種間相互作用對作物生長及養(yǎng)分吸收的影響

1、種間相互作用對作物生長及養(yǎng)分吸收的影響 1余常兵 1,孫建好 2,李隆 11中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院植物營養(yǎng)系,北京(1000942甘肅省農(nóng)科院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所,蘭州 (730070E-mail :摘 要:論文研究了蠶豆、 大豆和小麥在兩個(gè)氮水平下與玉米間作對作物生長和養(yǎng)分吸收的 影響。結(jié)果表明,與單作相比,間作對蠶豆生長和養(yǎng)分吸收無明顯影響;間作對大豆前期生 長有益, 但玉米旺盛生長后抑制了大豆的生長和養(yǎng)分吸收; 間作對小麥生長和養(yǎng)分吸收有明 顯的促進(jìn)作用。與蠶豆間作,玉米能夠獲得更高的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量;與大豆間作,對玉米 前期生長有抑制作用, 但玉米旺盛生長后促進(jìn)了其生長和養(yǎng)分吸收;

2、與小麥間作, 在共生期 玉米生長受到強(qiáng)烈抑制,到小麥?zhǔn)斋@后玉米開始逐漸恢復(fù)。蠶豆 /玉米間作具有產(chǎn)量優(yōu)勢, 大豆 /玉米間作為產(chǎn)量劣勢,小麥 /玉米間作在低氮條件下為產(chǎn)量劣勢,提高氮肥用量會恢復(fù) 以至達(dá)到產(chǎn)量優(yōu)勢。 研究認(rèn)為, 地下部和地上部作用共同決定了間作種間相互關(guān)系。 豆科生 物固氮、 酸化土壤提高土壤磷的有效性促進(jìn)了非豆科生長, 小麥強(qiáng)的根系競爭能力抑制了玉 米生長, 共生期間更高大植物的遮蔭作用會抑制低矮植物的生長, 而間作中一種作物收獲后 另一種作物有向單作水平恢復(fù)的能力。因此,選擇合理的作物配置能夠充分利用各種資源, 促進(jìn)種間有益作用,提高作物產(chǎn)量。關(guān)鍵詞:豆科,非豆科,間作,種

3、間相互作用中圖分類號:S158.31.引言間混套作是我國傳統(tǒng)精耕細(xì)作農(nóng)業(yè)的重要組成部分。 早在 2000多年前 汜勝之書 中就 有瓜與韭或小豆、桑與黍混種的記載 1。據(jù)統(tǒng)計(jì) , 全國耕地有 2/3的播種面積采用間套復(fù)種種 植方式,我國糧食的 1/2、棉花和油料的 1/3是依靠間套復(fù)種獲得 2,這種種植方式廣泛分布 于我國南北各地 1,3。間作體系中作物之間同時(shí)存在地上部和地下部的相互作用,這種作用 有種間競爭和種間促進(jìn)作用,兩者共同的結(jié)果決定了間作有無優(yōu)勢 4。河西內(nèi)陸灌區(qū)是我國 重要的商品糧基地之一,小麥 /玉米帶田、蠶豆 /玉米帶田、大豆 /小麥等是該地區(qū)主要的高產(chǎn) 種植方式。以往的研究表

4、明,兩作物共處期 , 小麥 /玉米、大豆 /小麥間作中作物種間競爭作 用強(qiáng)烈 , 而蠶豆 /玉米間作中蠶豆對于玉米呈弱競爭甚至促進(jìn)作用 5,6。但是各種研究是在不 同生態(tài)條件下進(jìn)行, 其相互作用受到外界條件影響而有所不同。 本研究在同一個(gè)生態(tài)條件下, 通過選擇不同競爭強(qiáng)度的作物與玉米間作,研究種間相互作用對作物生長和養(yǎng)分吸收的影 響, 探討影響種間相互作用強(qiáng)弱的可能原因, 為同一生態(tài)區(qū)內(nèi)作物合理配置提供理論和技術(shù) 依據(jù)。2.材料與方法2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于 2006年安排在甘肅省武威市白云村 (38°37 N, 102°40 E , 年平均溫度 7.7, 0 和 10的積溫

