小麦蚕豆间作对红壤有效磷的影响及其与根际pH值的关系

在云南红壤上采用田间小区试验,通过测定分蘖～拔节期、孕穗～抽穗期、灌浆～乳熟期不同土层深度小麦根际土壤有效磷(available phosphorus)含量和根际pH值,比较研究了小麦蚕豆间作对小麦根际土壤有效磷含量和pH值的影响,探讨了间作小麦根际pH与根际土壤有效磷之间的相互作用.结果表明,与小麦单作相比,小麦蚕豆间作显著地促进了小麦产量的提高.同时,小麦蚕豆间作促进了小麦根际土壤有效磷含量的提高,分蘖～拔节期、孕穗～抽穗期0-10 cm、10-20 cm土层单、间作差异显著;间作显著降低了分蘖～拔节期10-20 cm土层、孕穗～抽穗期0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm土层小麦根际土壤pH.分蘖～拔节期、灌浆～乳熟期,单、间作小麦根际土壤有效磷含量与根际pH呈负相关关系.试验表明,在红壤上间作小麦根际土壤有效磷含量的提高与间作降低根际pH有密切关系.     

不同施氮水平下小麦蚕豆间作对作物产量和蚕豆根际镰刀菌的影响

通过田间试验,研究了小麦蚕豆间作和蚕豆单作两种种植方式下,三种施氮水平(N0为0 kg hm-2,N为225 kg hm-2,N3/2为337.5 kg hm-2)对蚕豆产量和蚕豆枯萎病根际病原菌的影响,并初步探讨了间作蚕豆枯萎病根际病原菌与根际微生物区系间的关系。探讨合理的施肥及间作,使土壤微生物有利于作物的生长发育及病虫害控制。结果表明:小麦蚕豆间作显著提高了蚕豆生物量和籽粒产量,籽粒产量提高依次为:N(23.9%)>N3/(25.53%)>N(05.04%)。蚕豆根际真菌数量为间作显著高于单作,N(常规施氮水平)效果最优。间作显著抑制了镰刀菌数量,常规施氮水平镰刀菌数量最低,分别为43.0%,70.87%,76.80%。土壤中镰刀菌占真菌数量的百分比为单作明显高于间作,而且间作随着生育期变化,镰刀菌与真菌的比值逐渐降低,单作则逐渐增加。     

不同抗性小麦品种与蚕豆间作对小麦根际速效养分含量的影响

通过田间试验研究了3个对白粉病抗性不同的小麦品种93-124(低抗)、云麦-47(高抗)和云麦-42(中抗)分别与蚕豆间作对小麦不同生育期根际速效氮、磷、钾养分的影响差异。结果表明,在单作条件下,不同抗性小麦品种间根际速效氮含量和根际速效钾含量在各生育期均无显著差异,根际有效磷含量在分蘖、拔节、抽穗期无显著差异,灌浆期93-124根际有效磷含量显著高于云麦-42。小麦蚕豆间作显著提高了分蘖、拔节和抽穗期小麦根际土壤速效氮、磷、钾含量,降低了成熟期根际速效氮、有效磷含量。在分蘖至抽穗期,与单作相比,93-124、云麦-47和云麦-42的根际碱解氮含量分别提高了23.16%~46.90%、23.74%~31.78%和11.23%~22.44%间作93-124的根际有效磷含量提高了35.26%~59.63%;间作云麦-47根际速效钾提高了10.87%~57.59%。间作提高根际速效氮、磷养分的效应以93-124最高,间作提高根际速效钾的效应以云麦-47最高。小麦蚕豆间作具有显著的产量优势,93-124、云麦-47和云麦-42的LER(土地当量比)分别为1.01,1.20和1.14。     

