摘 要:为明确胡麻||玉米间作、胡麻||大豆间作系统中作物养分吸收利用对产量贡献的差异,本研究采用田间二因素随机区组试验设计,设置两种间作类型:胡麻||玉米间作(F||M)、胡麻||大豆间作(F||S),3种带型配置[4:2(S1)、6:3(S2)和8:4(S3)],共计9组处理,以单作为对照,比较分析了胡麻||玉米间作、胡麻||大豆间作系统中不同带型配置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贡献。结果表明:与单作相比,间作显著提高了作物生物产量和籽粒产量,胡麻||玉米间作系统显著高于胡麻||大豆间作,且在8:4行比配置下达到最大值;两种间作系统中土地当量比(LER)均大于1,具有间作产量优势;胡麻||玉米间作系统中,植株氮、磷、钾养分吸收总量比相应单作提高12.15%~50.38%、44.79%~67.29%和3.90~25.75%,氮素利用效率高出单作73.20%~78.36%。氮、磷、钾吸收效率对LER的贡献分别为1.33~2.10、1.76~2.08、1.11~1.53,利用效率的贡献分别为-0.12~-0.3、-0.25~-0.4、-0.02~-0.1。胡麻||大豆间作系统中植株氮、磷、钾养分吸收总量比相应单作提高6.86%~60.06%、11.97%~59.21%和7.34%~65.30%,氮素利用效率高出单作48.77%~71.74%。氮、磷、钾吸收效率对LER的贡献分别为1.17~2.13、1.20~2.10、1.15~2.15,利用效率的贡献分别为-0.3~-0.53、-0.15~-0.46、-0.03~-0.52。综合分析认为,本研究中8行胡麻4行玉米间作带型可显著提高作物养分吸收利用能力,增加间作系统作物产量,且间作优势主要来源于养分吸收量的增加,而非利用效率的改变。
关键词:间作;带型配置;养分吸收;养分利用;
间作是中国传统耕作方式之一,利用不同作物在空间分布和养分需求等方面的优势互补,使作物更有效的利用光照、水分、养分等资源增加作物产量[1,2,3,4]。科学合理的间作模式能够减少强势作物对弱势作物的影响[5],改善群体内部地上通风透光条件与地下养分竞争互补关系,促进作物养分吸收利用,提高产量[6,7]。增加作物行数,有利于改善作物群体结构,促进养分吸收利用,便于机械化操作[8]。豆科(Fabaceae Lindl.)与非豆科作物间作是生产中应用最广泛的一种多元种植模式,非豆科作物通过豆科作物的固氮作用来满足自身对氮素的部分需求,以促进自身生长和产量增加[9]。诸多研究表明,豆科与非豆科作物间作较单作表现出产量优势[10,11]和养分吸收优势[12,13,14]。禾豆间作可显著提高作物地上部植株氮吸收量,促进作物根系周围磷的积累,提高作物对磷和钾的吸收[14]。胡麻(Linum usitatissimu L.)为耐土壤贫瘠的作物,在与固氮能力较强的豆科作物间作时,不需要施入过多的氮肥,就能够促进植株的生长发育[15]。也有学者发现,合理的行比和带间距能使作物处于通风透光良好的生长条件,进而提高对营养元素的吸收利用[16]。养分资源的有效利用是间作产量优势的重要基础之一,是作物养分吸收量和利用效率综合作用的结果[17]。研究发现,间作对产量优势的贡献主要是养分吸收量的增加,而非利用效率的提高[18]。
关于胡麻间作模式的研究多集中于光合特性[19]、种间竞争[20]及产量等方面,但有关胡麻间作模式对养分吸收利用差异的报道较少,特别是养分吸收和利用效率对间作产量优势的贡献等方面研究较为欠缺。长期以来胡麻间作模式在带幅宽度、行比配置等方面没有形成统一标准[21],从而导致作物占地比例不协调,土地利用效率没有实现最大化。因此,为了充分利用光热资源,提高土地生产力和农业生产效率,本研究通过田间试验比较分析了不同带型配置下胡麻||玉米(Zea mays. L)间作、胡麻||大豆[Glycine max (L.) Merr.]间作两种间作模式的产量优势,探讨了作物养分吸收和利用效率对间作优势的影响,以期筛选出适宜试区作物养分高效吸收利用的间作模式,为进一步完善不同带型配置下胡麻||玉米间作、胡麻||大豆间作系统种植技术提供理论依据与技术支持。
1 材料与方法
1.1试验区概况