5、分別是 3646和 3149,無霜期 170180d,太陽輻射 5988 MJ m-2/a,年平 均降雨量 150mm ,年蒸騰量 2021 mm。試驗(yàn)土壤為灌漠土,耕層土壤有機(jī)質(zhì) 16.1 g.kg-1, 全氮 1.48 g.kg-1,速效磷(P 4.5 mg.kg-1,速效鉀(K 185.0 mg.kg-1, pH 值 8.1(水土比 2:11本課題得到教育部“高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金” (項(xiàng)目編號:20040019035 的資助。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),主處理為施 N 225 kg.hm2(N 225和不施 N (N 0,副處理為單作 蠶豆(SF 、單作大豆(SS 、單作小麥(SW 和單

6、作玉米(SM ,以及蠶豆 /玉米間作 (IF 、 MF 、大豆 /玉米間作(IS 、 MS 和小麥 /玉米間作(IW 、 MW 。每個(gè)小區(qū)施磷肥 (P 2O 5 75 kg.hm-2,三次重復(fù)。試驗(yàn)采用生產(chǎn)上廣泛的種植形式, 3行蠶豆或大豆或 6行小麥與 2行玉米間作,蠶豆和 大豆株行距分別為 20cm ,小麥行距 12cm ,玉米行距 40cm ,株距 25cm ,各作物單作與間作 株行距相同; 蠶豆或大豆與玉米間作, 占地面積比例 0.43:0.57, 小麥與玉米間作占地面積比 例 0.47:0.53。小麥種植量為 337.5 kg.hm-2,蠶豆每穴 1粒,大豆每穴 5粒,玉米每穴 2粒

7、, 出苗后定植為一株。蠶豆 3月 18日種植, 8月 2日收獲,與玉米共處期 106天;大豆 4月 18日種植, 9月 23日收獲,與玉米共處期 158天;小麥 3月 18日種植, 7月 15日收獲, 與玉米共處期 88天;玉米 4月 18日種植, 9月 25日收獲。間作設(shè)三個(gè)種植帶,單作小麥、 蠶豆、大豆和玉米分別為 25、 16、 16和 8行,小區(qū)長 6m ,寬度根據(jù)種植作物類型而變化。 全部磷肥和一半氮肥在整地時(shí)均勻施入, 另一半氮肥在第一次灌水前施入, 月灌水和降雨情 況見圖 1。全部小區(qū)不打任何農(nóng)藥或除草劑,采用人工播種、除草、收獲和考種。 圖 1 試驗(yàn)地單月降雨和灌水量Figur

8、e 1 Rainfall and irrigation in experimentfield2.2 樣品測定及數(shù)據(jù)分析自 5月 5日開始, 每隔 20天左右取一次植物樣 (第一次取樣無大豆和玉米 , 如果接近 收獲期則直接在收獲期取樣, 玉米在其它作物取樣時(shí)也一同取樣。 收獲前蠶豆和大豆每次各 取 6株,小麥取 6行 1m 長,玉米 6株,收獲時(shí)間作各作物收獲一個(gè)帶,單作蠶豆、大豆各 3行,小麥 6行,玉米 2行。樣品風(fēng)干后稱重,折算成單位面積產(chǎn)量。將樣品粉碎后采用常 規(guī)方法分析氮、磷含量,折算單位面積的養(yǎng)分積累量。土地當(dāng)量比 (Land equivalent ratio :土地當(dāng)量比是用來表

9、征間作產(chǎn)量優(yōu)勢狀況, 簡單的 說就是獲取與間作相同產(chǎn)量所需的單作的面積, 當(dāng) LER >1,表明間作比單作具有產(chǎn)量優(yōu)勢;當(dāng) LER <1,表明間作相比單作為產(chǎn)量劣勢 7。計(jì)算公式為:ia ia ib ibsa sbY Z Y Z LER Y Y =+ 其中 Y sa , Yia , Y sb , Y ib 分別表示單作作物 a , 間作作物 a , 單作作物 b , 間作作物 b 的生物量, Z ia , Z ib 分別表示作物 a 和 b 在間作中的面積比例。種間相對競爭能力(Aggressivity :是恒量一種作物相對另一種作物對資源競爭能力大小的指標(biāo) 7, 以作物 a 相對

