合理施肥提供理论依据。通过5年(2015～2019年)的田间定位试验,设4个氮水平(N0-0 kg·hm-2、N1-90 kg·hm-2、N2-180 kg·hm-2和N3-270 kg·hm-2)、3个磷水平(P0-0 kg·hm-2,P1-45 kg·hm-2和P2-90 kg·hm-2)和3种种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦-蚕豆间作),分析小麦-蚕豆间作系统的产量稳定性。结果表明:与单作相比,4个氮水平下5年间作小麦平均籽粒产量分别增加32.9%、26.1%、21.9%、14.7%,3个磷水平下5年间作小麦平均籽粒产量分别增加16.7%、20.5%、21.9%。不同氮或磷水平下,小麦-蚕豆间作具有产量优势,平均土地当量比分别为1.12和1.10。间作提高了小麦产量的稳定性,降低了蚕豆产量的稳定性,且适当施氮或磷肥可以提高小麦-蚕豆间作系统的产量稳定性。间作提高了小麦的土壤地力贡献率,增加了小麦的磷肥贡献率,但降低了其氮肥贡献率。低氮(N1)或低磷(P1)条件下,小麦-蚕豆间作可以维持产量的稳定性。在本试验条件下,小麦-蚕豆间作具有减施氮磷肥、维持作物产量及其稳定性的潜力。     

小麦蚕豆间作体系氮素吸收累积动态及其种间氮素竞争关系

  【目的】  通过研究小麦//蚕豆间作地上部的氮含量和吸收量,明确不同氮水平下小麦//蚕豆间作的氮吸收累积特征,解析间作小麦和蚕豆种间氮素竞争关系。  【方法】  田间试验采用两因素随机区组试验设计,设置3个种植模式 (单作小麦,单作蚕豆及小麦//蚕豆间作) 及4个氮水平 (N0,N1,N2,N3),其中小麦的4个施氮量依次为0、90、180、270 kg/hm2,蚕豆的4个施氮量依次为0、45、90、135 kg/hm2。测定了单间作小麦和蚕豆的产量、地上部氮累积含量,利用Logistic模型模拟小麦蚕豆的氮吸收关键参数及氮吸收动态,分析了间作小麦和蚕豆的氮素竞争关系。  【结果】  小麦//蚕豆间作整体平均提高小麦产量33.4% (除N3外)、降低蚕豆产量20.7%,N0和N1水平下,间作具有显著产量优势。通过Logistic模型分析发现,间作条件下小麦的氮吸收高峰比蚕豆晚12～19天。4个氮水平下,间作主要提高了小麦最大氮累积量 (A)、最大氮吸收速率 (R_max) 和初始氮吸收速率 (r),却降低了蚕豆的A、达到最大氮吸收速率所需的时间 (T_max) 和R_max。在营养生长阶段,小麦的氮素竞争力低于蚕豆,施氮可提高小麦的氮素吸收量。从施氮水平和种植模式共同作用角度分析,N0、N1和N2水平下,间作分别提高小麦的R_max 34.1%、44.6%和21.0%。因此,当小麦达到氮吸收高峰后,间作分别提高小麦氮吸收速率和氮素累积量15.1%～48.4%和9.2%～28.9%,却降低蚕豆氮吸收速率和氮素累积量7.3%～28.4%和7.9%～14.0%。此时,间作小麦氮素竞争力大于蚕豆,在N1水平下小麦的氮素竞争力最强。  【结论】  小麦//蚕豆间作提高了小麦的初始及最大氮素吸收速率 (r和R_max),提高了小麦生殖生长阶段的氮素吸收和累积,是间作小麦产量优势的基础。优化氮肥投入量,可调控小麦和蚕豆的种间竞争及互补关系,是小麦//蚕豆间作体系产量优势形成、氮素高效吸收利用的关键。     

施磷量对玉米 -大豆间作根际红壤无机磷形态及磷吸收的影响

通过盆栽模拟试验,探讨不同施磷量对玉米 -大豆间作作物生长及磷吸收的影响,并分析根际红壤中各无机磷形态的变化。结果表明:与单作相比,玉米 -大豆间作显著提高了作物地上部生物量及磷素吸收量,并具有明显的产量优势。与常规施磷水平(P100)下的单作相比,玉米 -大豆间作条件下,磷肥减施 1/2(P50)并未降低作物籽粒产量与玉米的磷吸收量。间作种植显著降低了玉米、大豆根际红壤总无机磷含量,并且无机磷减少量主要以O-P、Fe-P和 Ca-P为主。玉米、大豆根际土壤Fe-P、Al-P、Ca-P与 O-P占土壤总无机磷含量的比例主要受磷水平的调控,而种植模式对玉米和大豆根际土壤中各无机磷形态的比例(除 Fe-P外)均没有影响。在本试验条件下,玉米 -大豆间作通过根系交互作用主要促进土壤中 Fe-P、Ca-P和 O-P的活化来增加玉米与大豆的磷吸收,并具有节约磷肥、维持作物产量和磷吸收的潜力。     

Influences of intercropping and nitrogen supply on flavonoid exudation in wheat roots

Abstract

Soil and hydroponic experiments were carried out to examine the influences of intercropping and nitrogen supply on flavonoid exudation in wheat roots. Both experiments comprising three cropping patterns (wheat intercropped with faba bean, monocropped wheat, and monocropped faba bean) and three N supply levels (deficient, adequate, and excessive) with three replicates in a randomized complete block design. Across two experiments, intercropping increased but N fertilization decreased flavonoids of wheat roots frequently. Intercropping variably increased secretion of naringenin from 0.5 to 1.9 folds (P?<?0.5) in wheat roots at all three N levels, but rarely increased secretion of genistein and hesperetin in wheat at the deficient N level. Intercropped wheat secreted more flavonoids than monocropped wheat at its tillering (60^th d) and flowering (95^th d) stages; after the flowering stage, however, the differences between intercropping and monocropping were not significant at any N level. Secretion of flavonoids in wheat roots decreased with increased N supply. Interspecies and N supply altered the contents and proportions of flavonoids in wheat root exudations under wheat and faba bean intercropping. These results indicate facilitative root–root interactions and provide insight into cereal promote nodule of legume in intercropping system.     