试验于2022年4月—10月在甘肃省定西市农业科学院西寨油料试验基地进行,试验地(34°26′N,103°52′E)位于陇中黄土高原半干旱丘陵沟壑区,平均海拔2050m,年均无霜期约140d,年均日照时数2476.6h,年均气温6.43℃,≥10℃积温2239.1℃,多年平均降水390.9mm,属中温带半干旱气候区,试验期间降雨量如图1所示。土壤类型为黄绵土,肥力均等,其中0~30cm土层土壤养分含量如下:土壤有机质17.53g·kg-1、土壤全氮0.81g·kg-1、碱解氮47.82mg·kg-1、全磷0.69g·kg-1、速效磷27.43mg·kg-1、速效钾106.00mg·kg-1、pH8.04。
图1试验区2022年降雨量和气温
E:上旬; M: 中旬; L: 下旬。
1. 试验设计
采用二因素随机区组试验设计,以单作胡麻(SF)、单作玉米(SM)、单作大豆(SS)为对照,设置2种间作类型:胡麻||玉米间作(F||M)、胡麻||大豆间作(F||S),3种带型配置[4:2(S1)、6:3(S2)和8:4(S3)],各间作模式中带型配比均为1:1(表1),试验共9个处理,每个处理重复3次,共27个小区,小区面积30.24m2(4.8m×6.3m)。
供试胡麻品种为‘陇亚11号’,密度为2.9×106株·hm-2;玉米品种为‘先玉335’,密度为6.0×104株·hm-2;大豆为‘中黄30号’,密度为2.2×105株·hm-2,间作与单作种植密度一致。胡麻行距为20cm,玉米和大豆行距均为40cm,株距分别为42cm和11cm(图2)。胡麻、大豆生育期施氮肥120kg(N)·hm-2,施磷肥75kg(P2O5)·hm-2;玉米施氮肥250kg(N)·hm-2,施磷肥125kg(P2O5)·hm-2;供试氮肥为尿素(含N46%),磷肥为过磷酸钙(含P2O516%),氮、磷肥均作为基肥施用,其中间作系统中胡麻、玉米、大豆带氮肥和磷肥均为分条带撒施。其他田间管理同一般大田单作。胡麻于2022年4月27日露地条播,2022年8月10日收获;玉米于2022年4月28日覆白膜进行穴播,每穴播2粒,2022年10月10日收获;大豆于2022年4月27日覆白膜进行穴播,每穴播2~3粒,2022年9月22日收获。
表1胡麻间作和单作处理的带型配置
图2胡麻||玉米带状间作种植模式图
F4M2、F6M3、F8M4分别代表胡麻||玉米间作的3种带型配置(80cm、120cm和160cm)。胡麻||玉米间作、胡麻||大豆间作系统中带型配置一致。
1.3测定项目及方法
1.3.1产量测定
籽粒产量和生物产量均在作物成熟后按小区单打单收,晒干后测得小区实际产量。
1.3.2土地当量比
土地当量比(LER)常被用于衡量间作系统产量和土地利用的优势[22],其计算公式如下:
式中,Yia、Ysa为间作和单作胡麻的籽粒产量(kg·hm-2),Yib、Ysb为间作和单作配对作物的籽粒产量(kg·hm-2)。当LER>1时,表明间作系统提高了土地利用效率,存在间作优势;若LER<时,表明间作体系降低了土地利用效率,存在间作劣势。
1.3.3单位面积产量的分解
将单位面积产量分解为养分利用效率与养分吸收效率的乘积[23]。
式中,YUYU为养分利用效率,UAUA为养分吸收(捕获)效率。Y为产量,A为面积,U为养分吸收量。
1.3.4养分测定
作物成熟期每小区按行随机选取有代表性的大豆和玉米各3株,胡麻10株,将烘干的各器官样品用不锈钢旋风粉碎机粉碎后过80目筛,用于养分含量的测定。植株全氮采用凯氏定氮法测定;全磷采用分光光度比色法测定;全钾采用火焰光度法测定,并根据生物学产量折算为作物的氮、磷、钾吸收量[24]。
1.3.5养分吸收量的比较
本研究比较了间作系统养分吸收量相当于单作养分吸收量的变化[23]。这里单作养分的吸收量是单作胡麻和单作玉米(大豆)的养分吸收量以间作比例为权重的加权平均值,以氮为例,其计算公式如下:
式中,△△NU为间作系统养分吸收量相当于单作养分吸收量的变化,NUfm为间作中胡麻和玉米的总吸氮量(%),NUf和NUm分别为单作胡麻和单作玉米的吸氮量,Ff和Fm分别为间作中胡麻和玉米的占地面积比例,Df和Dm分别为间作中胡麻和玉米相当于单作胡麻和单作玉米种植密度的比率。本研究中间作和单作的密度在当量面积上是相等的,因此Ff和Fm均为0.5,与3种作物分别在间作中所占面积的比例是相等的。实际上,Ff×NUf+Fm×NUm为单作按间作比例为权重加权平均的单作吸氮量,ΔNU的正或负反应了间作吸氮量相对于单作的增加或减少,磷和钾的计算方法相同。