10、 b 為例, 當(dāng) A ab >0, 表明 a 競爭能力強(qiáng)于 b ; 當(dāng) A ab <0, 表明 b 競爭能力強(qiáng)于 a 。計(jì)算公式為:ia ib ab sa ia sb ibY YA Y Z Y Z = 公式中各字母代表含義與土地當(dāng)量比相同。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 DPS 數(shù)據(jù)處理軟件處理,雙因素方差分析, LSD0.05顯著性水平進(jìn)行。3.結(jié)果與分析3.1 氮肥和間作對作物生長的影響 abc def圖 2 施氮、間作對蠶豆、大豆、小麥和玉米不同時(shí)期的生物量的影響注:圖中 a , b 和 c 分別表示蠶豆,大豆和小麥, d , e 和 f 分別表示玉米與蠶豆,大豆和小麥間作。 N0和 N225

11、表示施氮 0和 225kg/hm2, SF , IF , SS , IS , SW , IW , SM , MF , MS , MW 分別表示單作蠶豆,間作蠶豆,單作大豆,間作大豆, 單作小麥,間作小麥,單作玉米,與蠶豆間作玉米,與大豆間作玉米和與小麥間作玉米。下同。Figure 2 Effect of nitrogen and intercropping on biomass of faba bean, soybean, wheat and maize in different growth stage Notes: Letters a, b and c means faba bean, s

12、oybean and wheat, and d, e and f means maize intercropping with faba bean, soybean and wheat, respectively. N0 and N225 means application nitrogen 0 and 225 kg/ha. SF, IF, SS, IS, SW, IW, SM, MF, MS and MW means sole faba bean, intercropping faba bean, sole soybean, intercropping soybean, sole wheat

13、, intercropping wheat, sole maize,and maize intercropping with faba bean, soybean and wheat, respectively. Same to below.在整個(gè)生育期,兩種施氮水平對蠶豆生物量沒有顯著影響(圖 2a 。在生長前期,間作 對生物量影響不明顯,但隨著生長進(jìn)行,特別是在盛花期(6.26 ,間作能顯著增加蠶豆生 物量,雖然收獲時(shí)間作比單作有更高的生物量,但差異并不明顯。在苗期,間作或施氮對大 豆生長影響不明顯,但進(jìn)入 7月份后期,與單作相比,間作開始抑制了大豆生長,而且在施 氮條件下更加明顯,以后間

14、作生物量都明顯低于單作直至收獲(圖 2b 。在整個(gè)共生階段,間作小麥的生物量都高于單作, 雖然苗期差異并不明顯, 但進(jìn)入旺盛生長期后, 施氮能顯著 促進(jìn)小麥生物量的增加(圖 2c 。在整個(gè)生育時(shí)期,無論單作或間作,施氮都能夠顯著提高玉米生物量(圖 2d,e,f ,說明 氮對玉米生長具有重要影響。在生長前期,與蠶豆間作玉米生長受抑制(圖 2d ,相比單作 生物量顯著降低;隨著生長進(jìn)行,間作影響逐漸變小,到 7月份后間作體系出產(chǎn)量優(yōu)勢, 且 不施氮優(yōu)勢更加明顯, 此時(shí)生物量相比單作顯著增加, 但比其蠶豆間作產(chǎn)量優(yōu)勢時(shí)間要滯后; 到收獲時(shí)間作雖然能夠增加產(chǎn)量,但差異已不明顯。 與間作蠶豆類似,間作大