不同根构型玉米品种间作对根系分布、养分积累和产量的影响

为探讨不同根构型玉米间作模式下的根系形态分布、养分积累和产量变化,本研究设置大田和盆栽试验,以2个不同根构型的玉米（Zea mays L.）品种金赛501(JS501,根紧凑型）和漯玉16（LY16,根平展型）为材料,研究了玉米间作和单作下根系形态、空间分布、养分积累和产量的变化特征。结果表明,间作下玉米群体根总长度、根总表面积和根总体积分别比单作增加10.28%、19.55%、15.95%,但根平均直径无明显变化。在0～20 cm土层中,间作的玉米根总长度、总表面积和总体积平均比单作高15.27%、21.82%和9.44%;在20～40 cm土层则比单作高12.95%、9.18%和20.31%。间作使根紧凑型品种（JS501）根系横向分布扩大了15 cm,群体根系纵向分布较单作平均加深10 cm,并使40～60 cm土层根长密度平均增加26.03%。间作显著提高了群体根系活力和养分积累量,根系活力比单作平均提高27.83%,植株氮、磷和钾积累量平均比单作提高18.27%、14.79%和15.75%。同时,间作提高了干物质和籽粒产量,比单作提高11.03%和15.36%,且土地当量比大...     

苯甲酸胁迫下间作对蚕豆自毒效应的缓解机制

苯甲酸是引起蚕豆连作障碍的主要自毒物质之一。本文采用水培试验,研究了不同浓度苯甲酸[C0(0 mg?L-1)、C1(50 mg?L-1)、C2(100 mg?L-1)和C3(200 mg?L-1)]处理对与小麦间作的蚕豆幼苗生长和枯萎病发生的影响,从生理抗性角度探讨小麦与蚕豆间作对缓解苯甲酸自毒效应的机制,为合理利用间作缓解连作障碍,实现农业可持续发展提供科学依据。结果表明:与C0处理相比,不同浓度苯甲酸处理均显著抑制了蚕豆幼苗的生长,并且随处理浓度升高,抑制效应增强;同时显著提高了蚕豆枯萎病发病率和病情指数;蚕豆根系和叶片的MDA含量显著提高,但抗氧化酶(POD和CAT)活性和病程相关蛋白(β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶)活性均随苯甲酸处理浓度升高而降低。表明不同浓度苯甲酸处理均显著抑制了蚕豆的生长,降低蚕豆的生理抗性而促进枯萎病发生。与单作蚕豆相比,蚕豆与小麦间作显著提高了苯甲酸胁迫下蚕豆的地上部干重(17.0%~47.1%),降低了发病率(11.1%~25.0%)和病情指数(20.0%~42.1%);蚕豆根系和叶片中POD活性分别提高12.9%~16.9%和9.3%~24.9%,CAT活性分别提高10.3%~54.0%和6.6%~20.5%,蚕豆根系的β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性分别提高4.7%~13.1%和6.7%~15.8%,MDA含量分别降低19.5%~25.4%和20.5%~29.9%。C2处理下间作提高抗氧化酶和病程相关蛋白活性的效果最好,抗病效果最佳。表明小麦与蚕豆间作通过提高蚕豆的生理抗性而减轻苯甲酸引起的枯萎病危害,促进蚕豆生长,是缓解苯甲酸自毒效应的有效措施。     

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。     

间作和施氮对小麦和蚕豆籽粒淀粉及蛋白质含量的影响

  【目的】  探明小麦/蚕豆间作下作物籽粒淀粉和蛋白质含量的变化特征及其对氮肥施用的响应。  【方法】  小麦/蚕豆间作田间试验于2019和2020年在云南昆明进行,供试小麦品种为云麦52 (Triticum aestivum L.),蚕豆品种为玉溪大粒豆(Vicia faba L.)。种植模式包括小麦单作、蚕豆单作、小麦蚕豆间作。每个种植模式均设4个施氮水平,小麦分别为N 0、90、180、270 kg/hm2,蚕豆分别为N 0、45、90、135 kg/hm2。成熟期测定了小麦和蚕豆籽粒淀粉和蛋白质含量。  【结果】  随着氮肥施用量的增加,单作、间作小麦籽粒的淀粉含量均显著降低。在4个施氮水平下,2019和2020年间作小麦较单作小麦籽粒总淀粉含量分别提高了10%和22%,支链淀粉含量分别提高了5%和18%,直链淀粉含量分别提高了18%和28%。间作蚕豆相较于单作蚕豆显著降低了籽粒支链、直链和总淀粉含量,且年际间变异较大。2019和2020年间作小麦籽粒总蛋白含量较单作小麦分别提高了5%和6%,醇溶蛋白含量分别提高了9%和15%;蚕豆间作也较单作提高了两年的蚕豆籽粒球蛋白含量和2019年的醇溶蛋白含量,但对蚕豆籽粒总蛋白及其它蛋白组分含量无明显影响。  【结论】  小麦蚕豆间作有利于提高小麦籽粒蛋白质和淀粉含量,而对蚕豆籽粒蛋白质含量几乎无影响,因此,间作是一种具有品质优势的种植模式。     

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。     

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.