1.3.6养分利用效率的比较
以氮为例,氮利用效率定义为单位氮吸收量所能生产的地上部干物质量[22]。间作氮利用效率相对于单作的增减(ΔNUE,%)用如下公式计算:
式中,Yfm为胡麻玉米系统总产量,Yf为单作胡麻产量,Ym单作玉米产量。ΔNUE反映了作物间作后养分利用效率的增加或减少,磷和钾的计算方法相同。
1.3.7养分吸收和利用效率对产量优势的贡献
仍以氮为例,定义胡麻在间作和单作中的吸收量和利用效率分别为Aif、Af和Eif、Ef,相应玉米分别为Aim、Am和Eim、Em,上式(1)变为:
式中,1+af+am为由于间作引起的相对于单作养分吸收量的变化对间作产量优势的贡献,ef+em为由间作引起的相对于单作养分利用效率的变化对间作产量优势的贡献,afef+amem养分吸收和利用效率交互作用对间作优势的贡献[25]。磷和钾计算方法相同。
1.4数据分析
本研究采用Microsoft Excel2019进行数据整理,采用SPSS 26.0统计分析软件进行方差分析与相关性分析,差异显著性运用Duncan法进行比较(P<0.05),采用Origin 2021进行作图。
2 结果分析
2.1不同种植模式下作物产量及产量优势分析
不同作物搭配及带型配置对间作系统作物籽粒产量和生物产量的影响均达极显著水平,但二者的互作效应不显著。间作显著提高了作物生物产量和籽粒产量,胡麻||玉米间作系统显著高于胡麻||大豆间作。胡麻与玉米、大豆间作模式下生物产量较单作分别显著高出22.39%~30.71%(P<0.05)和3.95%~56.93%(P<0.05),且随着行比的增加而增加。其中,F8M4和F8S4行比配置下生物产量比单作分别高30.71%(P<0.05)和56.93%(P<0.05);各间作系统间籽粒产量表现与生物产量相似,随行比的增加而增加,其中F8M4和F8S4行比配置下籽粒产量比单作分别高7.20%(P<0.05)和27.04%(P<0.05)。总体来看,在8:4行比配置下胡麻||玉米间作系统作物的生物产量和籽粒产量均达到最大,分别为11095.86kg·hm-2和6865.63kg·hm-2。
不同作物搭配及带型配置均对间作系统作物土地当量比(LER)的影响达极显著水平,二者的互作效应也达极显著水平。胡麻||玉米间作系统以籽粒产量和生物产量为基础计算的LER为2.01~2.62,胡麻||大豆间作系统则为1.59~2.66,均大于1(表2),表明这两种间作模式都具有产量优势。同一行比配置下,胡麻||玉米间作系统产量优势大于胡麻||大豆间作,且随着行比的增加LER呈增加趋势。其中,8:4行比配置下作物的LER均大于其他处理。
表2不同种植模式下作物籽粒产量、生物产量及土地当量比
同列不同小写字母表示同一指标不同处理间差异显著(P<0.05)。*表示在P<0.05水平影响显著, **表示在P<0.01水平影响显著, NS表示无显著差异。
2.2不同间作模式对作物养分吸收量的影响
2.2.1作物氮吸收量
不同作物搭配及带型配置对间作系统作物氮素吸收量的影响均达极显著水平,但二者的互作效应不显著(表3)。与单作比较,间作系统显著增加了作物氮素吸收量,其中胡麻||玉米间作系统氮素吸收量较单作(加权平均)高12.15%~50.38%,胡麻||大豆间作系统较单作高6.86%~60.06%,且胡麻||玉米间作显著高于胡麻||大豆间作。行比配置亦显著影响作物植株氮素吸收量,胡麻||玉米间作系统中F8M4行比配置较单作极显著高出50.38%(P<0.01),胡麻||大豆间作系统中F8S4行比配置较单作极显著高出60.06%(P<0.01)。以上结果表明各间作模式下作物植株氮素吸收量均随作物行比的增加而增加,均在8:4行比配置下达到最大值,且胡麻||玉米间作优于胡麻||大豆间作系统。
2.2.2作物磷吸收量
方差分析表明(表3),不同作物搭配及带型配置均对间作系统作物磷素吸收量无显著影响,且二者的互作效应也不显著。间作系统较单作显著增加了作物的磷素吸收量,胡麻||玉米间作系统较单作胡麻和单作玉米按间作比例加权平均的磷素吸收量高44.79%~67.29%,胡麻||大豆间作磷素吸收量较单作高11.97%~59.21%,且胡麻||玉米间作显著高于胡麻||大豆间作。其中,F8M4和F8S4行比配置间作系统中作物植株磷素吸收量分别较单作高67.29%(P<0.01)和59.21%(P<0.01)。以上结果表明增加行比配置可以显著增加胡麻间作系统作物磷素吸收量。