15、豆后,苗期玉 米生長也收到抑制(圖 2e ;但進(jìn)入 7月份后期,間作玉米開始表現(xiàn)生長優(yōu)勢,而且施氮后 優(yōu)勢更加明顯, 這與大豆的變化規(guī)律剛剛相反; 以后各生長階段間作生物量也都高于單作直 至收獲。與小麥間作,玉米表現(xiàn)出明顯的劣勢,除收獲時(shí)施氮處理有恢復(fù)現(xiàn)象外,全生育期 間作的生物量都明顯低于單作,且不施氮降低幅度更加明顯(圖 2f 。在兩種作物共處期間,通過生物量計(jì)算獲得土地當(dāng)量比(LER ;當(dāng)一種作物收獲后, 以這種作物收獲時(shí)期的生物量和另一種作物某一時(shí)期的生物量計(jì)算該時(shí)期的 LER 。結(jié)果表 明(表 1 ,蠶豆與玉米間作在不施氮時(shí) LER 隨著作物生長而提高,施氮后 LER 接近于 1,

16、收獲時(shí)兩個(gè)氮水平的 LER 都高于 1,說明蠶豆 /玉米間作體系具有產(chǎn)量優(yōu)勢,且施氮后由于 迅速提高玉米后期生物量而使這種優(yōu)勢增加。大豆 /玉米間作后 LER 開始隨著生長而增加, 到一定時(shí)期時(shí)最高,隨后開始降低,玉米收獲時(shí) LER 低于 1,而且施氮比不施氮 LER 都要 低,說明這個(gè)體系有明顯的產(chǎn)量劣勢,且施氮會加劇這種趨勢。小麥 /玉米間作體系在生長 前期 LER 低于 1,小麥?zhǔn)斋@后 LER 有增加趨勢,在玉米收獲時(shí)不施氮處理仍表現(xiàn)出產(chǎn)量劣 勢, 但施氮后間作產(chǎn)量能夠恢復(fù)到單作水平, 說明這一體系有強(qiáng)烈競爭作用, 但通過合理養(yǎng) 分調(diào)控可以提高體系的產(chǎn)量獲得間作優(yōu)勢。表 1兩個(gè)氮水平下三

17、種間作方式的土地當(dāng)量比Table 1LER of three intercropping modes in two nitrogen levels作物 施氮水平 取樣時(shí)間蠶豆大豆小麥注:表中有灰色底紋的是取樣時(shí)間,下同。Notes: Numbers which have grey shading in table shows sample time. Same to below.間作蠶豆種間競爭能力在整個(gè)生育期都高于玉米(表 2 ,這與蠶豆在整個(gè)生育期中間作有 更高的生物量相關(guān)。 同樣, 間作小麥在整個(gè)生育期的生物量也高于單作, 而且與之間作的玉 米生物量也低于與蠶豆間作的生物量, 說明小麥種

18、間競爭能力高于玉米, 且對玉米競爭能力 強(qiáng)于蠶豆對玉米的競爭能力, 但施氮能夠減輕這種競爭。 在生育前期, 大豆競爭能力也強(qiáng)于玉米,且不施氮時(shí)競爭能力隨生長而加強(qiáng),施氮后大豆競爭能力逐漸減弱,到生育中期 (7.23 ,施氮后大豆競爭能力低于玉米,此后生長階段兩個(gè)氮水平下大豆競爭能力都低于 玉米,且越到收獲時(shí)競爭能力越低,說明大豆相比玉米的競爭能力是隨生育期而變化的。表 2 兩個(gè)氮水平下不同時(shí)期蠶豆、大豆和小麥相對玉米的種間競爭能力Table 2 Aggressivity of faba bean, soybean and wheat to maize in different growth s

19、tage in two nitrogen levels作物 Crops施氮水平 N levels 取樣時(shí)期Time of samples N 0 1.71 2.05 0.63蠶豆Faba beanN 225 2.19 1.09 1.02 N 0 1.27 1.67 2.98 -0.35 -1.23 大豆 Soybean N 2251.43 1.18 -0.39 -0.70 -1.36N 0 2.43 2.37 1.47 小麥WheatN 225 2.06 1.73 0.483.2 氮肥和間作對作物氮吸收的影響除第一次取樣時(shí)間作比單作高外, 其它取樣時(shí)期蠶豆單、 間作之間氮濃度并無明顯差異, 施