不同品种小麦根际磷转化及VA菌根对小麦根际磷转化的影响

采用三室根箱研究了磷高效小麦 81( 85)-5-3-3-3及磷低效NC37两个小麦品种根际磷转化及VA菌根对根际土壤磷转化的影响。结果表明 ,磷胁迫下 ,81( 85)-5-3-3-3的吸磷量略高于NC37,两种小麦品种根际土壤均形成了明显的Olsen-P ,Ca2-P ,Ca8-P ,Al P等形态磷的耗竭区。两种小麦品种在不施磷肥和施用磷肥下接种VA菌根 ,小麦的生物量、植株磷浓度、小麦根际Olsen-P,Ca2-P ,Ca8-P,Al-P ,Fe-P的消耗量均显著增加 ;根际、非根际土壤各形态磷素的浓度梯度明显降低。     

小麦蚕豆间作改善蚕豆根际微生物区系与减轻蚕豆枯萎病的作用

本文用盆栽试验的方法和应用稀释平板计数法、实时荧光定量PCR法及BIOLOG技术,通过比较单作和单作蚕豆根际土壤可培养的细菌、真菌、放线菌、微生物总量、微生物Shannon多样性指数(H)、Simpson优势度指数(D)、Mc Intosh均匀度指数(U)和尖孢镰刀菌的数量、尖孢镰刀菌数量与真菌数量比、尖孢镰刀菌和拮抗菌的基因拷贝数等指标,研究了小麦蚕豆间作对接种蚕豆枯萎病病原菌(尖孢镰刀菌)、对蚕豆枯萎病发病的影响。结果表明:与单作蚕豆相比,间作蚕豆的发病率和病情指数降低86.9%和23.4%,差异显著;小麦蚕豆间作能够显著提高蚕豆根际土壤细菌、真菌、放线菌的数量及其总量,且微生物总量提升主要来源于细菌,其贡献率为83.72%,促进了蚕豆根际土壤向细菌型土壤转化;小麦蚕豆间作还能够提高蚕豆根际土壤微生物Shannon和Mc Intosh指数,有效降低Simpson指数,提高土壤微生物多样性;与单作蚕豆相比,小麦蚕豆间作蚕豆根际土壤尖孢镰刀菌数量降低了32.46%、基因拷贝数降低了17.52%,短短芽孢杆菌的基因拷贝数增加了86.06%,尖孢镰刀菌数量与真菌数量的比值降低了46.64%...     

不同磷供应水平下小麦根系形态及根际过程的变化特征

以石麦15和衡观35两个品种小麦为试验材料,应用根袋栽培方式,研究了不同施磷量对小麦根系形态和根际特征的影响。结果表明,与施磷量P2O5 0.1 g/kg相比,高量供磷（P2O5 0.3 g/kg）条件下石麦15地上部生物量和磷累积量增加幅度大于衡观35;但不施磷处理衡观35地上部生物量降低幅度小于石麦15,磷含量和累积量高于石麦15,衡观35耐低磷能力较强。土壤供磷不足时,衡观35总根长中直径0.16 mm细根所占比例高于石麦15,根系平均直径较小;而高磷供应下,石麦15根系中直径0.16 mm细根长度较长,在总根长中所占比例较高。总根长和直径0.16 mm的细根长度与植株地上部磷累积量之间呈显著正相关关系。总根长越长尤其是细根越多,有利于促进植株对磷的吸收。与非根际土壤相比,高磷供应下根际土壤有机磷含量增加,微生物量磷含量降低;而供磷不足时根际土壤碱性磷酸酶活性较高,有机磷含量较低。与施磷量P2O5 0.1 g/kg相比,高量供磷下根际土壤pH值升高、碱性磷酸酶活性下降,不施磷处理根际土壤pH值降低。本研究表明,供磷不足时,小麦根系形态和根际过程均发生适应性变化,而高量供磷条件下,小麦植株根系形态的改变因品种而异。     