2.2.3作物钾吸收量
不同作物搭配及带型配置均对间作系统作物钾吸收量的影响达极显著水平,二者互作效应的影响达显著水平(表3)。间作对作物钾吸收量的影响与氮磷基本一致,胡麻||玉米间作系统较胡麻||大豆间作显著增加了作物钾吸收量,二者分别较单作加权平均钾吸收量高3.90~25.75%(P<0.01)和7.34%~65.30%(P<0.01)。F8M4行比配置下作物植株的钾吸收量比单作高25.75%(P<0.01),F8S4行比配置下作物植株钾吸收量比单作高65.30%(P<0.01)。以上结果表明各间作模式下作物钾吸收量随行比增加呈增加趋势,且植株钾吸收量均在8:4行比配置下达到最大值。
表3不同种植模式下作物的养分吸收量
同列不同小写字母表示同一指标在不同处理间差异显著(P<0.05)。*表示同一种植模式下间作相对于单作的养分吸收量差异显著(P<0.05),**表示同一种植模式下间作相对于单作的养分吸收量差异显著(P<0.01), NS表示无显著差异。
2.3不同间作模式对作物养分利用效率的影响
2.3.1作物氮利用效率
方差分析结果表明,不同作物搭配及带型配置对间作系统作物氮素利用效率均无显著影响,二者的互作效应也不显著(表4)。与单作相比,间作显著增加了作物氮素利用效率,胡麻||玉米间作系统较单作胡麻和单作玉米按间作比例加权平均的氮素利用效率高73.20%~78.36%,其中F6M3行比配置下作物植株氮素利用效率极比单作高78.36%(P<0.01)。胡麻||大豆间作系统氮素利用效率较单作高48.77%~71.74%,且氮素利用效率随行比增加而增加,其中F8S4行比配置下作物植株氮素利用效率比单作高71.74%(P<0.01)。
2.3.2作物磷利用效率
不同作物搭配对间作系统作物利用效率的影响达极显著水平,不同带型配置及二者的互作效应均无显著影响(表4)。间作较单作显著增加了作物磷利用效率,且胡麻||玉米间作系统显著高于胡麻||大豆间作。胡麻||玉米间作系统较单作胡麻和单作玉米按间作比例加权平均的磷利用效率高21.88%~50.03%。其中,间作系统磷素利用效率随行比增加而增加,F8M4行比下的磷利用效率比单作高50.03%(P<0.01)。胡麻||大豆间作系统磷利用效率较单作高54.83%~85.73%。其中,F6S3行比下的磷利用效率比单作高85.73%(P<0.01)。
2.3.3作物钾利用效率
不同作物搭配及带型配置对间作系统作物钾吸收量的影响均达极显著水平,但二者的互作效应不显著(表4)。间作显著增加了作物钾素利用效率,且胡麻||玉米间作系统显著高于胡麻||大豆间作。胡麻||玉米间作和胡麻||大豆间作较单作加权平均钾吸收量分别高74.65%~86.32%和47.02%~92.85%。其中,F6S3行比配置下的钾利用效率比单作高92.85%(P<0.01)。在胡麻||玉米间作系统中,钾利用效率随行比增加而增加,F8M4行比配置下的钾利用效率比单作高86.32%(P<0.01)。
表4不同种植模式下作物养分利用效率
同列不同小写字母表示同一指标不同处理间差异显著(P<0.05)。*表示同一种植模式下间作相对于单作的养分利用效率差异显著(P<0.05), **表示同一种植模式下间作相对于单作的养分利用效率差异显著(P<0.01), NS表示无显著差异。
2.4养分吸收及利用效率对间作优势的贡献
胡麻||玉米间作时,氮、磷养分吸收因子对间作优势的贡献为正,利用效率的贡献为负,表明胡麻||玉米间作系统可以增加氮磷的吸收量,降低氮、磷的利用效率(表5);钾的吸收因子对间作优势的贡献为正,利用因子的贡献有正有负,吸收因子对间作优势的贡献高于利用因子,表明胡麻||玉米间作系统增加了钾的吸收量,且在F8M4行比配置下钾利用效率达到最大值。氮、磷的交互因子均为负值,钾的交互因子为正,但对间作优势的贡献率很低,说明胡麻||玉米间作系统的间作优势主要来源于氮、磷、钾吸收量的增加及钾利用效率的提高。