20、氮對氮濃度也沒有顯著影響, 使蠶豆氮的吸收量表現(xiàn)出與生物量相同的變化規(guī)律 (圖 3a 。 間作和施氮對大豆前期氮濃度提高有促進(jìn)作用, 但到后期并不明顯, 全年平均濃度變化也不 顯著;與之相應(yīng),施氮、間作對大豆前期氮吸收量有顯著促進(jìn)作用,但進(jìn)入 7月份后,由于 生長受到抑制, 間作后大豆氮吸收量與單作相比顯著降低, 而且施氮促進(jìn)了這種趨勢, 直至 收獲時(shí)間作氮積累量都低于單作(圖 3b 。施氮能夠增加小麥的氮濃度,特別是在花期更加 明顯,對全年平均氮濃度也有顯著影響,但單、間作之間氮濃度并無顯著差異;小麥的氮吸 收量也表現(xiàn)出間作高于單作, 施氮顯著高于不施氮的特點(diǎn), 但到收獲時(shí)單、 間作間差異不

21、明 顯(圖 3c 。無論單作或間作, 整個(gè)生育期施氮都能夠顯著提高玉米的氮吸收量 (圖 3d,e,f 。 與蠶豆 間作,施氮對玉米氮濃度有增加趨勢但沒有顯著影響,除 6、 7月份中不施氮的間作氮濃度 顯著高于單作外,其它各取樣時(shí)期單、間作的氮濃度差異不明顯;在生長前期, 與蠶豆間作 玉米氮吸收量低于單作, 隨著生長進(jìn)行, 間作影響逐漸變小, 到蠶豆收獲前間作開始比單作 累積更多氮素,直至收獲(圖 3d 。與單作相比, 與大豆間作玉米氮濃度無明顯變化, 但施氮能夠顯著提高玉米氮濃度, 全 部生育時(shí)期表現(xiàn)一致, 說明氮對這一體系玉米的影響較大; 與大豆間作后, 玉米苗期氮吸收 量也低于單作, 但進(jìn)

22、入 7月份后期, 間作玉米氮積累量開始增加直至收獲, 整個(gè)生育期間作 高于單作(圖 3e 。與小麥間作, 玉米氮濃度變化表現(xiàn)出與大豆間作一樣的趨勢。 在小麥?zhǔn)斋@前, 玉米間作 氮吸收量都低于單作, 小麥?zhǔn)斋@后, 施氮有利于緩解這一狀況, 但不施氮時(shí)間作仍然低于單 作,整個(gè)生育期間作的玉米氮吸收量顯著低于單作(圖 3f 。將玉米單作和三種間作放在一起比較發(fā)現(xiàn), 施氮能顯著增加玉米氮濃度; 在不施氮條件下,與小麥間作的玉米氮濃度最低,單作其次,與大豆間作次之,與蠶豆間作最高,說明在 不施氮時(shí), 與豆科間作有利于玉米獲得更多的氮; 施氮后各種種植方式對玉米氮濃度的影響 降低, 但與小麥間作的玉米氮濃

23、度仍相對偏低。 整個(gè)生育時(shí)期幾種種植方式玉米的氮吸收量 也表現(xiàn)出與氮濃度相同變化趨勢, 但施氮使單作玉米氮吸收量增加, 達(dá)到甚至超過與豆科間 作水平(圖 3d,e,f 。 a b c d ef圖 3施氮、間作對蠶豆、大豆、小麥和玉米不同時(shí)期吸氮量的影響注:字母 a , b 和 c 表示蠶豆,大豆和小麥, d , e 和 f 表示玉米與蠶豆,大豆和小麥間作。Figure 3 Effect of nitrogen and intercropping on nitrogen accumulation of faba bean, soybean, wheat and maize in differen

24、t growth stageNotes: Letters a, b and c means faba bean, soybean and wheat, and d, e and f means maize intercropping with faba bean, soybean and wheat, respectively.3.3 氮肥和間作對作物磷吸收的影響施氮、 對間作蠶豆磷濃度的影響并不明顯, 但能夠顯著增加大豆收獲時(shí)期莖桿的磷濃度, 對大豆籽粒磷濃度也無明顯影響; 間作、 不施氮對小麥花期磷濃度有增加作用, 施氮顯著降 低了收獲時(shí)小麥磷濃度,施氮后全生育期平均磷濃度會降低,但差異并