不同形态无机磷对两种磷效率小麦根际特征的影响

以磷高效型小麦小偃54和磷低效型小麦京411为材料的砂培试验,通过测定植株生物量及吸磷量、根系形态特征、根际pH、磷酸酶活性,研究不同形态无机磷WP(KH2PO4),Al-P(AlPO4)和Fe-P(FePO4)对两种磷效率小麦根际特征的影响.结果表明,在WP处理下,两种磷效率小麦的地上部吸磷量、总吸磷量和磷吸收效率均显著高于其它处理,而其根冠比和磷利用效率却低于其他处理.除了根部吸磷量,小偃54的生物量和吸磷量有高于京411的趋势.除了WP处理,其他处理的小偃54的根冠比和地下吸磷量均高于京411.所有处理的小偃54的根长和根体积均显著高于京411,且不施磷条件(PO)下更为明显,小偃54根系长度是京411的1.6倍;此外,小偃54根系磷酸酶活性均比京411弱.除Al-P外,小偃54的根际酸化能力较京411强.由此可见,磷胁迫条件下,磷高效小麦根系形态特征改变是根际磷活化的主要机理之一,且受磷水平、磷形态及其溶解性的影响.     

液培条件下磷水平对两种磷效率小麦根际特征的影响

为探讨磷高效型小麦(小偃54)和磷低效型小麦(京411)在不同磷水平下根际特征的差异,测定了液培条件下苗期小麦的植株生物量和吸磷量、根际pH值与根系分泌的酸性磷酸酶活性等。结果表明,不同磷水平(P0:0、P1:0.5 mmol/L和P2:1 mmol/L)下,磷高效型小偃54的植株吸磷量和根部生物量从移苗第6 d起明显高于磷低效型京411,在P0水平下尤为明显,且随培养时间的延长两者差距逐渐增大;小偃54的根际pH值在移苗初期与京411并无明显差异,随着培养时间的延长,小偃54的根际pH值显著低于京411,但两者单位根系分泌质子量差异逐渐减小。从移苗第6 d到第18 d,小偃54在不同磷水平下酸性磷酸酶的分泌量均显著高于京411;小偃54在P0水平下根系分泌的酸性磷酸酶量显著高于P1和P2水平,而京411从第12 d起才有相同规律,小偃54比京411对磷胁迫反应快且强度大。由此可见,在不同磷水平下,磷高效型小偃54在苗期的各项测定指标均优于磷低效型京411,在P0水平下两者根际特征差异尤为显著,且两种小麦根际特征差异与苗期生长天数有很大的关系。     

间作小麦蚕豆不同生长期根际有机酸和酚酸变化

有机酸和酚酸是根系分泌物的主要组成部分,其在根际过程中发挥重要作用。根系有机酸和酚酸的分泌及其在根际中的含量与作物种类、营养状况、耕作方式有关。但人们对种植方式(间作)改变根际过程的研究并不多,尤其是间作条件下根际有机酸、酚酸的变化情况尚不清楚。小麦蚕豆间作是云南最常见的间作模式,它可以显著提高作物产量、提高养分利用效率,且其间作优势的形成与地下部根际效应密切相关。为了探讨间作对根际的影响,通过建立高效液相色谱(HPLC)分析方法,分析了盆栽试验条件下小麦蚕豆间作不同生育期根际有机酸和酚酸的变化特征。结果表明:在营养生长阶段(57~120 d),间作改变了蚕豆根际有机酸的含量,尤其在蚕豆分枝期(57 d)、结荚期(120 d),间作根际有机酸总量是单作的21.7倍和1.95倍,其中主要是促进了柠檬酸和富马酸在蚕豆根际的累积。在生殖生长阶段(120~169 d),间作提高了小麦根际有机酸的含量,尤其在孕穗期(120 d)、灌浆期(142 d),间作根际有机酸总量是单作的3.73倍和2.3倍;其中主要是改变了乳酸、富马酸和乙酸在小麦根际的累积。此外,间作降低了小麦根际酚酸的含量,抑制了酚酸在小麦根际的累积,但对酚酸种类没有影响;间作也改变了蚕豆根际酚酸的种类,其中主要是促进了蚕豆根际香草酸和丁香酸的累积、减少了香豆酸含量。总之,间作可能通过改变根际有机酸和酚酸的累积而改变根际过程。     