胡麻||大豆间作系统作物氮、磷、钾吸收效率对土地当量比的贡献分别为1.17~2.13、1.20~2.10、1.15~2.15,利用效率的贡献分别为-0.53~-0.3、-0.46~-0.15、-0.52~-0.03。胡麻||大豆间作系统中利用因子、交互因子对间作优势的贡献均为负,仅吸收因子为正。说明胡麻||大豆间作时,间作优势主要来源于养分吸收量的增加。间作系统氮、磷、钾养分吸收量随着行比的增加而增加,且在F8S4行比配置下显著高于其他处理。综上所述,本研究中胡麻||玉米间作和胡麻||大豆间作优势主要来源于间作相对于单作养分吸收量的增加,而非利用效率的改变。
表5养分吸收和利用效率对土地当量比的贡献
交互因子是间作相对于单作养分吸收量变化对产量优势的贡献, 利用因子是间相对于单作养分利用效率的变化对产量优势的贡献, 交互因子是养分吸收和利用效率交互作用对间作优势的贡献。
3 讨论
3.1间作产量优势
土地当量比(LER)能够评定间作系统是否具有优势,并反映间作的土地利用效率。大量研究表明多种间作系统都存在间作优势。研究发现,玉米||豌豆(Pisum sativum L.)间作[26]、油菜(Brassica napus L.)||蚕豆(Vicia faba L.)间作[10]、玉米||大豆间作[7]时的LER均大于1,间作系统表现出明显的产量优势。此外,同一物种与不同作物间作,间作系统的产量也存在显著差异,如玉米分别与高丹草(Sorghum bicolor×S. Sudanense)和燕麦(Avena sativa)间作时,玉米||高丹草间作在在行比为4:8,带宽为300cm间作模式下的系统产量和LER均最高[27]。本研究中,间作系统的LER在不同种植模式下均表现大于1,说明胡麻||玉米间作,胡麻||大豆间作均表现出明显的产量优势,提高了土地利用效率,与前人研究结果一致[28],并且胡麻||玉米间作模式下系统LER和产量表现最优。其中,配对作物类型和带型配置亦是决定作物产量和LER的重要因素,间作系统LER随带宽的增加而增加。高位作物与低位作物间作时,高位作物对空间和光温资源具有更强的竞争能力,适度增加间作行比配置,有利于促进植株地上部的生长和生物量的积累[29]。豆科与非豆科作物间作时,利用豆科作物的结瘤固氮能力可以减少氮肥的投入,改善非豆科作物物质能量的合成和运输,进而促进间作系统作物生物量的积累[9]。本研究结果表明,F8M4与F8S4行比配置下作物的生物产量和籽粒产量均显著高于其他处理,这与前人研究结果一致[19]。此外,本研究结果还表明玉米||大豆间作时,M6S6行比配置下作物总产量显著高于M4S4和M2S2(P<0.05),且间作带宽的增加缓解了高秆玉米对矮秆大豆的遮荫问题,减少了玉米对大豆条带养分的竞争,进而提高了大豆干物质积累量和产量[30]。但并非所有的间作模式都具有产量优势,例如蚕豆||豌豆间作[31],马铃薯(Solanum tuberosum L.)||油菜间作[32]系统中以籽粒产量和生物产量为基础计算的LER均小于1,说明这两种间作作物组合表现为间作劣势。
3.2间作对作物养分吸收的影响
在间作系统中,不同作物搭配在时间和空间上对养分吸收利用存在互补效应[33]。与单作相比,间作具备更高的养分吸收能力,进而提高产量[7]。本研究结果表明,间作较单作养分吸收量显著提高。其中,胡麻||玉米间作系统养分吸收量显著高于胡麻||大豆间作。研究发现,高矮作物的搭配可以增加土壤覆盖[30]的时间,改变群体的冠层结构[4]从而影响作物的生长发育和养分吸收。在小麦(Triticuma estivum L.)||玉米间作系统中,共生前期小麦有较强的养分竞争能力,首先获得产量优势;小麦收获后,玉米的营养吸收和生长得到恢复,使整个间作系统的养分得以高效利用[34]。本研究发现,受作物种植顺序[32]的影响,先种植的胡麻具有更强的资源竞争能力,共生前期能够获得更多营养,胡麻收获后,玉米生长得到恢复[34],从而使整个间作系统养分吸收量增加。此外,还可以通过改变带型配置来调节作物的养分吸收利用。研究发现,在玉米||花生间作系统中,适度增加玉米行比有助于增强玉米对氮素营养的竞争能力以及间作养分对产量的贡献,其中4:4行比为区域较佳配置[35]。在本研究中也发现类似结果,胡麻||玉米间作系统中,8:4行比配置下间作系统氮、磷、钾吸收量均达到最大值。