25、不明顯; 施氮、間作 有利于玉米磷濃度的增加, 但與單作相比差異不明顯。 幾種種植方式對玉米磷濃度的影響也 不顯著。蠶豆、大豆磷吸收趨勢與生物量變化趨勢相似(圖 4a,b 。小麥磷吸收量隨生育期 而增加,間作高于單作,且不施氮時(shí)差異更明顯(圖 4c 。除苗期外,其它生育期施氮都顯著增加玉米磷吸收量 (圖 4d,e,f 。在蠶豆花期以前,與 蠶豆或大豆間作的玉米吸磷量都低于單作; 進(jìn)入蠶豆盛花期后, 與蠶豆或大豆間作玉米磷吸 收量對比單作迅速增加,至收獲時(shí)不施氮單間作間差異明顯(圖 4d,e 。與小麥間作,玉米 全生育期磷吸收量都低于單作(圖 4f 。將幾種種植方式綜合比較發(fā)現(xiàn),與豆科間作有利于

26、 蠶豆盛花期后玉米磷的吸收,而與小麥間作則限制了玉米全生育期磷的吸收。 a b c d ef圖 4 施氮、間作對蠶豆、大豆、小麥和玉米不同時(shí)期吸磷量的影響注:字母 a , b 和 c 表示蠶豆,大豆和小麥, d , e 和 f 表示玉米與蠶豆,大豆和小麥間作。Figure 4 Effect of nitrogen and intercropping on phosphorus accumulation of faba bean, soybean, wheat and maize in different growth stageNotes: Letters a, b and c means f

27、aba bean, soybean and wheat, and d, e and f means maize intercropping with faba bean, soybean and wheat, respectively.4.討論4.1生物固氮對體系氮的貢獻(xiàn)作用生物固氮是自然界普遍存在的能夠活化分子態(tài)氮成植物可以利用的氮源的共生體系, 其 中豆科-根瘤菌共生固氮體系可占全球生物固氮量的 65%-70%,大大超過世界化工合成氨 產(chǎn)量的總和,成為自然界植物所需氮的主要來源 8。研究表明,蠶豆年固氮量可達(dá) 12 330kg/hm2,大豆可達(dá) 49 450 kg/hm29,10。 Her

28、ridge 11等發(fā)現(xiàn),豆科的固氮比率隨土壤硝酸 鹽含量增加而顯著下降, 二者存在明顯相關(guān)關(guān)系。 豆科與非豆科間作, 由于非豆科可以更多 的利用土壤氮素,降低了高氮條件下的 “ 氮阻礙 ” 作用,有利于提高豆科固氮比率 12。同時(shí), 豆科固定的氮素, 可以部分的通過根際轉(zhuǎn)移到非豆科中, 改善了非豆科的供氮條件, 從而有 利用非豆科生長 13。本試驗(yàn)研究表明,蠶豆收獲后的各作物土壤在同一氮水平土壤無機(jī)氮 (Nmin 絕對數(shù)量間并無很大差異(表 3 ;以單作玉米為對照獲得不同作物間的氮差異, 結(jié)果表明,豆科,特別是蠶豆相比玉米在不施氮條件下有高達(dá) 568-604 kg/hm2的氮富裕,顯 示豆科對

29、種植體系較高的供氮能力。 蠶豆、 大豆通過生物固氮作用, 將更多的土壤氮素留給 玉米使用, 從而有利于玉米氮的吸收和積累; 而小麥沒有固氮能力, 因此會強(qiáng)烈的掠取間作 體系土壤氮素, 降低了間作體系玉米的生長。 試驗(yàn)中施氮對蠶豆和大豆氮濃度的影響并不明 顯可以認(rèn)為是其自身在土壤缺氮條件下通過固氮來滿足需要的結(jié)果,而小麥 /玉米間作體系 沒有固氮能力,故缺氮條件下植株氮濃度會顯著降低,對生物量也產(chǎn)生相似的影響。表 3 蠶豆收獲后各種植體系的氮素差異Table 3 Difference of nitrogen for different crop system after harvest of f