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。     

基于根系形态对磷吸收的贡献解析小麦||蚕豆间作促进磷吸收的作用

间作模式是充分挖掘作物自身生物学潜力,促进磷资源高效利用的有效手段。为进一步探明间作诱导的根系形态适应性变化对磷吸收的相对贡献,理解小麦||蚕豆间作系统促进磷吸收的作用机制,本研究采用水培法,研究了常规磷(Hoagland营养液磷水平)和低磷(1/2-Hoagland营养液磷水平)条件下,小麦||蚕豆间作对小麦和蚕豆磷吸收、生长性状和根系形态变化的影响,并结合集成推进树算法(ABT)分析小麦和蚕豆根系形态对小麦和蚕豆磷吸收的相对贡献。结果表明,在低磷水平下,与单作小麦相比,小麦||蚕豆间作可以显著促进小麦对磷的吸收;而在正常磷水平下,间作小麦的磷吸收量显著低于单作小麦。在常规磷和低磷水平下,间作均能够显著促进蚕豆对磷的吸收。正常磷水平,间作系统的磷吸收量是小麦和蚕豆单作系统平均磷吸收量的1.04倍;低磷水平,间作系统的磷吸收量是小麦和蚕豆单作系统磷吸收量的1.28倍。种植模式和供磷水平能够显著影响小麦的株高,且有显著的交互作用;间作显著降低蚕豆的株高。ABT分析结果表明,小麦根长、根平均直径主导了小麦根系对磷的吸收,其解释量分别为74.7%和25.3%;蚕豆根长、根平均直径和根表面积共同解释了根系对磷的吸收,其解释量分别为48.0%、35.2%和16.9%。因此,低磷条件下,小麦||蚕豆间作主要通过增加小麦的根长,显著降低小麦根系平均直径,促进小麦对磷的吸收;而间作系统中的蚕豆则通过增加根长促进其对磷的吸收。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

Cultivar selection as a tool for managing soil phosphorus and faba bean yield ‎sustainability

ABSTRACT

A sustainable agricultural tactics for countering a possible phosphate shrinking should comprise the releasing of legacy soil phosphorus (P), in parallel to lowering P fertilizer load, and increasing the use of recycled P sources with economic crop yield in mind. Therefore, a field trail was conducted to estimate the possibility of choosing the appropriate cultivar as a tool to raise the use efficiency of reserved soil P. Herein, three faba bean cultivars (Sakha-3, Nubaria-1 and Giza-843) were evaluated under five applications of P fertilizer (rock phosphate, super phosphate, Bacillus megaterium, rock phosphate+B. megaterium, and super phosphate+B. megaterium). Findings showed that the lowest value of estimated available P in soil after harvest was obtained from plots sown by Sakha-3 plants and fertilized with super phosphate+B. megaterium. Plots sown with Nubaria-1 and fertilized by rock phosphate+B. megaterium or B. megaterium (for weight of 100 seeds and seed yield) in addition to super phosphate+B. megaterium (for seed yield) produced the maximum increases. The highest P recovery efficiency was achieved with Nubaria-1 inoculated by B. megaterium alone. In conclusion, super phosphate+B. megaterium × Nubaria-1 achieve maximum crop returns and secure high short-term recovery of applied P.     

氮肥用量对油菜//蚕豆间作系统作物产量及养分吸收的影响

油菜间作蚕豆方式中的养分吸收利用特征少见报道,本研究通过田间小区试验探讨了不同施氮水平下间作对作物产量及氮、钾养分吸收利用的影响。通过研究表明,油菜间作蚕豆具有显著的间作产量优势,间作方式中油菜的竞争能力强于蚕豆。间作平均提高油菜产量15.6%～44.5%,提高蚕豆产量12.1%～26%。不同施氮条件下,间作土地当量比（LER）=1.14～1.67,N112.5条件下LER最大,N225条件下,作物产量最高。间作提高了油菜地上部氮吸收量,其中间作第一行间作第三行单作,在农民习惯施肥水平（N337.5）条件下间作养分吸收优势消失。随着氮肥施用量的增加,单、间作油菜氮吸收量随之增加。间作油菜子粒氮吸收量、钾吸收量在推荐施氮（N225）条件下达到最大值。不同施氮条件下,单、间作油菜地上部钾吸收量没有差异。间作促进氮素营养由营养器官向生殖器官转移,但对钾素营养的分配没有影响。