不同間套作系統(tǒng)種間營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)的差異性及其機(jī)理研究.pdf

1、本研究以西北一熟制灌區(qū)當(dāng)前生產(chǎn)中廣泛種植、且間套優(yōu)勢(shì)明顯的春大麥/春玉米、春小麥/春玉米等禾本科/禾本科間套作方式為研究對(duì)象，通過(guò)大量的田間小區(qū)試驗(yàn)、根系分隔微區(qū)試驗(yàn)和根系分布測(cè)定，從間套作作物地上部生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收積累動(dòng)態(tài)、地下部根系時(shí)空分布動(dòng)態(tài)等角度，研究了春大麥/春玉米和春小麥/春玉米間套作、春小麥/不同品種春玉米間套作中不同種類(lèi)作物和不同品種作物營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和恢復(fù)能力的差異，特別是氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和恢復(fù)能力的差異。系統(tǒng)地闡明了不

2、同間套作系統(tǒng)種間營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)、恢復(fù)作用的差異性及其機(jī)理，獲得的主要結(jié)果為： 1)間套優(yōu)勢(shì)不僅可以通過(guò)作物組合來(lái)獲得，也可通過(guò)施肥和覆蓋地膜等措施調(diào)控。在大麥/玉米和小麥/玉米間套作生態(tài)系統(tǒng)中，以籽粒產(chǎn)量計(jì)算的土地當(dāng)量比(LER)分別為0.99-1.32和1.08-1.41；以生物學(xué)產(chǎn)量計(jì)算的土地當(dāng)量比分別為0.98-1.31和1.06-1.42。大麥/玉米間套作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)只有在施氮并且玉米覆膜時(shí)較明顯；而小麥/玉米間套作在施氮、玉米不

3、覆膜條件下就有明顯的間套作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，在施氮、玉米覆膜條件下間套作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)更加顯著。大麥/玉米和小麥/玉米兩種間套作在相同條件下的間套作養(yǎng)分吸收優(yōu)勢(shì)與產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)的趨勢(shì)類(lèi)似。 2)玉米品種對(duì)小麥/玉米間套作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)具有重要影響。在小麥與不同品種玉米間套作中，以籽粒產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量計(jì)算的LER分別為1.09-1.35和1.10-1.35，LER隨玉米品種的變化順序?yàn)樯騿?6號(hào)＞豫玉22號(hào)＞中單2號(hào)＞酒單2號(hào)和新玉4號(hào)，這些品種特性也相應(yīng)

4、為中晚熟、晚熟、中熟、早熟，表明間套優(yōu)勢(shì)也與玉米的生物學(xué)特性密切相關(guān)。小麥/不同品種玉米間套作在相同條件下的間套作養(yǎng)分吸收優(yōu)勢(shì)與產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)的趨勢(shì)類(lèi)似。 3)間套大麥的邊行產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯的高于間套小麥，間套大麥的邊行養(yǎng)分吸收量?jī)?yōu)勢(shì)也明顯大于間套小麥。間套大麥邊行籽粒產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量分別比內(nèi)行增加95.5﹪-116.9﹪和114.5﹪-128.8﹪；相應(yīng)地，間套小麥分別為57.6﹪-81.6﹪和66.0﹪-106.5﹪，間套小麥邊行產(chǎn)量

5、優(yōu)勢(shì)隨玉米品種特性由晚熟到早熟呈降低趨勢(shì)。間套大麥邊行氮、磷和鉀養(yǎng)分的吸收量分別比相應(yīng)內(nèi)行高出124.1﹪-149.3﹪、133.5﹪-149.1﹪和147.2﹪-157.9﹪；而間套小麥相應(yīng)分別為74.5﹪-115.5﹪、76.7﹪-115.1﹪和80.4﹪-137.4﹪，與中晚熟玉米種間套的小麥邊行氮、磷和鉀養(yǎng)分吸收優(yōu)勢(shì)明顯地高于與早熟玉米種間套的小麥。 4)當(dāng)養(yǎng)分充分滿(mǎn)足且玉米覆膜條件下，大麥/玉米間套作產(chǎn)量間套優(yōu)勢(shì)主要來(lái)

6、自地上部貢獻(xiàn)，其相對(duì)貢獻(xiàn)均以地上部占80﹪、地下部占20﹪。養(yǎng)分充分滿(mǎn)足條件下，小麥/玉米間套作在玉米不覆膜條件下，地上部和地下部對(duì)產(chǎn)量間套優(yōu)勢(shì)的相對(duì)貢獻(xiàn)為地上部75﹪、地下部占25﹪；在玉米覆膜條件下，產(chǎn)量間套優(yōu)勢(shì)的相對(duì)貢獻(xiàn)地上部為2/3、地下部為1/3。 5)大麥和小麥的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)力均明顯強(qiáng)于玉米，大麥的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力也明顯比比小麥強(qiáng)，其主要機(jī)理表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，與大麥間套的玉米在地下部養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)中所處的劣勢(shì)明顯比與小麥間