30、aba bean注:*差異=非單作玉米 N (無機(jī)氮+吸收氮-種子氮 -單作玉米 N (無機(jī)氮+吸收氮-種子氮 。Notes: *Difference means total N of non-sole maize (Nmin + Naccumulation - Nseed sole maize (Nmin + Naccumulation - Nseed .4.2種間相互作用對土壤磷的活化作用研究表明,地下部根系間的相互作用在間作產(chǎn)量優(yōu)勢中起了很重要的作用 14。這一促 進(jìn)作用不僅體現(xiàn)在作物根系占居土壤空間的互補(bǔ)性方面, 而且也體現(xiàn)在蠶豆的種間根際效應(yīng) 上, 即蠶豆的根際效應(yīng)有利于玉米從土壤中

31、獲得更多的磷。 研究表明, 蠶豆相對于玉米具有 更強(qiáng)的質(zhì)子釋放能力, 能夠顯著地酸化根際, 從而有利于難溶性土壤磷的活化和蠶豆及玉米 對磷的吸收利用 15;此外,蠶豆根系釋放更多的有機(jī)酸,也能促進(jìn)難溶性磷的活化,從而 有利于兩種作物的磷營養(yǎng)供給 16,17。 鷹嘴豆與小麥間作也有類似的現(xiàn)象 18。 這些是蠶豆改善 玉米磷營養(yǎng)的根際效應(yīng)機(jī)理。從本研究結(jié)果來看玉米與豆科間作也表現(xiàn)出磷吸收優(yōu)勢。4.3種間生長時(shí)空差異性對作物生長和養(yǎng)分吸收的影響間作物種存在地下部和地上部的相互作用, 其在時(shí)空分布上的差異性影響到作物的生長 和對養(yǎng)分吸收。 從地上部來看, 主要是相互之間對光照的競爭作用, 具體表現(xiàn)為株

32、高對相鄰 作物的影響。 從地下部來看, 主要是對土壤養(yǎng)分和水分的競爭。 如前面所敘, 與蠶豆間作后, 蠶豆通過生物固氮和酸化土壤活化土壤難溶性磷, 為玉米提供了更多的氮和磷; 同時(shí), 蠶豆 根系很少進(jìn)入玉米根區(qū), 玉米的根系可以伸入到蠶豆根系區(qū)間, 提高了玉米養(yǎng)分和水分的獲 取能力 19,20;蠶豆收獲時(shí)株高 105cm ,此時(shí)玉米葉片還沒有封行,相互之間對光獲取無顯著 影響;這些有利條件都促進(jìn)了間作玉米的生長和養(yǎng)分吸收。與大豆間作, 在玉米旺盛生長前期, 大豆能夠通過生物固氮減少了對玉米土壤氮的競爭, 同時(shí)其較窄的根系分布區(qū)間也減少了對玉米水分和養(yǎng)分的競爭, 而且較低的葉面積指數(shù)使地 上部相

33、互影響較小, 因此從播種到玉米旺盛生長前, 大豆和玉米間作能夠逐漸利用各種資源, 使這一間作體系的土地當(dāng)量比逐漸增加。在進(jìn)入 8月份后玉米生長速度迅速增加,地上部增 長迅速, 到收獲時(shí)玉米株高達(dá) 253cm ,大豆株高 108cm ,顯示玉米對大豆有強(qiáng)烈的遮光影響, 嚴(yán)重抑制了大豆的生長; 同時(shí)玉米的快速生長也加劇了對大豆根區(qū)的養(yǎng)分和水分的競爭。 因N 225作 物 Crops無機(jī)氮 N min吸 氮 量 Naccumulation 種子氮Seed N 差異Difference 無機(jī)氮N min 吸 氮 量 N accumulation 種 子 氮Seed N 差異Difference SF