前人研究表明,豆科与非豆科作物间作是一种被广泛应用的栽培方法[9],通过作物种间在时间和空间上互补提高资源的利用率,可以实现作物增产和养分高效利用[36]。本研究发现在胡麻||大豆间作系统中,通过引入具有固氮作用的大豆来改变该系统下各作物的生态位,豆科作物固定的氮可以向非豆科作物转移,被非豆科作物所利用,使整个间作系统3种带型配置(4:2、6:3、8:4)养分吸收量较单作提高6.86%~60.06%、11.97%~59.21%和7.34%~65.30%。有研究发现在小麦||蚕豆间作系统中,小麦对氮素的竞争能力强于蚕豆,与蚕豆根系互作时会降低蚕豆的养分吸收,导致蚕豆地下部养分降低,促使蚕豆利用空气中的氮来增加地上部的氮吸收[37],从而使整个间作系统氮素吸收量明显增加,这种氮素利用来源上的生态位分离,是豆科与非豆科间作时氮素补偿利用的重要机制。但也有学者认为,适当增加大豆幅宽并与紧凑型玉米间作,能促使大豆的碳氮代谢变化趋势向有利于产量形成的方向发展[38]。本研究发现,8:4行比配置下胡麻||大豆间作系统氮、磷、钾吸收量优于6:3和4:2。综上,结合作物产量和养分吸收特点本试验得出的区域较佳配置为F8M4和F8S4。
3.3养分吸收和利用效率对产量优势的贡献
间作系统是否具备产量优势,在作物营养方面主要取决于养分吸收因子、利用因子和交互因子贡献的大小[39]。在本研究中,胡麻与玉米、大豆间作都具有间作优势。间作系统较单作提高了作物养分的吸收,但磷利用效率降低,氮、钾利用效率没有显著变化。利用效率对间作优势的贡献也相对较小,这与前人研究结果相似[18]。在玉米||马铃薯间作、玉米||油菜间作、大豆||马铃薯间作和大豆||油菜间作研究中,养分吸收因子对间作优势的贡献为正,而利用效率的贡献为负[32]。在小麦||大豆间作研究中,间作作物氮、磷和钾养分吸收总量分别比相应单作高24%~39%,6%~27%和24%~64%[40],而利用效率分别比单作低5%~20%、5%~7%和6%~32%。以上结果说明,本研究中胡麻||玉米和胡麻||大豆间作优势主要来源于作物养分吸收效率的增加,而不是利用效率的改变。
4 结论
不同作物搭配与带型配置显著影响间作系统籽粒产量与生物产量,其中8行胡麻4行玉米间作带型籽粒产量和生物产量分别较单作显著增加7.20%和30.71%。间作系统氮、磷、钾养分吸收量和养分利用效率在成熟期较单作分别显著提高了50.38%和78.36%、67.29%和50.03%、29.75%和86.32%。综上表明,8行胡麻4行玉米间作带型可显著提高作物养分吸收利用能力,增加间作系统作物产量,是试区胡麻||玉米间作的较佳配置。
参考文献
[1] DUCHENE O, VIAN J F, CELETTE F. Intercropping with legume for agroecological cropping systems: Complementarity and facilitation processes and the importance of soil microorganisms. A review[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2017, 240: 148–161
[2] MAO L L, ZHANG L Z, LI W Q, et al. Yield advantage and water saving in maize/pea intercrop[J]. Field Crops Research, 2012, 138: 11–20
[3] 杨文亭, 王晓维, 王建武. 豆科-禾本科间作系统中作物和土壤氮素相关研究进展[J]. 生态学杂志, 2013, 32(9): 2480–2484
[4] 刘朝茂, 李成云. 玉米与大豆、马铃薯间作对玉米叶片衰老、产量及病害控制的影响[J]. 江苏农业科学, 2017,45(6):75-78
[5] 王甜, 庞婷, 杜青, 等. 田间配置对间作大豆光合特性、干物质积累及产量的影响[J]. 华北农学报, 2020, 35(2): 107–116
[6] 魏珊珊, 王祥宇, 董树亭. 株行距配置对高产夏玉米冠层结构及籽粒灌浆特性的影响[J]. 应用生态学报,2014,25(2):441-450