7、套玉米大，也就是間套大麥從間套玉米中競(jìng)爭(zhēng)到的養(yǎng)分比間套小麥多。在同一生態(tài)系統(tǒng)相同條件下，共同生長(zhǎng)期與大麥間套的玉米植株氮、磷、鉀濃度明顯低于與小麥間套玉米植株氮、磷、鉀養(yǎng)分濃度，在共同生長(zhǎng)前期這種差異更加明顯；大麥相對(duì)于玉米的氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)比率明顯大于小麥相對(duì)于玉米的氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)比率，特別在不施氮、玉米不覆膜條件下這種差異更顯著；與大麥間套的玉米氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量和生長(zhǎng)量的降低程度明顯比與小麥間套的玉米大。第二，大麥相對(duì)于小

8、麥更強(qiáng)的根系縱向和側(cè)向生長(zhǎng)能力。相同條件下，間套大麥根系無(wú)論縱向和側(cè)向生長(zhǎng)均大于間套小麥；與大麥和小麥間作均抑制了玉米根系縱向和側(cè)向生長(zhǎng)，且大麥的這種抑制作用明顯強(qiáng)于小麥。 6)早熟玉米品種氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力比晚熟玉米品種強(qiáng)，其主要機(jī)理表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，共同生長(zhǎng)期，小麥相對(duì)于晚熟玉米種的氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)比率大于早熟玉米種；共同生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，從早熟到晚熟間套玉米氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量相對(duì)單作的吸收率依次呈降低趨勢(shì)，表明晚

9、熟玉米的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力小于早熟玉米種。第二，共同生長(zhǎng)期，在縱向間套晚熟玉米種根系相對(duì)單作根量的下降程度比早熟玉米種更大，即間套晚熟玉米種在競(jìng)爭(zhēng)中所受抑制程度比早熟玉米種更大；在橫向間套晚熟玉米種根系進(jìn)入小麥根區(qū)的根量比間套早熟玉米種少，即此時(shí)早熟玉米種根系競(jìng)爭(zhēng)地下部空間的能力比晚熟玉米種更強(qiáng)。 7)弱競(jìng)爭(zhēng)能力作物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收恢復(fù)作用的主要機(jī)理表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，弱競(jìng)爭(zhēng)能力作物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的恢復(fù)能力可以通過(guò)資源的有效配置、

10、作物種類(lèi)的科學(xué)組合及品種的合理搭配來(lái)調(diào)控。在資源非常有限的條件下弱競(jìng)爭(zhēng)作物的恢復(fù)能力也很有限，其生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收無(wú)法恢復(fù)達(dá)到單作水平；水分充分滿(mǎn)足條件下及時(shí)的施肥、地膜覆蓋等調(diào)控措施不但可以明顯提高弱競(jìng)爭(zhēng)能力作物玉米的恢復(fù)能力，而且使弱競(jìng)爭(zhēng)作物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收可以達(dá)到超補(bǔ)償，即顯著超過(guò)相應(yīng)單作。弱競(jìng)爭(zhēng)能力作物玉米在單獨(dú)生長(zhǎng)期的恢復(fù)能力也因與之相間作的作物種類(lèi)、弱競(jìng)爭(zhēng)作物的品種特性的不同而有明顯差異。表明，在間套作中資源的合理配置、作物種類(lèi)的

11、組合及品種搭配是十分重要的。第二，弱競(jìng)爭(zhēng)能力作物的恢復(fù)作用也與其后期的根系分布密切相關(guān)。與大麥間套的玉米根系縱向深度明顯比單作玉米根系淺，在橫向進(jìn)入兩間作作物根區(qū)的根量較少，未恢復(fù)生長(zhǎng)到單作玉米根系的水平；而與小麥間套的玉米根系縱向深度恢復(fù)到了單作玉米的水平，橫向占據(jù)了間套小麥地下部的大部分空間分布，因此，與大麥間套的玉米恢復(fù)不如與小麥間套的玉米。不同品種玉米在間套作中后期的恢復(fù)能力也與根系分布密切相關(guān)，中晚熟玉米品種的恢復(fù)能力強(qiáng)于早熟

12、玉米品種，是由于晚熟品種后期的根系占據(jù)更大的土壤空間。 8)間套作中兩作物根系在空間生態(tài)位上的互補(bǔ)擴(kuò)大、在時(shí)間生態(tài)位上的前后分離，從而使得營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位在空間上的互補(bǔ)擴(kuò)大、在時(shí)間上的前后分離，這是禾本科/禾本科間套作優(yōu)勢(shì)形成的根系-營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位的主要機(jī)制。共同生長(zhǎng)期與玉米間套的大麥或小麥根系縱向深度均明顯比相應(yīng)單作增加、橫向分布占據(jù)并利用兩間作作物地下部的大部分空間，而間套玉米根系只利用其根系范圍較小的空間；當(dāng)玉米進(jìn)入灌漿期(小麥?zhǔn)斋@