34、84.6 692 18.1 604.0 99.7 502 18.1 183.2 IF 89.3 651 18.1 567.7 116.1 535 18.1 232.6 SS 95.6 230 14.6 156.5 125.8 159 14.6 -130.2 IS 77.2 144 14.6 52.1 85.5 110 14.6 -219.5 SW 77.2 143 7.9 57.8 101.2 186 7.9 -121.1 IW 81.6 133 7.9 52.2 99.8 141 7.9 -167.5 SM 85.1 70 0.6 - 92.0 309 0.6 - MF 72.2 134 0

35、.6 51.1 84.4 269 0.6 -47.6 MS 84.6 133 0.6 62.5 81.2 341 0.6 21.2 MW 79.0 310.6 -45.1 79.2 3410.6 19.2此生長后期表現(xiàn)出玉米的間作優(yōu)勢而大豆的間作劣勢。與小麥間作,到收獲時(shí)小麥株高 75cm ,沒有表現(xiàn)出對玉米光獲取的阻礙作用;但地下 部小麥根系發(fā)達(dá), 能夠很大程度的侵入玉米根區(qū), 大量掠奪了玉米根區(qū)的水分和養(yǎng)分, 而玉 米根系區(qū)不能進(jìn)入小麥根區(qū) 19,因此間作后玉米表現(xiàn)明顯間作劣勢。地下部分割試驗(yàn)很清 楚的闡明了這一現(xiàn)象 21。小麥?zhǔn)斋@后,玉米根系開始向小麥區(qū)域伸長,其生物產(chǎn)量靠近單 作,如果

36、提高養(yǎng)分的供應(yīng)水平會促進(jìn)間作玉米快速恢復(fù)。這種現(xiàn)象在小麥 /大豆間作體系中 也有發(fā)現(xiàn) 22,23。李隆 5將之稱為種間競爭-恢復(fù)理論。5.結(jié)論蠶豆、大豆、小麥與玉米間作,對蠶豆生長和養(yǎng)分吸收無明顯影響;對大豆前期生長有 益, 但玉米旺盛生長后顯著的抑制了大豆的生長和養(yǎng)分吸收; 對小麥生長和養(yǎng)分吸收有明顯 的促進(jìn)作用。與蠶豆間作, 玉米能夠獲得更好的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量;與大豆間作,對玉米前 期生長有部分抑制作用, 但玉米旺盛生長后間作促進(jìn)了其生長和養(yǎng)分吸收; 與小麥間作, 在 小麥生長時(shí)期玉米生長受到強(qiáng)烈抑制,到小麥?zhǔn)斋@后玉米開始逐漸恢復(fù)。以收獲期的土地當(dāng)量比進(jìn)行評價(jià), 與蠶豆間作, 玉米表現(xiàn)出與

37、之相似的競爭能力; 與大 豆間作,玉米表現(xiàn)出更高的競爭優(yōu)勢;與小麥間作, 玉米表現(xiàn)出競爭劣勢。這些是種間地上 部對光照競爭和地下部對養(yǎng)分和水分競爭的共同結(jié)果。 在選擇合理的物種配置時(shí), 應(yīng)該降低 種間地上部和地下部間的競爭,達(dá)到相互促進(jìn),高效利用有限資源的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)1 李風(fēng)超.種植制度的理論與實(shí)踐 M.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社, 1995.2 佟屏亞.試論耕作栽培學(xué)科的發(fā)展趨勢和研究重點(diǎn) J.耕作與栽培, 1993, 64(4:1-7.3 盧良恕.中國立體農(nóng)業(yè)模式 M.鄭州:河南科學(xué)技術(shù)出版社, 1993.4 J. Vandermeer. The ecology of intercroppin

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47、71, 173-181.Effect of interspecific interaction on crop growth and nutrition accumulationY u Changbing 1, Sun Jianhao2, Li Long11 Department of Plant Nutrition, CAU , Beijing (1000942 Institute of Soil and Fertilizers, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou (730070 AbstractThis paper resear

48、ched the effect of interspecific interaction of faba bean, soybean and wheat intercropping with maize on crop growth and nutrition absorb. The results indicate that compared with sole, intercropping with maize have no significant effect on faba bean growth and nutrition absorb. Intercropping with maize promote the growth of soybean