[7] ZHANG Y T, LIU J, ZHANG J Z, et al. Row ratios of intercropping maize and soybean can affect agronomic efficiency of the system and subsequent wheat[J]. PLoS One, 2015, 10(6): e0129245
[8] 刘颖, 王建国, 郭峰, 等. 玉米花生间作对作物干物质积累和氮素吸收利用的影响[J]. 中国油料作物学报,2020,42(6):994-1001
[9] 肖焱波, 段宗颜, 金航, 等. 小麦/蚕豆间作体系中的氮节约效应及产量优势[J]. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(2): 267–271
[10] 肖靖秀, 汤利, 郑毅. 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[J]. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(6): 1468–1473
[11] 杨萍, 李杰, 剡斌, 等. 胡麻/大豆间作体系下施氮对胡麻干物质积累和产量的影响[J]. 中国油料作物学报, 2015, 37(4): 489–497
[12] 覃潇敏, 潘浩男, 肖靖秀, 等. 施磷水平对玉米大豆间作系统氮素吸收与分配的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2021, 27(7): 1173–1184
[13] 赵平, 郑毅, 汤利, 等. 小麦蚕豆间作施氮对小麦氮素吸收、累积的影响[J]. 中国生态农业学报, 2010, 18(4): 742–747
[14] 肖靖秀, 周桂夙, 汤利, 等. 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[J]. 植物营养与肥料学报, 2006, 12(4): 517–522
[15] 阮文浩, 高玉红, 吴兵, 等. 氮肥和隔根对胡麻/大豆间作体系种间关系及间作优势的调控效应[J]. 中国农学通报, 2021, 37(13): 14–21
[16] 林洪鑫, 潘晓华, 袁展汽, 等. 施氮和木薯-花生间作对木薯养分积累和系统养分利用的影响[J]. 中国农业科学, 2018, 51(17): 3275–3290
[17] CHOWDHURY M K, ROSARIO E L. Comparison of nitrogen, phosphorus and potassium utilization efficiency in maize/mungbean intercropping[J]. The Journal of Agricultural Science, 1994, 122(2): 193–199
[18] 党小燕, 刘建国, 帕尼古丽, 等. 不同棉花间作模式中作物养分吸收和利用对间作优势的贡献[J]. 中国生态农业学报, 2012, 20(5): 513–519
[19] 张雪, 王一帆, 高玉红, 等. 胡麻与禾豆间作对其光合特性和产量的影响[J]. 西北农业学报, 2023, 32(7): 983–993
[20] 刘涵, 昝志曼, 汪江涛, 等. 大穗型玉米对玉米||花生种间竞争与间作优势的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2023, 31(9): 1368–1378
[21] 王建成, 车宗贤, 杨思存. 适宜白银高扬程灌区的几种高产高效间作套种模式[J]. 甘肃农业科技, 2014(5): 64–65, 66
[22] 赵德强, 李彤, 侯玉婷, 等. 玉米大豆间作模式下干物质积累和产量的边际效应及其系统效益[J]. 中国农业科学, 2020, 53(10): 1971–1985
[23] MORRIS R A, GARRITY D P. Resource capture and utilization in intercropping; non-nitrogen nutrients[J]. Field Crops Research, 1993, 34(3/4): 319–334
[24] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000
[25] 余常兵, 孙建好, 李隆. 种间相互作用对作物生长及养分吸收的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(1):1–8.
[26] 崔红艳, 胡发龙, 方子森, 等. 不同施氮水平对胡麻根系形态和氮素利用的影响[J]. 中国油料作物学报, 2015, 37(5): 694–701
[27] 黄宗昌, 师尚礼, 汪睿, 等. 不同饲草作物间作模式对地上生物量及竞争力的影响[J]. 草业科学, 2020, 37(11): 2284–2292
[28] 刘正芳, 柴强. 带型及施氮对玉米间作豌豆光能利用率的影响[J]. 农业现代化研究, 2012, 33(3): 367–371
[29] 肖富良, 肖国滨, 郑伟, 等. 不同行比配置对鲜食玉米—绿豆套种甘薯体系产量效益的影响[J]. 湖南农业科学, 2021(4): 39–43
[30] 蔡倩, 孙占祥, 王文斌, 等. 辽西半干旱区玉米大豆间作对作物产量及水分利用的影响[J]. 中国农业气象, 2022, 43(7): 551–562
[31] 李隆. 间作作物种间促进和竞争作用研究[D]. 北京: 中国农业大学, 1999
[32] 唐明明, 董楠, 包兴国, 等. 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[J]. 中国农业大学学报, 2015, 20(5): 48–56
[33] LI L, SUN J H, ZHANG F S, et al. Root distribution and interactions between intercropped species[J]. Oecologia, 2006, 147(2): 280–290
[34] LI L, SUN J H, ZHANG F S, et al. Wheat/maize or wheat/soybean strip intercropping[J]. Field Crops Research, 2001, 71(3): 173–181
[35] 冯晨, 黄波, 冯良山, 等. 不同配置对辽西玉米‖花生间作系统氮素吸收利用的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(1): 61–73
[36] 赵建华, 孙建好, 陈亮之, 等. 玉米行距对大豆/玉米间作作物生长及种间竞争力的影响[J]. 大豆科学, 2019, 38(2): 229–235
[37] XIAO Y B, LI L, ZHANG F S. Effect of root contact on interspecific competition and N transfer between wheat and fababean using direct and indirect 15N techniques[J]. Plant and Soil, 2004, 262(1): 45–54
[38] 王竹, 杨文钰. 玉米株型和幅宽对套作大豆碳氮代谢及产量的影响[J]. 中国油料作物学报, 2014, 36(2): 206–212
[39] MORRIS R A, GARRITY D P. Resource capture and utilization in intercropping; non-nitrogen nutrients[J]. Field Crops Research, 1993, 34(3/4): 319–334
[40] 李隆, 李晓林, 张福锁, 等. 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[J]. 植物营养与肥料学报, 2000, 6: 140–146
文章摘自:韩静,王一帆,高玉红等. 胡麻间作模式对作物养分吸收利用及产量的影响 [J/OL]. 中国生态农业学报(中英文), 1-11[2024-03-04]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/13.1432.s.20240201.1035.001.html.